2017-2020年巢湖健康狀況綜合評價研究

高芮　張雷　王兆德　錢圓　錢華

摘 要：開展湖泊生態系統健康狀況評價，有助于科學認識湖泊生態系統當前存在的問題與變化趨勢，是促進湖泊保護有的放矢的重要手段。本文以我國巢湖為研究對象，在借鑒湖泊健康綜合評價相關方法基礎之上，結合巢湖特點從物理結構、水環境、水生態、服務功能四個方面構建了巢湖健康狀況評價指標體系，評價了2017-2020年巢湖健康狀況。結果表明，2017-2020年巢湖物理結構處于健康狀況，且有逐年好轉的趨勢；水環境在波動中有所好轉，但均處于亞健康水平，主要因為綜合營養狀態指數高、底質污染、藍藻水華頻發等；水生態均處于不健康狀態，主要影響因素為浮游植物多樣性低、水生植物覆蓋度低、魚類保有指數低等；巢湖服務功能為優。巢湖健康狀況綜合評價為52.5分～56.6分，處于亞健康水平。提升入湖水質達標率、減輕外源輸入、控制巢湖底泥內源污染、恢復巢湖水生植被覆蓋面積，防控大規模藍藻水華發生是促進巢湖生態系統健康發展的關鍵。

關鍵詞：健康評價；水環境；水生態；巢湖

中圖分類號：X824? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2023）08-0006-06

湖泊是重要的自然資源，在蓄洪調節、水資源供給方面具有重要的水資源戰略價值。湖泊中生物資源豐富，是重要的生物聚集地，在維持區域生態系統平衡和生物多樣性方面有特殊功能。由于湖泊在水資源與生物資源方面的重要作用，湖泊一直是人類生產、生活的重要活動場所，在發展灌溉、提供水源、溝通航運、發展漁業生產、觀光旅游等方面發揮積極作用。隨著人口的快速增長和人類活動強度的持續增大，圍湖造田、過度捕撈、圍網養殖、工農業生產與生活水污染物大量排放，引發了湖泊面積萎縮、湖泊水體富營養化、湖泊生態系統退化等問題，影響了湖泊生態系統的健康發展[1]。隨著我國湖泊水質不斷改善，湖泊保護在由單一水質改善向湖泊生態環境系統健康發展方向發展。

作為受流域內人類活動影響較大的生態系統，湖泊生態系統的健康不僅對自身健康發展至關重要，對周圍社會服務功能也尤為重要。因此，開展系統評價湖泊生態系統要素的健康狀況，及其綜合健康狀態，是科學認識湖泊生態系統健康的重要手段，是促進湖泊生態環境保護有的放矢和平衡湖泊生態健康和流域經濟社會發展相適應的關鍵所在。由于湖泊生態系統系統的復雜性，對其健康內涵的定義、評價不斷發展[2]，由單一的水質、水生態評價轉向面向社會發展需求的多因素綜合評價[3-5]，并且已在我國、美國、澳大利亞等進行了相關應用[6]。

巢湖位于安徽省中部、長江左岸（東經117°17′～117°52′、北緯31°25′～31°43′）如圖1所示，是安徽省最大、我國著名湖泊，是長江下游重要湖泊濕地和長三角重要生態屏障，也是引江濟淮流經之地和水源之一，具有調蓄洪水、保障供水、發展航運和守護入江入淮水質、維護生物多樣性、營造濱水景觀環境等重要作用。巢湖同時是國家重點治理的“三湖”之一，水資源、水生態、水環境、水災害等新老水問題交織并存。近年來各級政府在巢湖生態環境治理上采取了多重有力措施，但巢湖同時面臨著流域人口不斷增長、工農業生產不斷發展的社會環境壓力，巢湖當前健康狀況如何，存在哪些不足，有何變化趨勢，亟需得到評估研究。因此，本研究在借鑒我國湖泊綜合健康評價相關成果基礎之上，結合巢湖自身特點，構建了涵蓋物理結構、水環境、水生態與社會服務功能四個類型的巢湖健康狀況評價指標體系，并對2017-2020年巢湖健康狀況進行了評價，分析了巢湖所存在的生態環境問題及未來保護對策。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

巢湖東西長54.5km、南北寬21km，岸線總長181.8km，多年平均水位8.52m，面積為769km²，總蓄水量21.1億m³。年均入湖水量34.9億m³，年均出湖水量30億m³，年均換水周期約168天。巢湖流域總面積13544.7km²。巢湖流域共有出、入湖大小河流40條，呈放射狀匯入或流出巢湖。流域多年平均氣溫16.1℃，多年平均降水量1117mm。巢湖流域土地利用以耕地為主，占60.12%，其次為林地，占17.87%，建設用地占12.79%，水體占9.17%，草地占0.05%。巢湖流域人口快速增長、經濟社會發展迅速。從2017到2020年，巢湖流域人口從1023萬增加到1187萬人。2020巢湖流域以安徽省19.5%的人口貢獻了全省29%的GDP。

1.2 巢湖健康狀況評價指標體系構建

在參考水利部《河湖健康評價技術導則》（SL/T 793-2020）[7]、中國環境監測總站《濕地生態環境健康評價方法（暫行）》[8]的基礎上，結合國內外相關評價方法及巢湖實際情況，從湖泊物理結構、水環境、水生態、服務功能四類指標，每個類型指標包含2～5個具體評價指標，形成巢湖健康狀況評價指標體系，如表1所示。四個類型指標中，物理結構重在評價湖泊岸帶的物理狀態及其變化；水環境則從入湖水質、湖體水質污染狀況與富營養化指數、水華狀況和底質污染狀況5個方面評價巢湖水環境質量及其健康狀況；水生態則系統涵蓋了浮游植物、浮游動物、底棲動物、大型水生植物、魚類等五大生物要素，三者相結合由表及里、物理化學與生物因素相結合，充分評估巢湖自身健康狀況。而服務功能則從防洪、供水保障、通航保障三個方面評估了巢湖生態系統社會服務功能的特征。

邀請10位環境科學、生態學、湖泊學領域專家，基于層次分析法對該指標體系中各指標的重要性進行判斷打分，從而計算出各指標類型的權重及各分項指標的分權重值，如表1所示。根據分項指標評價得分及其分權重，計算出各指標類型得分，再結合各指標類型權重，計算得出巢湖綜合健康指數。各分項指標、類型指標以及綜合評價結果均采用百分制，均分為優[80，100]、健康[60，80]、亞健康[40，60]、不健康[20，40]、病態[0，20]五個等級。

1.3 評價辦法與數據獲取

1.3.1 物理結構

湖岸帶狀況采用湖岸帶植被覆蓋度與人工干擾度兩個指標進行評價，采用現場踏勘和衛星影像相結合的方式。然后分別根據表16與表17[7]進行評判和評分，湖泊面積萎縮比例依據公式（1）計算、依據表12進行評分[7]：

1.3.2 水環境

入湖河流水質達標率采用公式（2）進行評價與賦分：

入湖河流水質達標率得分=（Q₁/Q）×100 （2）

其中Q為河流入湖總水量，Q₁為入湖水質達標水量。鑒于巢湖為營養物質污染性湖泊，水質污染程度選取總氮、總磷、氨氮、高錳酸鹽指數計算其綜合污染指數，綜合污染指數為0.5、0.8、1.0、2.0時分別對應100分、75分、50分和0分，利用插值法計算得分。綜合營養狀態指數根據《地表水環境質量評價辦法》進行評價[10]、根據表19進行插值賦分[7]。水華狀況分水華程度與水華規模兩個分指標按照表2進行評價，分別取最小得分作為分指標得分；兩者分別占水華權重的3/4與1/4。

底質評價分重金屬與氮磷兩個部分。重金屬評價選用汞、銅、砷、鉻、鉛、鎳、鎘、鋅8個元素，采用地積累指數（Igeo）法[11]，Igeo等于0、1、2、3、4、5時對應評分為60分、50分、40分、30分、20分和0分，取Igeo最高的元素結果進行插值賦分。氮磷污染程度評價采用綜合污染指數（FF）[12]，當FF為1.0、1.5、2.0時，分別對應80分、40分與0分，根據FF結果插值賦分。

水環境相關數據為安徽省巢湖管理局環境保護監測站每年監測結果，其中入湖河流水質、巢湖水質、綜合營養狀態指數為逐月監測數據，水華程度與水華規模為每年4-10月的監測數據，底質為每年一次監測結果。

1.3.3 水生態

浮游植物、浮游動物與底棲動物利用香農-威納生物多樣性指數（H）進行評價，當H為3.0、2.0、1.0、0時，分別對應80分、60分、30分與0分，根據H插值賦分。水生植物采用覆蓋度變化比例進行評價，選取1980s巢湖水生植物覆蓋度2.54%為評價基準[13]。結合評價時段巢湖水生植物覆蓋度，根據計算覆蓋度的變化比例[7]、并根據表25賦分[7]。魚類保有指數為當前魚類種類數量與歷史參考點魚類種類數量的比值，選取1959-1963年巢湖魚類種數（85種）作為歷史參考點[14]，利用計算結果根據表27賦分[7]。浮游植物、浮游動物與底棲動物為安徽省巢湖管理局環境保護監測站每年分季度監測結果，大型水生植物覆蓋度為本研究監測數據，魚類數據源自《2018年巢湖魚類資源調查報告》[15]與《2020年巢湖增殖放流效果評估報告》[16]。

1.3.4 服務功能

防洪達標率為已達到防洪標準的堤防長度占堤防總長度的比例，根據表28賦分[7]。綜合供水保證包含供水量保證率與水質兩個分指標，兩者在綜合供水保證中所占權重分別為4/5與1/5。水量保證率根據巢湖水源地供水水量保證率，按照表30賦分[7]。水源地水質根據安徽省生態環境廳發布的《安徽省縣級行政單位所在城鎮集中式生活飲用水水源水質狀況》季報，利用公式（3）進行賦分：

2 結果與分析

2.1 物理結構

結合衛星影像和現場勘查結果，2017-2020年巢湖湖岸帶植被為重度覆蓋，植被覆蓋度得75分；湖岸帶存在硬質性砌護、建筑物、公路，湖岸帶陸域50m內存在沿岸建筑物、公路、農業耕種、存放物料等，人工干擾度得53分；湖岸帶狀況則得64分。得益于近年環巢湖濕地建設，2017-2020年巢湖湖泊面積萎縮比例由6.52%下降到5.79%，得分由87.8上升至93.7，如圖2（a）所示。2017-2020年物理結構得分為74.0～76.5，均處于健康狀況，同時呈現進一步好轉的態勢，如圖3（a）所示。

2.2 水環境

2017-2020年入湖河流水質達標率為61.7%～65.1%，對應得分為61.7～65.1，年際間呈波動狀態，如圖2（b）所示；其中不達標情況主要發生在南淝河、派河與十五里河。水質綜合污染指數為1.18～0.84，整體呈遞減趨勢，對應水質污染程度得分為41.1～70.8，呈逐步上升趨勢，表明巢湖水質趨于好轉，如圖2（c）所示。巢湖綜合營養狀態指數為55.6～56.6，呈小幅波動狀態，對應得分54.4～53.4，表明綜合營養狀態水平穩定在亞健康狀態，如圖2（d）所示。

2017-2020年巢湖均有輕度水華發生，水華程度得分為32.7～49.8；2017與2019年水華規模最大為局部性水華，得分58.2與53.8；2018與2020年水華規模最大為區域性水華，得分29.2與29.7。綜上，巢湖水華狀況為31.8分～51.9分，在不健康～亞健康之間波動，如圖2（e）所示。巢湖底泥重金屬中鎘的地積累指數最高，為0.49～1.70；底泥中氮磷綜合污染指數為1.33～2.07，巢湖底質污染程度得分為21.5～55.1，處于不健康或亞健康水平，如圖2（f）所示。綜合評價上述子指標，2017-2020年巢湖水環境得分為48.5～55.0，水環境健康指數處于波動狀態，但均處于亞健康水平，其中巢湖水質污染程度持續改善，底質健康呈下降趨勢，如圖3（b）所示。

2.3 水生態

2017-2020年，浮游植物香農-威納指數為0.62～0.95，得分均為30，處于不健康狀態，如圖2（g）所示；浮游動物香農-威納指數分別為1.27～2.02，多樣性不斷升高，前三年得60分，為亞健康，2020年得80分，為健康，如圖2（h）所示；底棲動物香農-威納指數為1.12～1.48，多樣性不斷降低，但得分均為60，處于亞健康，如圖2（i）所示。巢湖水生植物覆蓋度為0.96%～1.03%，相較于1980s，水生植物覆蓋度變化比例為59.4%～61.8%，得分13.2～15.5，均處于病態，如圖2（j）所示。每年發現魚類45～48種，魚類保有指數為52.9%～56.5%，得分32.9～36.5處于不健康狀態，如圖2（k）所示。綜合評價上述指標，2017-2020年巢湖水生態得分為35.7～39.2，表明巢湖水生態狀況穩定中有所好轉，但仍處于不健康狀態，如圖3（c）所示。

2.4 服務功能

評價時間段內，巢湖岸線防洪達標率為100%，得分100。2017-2020年巢湖市飲用水源地供水水量保證率均為100%，得分100。2017-2018年巢湖市飲用水源地水質存在部分指標超標現象，水質達標率分比為70分與90分，2019-2020年飲用水源地水質完全達標，得分100。因此綜合供水保證得分為94～100，健康狀況為優，如圖2（l）所示。2017-2019年巢湖水位介于8.27m～10.18m，通航水深保證率100%。2020年巢湖水位有17天超過12.6m，通航水深保證率為95.4%，得分82.7。綜合上述各指標，2017-2020年巢湖服務功能得分96.6～100，服務功能為優，如圖3（d）所示。

2.5 2017-2020年巢湖健康狀況

綜合物理結構、水環境、水生態與服務功能四個類型指標，2017-2020年巢湖健康狀況綜合評價分別為54.3分、52.5分、55.2分、56.6分，年際之間有輕微波動，但均處于亞健康狀態，如圖4所示。巢湖亞健康主要是由水生態處于不健康、水環境處于亞健康所造成，評價結果與當前巢湖的實際情況相符。巢湖仍需要在水環境治理上下大力氣，促進水環境進一步改善，為水生態健康發展提供基礎條件，從而實現水環境和水生態的良好協同發展，促進巢湖生態環境長治久安。

3 討論

本文評價結果顯示，巢湖物理結構處于健康狀態，社會服務功能為優，但受泄洪能力不足影響，在汛期水位過高，通航功能與周圍社會環境安全會受影響。隨著引江濟淮即將建成和對江排洪泵站加快推進，可極大緩解泄洪與引江、防洪與蓄水等困境，實現水量的安全引進、水位的合理升降、水體的有序流動。社會服務功能中，巢湖市飲用水源地水質受巢湖水質影響，只有巢湖水質進一步改善，巢湖水源地的供水保證才能得到充分保證。因此，促進巢湖生態系統健康發展，還需要深入開展水環境治理，系統開展水生態修復。

3.1 持續實施點、面源治理

在2017-2020年巢湖入湖河流水質分析中，位于巢湖西北部的南淝河水質依次為Ⅴ類～劣Ⅴ類，派河為Ⅳ類～劣Ⅴ類，兩者以三分之一的入湖水量貢獻了70%以上的氮磷污染負荷。因此，削減巢湖入湖污染負荷，需持續推進這些重點河流的流域綜合治理工作。對于目前水質良好的杭埠河等入湖河流，要加強流域內點源排放監管與面源污染防控，確保其生態功能健康發展，污染物濃度指標不升高，水質穩中趨好。同時要發揮環巢湖濕地和湖濱帶的生態緩沖功能作用，削減入湖污染負荷。

3.2 削減巢湖內源污染

由于歷史上長期的外源輸入，巢湖底泥淤積嚴重，且氮磷等高度富集。根據巢湖底泥調查結果，巢湖底泥深度在15cm至162cm之間波動，平均泥深81cm，西湖心、東湖心、河口附近底泥深度較大；巢湖底泥污染區域嚴重程度由高到低依次是西湖區、東湖區、中湖區[17]。大量富含氮磷的底泥聚集，使其成為巢湖重要的內源，每年有大量氮磷自底泥釋放到水體中，成為巢湖污染物的一個重要來源[18，19]。隨著外源治理力度的不斷加大，巢湖內源污染將在未來相當長的時期內，成為巢湖治理的重點。底泥內源污染物的釋放、湖底平移流動將對巢湖的水質和藍藻水華暴發具有較大的推動作用。因此，要結合巢湖底泥污染調查與分析成果，深入研究巢湖內源污染的時空變化特征及其污染貢獻率，加快實施高風險區域底泥生態清淤試點工程，跟蹤評價試點清淤的實施效果，在此基礎上推進底泥生態清淤工作，削減內源污染。其中西湖區水體營養鹽濃度相對較高，藍藻水華頻發，應重點關注該區域的底泥內源污染與治理。外源污染負荷削減與內源污染控制相結合，進一步降低巢湖水體污染物濃度，促進巢湖水質持續向好發展。

3.3 科學分析藍藻水華狀況

藍藻水華頻發是巢湖生態系統的突出問題，是造成浮游植物生物多樣性低、得分偏低的直接原因[20，21]。藍藻水華問題也是影響巢湖水體綜合富營養化指數的關鍵所在，即在巢湖水質不斷改善的前提下，巢湖綜合富營養化指數并沒有明顯下降，如圖2（d）所示。后續研究中要充分研究巢湖歷史水環境與藍藻水華發展規律，充分利用巢湖天地空監測系統及數字巢湖建設成果，科學分析巢湖藍藻水華發生、發展、消亡特征，構建巢湖藍藻水華監測評價與預警體系，結合巢湖外源輸入及湖體水質變化規律，科學預測巢湖藍藻水華未來發展趨勢。

3.4 研究實施生態水位調控

1962年巢湖閘建成后巢湖水位被抬升，使湖岸落灘面積減少，縮短了曬灘時間，不利于植物幼芽越冬及萌發更新[13]。隨后水生植物蓋度逐漸降低，1981-1983年、2010年水生植物蓋度分別為2.54%、1.54%[13，22]，本研究顯示2017-2020年水生植物面積僅占巢湖面積的1%左右，且以挺水植物為主，湖濱帶濕地基本喪失了水質改善作用，整個湖泊自凈能力明顯下降。巢湖水生植物的恢復，需要從水位調控著手，從兼顧流域防洪減災、灌溉供水、航運發展和生態修復等綜合角度，結合多水共濟水循環系統，研究基于湖泊多目標綜合利用的生態水位調控方案，實現巢湖水文節律能基本按生活、生產、生態（環湖濕地出露、曬灘及水生植物生長需求實施調度）等用水需求。研究通過航道疏浚降低冬春季水位，從兼顧巢湖航運發展與生態修復綜合角度制定巢湖生態水位調控方案，促進巢湖生態系統健康發展。

3.5 科學評估禁捕的生態影響

巢湖和長江自由連通被阻斷、巢湖水位升高、水環境質量下降所帶來的生態環境變化以及相當長時間內的過度捕撈，導致巢湖魚類不斷減少，目前巢湖魚類種類僅有歷史記載的約一半[14]。巢湖存在刀鱭占比高，大魚低齡化、小型化現象突出，外來魚類入侵現象明顯等問題。巢湖于2019年開始禁漁，亟需后續跟蹤研究，評價禁漁對巢湖魚類群落結構變化的影響作用。同時，應將巢湖水生生物種類、數量、群落結構、變化規律及主要影響因子等納入日常監測工作范疇，為建設巢湖健康生態系統提供數據支持。

4 結論

本研究從物理結構、水環境、水生態及服務功能四個方面構建了巢湖健康評價指標體系，評價結果表明2017-2020年巢湖物理結構處于健康狀況，得益于巢湖周圍濕地建設，物理結構呈現逐年好轉的趨勢；巢湖水環境在波動中有所好轉，但仍處于亞健康水平，藍藻水華、富營養化指數及底質污染為主要原因；水生態處于不健康狀態，浮游植物多樣性低、水生植物覆蓋度低、魚類保有指數低為主要影響因素；巢湖服務功能為優。

2017-2020年巢湖健康狀況綜合評價結果為52.5分～56.6分，整體處于亞健康水平。改善巢湖綜合健康狀況，關鍵還需要進一步削減外源污染輸入、控制內源污染物釋放、提升巢湖水環境質量，進而調整巢湖水文節律、提升水生植物覆蓋面積、控制藍藻水華發生規模與程度等。

參考文獻：

〔1〕楊桂山，馬榮華，張路，等.中國湖泊現狀及面臨的重大問題與保護策略[J].湖泊科學，2010，22（06）：799-810.

〔2〕任黎，楊金艷，相欣奕.湖泊生態系統健康評價指標體系[J].河海大學學報（自然科學版），2012，40（01）：100-3.

〔3〕賈海燕，朱惇，盧路.鄱陽湖健康綜合評價研究[J].三峽生態環境監測，2018，3（03）：74-81.

〔4〕帥紅，李景保.典型年洞庭湖系統健康綜合評價[J].地理科學，2014，34（02）：170-177.

〔5〕王智源，劉勁松，唐榮桂，等.洪澤湖水生態健康綜合評價指標體系[J].江蘇水利，2017，21（04）：39-45.

〔6〕彭文啟.河湖健康評估指標、標準與方法研究[J].中國水利水電科學研究院學報，2018，16（05）：394-404.

〔7〕水利部.河湖健康評估技術導則[S].北京：中國水利水電出版社，2020.35.

〔8〕中國環境監測總站.濕地生態環境健康評價方法[Z].中國環境監測總站，2014.8.

〔9〕竇鴻身，姜加虎.中國五大淡水湖[M].合肥：中國科學技術大學出版社，2003.

〔10〕環境保護部.地表水環境質量評價辦法（試行）[Z].環境保護部，2011.15.

〔11〕ZHANG L， LIAO Q， SHAO S， et al. Heavy Metal Pollution， Fractionation， and Potential Ecological Risks in Sediments from Lake Chaohu （Eastern China） and the Surrounding Rivers [J]. International journal of environmental research and public health， 2015， 12（11）： 14115-14131.

〔12〕王佩，盧少勇，王殿武，等.太湖湖濱帶底泥氮、磷、有機質分布與污染評價[J].中國環境科學，2012，32（04）：703-709.

〔13〕盧心固.巢湖水生植被調查[J].安徽農學院學報，1984，28（02）：95-102.

〔14〕王岐山.巢湖魚類區系研究[J].安徽大學學報（自然科學版），1987，28（02）：70-78.

〔15〕安徽省農業科學院水產研究所.2018年巢湖魚類資源調查報告[R].安徽省農業科學院水產研究所，2018.

〔16〕安徽省農業科學院水產研究所.2020年巢湖增殖放流效果評估報告[R].安徽省農業科學院水產研究所，2020.

〔17〕深圳市宇馳檢測技術股份有限公司.巢湖底泥污染物詳細調查分析報告[R].安徽省巢湖管理局，2020.

〔18〕YANG C， LI J， YIN H. Phosphorus internal loading and sediment diagenesis in a large eutrophic lake （Lake Chaohu， China） [J]. Environmental Pollution， 2022， 292（01）： 118471.

〔19〕李運奔，匡帥，王臻宇，等.東巢湖沉積物水界面氮、磷、氧遷移特征及意義[J].湖泊科學，2020，32（03）：688-700.

〔20〕張民，史小麗，陽振，等.2012-2018年巢湖水質變化趨勢分析和藍藻防控建議[J].湖泊科學，2020，32（01）：11-20.

〔21〕唐曉先，沈明，段洪濤.巢湖藍藻水華時空分布（2000-2015年）[J].湖泊科學，2017，29（02）：276-284.

〔22〕任艷芹，陳開寧.巢湖沉水植物現狀（2010年）及其與環境因子的關系[J].湖泊科學，2011，23（03）：409-416.