【doc】洞庭湖河湖疏浚综合效益研究

【doc】洞庭湖河湖疏浚综合效益研究 洞庭湖河湖疏浚综合效益研究 规j:U战略水利规划与设计2003年第4期 洞庭湖河湖疏浚综合效益研究 李正最周北达李广源宁迈进 (湖南省水文水资源勘测局湖南长沙410007) 黎昔春 (水利部湖南省水利水电勘测设计研究院湖南长沙410007) 【摘要】洞庭湖是长江中游的重要调蓄湖泊,但由于接纳湘,资,沅,澧四水和长江三口洪水,泥沙,造成湖 内河道淤塞,湖泊泥沙淤积,洪水位抬高,在加重湖区的防洪负担,造成严重的洪涝灾害的同时,降低湖泊水 体的稀释自净能力和水环境承载能力,使湖区生态环境恶化.本文根据洞庭湖河湖疏浚规划,对典型河段疏浚 前后水情,水环境质量及承载能力变化 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ,定量与定性相结合对洞庭湖河湖疏浚的防洪减灾效益,水环境修 复效益和生态系统恢复效益等进行了分析研究和预测. 【关键词】洞庭湖疏浚防洪减灾水环境修复生态恢复效益 1问题的提出和研究基本思路 1.1课题的提出 洞庭湖作为长江中游的调蓄湖泊,不仅是长江 中下游防洪体系中的重要组成部份,也是水生动植 物和野生鸟类等的重要生产基地.它不但具有调蓄 江河径流,发展航运,渔业和为工农业生产提供丰 富水资源等多种用途,而且对调节湖区气候和生态 平衡也起着重要作用.由于洞庭湖接纳湘,资, 沅,澧四水和长江的松滋河,虎渡河,藕池河三 口,每年有大量的泥沙进入洞庭湖,其中约四分之 一 左右的泥沙由城陵矶注入长江,四分之三则淤积 在洞庭湖,1975年与1952年比较,七里湖平均淤 积达4m以上,南洞庭湖淤积近2m,东洞庭湖淤 积近lm.由于泥沙淤积,造成四口洪道多呈淤积 萎缩态势,湖内洲滩滋长,芦柳丛生,滞流阻水严 重,进而加速泥沙淤积,并有恶性循环之势.而且 由于湖泊萎缩使得水系紊乱,相互顶托干扰.这些 问题导致洞庭湖区调蓄容积减少,洪水位不断抬 升,江湖关系改变,在加重湖区的防洪负担,造成 严重的洪涝灾害的同时,降低湖泊水体对各种污染 物的稀释自净能力和水环境承载能力,造成湖区生 态环境的恶化.因此,加强洞庭湖区河道整治,实 施河湖疏浚工程,调整部分河段的河势,改善水流 条件,稳定河床,减少泥沙淤积,延长河道寿命是 非常迫切的,同时也是增加水体纳污,自净能力, 改善环境条件,维护生态平衡重大战略举措.目前 洞庭湖河湖疏浚规划已经完成,包括湘,资,沅, 澧四水尾闾和松滋河,藕池河,南洞庭湖,东洞庭 湖,汩罗江等疏挖总工程量达33876.40×10m., 目前为止已经付诸实施的有约4067.91×10m.. 为了客观地反映河湖疏浚的实际效果和作用,必须 正确全面地对河湖疏浚的效益进行分析和研究,并 作出合理的评价.本文通过对典型河段环境疏浚前 后水情,水环境质量及承载能力的变化,对典型河 段环境疏浚综合效益进行研究.在此基础上,定量 分析与定性研究相结合,对洞庭湖河湖疏浚的防洪 减灾效益,水环境修复效益和生态系统恢复效益等 作出评价和预测. 1.2研究的基本思路 1.2.1研究的途径 (1)洞庭湖区的二个典型河段(东南湖——万 子湖——横岭湖,澧水洪道石龟山_一—蒿子港河 段)环境疏挖综合效益(包括防洪,排涝,水环境 和生态系统等)分析; (2)根据典型河段环境疏挖综合效益和洞庭湖 河湖疏浚 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 预测整个洞庭湖环境疏挖的综合效 益. 1.2.2研究内容和方法 (1)根据典型河段疏挖前后水下地形的变化, 通过二维水力学模型和水文学方法推算疏挖前后主 要控制断面水位和流速的变化,研究洞庭湖疏浚的 ?15? 规划战路水利规划与设计2003年第4期 防洪减灾效益. (2)建立水质模型并根据典型河段疏挖前后水 流条件变化,通过水质模拟分析疏浚前后水环境要 素的变化,研究疏挖后水环境承载能力的变化和水 环境修复效益. (3)根据河湖疏挖方案以及竣工资料,分析疏 浚前后湖容和河势的变化,土壤结构和农业生产条 件的变化,湿地资源的变化,生物多样性变化,钉 螺扩散繁殖及繁殖条件的变化,生态景观和旅游资 源的变化等,研究洞庭湖疏浚的生态系统恢复效 益. 2洞庭湖河湖疏浚防洪减灾效益研究 洞庭湖河湖疏浚改变了河道湖泊的过水断面, 纵坡比降及糙率等水力因素,这些水力因素的改变 对洪水位产生影响,尤其在河道上由于水力因素改 变值的比重较高,影响更为显着.分析中首先使用 二个典型河段,运用水力学模型分析法和水文学资 料分析法分析这些典型河段在疏浚前后对洞庭湖洪 水位的影响,并以此为基础,根据河湖疏浚方案对 洞庭湖各疏浚河段的水位降低效应进行分析,并分 别计算防洪减灾效益. 2.1河湖疏浚对典型河段的洪水位影响分析 2.1.1水力学模型分析法水力学模型分析法的 主要思路是运用洞庭湖水动力学模型,在同样的来 水条件下,分别计算疏浚前后(地形和糙率不同) 洞庭湖疏浚影响区的洪水位,通过对水位差值的比 较,得出疏浚对河湖洪水位的影响.洞庭湖水系 中,四水及长江三口控制断面以下无流量站控制, 区间面积约占洞庭湖水系总面积的20,与洞庭 湖洪水的形成密切相关.本研究洪水演算采用 SMS(地 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 水模拟系统)水力学模型,区间的产流 计算采用SSARR(河流综合预报与水库调度模型) 水文学模型. SMS模型(SurfaceWaterModelingSystem) 是美国陆军工程兵团开发的水力学模型.该模型通 过求解二维完全圣维南方程组,求解出计算时间内 整个研究区域的水位,流量及二维X,Y方向的水 流速度.其显着优点是可以实现一,二维水力学模 型的结合,这使得我们在建模时可将河道概化为一 维单元,湖泊等宽广水面概化为二维单元,实现 一 ,二维水力学模型的有机结合.SSARR模型是 一 种概念性河流系统水文预报数学模型,由美国陆 军工程兵团河流预报中心70年代中期研制.它认 ?16? 为降雨径流模型实质上是一个扣损曲线流域模型, 在流域内的降雨输入可以转化为径流,土壤含水量 的增加和流域蒸散发损失三部分.由于洞庭湖区间 大部分地区无流量观测资料,因此选择有流量资料 的典型流域进行参数分析,再根据有关地理因数, 将参数换算到无资料地区.根据水力学模型的需要 将整个湖区区间划分为49个子块,每个子块单独 计算产流过程. (1)SMS水力学模型边界条件.模型上边界: 四水人流控制站湘潭,桃江,桃源,石门及长江宜 昌,长阳及湖区区间产流流量.洞庭湖区沿湖区间 面积的产流,使用SSARR水文学模型,根据降雨 过程模拟出湖区区间流量过程.模型下边界:长江 螺山站.由于河湖疏浚对螺山站的水位影响甚微, 因此可以认为疏浚前后螺山站水位基本保持不变. 故可将典型年螺山站的实际水位过程作为模型的下 边界. (2)洪水典型年的选择.典型年主要选择近期 的主要大水年1996,1998,1999年.其中1996年 洪水为四水遭遇型洪水,1998年洪水为1954年后 长江流域全流域大洪水,1999年洪水为湖区区间 及长江干流遭遇的恶劣组合型洪水. (3)分析计算结果及原因分析.计算采用了3 个典型年,分别选择疏浚前后的地形资料计算三个 典型河段影响区的水位,在疏浚区每隔500m,模 型输出一个水位值.计算的结果为:澧水洪道洪水 位降低0.2,0.3m;南洞庭湖洪水位降低0.09, 0.17m.在所选的典型河段中,澧水洪道的影响十 分显着,南洞庭湖一带疏浚前后的影响次于澧水洪 道.造成这一结果的原因主要是因为澧水洪道为一 狭窄性河道,洪水期间经常出现碍洪现象.疏浚后 河道横断面面积增加,且主河槽深度加深,水流阻 力减小,过流能力增加,洪水位降低比较明显;在 南洞庭湖区,由于洪水期间水面宽广,疏挖增加的 河道面积占整个断面面积的比重相对较小,虽然水 流阻力也有所减小,但在影响湖区水流的复杂水力 因素中,疏挖的影响仍不如澧水洪道. 2.1.2水文学分析法本次分析的二个典型河段 位于澧水洪道和南洞庭湖区.在澧水洪道上有石龟 山水文站实测水位和流量资料.南洞庭湖区沅江水 位站仅有水位资料.根据两站资料情况,分析中采 用不同的方法.基本思路是:澧水洪道采用单值化 水位流量关系法,通过分析河道疏浚前后的单值化 水位流量关系来分析疏浚对洪水位的影响;南洞庭 规划戤略水利规划与设计2003年第4期 湖通过疏浚前后南嘴——沅江水位相关关系来分析 疏浚对洪水位的影响. (1)澧水洪道疏浚前后石龟山站水位流量关系 变化.石龟山站水位流量关系受澧水和长江淞滋口 来水的影响,同时还受到南嘴站水位的顶托,水位 流量关系十分复杂.单值化处理的基本方法是综合 落差指数法,其综合落差取津市至石龟山,石龟山 至南咀的组合落差.典型年选1991,1995,1996, 1998,1999.对比疏浚前后单值化水位流量关系可 得:?同流量级水位降低.水位在37.Om以上, 与疏浚前1991年相比,降低幅度一般处于0.2, 0.5m之间.?同水位级流量增加.在水位37m以 上,疏浚后同水位级下,过流能力增加200, 500m3/s. (2)南洞庭湖疏浚前后沅江站水位流量关系变 化.沅江站是南洞庭湖的水位站,选用南咀沅江洪 峰水位相关关系来进行分析.资料选样以1990年 ~ 1997年资料作为清淤前资料,选用了29场洪水 的南咀沅江洪峰水位资料;1997年42002年资料 作为清淤后资料,共选用了2l场洪水的南咀沅江 洪峰水位资料.分别拟订疏浚南咀沅江洪峰前后两 条关系线,可以看出两条关系线有一定的差别,说 明南洞庭湖疏浚后,对南洞庭湖洪水位的影响较澧 水洪道而言影响较小.1997年以后在南洞庭湖莲 花坳——廖洋口以及实洲岭河段进行了一定规模的 疏浚工作,其中实洲岭河段靠近沅江站附近.从关 系图看,南洞庭湖沅江站洪峰水位疏浚前后在南嘴 同等水位情况下,水位降低约0.07,0.15m,这 说明沅江与南嘴的落差加大,水流速度加快.很显 然,由于清淤疏浚,河床加深,过流能力得到一定 程度的提高,对高洪水位的降低有一定作用. 2.1.3典型河段疏浚对澧水洪道及湖泊传播时间 的影响澧水洪道疏浚于1994年开始,根据掌握 的资料疏浚前选用1978~1994年资料,疏浚后选 用1995,2O02年资料.1995年至今9场洪水平均 传播时间为18小时;而1978年至1994年27场洪 水平均传播时问为26小时,洪水平均传播时间缩 短8小时.很显然澧水洪道由于河道疏浚,行洪能 力增强,水流速度加快,洪水传播时间已发生显着 变化,在原来的基础上已缩短近三分之一. 南咀至营田河段疏浚时间起于1997年,故可 将1997年及其以前的资料,作为疏浚前的资料, 由于疏浚时间持续到2001年,因而疏浚后的资料 十分有限,考虑到1998年已完成了相当一部分工 作,故将1999年及其以后的资料作为疏浚后的资 料进行分析.由于湖区来水组合复杂,在上述统计 中尽量采用反映南洞庭湖来水的洪水为主,以便使 统计值能反映实际情况.通过对1999年至今7场 洪水统计,平均传播时间为22小时,而1978年至 1994年25场洪水平均传播时间为24小时,两者 相差2小时.由此可见在南洞庭湖进行疏浚,对南 咀至营田洪水传播时间具有一定影响,但影响程度 不如河道. 2.2洞庭湖河湖疏浚对其洪水位影响预测 根据洞庭湖河湖疏浚规划,疏挖,扩卡和扫 障总土石方量达33876.5×10m3.而且由于增加 了行洪断面的面积和湖泊容量,相应增加了洪道的 行洪能力,增强了湖泊的调蓄能力,对降低湖区高 洪水位起积极作用.整个疏浚工程土石方量也就相 当于洞庭湖增加了约3.4×10.rn3容积,约占洞庭 湖总容积(城陵矶水位33.5m时容积167× 10m.)的百分之二左右. 采用前面已经建立的水力学模型,经水力学模 型模拟计算结果如下: (1)四水尾闾及淞滋河,藕池河及汨罗江疏浚 段附近洪水位的降低较明显.水位降低的程度与开 挖的断面面积占总断面面积的比例及洪水级别有 关.比例越大,水位降低愈明显.洪水级别越大, 水位降低越小.在计算河段中澧水尾闾可降低高洪 水位0.15,0.35m,其余河段一般可降低0.1, 0.25m,但在扩卡的局部区域,有时可降低水位 0.3m以上. (2)东洞庭湖洪水位可降低0.O8,0.14m,南 洞庭湖可降低0.140.18m.湖区水位降低幅度仍 然少于河道,这种趋势同典型河段的计算结果一 致. 将上述两项计算结果与《湖南省九十年代洪灾 成因及减灾对策研究》的有关成果进行比较,可得 出疏浚工程对洞庭湖的防洪作用相当于在四水干流 修建一座防洪库容为4,5×10.m.的水库,对四 水尾闾疏浚段的防洪作用相当于在四水干流兴建一 座防洪库容为10×10.m.左右的水库. 2.3河湖疏浚工程的防洪减灾效益 2.3.1典型河段疏浚效益分析 (1)东南湖——万子湖——横岭湖河段.据前 述水文分析计算,实施该工程后,南洞庭湖地区水 位降低分别为洪水位0.0940.17m,枯水位0.2, ? 17? 规笺0战路水利规划与设计2003年第4期 0.25m.防洪效益:通过典型年洪灾损失调查统 10元, 计,疏浚工程的防洪效益可分摊得2500× 疏浚弃土可对近20kin堤段进行加固处理,可得年 分摊效益300×10元.排涝工程效益:因水位下 降,电排扬程降低,排水率提高,从而使沿河两岸 农田免遭内涝而达到农作物高产稳产的目的.统计 解放以来23个涝灾年份中因内涝致灾的总经济损 失6.01×10元,年平均2613×10元,疏浚工程 可分摊900×10元;由于枯水季节外河水位降低, 排水闸自排时间延长,电排开机时间减少,还可减 少排涝费用90×l0元,排涝年效益为990×10 元;防汛抢险效益:南洞庭湖地区共有防洪堤长 673km,其中湖堤长213km.按全洞庭湖区年平均 防汛抢险费用2.0×10.元计,单位堤长的年防汛 费用为6x10元,以疏浚工程实施后减少防汛费 用5,则每年可减少防汛费用200×10元.三 项合计,疏浚工程年效益可达3990×10元.共有 疏浚土方1225×10m.,按疏浚单价l5元/m.计, 工程总造价1.85×l0.元.根据《水利建设项目经 济评价规范》的规定,其经济内部收益率为l5, 经济效益费用比为1.25. (2)澧水洪道.据前述分析实施该工程后,澧 水洪道水位降低分别为洪水位0.2,0.3m,枯水 位0.3,0.35m.按照南洞庭湖洪道同样的分析计 算方法,可得澧水洪道疏浚工程的防洪工程效益为 l0×l0元,排涝工程效益为30×l0元,防汛抢 险效益为460×10元,航运效益为l0×l0元, 总工程效益为510×10元.阳由垸外洲和陈迹坪 两段共有疏浚土方200×10m.,按疏浚单价l5元 /m.计(含弃土区围堰等临时建筑工程),工程总 造价0.3xl0元.根据《水利建设项目经济评价 规范》的规定,其经济内部收益率为l4,经济 效益费用比为1.16. 2.3.2洞庭湖区疏浚工程效益预测河湖疏浚工 程的效益是通过工程的建设和运用,对各特大洪水 年份工程实施前后对比而减少的洪涝灾害损失费 用,使用蓄洪垸蓄洪损失费及其它费用.按照典型 河段的效益分析计算,洞庭湖河湖疏浚工程可计效 益包括如下几个方面:?河湖疏浚工程增加河湖行 洪能力,降低上游河段洪水位,提高堤防的防洪能 力,可减免上游堤垸洪涝灾害损失.按照洞庭湖区 洪涝灾害损失平均情况估算,河湖疏浚工程可减免 洪涝灾害损失为21702.3×lO元/年;?由于增加 湖泊容积,减少使用蓄洪垸来蓄洞庭湖区超额洪水 ?18? 而造成的蓄洪损失,据《洞庭湖蓄滞洪区安全建设 补充规划》调查分析,可减少蓄洪损失约为 12421.0×10元/年;?加固防洪大堤930km,可 减免防汛抢险费用11599.3xl0元/年(其中防汛 4987.4×10元/年,抢险费用6611.9×10元/ 年);河湖疏浚工程实施后,外河水位降低可减免 电排排涝电费196.5×l0元.以上四项合计4.57 ×l0.元/年. 根据已完成的4067.9l×10m.疏挖土方量, 已吹填加固大堤约200km,疏挖河段附近的一线 大堤中的险工险段得到全面加固培厚.河湖疏浚的 工程实施,增加了河湖容积,加固了防洪大堤,提 高防洪大堤防洪能力,延长了洞庭湖的寿命,为长 江中下游地区的防洪保安,保证重点地区,重点区 域的防洪安全,起到了重大的作用,为维护社会稳 定,促进经济发展和繁荣也发挥着巨大的社会效 益. 3洞庭湖河湖疏竣的水环境修复效益 3.1洞庭湖水环境现状评价 按照《国家地面水环境质量标准》(GB3838-- 2002),对磊石,鹿角,城陵矶,君山农场,鸟类 保护区(以上为东洞庭湖的控制站点),茅草街, 目平湖,杨阁老,小河咀(以上为西洞庭湖的控制 站点),沅江码头,万子湖,刘家湖农场,横岭湖 (以上为南洞庭湖的控制站点)共l3个站点用单因 子法和综合污染指数进行水质评价.单因子法评价 结果,鹿角,鸟类保护区,杨阁老,小河嘴,横岭 湖,沅江码头,刘家湖水质达?类,磊石,城陵 矶,茅草街,目平湖,万子湖水质达V类,君山水 质达超V类,全湖平均类别为?类.洞庭湖的主 要超标项目为总磷,总氮.各断面综合污染指数鹿 角,鸟类保护区,杨阁老,小河咀,横岭湖,刘家 湖,沅江码头水质综合污染指数小于0.4,属于尚 清洁水体,其余断面水质受到轻度污染,综合污染 指数在0.4,0.641之间,君山水质最差.全湖平 均综合污染指数0.433,属于轻度污染.洞庭湖全 湖主要污染物的分担率从大到小依次排前五位的参 数为:总磷,总氮,总汞,挥发酚,高锰酸盐指 数. 3.2洞庭湖富营养化现状评价 用以叶绿素a浓度为基础的修正卡森TSIM营 养状态指数法对洞庭湖富营养化进行综合评价.由 于洞庭湖为磷限制型湖泊,其水质各参数间及与营 规划战路水利规划与设计2003年第4期 养状态之间存在一定的相关关系,评价标准参照国 内有关标准并考虑到洞庭湖氮,磷浓度普遍较高的 实际情况,对氮,磷浓度的分类标准作了适当调 整.水体富营养化状态综合评价结论为:?洞庭湖 营养状态季节性变化不显着,平,枯,丰水期的平 均修正卡森TSIM营养状态指数分别为53.0, 54.6,51.2,相差最大变幅只有6.2;?洞庭湖 各区域富营养状态有一定的差异,最大值在茅草街 指数为55.8,最小虞公庙只有49.6,相差6.2, 这与洞庭湖为河道型湖?自特点相吻合.?洞庭湖 TSlM指数为52.7,属于中——富营养. 3.3洞庭湖河湖疏竣对水环境承载力的影响 3.3.1基本概念水环境承载力是指在一定的水 域,其水体能够被继续利用并仍保持良好生态系统 时所能容纳污水及污染物的最大能力.简单地说, 水环境承载能力也就是我们通常所说的"水环境容 量"或"水环境(Tk体)纳污能力",即满足水环 境质量标准要求的最大允许污染负荷量,或纳污能 力.对于河流,湖泊而言,流量,水质及污染物质 的背景浓度也是经常变化的,向河,湖排放污染物 大多是通过水流进入的,因此,其污染物的净化和 环境容量的计算比较复杂.常用的水环境容量计算 模型有:一维模型,二维模型,非均匀混合模型和 湖(库)均匀混合模型. 3.3.2疏浚对洞庭湖水环境容量影响分析根据 洞庭湖污染物排放现状,造纸业排放的CODMn是 影响洞庭湖区水质的主要污染物,故在水环境容量 计算中,选择CODMn为计算参数选择反映水质污 染的综合指标——cOc,研究计算典型河段和整 个洞庭湖疏挖前后水环境容量变化情况,分析疏竣 对洞庭湖水环境质量的影响. (1)疏浚对典型河段水环境容量影响分析.典 型河段选择澧水洪道石龟山至沙河口(全长 20000m),南洞庭湖茅草街至沅江(全长22000m) 二个河段.模型选择和参数确定:对于澧水洪道, 采用一维水质模型计算水环境容量,设计流量及流 速采用津市站最近5年连续20天最枯日平均流量 及相应流速,C0采用实测水质数据,根据水域 主导功能对水质的要求确定,本河段水功能区划为 保留区,主要满足农业用水和鱼类洄游通道需要, 经综合考虑确定为6.0mg/1,污染物综合自净系数 根据实测资料计算得出;对于南洞庭湖,采用二维 水质模型计算水环境容量,设计流量及流速选择南 嘴站最近5年连续20天最枯日平均流量及相应流 速,采用实测水质数据,CS根据水域主导功能 对水质的要求确定,为4.5mg/1,污染物综合自净 系数K及横向扩散系数根据实测资料计算. 由于疏竣工程改变了洞庭湖的水力学条件,使 湖泊水流归槽,水位降低,流速增大,污染物扩散 与自净能力增强,湖泊的水环境容量增加.水环境 容量的计算结果,澧水洪道由144g/s增加到 160g/s,南洞庭湖由378g/s增加到398g/s.同样 在起始断面水质状况相同,区间内疏竣前后污染物 排放情况不变的情况下,区间出口在疏竣后的污染 物浓度要比疏竣前小,水质比疏竣前好.澧水洪道 出口处污染物浓度由疏浚前的6.0mg/1降为疏浚 后的5.9mg/1,南洞庭湖由4.5mg/1降为4.4mg/ l. (2)疏浚工程对洞庭湖水环境容量影响预测. 对于洞庭湖,考虑整个疏浚工程相当于洞庭湖增加 了约3.4×10.m.的容积,选择参数CODMn,采用 湖(库)均匀混合易降解的水质数学模型,计算结 果:CODMn的水环境容量疏浚后可增加2361g/s, 即74460t/a;污染物浓度疏浚后可降低0.3mg/1. 表明洞庭湖河湖疏竣对洞庭湖水环境的影响主要体 现在:疏竣后河流水位降低,水流归槽,流速加 快,污染物稀释自净能力增强,水环境容量及水环 境承载能力增大,水环境质量有所改善. (3)疏竣对洞庭湖富营养化的影响分析.洞庭 湖经多年淤积,不仅大大缩小了湖容,而且淤积底 泥中含有大量的营养物质,这些营养物质中的一部 分又会重新溶解进入水体,增加水体的营养负荷, 加快湖泊的富营养化进程.对洞庭湖区进行疏竣, 将淤泥疏挖出水,将大大减少底泥中营养物质的释 放,降低水体营养物质的浓度.根据洞庭湖区河道 疏竣工程总体设计方案,南洞庭湖底泥疏挖量 1595.17×10m.,黄土包河疏挖工程底泥疏挖量 1841.44×10m.,澧水疏挖工程底泥疏挖量 3828.40×10m.,以上典型河段共计7265.01× 10m..经估算相当于清除磷13513t,氮678551t. 根据洞庭湖营养物质平衡计算结果,洞庭湖总氮, 总磷年滞留量分别为107003t,7780t,而典型河段 疏挖减少的氮,磷量分别相当于全湖6.34年, 1.74年的淤积量,如果全湖疏挖按设计完成,其 效益当更加巨大.可见疏挖工程对减少洞庭湖的营 养负荷,减缓富营养化进程作用显着. (4)河湖疏浚的经济,社会及环境效益.洞庭 湖河湖疏浚工程实施后,将改善湖泊水环境质量, ?】9? 规戈U战路水利规划与设计2003年第4期 提高湖泊水环境容量,既可影响"一湖四水",还 将影响到整个长江中下游,对维护长江流域生态平 衡,促进区内经济与环境协调发展将起到积极作 用,其经济,社会和生态环境等方面的效益十分显 着.而且其直接经济效益也相当可观,如c0D 的水环境容量可增加2361g/s,即74460t/a,在 保护洞庭湖水功能不受破坏的情况下,可年增加容 纳248200t化学需氧量(COD).根据《湖南省 " 一 湖四水"水污染防治规划》,建设城市污水处理 厂年削减C0D7.3×10t,约需投资27.7944×10 元,若建设年处理COD24.82×10t的C0D污水 处理厂,仅此项经济效益就达90×10.元. 4洞庭湖河湖疏浚生态系统修复效益研究 4.1河湖疏浚的湿地生态恢复效益研究 4.1.1洞庭湖湿地及其保护 (1)洞庭湖湿地及其生态脆弱性.洞庭湖区在 其碟形盆地圈带状景观结构控制下,其湿地资源大 致可划分为湖盆中心敞水带,滨湖季节性淹没带, 湖区外环渍水低地带.在地质构造上洞庭湖正处于 萎缩衰亡的历史阶段,生态系统表现十分脆弱.加 之近200年来的泥沙淤积和人类活动的影响,湿地 生态环境面临严重破坏.洞庭湖湿地生态系统的脆 弱性主要表现在:第一,不合理的湿地类型演化使 洞庭湖调蓄功能衰退;第二,污染加剧,环境破 坏,湿地生态功能衰退,同时危及湿地野生动物生 存;第三,洲滩湿地扩大,加剧血吸虫的传播. (2)洞庭湖湿地的保护.1992年东洞庭湖湿 地自然保护区第一批列入《湿地公约》国际重要湿 地名录,1994年又被国务院确定为国家级自然保 护区.2001年南洞庭湖和西洞庭湖(目平湖)湿 地自然保护区同时被列入《湿地公约》国际重要湿 地名录.东洞庭湖湿地自然保护区与南洞庭湖,西洞庭湖湿地保护区共同组成的洞庭湖湿地系统的是 我国最大的湿地生态系统之一,同时,也是地球上 内陆湿地中最具特色的湿地类型;与鄱阳湖一道成 为亚热带地区独有的两颗湿地明珠,在地理,地貌 以及景观学上具有不可替代的重要位置. 4.1.2洞庭湖河湖疏浚的湿地生态恢复效益对 于洞庭湖及尾闾河道及河缘湿地来讲,湿地生态恢 复的主要目标应集中在稳定湿地面积,保障调蓄功 能和增加环境容量及其水质的净化上.通过洞庭湖 河湖底泥的疏浚,河湖漫滩湿地再自然化,增加水 流的持续性,防止侵蚀或沉积物进入等来达到控制 ? 20? 湿地陆地化和切断湖泊底泥的二次污染以及加强非 点源污染净化使河湖水质得以恢复. 根据洞庭湖河湖疏浚典型河段澧水洪道和南洞 庭湖的水力学和水文学分析,疏浚后设计洪,枯水 水位均有不同程度的降低,且枯水期水位的降低幅 度略大于洪水期的水位降低幅度,疏挖后可以抑制 洲滩湿地向水面的发展,同时湿地面积总体上基本 稳定,重点疏挖河段底泥质量也会明显改善,因此 洞庭湖河湖疏浚在总体上改善了河湖湿地生态系统 的功能,加快了湿地生态系统的物质循环和能量循 环,加快和优化了湿地生态系统的新陈代谢,维护 了湿地生态系统的稳定.特别是东洞庭湖荷叶湖 —— 鹿角,岳阳楼——城陵矶段,南洞庭湖草尾河 进口,实竹岭,莲花坳,横岭湖,聚贤围等河段的 疏挖,对于保持东洞庭湖和南洞庭湖湿地自然保护 区的湿地生态系统的平衡,加快南洞庭湖与东洞庭 湖,东洞庭湖与长江的水体输送和交换具有十分重 要的作用,将发挥巨大的生态效益,经济效益和社 会效益. 4.2河湖疏浚对生物多样性恢复效益研究 4.2.1洞庭湖区生物多样性特点 (1)洞庭湖区的植物资源.洞庭湖区有植物 170科637属1428种.1400多种植物中,有经济 价值,用途广泛的种类繁多.其中药用植物有600 多种,野生油料植物90多种,有利用价值的芳香 油植物70余种,野生纤维植物50余种,主要饲 (饵)料植物80余种,可利用的淀粉植物60余种, 经济树种250余种. (2)洞庭湖区的动物资源.目前,洞庭湖区有 9o种浮游动物,67种底栖动物,114种鱼类,216 种鸟类(62种水鸟,其中有13种珍稀鸟类,属国 家一级保护和二极保护的各有5种),22种哺乳类 (2种水生哺乳动物,白暨豚,国家一级保护动物; 江豚,国家二级保护动物),27种两栖爬行类.每 年来此栖息的鸟类数量达百万羽,越冬的候鸟多达 每年13万羽. 4.2.2洞庭湖河湖疏浚的水生植被恢复效应 (1)洞庭湖湖底沉积物表面往往被一层有机质 含量较高的污泥所覆盖.这种污泥密度很小,呈半 流体状态,水生植物难以在这种污泥中扎根;遇到 风浪时容易发生再悬浮,引起水质污浊和营养盐释 放,影响水生植物的生长;其中的微生物活性比较 高,一般处于缺氧状态,容易引起水生植物烂根. 在水生植被恢复区清除这种污泥是完全必要的.如 规划战隧水利规划与设计2003年第4期 果存在有毒物质污染,清除这种受到污染的底泥就 显得更加重要. (2)疏挖后底泥部分规划用于创建沿岸带浅滩 环境.挺水植物和浮叶植物只有在浅滩上能够生 存.当遇到灾害性洪水或水质污染时,深水区的沉 水植物有可能死亡,但浅水区仍然可以保留一定数 量的沉水植物,一旦洪水消退或者水质好转,浅水 区的沉水植物就会向深水区发展,形成一种自动恢 复机制或"缓冲机制". 4.2.3洞庭湖河湖疏浚的水生动物和水鸟资源恢 复效应 (1)底栖动物的恢复和保护.根据疏浚工程设 计,疏挖后部分湖区湖泊敞水区域加大,疏浚地段 沿湖水深有所增加,湖岸边滩挺水植物和浮叶植物 将得到有效保护,这在一定程度上使底栖水生生物 的栖息环境得到改善. (2)鱼类资源的恢复和保护.洞庭湖鱼类中尚 有相当一部分属半洄游性鱼类,另外还有一部分属 山溪性鱼类.四水尾闾特别是湘江尾阊疏浚后,水 流流速加快,有利于污染物的降解和水体净化,同 时加上上游湘江沿岸城市污染源的控制,可以使湘 江中上游产卵场的青,草,鲢,鳙四大家鱼的生殖 洄游通道畅通,幼鱼到湖中育肥;尤其湖中疏浚可 以清除湖内部分渔堤,壕坝,低矮围子和废堤,也 有利于鱼类越冬洄游通道的畅通.同时由于湿地洲 滩是丰水期主要经济鱼类的繁殖,索饵及育肥场 所,疏浚后湿地面积稳定湖容略有增加.因此,实 施河湖疏浚整体上有利于渔类的栖息,生长和繁 衍,而且也更有利于白暨豚和江豚等生存. (3)水鸟栖息环境的保护.洞庭湖水鸟分布大 体可分为草滩地型,浅水洼地型,芦苇地型和沿湖 丘陵区型等4种生态类型,它们各自占据相应的生 态空间.但是近几十年来,湖泊水面锐减,生态环 境逐渐恶化,直接威胁水鸟的栖息.河湖疏浚后工 程段水流流速特别是枯水流速普遍增加,从而在一 定程度上会加速污染物的降解,提高水体的稀释自 净能力,加大枯水期的湖泊环境容量,减少湖区环 境对在洞庭湖越冬的浅水洼地型过冬候鸟的威胁和 危害. 4.3河湖疏浚对钉螺抑制和血防效益研究 4.3.1洞庭湖区的血防现状湖南省血吸虫疫区 以洞庭湖为中心,分布于常德,益阳,岳阳,长 沙,株洲,张家界等六个地区的42个县市区和国 有农场,涉及区域面积4.44×10km,人口1500 万.1998年底,全省血吸虫病流行区有30个县市 区的243个乡,2491个村,流行区域人口3452127 人. 4.3.2钉螺分布与环境因素的关系 (1)钉螺与植被的关系.通过分析植被盖度为 65左右时,活螺密度最大.而且杂草群落植被类 型盖度在35,95时,钉螺均有分布.苔草, 荻群落植被类型盖度在35,909/6时,钉螺均有 分布.芦苇群落植被类型盖度在19/6,100时, 钉螺均有分布. (2)钉螺与水的关系.钉螺在草滩的分布与地 下水位的土壤含水率也有比较明显的相关.当地下水位为32cm时,钉螺密度出现最大值,土壤含水 量为284389/6最适合于钉螺的生长. 4.3.3河湖疏浚对钉螺寄生环境因子的调整作用 和血防效益 (1)河湖疏浚,破坏了湿地的阶段性积水,调 整主要植被盖度和植物群落类型,改变钉螺的孳生 的环境因子,达到破坏钉螺生存的自然环境,抑制 钉螺的生长与繁殖的目的. (2)通过水文和水力学分析计算,通过疏浚四 水尾阊可降低高洪水位0.1,0.35m;东洞庭湖洪 水位可降低0.0840.14m,南洞庭湖可降低0.1, 0.18m.洞庭湖枯水季节水位澧水洪道可降低0.30 4 0.35m,南洞庭湖降低0.2040.25m,相应可使 地下水位产生较为明显的降低效应.可见原地下水 位在32cm以上的大部份地区地下水位可降至 32cm以下,破坏了钉螺的生存环境. (3)疏浚底泥用于加固培厚堤防后,抬高洼 地,消灭死水坑地带等,土壤含水量可不同程度降 低,加之在滩地同步实施抑螺防病林工程,可以有 效地控制钉螺的孳生和限制钉螺的生长. (4)堤防加固也使溃垸造成钉螺从垸外扩散至 垸内的可能性降低,有利于垸内灭螺成果的巩固和 垸内居民的安全. (5)河湖疏改善了河湖的水环境和水流条件, 降低了人接触疫水而感染血吸虫病的机率,从另一 方面也达到抑螺防病的目的. (6)从南洞庭湖和澧水洪道的疏挖工程的实施 的实际效果看,由于疏浚工程结合了洪道扫碍彻底 清除了滩地上的芦苇,鸡婆柳等,并在疏挖中挖泥 船输送的泥浆尽可能填平了沼泽低洼地带或有目的 地堆筑矮围土埂,圈死钉螺密集地区,便于水淹药 浸灭螺,取得了很好的灭螺效果. ? 21? 规j:?战略水利规划与设计2003年第4期 4.4河湖疏浚的农业生态效益研究 4.4.1洞庭湖区的农业经济现状 (1)洞庭湖区农业结构的变化.洞庭湖区土地 面积仅占湖南土地面积的2O,目前农林牧渔总 产值则占全省的4O.其中渔业产值占全省的 69,牧业产值占全省的45,种植业产值占全 省的42.洞庭湖区的农业生产结构,经过从 "七五"到"九五"的不断调整,正由传统农业生 产结构向现代农业生产结构转化.一是农村产业结 构升级,1999年第一产业在国内生产总值中的比重 下降到2o以下,而第二产业在国内生产总值的比 重接近4O,与第三产业相当.二是第一产业内部 结构不断优化,农业产值在农林牧渔总产值中的比 重持续下降,养殖业产值的比重呈直线上升. (2)洞庭湖生态环境的变化对洞庭湖农业可持 续协调发展的影响.影响主要表现在以下几个方 面.一是泥沙淤积,河床与湖底抬高,垸田高程相 对下降,使地下水位升高,稻田土壤次生潜育化. 据统计,洞庭湖区有6O潜育化稻田(33.3× 10ha),以每公顷减产1500kg计,每年因此减产 5×1Okg.每年4,8月份的8O时问,湖区多数 地方的地下水位在土壤表层20cm以内,使湖区的 农业生产受到严重影响.二是随着下荆江裁弯后江 湖关系的调整,城汉河段淤积,致使泄流不畅,洞 庭湖外湖洪水威胁加重.外湖水位抬高后,垸高田 低,湖区防洪排涝等水利工程设施效益下降,排涝 负担加重,内涝时间增长,制约了湖区农业经济的 发展. 4.4.2河湖疏浚的农业生态恢复效益分析洞庭 湖河湖疏浚的农业生态效益,主要集中表现为农业 生态环境的改善和恢复效益.一是抑制和缓解稻田 土壤次生潜育化.洞庭湖稻田土壤次生潜育化的整 治必须采取综合防治措施,河湖疏浚作为综合防治 措施之一,可相应在一定程度上降低洞庭湖区地下 水位,对土壤的次生潜育化起到一定的抑制作用. 二是调整土壤结构,增强土壤肥力.湖泊底泥含有 丰富氮,磷,钾等多种营养元素,同时也还含有普 通矿物肥料中所缺少的有机质及多种微量元素,挖 湖砍泥大部分可以结合加固堤防,一部分作无害化 处理后可作为防护林的林地肥料,有明显的增产效 果.三是治涝保水,确保湖区农业排,用水需要. 洞庭湖疏挖后,堤防进一步加固,洪水位降低,湖 容增加,不仅缓解了高洪期间对农业生产的威胁, 而且有利于旱季的灌溉用水,减轻旱情.四是净化 ?22. 水质,改善水环境,为农业生产提供优质的淡水资 源.五是生物多样性更加丰富,各类有益鸟的大量 繁衍可以减轻农业的病虫害. 4.5河湖疏浚对景观生态恢复与生态旅游效益研究 4.5.1洞庭湖区的自然生态和人文景观洞庭湖 的旅游资源按洞庭湖的分布格局呈东,南,西三大 片.东片以东洞庭湖作为国家级自然保护区为核 心,被誉为"鹤之王国","珍禽的乐园",保护区 以保护珍稀水禽,涉禽及珍贵水生动,植物为主. 保护区所在的岳阳市系历史文化名城,岳阳楼为我 国江南三大名楼之一,宋代文学家范仲淹写下的 《岳阳楼记》成为千古佳作;省级自然保护区—— 君山,岛上舜帝二妃墓,柳毅井,斑竹亭等;汩罗 江屈子祠,屈潭,烈女岭等.南片以南洞庭湖湿地 自然保护区为主体,区内苇荡遍布,各种水禽资源 十分丰富,秋冬时节,苇絮飞扬,万鸟竞翔,蔚为 壮观.万子湖畔的凌云塔,资水河畔会龙山等与自 然湿地资源构成湿地复合旅游景观.西片以西洞庭 为主体的湿地旅游资源区,由于泥沙淤积和围垦造 田,已被分割成目平湖,珊泊湖,七里湖,北民湖 和柳叶湖等,区内有湿生沼泽植物种群和鱼类,水 禽.西洞庭湖鸟类聚居点各具特色:七里湖以鹤, 鹭为主,珊泊湖以野鸭为主,目平湖则以大量的留 鸟和候鸟,水禽种类和数量多为特点.区内自然景 观与人文景观兼备,桃花源,水府阁是不可多得的 人文景观. 4.5.2河湖疏浚的生态景观恢复效益和生态旅游 开发洞庭湖河湖疏浚将给洞庭湖区的景观恢复和 生态旅游开发提供环?