2024, Vol. 36 
(2: 中国科学院南京地理与湖泊研究所, 湖泊与环境国家重点实验室, 太湖湖泊生态系统研究站, 南京 210008)
(3: 中国科学院大学, 北京 100049)
(4: 中国科学院大学南京学院, 南京 211135)
(2: Taihu Laboratory for Lake Ecosystem Research, State Key Laboratory of Lake Science and Environment, Nanjing Institute of Geography and Limnology, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, P. R. China)
(3: University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, P. R. China)
(4: College of Nanjing, University of Chinese Academy of Sciences, Nanjing 211135, P. R. China)
中国拥有世界约19.0% 的人口，但其淡水资源仅占全球淡水资源总量的7.0%，人均水资源占有量不足世界平均水平的三分之一。由于日益增长的用水需求、严重的水资源时空分布不均和广泛的水环境污染，我国面临严重的水资源紧缺问题，广袤的西北和华北地区尤为突出[1-2]。因此，跨区域、跨流域调水是破解我国水资源时空分布不均的主要途径和方式。南水北调工程作为一项基础性、前瞻性、全局性和战略性重大水资源配置工程，是国家水网的主骨架和大动脉，有助于构建中国的“四横三纵、南北调配、东西互济”水资源配置格局，从而提升国家的整体竞争力和水安全水平。作为世界上规模最大的跨流域调水工程，南水北调工程在优化水资源配置格局、保障城市饮用水安全、缓解华北平原地下水超采、复苏河湖生态环境、畅通南北经济循环和促进经济社会高质量发展等重大国计民生问题上发挥着不可替代的作用[3-6]。
南水北调东线工程跨越长江、淮河、黄河和海河四大流域，自江苏扬州江都水利枢纽提水，通过京杭大运河和输水渠道向黄淮海平原东部、胶东地区以及津冀地区提供生产生活生态用水[6-8]。一期工程调水主干线全长1466.5 km，其中长江至东平湖1045.4 km，黄河以北173.5 km，胶东输水干线239.8 km，穿黄河段7.9 km。南水北调东线一期工程规模为：抽江500 m3/s、入洪泽湖450 m3/s；入骆马湖275 m3/s、出骆马湖250 m3/s；入南四湖下级湖200 m3/s、入上级湖125 m3/s, 入梁济运河100 m3/s、入东平湖100 m3/s、过黄河50 m3/s、送胶东半岛50 m3/s。自2013年11月通水以来，各年度调水量逐步增加，2023—2024年度向山东、河北、天津等地调水14.16亿m3，调水量创历史新高，是2013—2014年的8.38倍，目前累计调引长江水400多亿m3，向山东调水已突破70亿m3，体现了南水北调东线工程在沿线省市经济社会发展中发挥着越来越重要作用①。
① 数据来源：https://news.cctv.com/2024/05/31/ARTIj2eKIdnmx4yhglRIf3RB240531.shtml
南水北调东线沿线湖泊(含水库)众多，主要有高邮湖、邵伯湖、宝应湖、白马湖、洪泽湖、骆马湖、南四湖和东平湖等。湖泊作为陆地表层系统最重要的地理单元之一，在防洪抗旱、饮用水供给、粮食安全保障、生物多样性保护和流域经济社会发展等方面发挥着不可替代的作用[9-10]。南水北调东线沿线湖泊具有重要的生态服务价值，维护好其水生态环境对于保障东线工程输供水安全、提升该区域河湖生态系统健康水平、协调流域人水关系、促进区域可持续发展具有深远意义，也是全面推进美丽中国建设的重要组成部分。
然而，相比于太湖、巢湖、鄱阳湖等长江中下游湖泊，之前对南水北调东线沿线湖泊的关注度不够、基础科学研究欠缺、数据资料不全、应对措施不足[8, 11]。2013年南水北调东线一期工程正式通水后，沿线湖泊水生态环境保护和治理修复逐步提升为国家战略，愈发受到重视。在当前生态文明建设和打好碧水保卫战的大背景下，南水北调东线沿线湖泊水污染防控、水环境治理和水生态保护修复面临严峻挑战。本文试图全面梳理南水北调东线沿线湖泊的基本概况，从不同视角阐述沿线湖泊的主要生态服务功能并量化表征其重要性，深入剖析当前面临的主要水生态环境问题和挑战，进而提出针对性的保护策略，以期为南水北调东线水安全保障和美丽中国建设提供科技支撑。
1 南水北调东线沿线湖泊的基本概况南水北调东线沿线湖泊众多，各湖泊集饮用水供给、水资源调蓄、农业灌溉、水产品供给、交通航运、文化休闲、维系生态平衡等多种服务功能于一体，具有重要区位优势和生态价值。沿线湖泊分布范围介于33°30′~38°48′N，115°34′~121°58′E之间(图 1)，其中江苏省6个，山东省10个，河北省和天津市各1个(表 1)。沿线湖泊总面积约为4817 km2，其中洪泽湖面积最大，为1775 km2，是中国第四大、江苏省第二大淡水湖[12]；天津市北大港水库作为华北地区最大的人工平原水库，面积达150.8 km2。沿线天然湖泊大多位于华北平原和淮河平原，地势较为平坦，多年平均蓄水位下平均水深介于1.1~3.3 m之间，均为平原浅水型湖泊[13]。多年平均水位下沿线湖泊总蓄水量约为92.46亿m3，其中最大的洪泽湖约为39.57亿m3，蓄水量最小的宝应湖约为0.48亿m3；水库型湖泊蓄水量整体均较小，仅北大港水库蓄水量达到4.36亿m3[14]。由于沿线湖泊的地质背景、自然环境和人类活动压力都存在明显的区域差异性，湖泊物理形态、化学组分、生物区系和资源赋存等诸多方面也都呈现出显著差异。
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图 1 南水北调东线沿线湖泊(含水库)的空间分布 Fig.1 Spatial distribution of lakes and reservoirs along the Eastern Route of South-to-North Water Diversion Project |
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表 1 南水北调东线沿线湖泊的基本概况 Tab. 1 Basic information of lakes and reservoirs along the Eastern Route of South-to-North Water Diversion Project |
南水北调东线沿线湖泊整体处于温带季风气候区，降水多集中于每年的6—10月，受东南季风带来的湿润海洋气流和区域地形地貌的影响，夏、秋季降雨量约占全年降雨量的70%。沿线湖泊流域内的降水通过淮河、京杭大运河、沂河、大汶河等重要河流，向湖泊输入大量水资源，淮河来水占洪泽湖入湖水量的70% 以上，中运河和沂河约占骆马湖多年平均入湖水量(60亿m3)的90% 以上[11, 15-16]。随着南水北调东线工程的投入运行，人工调水逐渐成为沿线湖泊冬、春季重要的水量补给方式，里运河、中运河、徐洪河、韩庄运河、卫运河、胶东调水干渠、马圈引河等多条调水通道将沿线湖泊串联，经泵站抽水进入湖泊，为各个湖泊提供了宝贵的水资源，使各受水区的水资源短缺、水生态环境质量下降都得到了明显缓解，湖泊湿地生态系统有效恢复，生态服务价值显著上升[8, 17-19]。
2 南水北调东线沿线湖泊的重要生态服务功能 2.1 南水北调东线调蓄池与净化器蓄积水资源、调节河川径流、减轻洪旱灾害是湖泊的主要服务功能。此外，湖泊在净化水质、地下水补给等方面也发挥着重要作用[9-10, 20-21]。受气候和区域地形地貌的影响，南水北调东线沿线地区降水多集中于每年的6—10月，降水量约占全年降水量的70%，短期内大量降水的侵袭容易引发洪涝灾害；同时，11月—次年5月旱季期间，南水北调东线区域因降水较少而造成的干旱灾害也时有发生[5, 22-23]，严重威胁着人民群众的生命财产安全和社会经济的可持续发展。因此，沿线湖泊通过汛期积蓄洪水和旱期径流补给可以实现汛、枯期的水资源再分配，从而减轻洪涝干旱灾害的负面影响，发挥重要生态服务价值[9]。如：洪泽湖每年蓄洪滞洪产生的经济效益高达49.71亿元，占其总服务功能价值的61.68% [9]。南四湖原来是一个季节性湖泊，受丰、枯季降水影响，丰水期水位高、面积扩增，枯水期水位低、面积萎缩，很多湖面甚至干旱见底，严重影响湖泊生态服务功能发挥。通过南水北调补水，南四湖水位比较稳定，湖泊面积持续回升[19]，这不但滋养了湖泊本身，也能很好地服务周边经济社会发展。另一方面，湖泊蓄水往往能在应对干旱、保障农业生产等方面发挥重要作用[24]。2019年苏北遭遇60年一遇气象干旱，洪泽湖等沿线湖泊充分发挥抗旱作用，如7月底淮安市全市湖库塘坝蓄水量降至最低值(9.90亿m3)，比常年同期的25.60亿m3减少60%，在南水北调和江苏省江水北调工程各梯级泵站引调水支持下，2019年淮安市最大农田受旱面积与1978年、1992年等典型干旱年相比减少60%~80% [25]。
湖泊不仅可以改善区域生态环境质量，还起到水质净化的作用。湖泊生态系统通过湖体物理化学降解循环以及生物吸收、固化等过程，可将流域输入的污染物质(如碳、氮、磷和有机质等)分解转化和沉降埋藏，达到净化水质目的，因此出湖水域和河道水质往往要好于入湖水域和河道[16, 26-27]。南水北调东线沿线湖泊水质在空间上呈现一定规律，总体表现出从上游至下游逐渐改善的趋势[8]。其中，溶解氧、电导率、氨氮和高锰酸盐指数的浓度由南向北递增，而总悬浮颗粒物、总氮、总磷、正磷酸盐、硝酸盐则呈递减趋势。调水也显著改善了沿线湖泊水质，使调水期内的氮、磷营养盐浓度和高锰酸盐指数均优于非调水期[28]。整体来看，通过沿线湖泊的滞留净化作用，出湖水质有不同程度的改善，如洪泽湖入湖氨氮和总磷浓度分别由0.310和0.086 mg/L下降至出湖的0.253和0.023 mg/L；南四湖入、出湖总氮浓度由1.611 mg/L下降至1.029 mg/L。南四湖水生植物种类丰富[29]，可直接吸收和利用水中的营养物质，进而改善水质[30]。
2.2 沿线重要城市集中式饮用水源地清洁饮用水是保障人民生命健康的底线，湖泊储存了全球近87% 的地表液态淡水[31]，是世界众多国家最重要的饮用水源地之一[32-34]。在我国，湖泊型集中式饮用水源地数量占全国集中式饮用水源地数量的40.6%，服务人口占比47.2% [9]。在水资源短缺的华北地区，河流存在水位变化大、不稳定且枯水期断流和取水难等问题，而地下水则由于过度开采致使水位下降、水资源枯竭，并且华北平原地下水氟含量超标，严重威胁饮用水安全和人民群众身体健康。相比河流和地下水，湖泊能够提供更优质和更稳定的水源，达到Ⅲ类水标准的水源地比例也更高[9, 35]。截止目前，据不完全统计, 南水北调东线沿线湖泊共建有集中式饮用水水源地18个(表 2)，供水范围覆盖了扬州、滁州、淮安、宿迁、徐州、济南、淄博、潍坊、德州、青岛、威海11个地级市，日供水能力超387万t，有效置换了地下水源，改变了胶东半岛长期以来饮用高氟地下水的历史。由此可见，沿线湖泊在充分发挥其调蓄净化功能的同时，也进一步优化了沿线区域水资源的配置格局，成为受水地区最主要的集中式饮用水源之一，有效提高了水资源供给保障能力，显著改善了饮用水质量，在保障群众饮水安全和经济社会发展中发挥着关键作用[6, 18]。
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表 2 南水北调东线沿线湖泊(包括水库)集中式饮用水水源地名录 Tab. 2 List of the centralized drinking water sources in lakes and reservoirs along the Eastern Route of South-to-North Water Diversion Project |
东线沿线湖泊总库容超92亿m3，为农业生产提供了稳定可靠的灌溉水源。根据统计资料，使用南水北调东线沿线湖泊作为主要水源的大型灌区(面积在2万hm2以上)有14个(表 3)，设计总灌溉面积超过40万hm2，占到江苏大型灌区总面积的40% 左右，是江苏粮食生产和安全的压舱石。南水北调东线沿线湖泊全面保障了区域经济社会用水需求，尤其是农业灌溉用水需求，如2019年苏北地区遭遇60年一遇气象干旱，在湖泊和灌区水源保障下江苏粮食总产量连续9年稳定在0.7亿kg以上，2022年首次突破0.75亿kg。此外，2016—2023年南水北调东线工程通过南四湖等调蓄湖泊向胶东地区调水超25亿m3，有效应对胶东地区2017、2018年连续干旱，保障了供水安全和农业生产。南水北调北延工程将供水范围扩展至河北、天津，选择北大港水库等作为调蓄池，保障津冀地区春灌储备水源，确保国家粮食安全，为巩固华北地区地下水超采综合治理成效提供了有力的水资源支撑。
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表 3 南水北调东线沿线湖泊相关大型灌区情况 Tab. 3 List of large irrigation areas with water source from the lakes along the Eastern Route of South-to-North Water Diversion Project |
渔业是湖泊最重要的功能之一，在粮食保障、经济社会发展和人们生产生活中有着十分重要的地位。南水北调东线沿线的高邮湖、洪泽湖、骆马湖和南四湖分别是江苏省和山东省淡水养殖的主产区，为食物结构中优质蛋白质供给和粮食安全保障做出了重要贡献。例如，高邮湖2011年围网养殖面积增加到199 km2，占高邮湖水面面积的26.2% [36]；骆马湖2018年“退围还湖”拆除之前网围面积超过65 km2，占骆马湖水面面积的17.4% [37]；而南四湖养殖面积峰值更是高达327 km2，占南四湖水面面积的25.8% [38]。在水质安全保障新形势和长江“十年禁渔”政策的带动下，南水北调东线沿线湖泊也大范围拆除养殖围网，遥感影像解译显示当前高邮湖和骆马湖围网养殖面积已下降到90和10 km2左右。当前，南水北调东线沿岸湖泊淡水养殖和生态系统服务进入提质增效的新发展阶段，强调湖泊水质改善与高品质水产品供给协同推进，真正践行美丽中国生态文明思想和“大食物观”发展理念。
2.4 作为生物多样性保护的热点区域，维系区域生态平衡南水北调东线沿线湖泊是生物多样性保护的热点区域，其对构建国家水生态安全格局和提升国家水生态安全保障能力具有十分重要的意义。据统计，沿线湖泊建有2个国家级自然保护区、3个省级自然保护区、19个国家级水产种质资源保护区和5个国家湿地公园。各类自然保护区以东线为纽带呈“链状”分布，在维持生物多样性和区域生态平衡等方面发挥着不可替代的作用。如洪泽湖湿地国家自然保护区、南四湖省级自然保护区等是东亚—澳大利亚全球多种候鸟的密集交汇区、重要栖息地和关键迁徙通道，在维持迁徙候鸟种群的生命过程中发挥着重要作用。随着南水北调东线工程通水运行，沿线湖泊水域和湿地面积不断增加，生物多样性显著提升，2013年通水以来向沿线生态补水约11.9亿m3，受水区水域面积总体呈增加趋势，由1万km2增加到1.5万km2，水库坑塘面积增加明显，林草地面积增加了126 km2，有效改善了水生生物栖息地质量(http://finance.people.com.cn/n1/2023/1115/c1004-40118663.html)。洪泽湖湿地国家级自然保护区2020年鸟类生物多样性专项调查结果显示，随着湿地面积的扩大和湿地质量提升，保护区内鸟类种类由2013年的147种增加至当前的226种，包括国家一级重点保护鸟类8种，国家二级重点保护鸟类37种，鸟类总数也由之前的20余万只增加到现在的50余万只[39]。2018—2021年对南四湖自然保护区内鸟类进行监测调查，共记录到鸟类15目43科129种，数量34700只，其中国家一级重点保护鸟类3种，国家二级重点保护鸟类12种[40]。南水北调东线工程通过水源置换和生态补水等措施，改善了湿地生境和湖泊水质，有效保障了沿线湖泊最低水位和生态安全，提升了生物多样性[6, 41]。
2.5 航运重要节点和“中国大运河”文化带关键区域利用京杭大运河及沿线湖泊逐级提水，实现了输水与航运的有机结合，南水北调东线重塑了京杭大运河“黄金水道”的优势，为古老的大运河带来了新的生机。全面贯通了南四湖至东平湖的航线，打破了京杭大运河济宁以北不通航的局面，增加通航里程62 km[42]。改善京杭大运河济宁至长江段的航运条件，航道升级为二级航道，2000吨级船舶可从梁山港直达长江。受益于东线的水量保障，京杭大运河全年通航里程已达877 km，水运能力和通行效率不断提升，为南北物资运输做出了巨大贡献，进一步畅通了南北经济循环。同时，洪泽湖还是内河航运枢纽，串联长江淮河，可通行千吨级船舶，通江达海十分方便。
2014年6月，大运河成功入选世界文化遗产名录，南水北调正在激活千年运河文化，东线工程与大运河文化融合持续推进，世界文化遗产大运河正在焕发新的生机与活力。2019年2月，中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《大运河文化保护传承利用规划纲要》，强调坚持科学规划、突出保护，古为今用、强化传承，优化布局、合理利用的基本原则，打造大运河璀璨文化带、绿色生态带、缤纷旅游带。江苏省、山东省分别出台了《江苏省大运河文化保护传承利用实施规划》《山东省大运河文化保护传承利用实施规划》。沿线湖泊景观类型多样，东平湖(梁山泊)等有深厚的人文积淀和丰富的文化内涵，是大运河文化保护传承的重要组成部分。依托湖泊的独特优势，开展水文化遗产保护、水利风景区和休闲景观建设，建成了扬州、淮安、济宁等运河博物馆，山东戴村坝、江苏宿迁等水利展示馆以及淮安河道总督展馆。2021年江苏省水利厅公布了117处首批省级水利遗产名录，包括东线沿线湖泊多个堤坝、闸站、水文(位)站、灌溉工程等。此外，南水北调东线沿线的洪泽湖、高邮湖、邵伯湖、骆马湖、宝应湖、白马湖、南四湖历史文化积淀深厚，风光优美且旅游资源丰富，拥有多处水利风景区，如高邮湖、洪泽湖三河闸和二河闸、骆马湖嶂山、宝应湖、微山湖等国家级水利风景区。沿线湖泊还建有多个湿地公园，如扬州凤凰岛、宝应湖、白马湖、微山湖、东平滨湖等国家湿地公园。
3 南水北调东线沿线湖泊面临的主要生态环境问题长期以来，东线沿线湖泊在提供生态系统服务功能和促进区域经济社会可持续发展中发挥了重要作用。自1980s开始，受经济高速发展和全球气候变化的双重影响，沿线湖泊水域面积萎缩、水环境质量下降、水生态系统急剧退化，水安全特别是清洁淡水资源供给受到极大威胁，严重制约了流域高质量发展，威胁区域生态安全[27]。
3.1 长期围垦导致湖泊水面萎缩、水环境容量和调蓄库容下降受20世纪“走水路奔小康”“以粮为纲”等传统发展模式的影响，南水北调东线沿线湖泊水域仍有大量历史圈圩、围网，滩地局部被围垦，开敞水面未完全恢复，局部行水通道不畅，影响湖泊防洪、供水及生态功能的发挥。截至2015年，洪泽湖有历史圈圩406 km2，减少蓄水库容约3.96亿m3(以13.5 m水位估算)[43]；高邮湖江苏境内圈圩面积为81.4 km2，占江苏境内高邮湖水域面积的12.4%，主要分布于高邮湖北部及入湖口西侧；邵伯湖圈圩面积为6.8 km2，占邵伯湖水域面积的5.1%，主要分布在湖滨保麦圩、湖西强家咀入湖排涝通道两侧及邵伯湖出湖口西侧区域；骆马湖有约50 km2的历史圈圩、围网，宝应湖有30 km2的历史圈圩未清退，白马湖存在历史围垦面积24.6 km2。此外，2004年以来，南四湖水域面积波动下降，围网养殖是导致其变化的主要原因之一[44]。湖泊面积萎缩降低了水环境容量和调蓄库容，未来气候变化会导致极端旱涝事件频发，降低区域防洪抗旱能力。同时，湖泊围垦导致天然湿地面积锐减，严重破坏湖滨带生态系统，降低湖泊拦截和降解外源污染物的自净能力，客观上加重湖泊污染。近年来，沿线湖泊退圩还湖力度不断加大，水域空间呈逐步恢复态势[45]，但仍有很大退圩空间。
3.2 流域污染负荷高，水环境质量改善进入瓶颈期南水北调东线工程位于我国农业主产区，沿线湖泊流域污染负荷高，加之湖泊周边存在大量的围湖造田、圈圩围网养殖等人类活动，农业种植和水产养殖是湖泊氮、磷污染和富营养化的主要来源[46-47]，如2003—2010年期间，淮河向洪泽湖年平均输入总氮和总磷分别高达7.2万和0.37万t，分别占总入湖通量的84.6% 和81.5% [48]。大量氮、磷肥通过径流进入湖泊[49]，增加了水体中的营养物质，促进了藻类生长，降低了水体透明度，诱发沉水植被退化，对湖泊水质和生态系统造成了严重的负面影响[50]。2005年以来，全国湖库水质总体呈改善趋势，太湖和巢湖等重点湖泊总氮和总磷大幅减少[51-54]。江苏省生态环境厅监测数据显示，2023年太湖水质达到2007年以来最好水平，湖体高锰酸盐指数和氨氮稳定保持在Ⅱ类和Ⅰ类，总磷为0.052 mg/L，总氮为1.09 mg/L。相比于太湖，南水北调东线沿线主要湖泊水质总体稳定在Ⅲ~Ⅳ类水(以影响藻类水华暴发的关键营养因子总磷进行评价)，但氮、磷浓度明显偏高。中国科学院南京地理与湖泊研究所在东线沿线湖泊的长期监测结果显示，洪泽湖2023年的总磷浓度为历史最低(0.073 mg/L)，但仍比湖库Ⅲ类标准限值高出46%，也远高于太湖的0.052 mg/L。2021年洪泽湖总氮浓度处于劣Ⅴ类，2018—2022年骆马湖总氮一直处于劣Ⅴ类。沿线湖泊表现出不同程度的富营养化，其中大部分湖泊处于轻度富营养，除北大港水库外的其他水库型湖泊均为中营养。过去十年，尽管洪泽湖、骆马湖、高邮湖、邵伯湖维持在轻度富营养，但营养状态指数(TLI)呈上升趋势(图 2)，2023年洪泽湖和高邮湖TLI指数较2013年分别上升了4.4% 和11.3%，2022年邵伯湖TLI指数较2011年上升了5.4%。骆马湖的营养状态从2013年的中营养上升至2023年的轻度富营养，TLI指数上升了20.8%。总氮和叶绿素a上升及透明度下降是导致洪泽湖和骆马湖营养状态指数上升的主要贡献指标。此外，近年来极端水文事件增多，每年汛期上游大量的工业、生活和农业废污水下泄进入湖区，突发的暴雨径流污染加大了湖泊水质恶化风险，引发了水污染事件[16, 46]。如2018年8月25日开始，受台风影响洪泽湖上游安徽地区因强降雨开闸放水，大量洪水夹带流域污水经泗洪县溧河洼汇入洪泽湖，导致湖区大量鱼蟹死亡，受损养殖面积达到近2667 hm2。
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图 2 南水北调东线沿线典型湖泊总氮、总磷和营养状态指数的变化趋势 Fig.2 Long-term trend of total nitrogen, total phosphorus and trophic state of typical lakes along the Eastern Route of South-to-North Water Diversion Project |
南水北调东线沿线湖泊多为典型的过水型湖泊，理论上由于换水周期短、水体流动性强，不易出现蓝藻水华现象[55]。然而，洪泽湖北部和骆马湖北部存在水体流动性差、水交换能力弱的特点[16, 46, 56]，且易于累积营养物质，为藻类过度繁殖形成水华提供了合适的生境条件，近年来蓝藻水华风险也明显增加。基于Landsat、Sentinel等多源卫星遥感应用之前的研究方法提取了蓝藻水华并计算了面积[57]，发现沿线湖泊蓝藻水华发生的频次有所上升。历史上，洪泽湖很少发生蓝藻水华，骆马湖则从未出现过明显的蓝藻水华。而自2017年以来，洪泽湖成子湖区域几乎每年都会出现蓝藻水华，其中2019年的发生频次高达4次，最大发生面积达40 km2。骆马湖则在2023年夏季首次出现大规模蓝藻水华现象，持续时间超过1个月，最大面积超过45 km2(图 3)，给湖泊生态系统、水生态安全和经济社会发展带来了严重的负面影响。与此同时，野外定位观测结果表明，沿线湖泊浮游藻类密度显著升高，2022年洪泽湖成子湖和骆马湖浮游藻类密度较2020年分别上升了7.0和2.5倍。另外，易形成水华的蓝藻已在夏、秋季占据绝对优势，2022年夏、秋季的监测数据显示，洪泽湖和骆马湖的蓝藻门密度占比均超过90%，较2020年分别上升了15.7% 和13.4%。在全球气候变暖背景下，随着湖泊增温、高温热浪和强降水等极端事件增加，湖泊藻类水华发生频次和强度可能会继续增加[54, 58]。
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图 3 2023年夏季骆马湖藻类水华遥感提取结果 Fig.3 Spatial distribution of algal blooms based on remote sensing in Lake Luoma in 2023 summer |
利用前期构建的水生植被卫星遥感提取方法[59]，通过Landsat历史遥感影像解译和现场调查，发现南水北调东线沿线主要湖泊水生植被普遍退化严重(图 4)，群落多样性下降，具体表现为优势种中荇菜(Nymphoides peltatum)、菱(Trapa bispinosa)、菹草(Potamogeton cripus)等耐受能力强的种类优势度增加，而金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、微齿眼子菜(Potamogeton maackianus)等清水型沉水植物优势度降低，尤以苏北骆马湖、高邮湖、洪泽湖最为严重[12]。例如，骆马湖的水生植物面积从2014年的136 km2下降到2023年的53 km2，降幅达61%；洪泽湖水生植物面积从2014年的473 km2下降到2023年的208 km2，降幅达56%；高邮湖水生植物面积下降最显著(R2=0.79，P < 0.001)，从2014年的341 km2下降到2023年的114 km2，降幅达68% (图 4)，其中，优势种菹草在2010—2019年迅速增长，多年均值为291 km2，但自2020年起面积迅速减少，2023年已降至约50 km2，降幅超80%。
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图 4 南水北调东线沿线典型湖泊水生植物分布面积长期变化 Fig.4 Long term changes of aquatic vegetation area of typical lakes along the Eastern Route of South-to-North Water Diversion Project |
水生植被退化进一步导致湖泊生态系统多样性、稳定性和自净能力下降，造成湖泊水环境质量下降和生态系统服务功能受损，如骆马湖透明度自2014年的100 cm下降至2023年的不足60 cm。此外，受长江禁捕政策影响，从2020年开始江苏境内沿线主要湖泊也实施全面禁捕，鱼类现存量普遍急剧增加，呈现结构性过剩。调查发现，骆马湖有鱼类43种，隶属于6目11科33属，以鲤科为主；洪泽湖有鱼类50种，2022年平均资源量比2020年增加204%；高宝邵伯湖有鱼类48种，2022年平均资源量比2020年增加55%。然而，禁捕后鱼类资源结构变化可能引起的生态效应尚不明确，需加强跟踪监测和科学研判。
此外，南水北调东线沿线湖泊还面临极端气候变化引起的洪水频发、流域工农业发展带来的重金属和新污染物污染风险，以及引调水引发的生物入侵等其他水生态环境问题[60-62]，但目前的数据资料积累和科学认知还非常有限。
4 湖泊生态环境治理保护策略与建议 4.1 开展污染源精准核算和溯源，制定科学减排目标和管控方案削减外源污染和内源负荷是改善湖泊水质和控制蓝藻水华的关键，如2007年太湖水危机事件以来实施的一系列控源截污工程和措施显著降低了入湖污染负荷。水利部太湖流域管理局发布的《太湖健康状况报告》显示，2007—2023年太湖流域年入湖总氮和总磷通量由5.62万t和2700 t分别降低到2.58万t和1400 t，有效改善了湖体水质，明显降低了蓝藻水华暴发频次和强度。因此，精准核算各类污染源，制定科学减排目标和管控方案是湖泊生态环境治理的前提和基础。南水北调东线沿线湖泊污染物来源复杂，流域上游水污染、区域内外源输入、湖泊内源释放是主要污染源，但污染负荷总量、入湖通量、组成结构和贡献不清，基础数据缺失。因此，迫切需要开展全流域污染源溯源分析，开展工业废水、城镇和农村生活污水、种植业面源污染、畜禽养殖、圈圩围网养殖、底泥内源释放等污染调查解析，厘清上游河流来水、区域工农业污染以及内源释放等污染来源及通量，确定湖泊营养盐、新污染物等流域来源与贡献占比，明晰影响湖泊氮、磷营养的关键污染时段和主要污染区域；量化湖泊底泥释放的营养通量及其时空分布特征，科学评估湖泊内源污染对水质的影响。统筹考虑“山水林田湖草生命共同体”，基于流域自然汇水单元、行政区划边界和污染管控单元等综合划定流域单元管控分区，提出以水环境质量提升为目标的污染物精细化管控策略和治理方案，科学指导入湖河流污染物负荷控制和削减。
4.2 加强重点湖泊蓝藻水华监测预警与防控，保障东线水源和饮用水安全针对骆马湖、洪泽湖等湖泊蓝藻水华风险不断增加的紧迫形势，整合东线湖泊多源卫星遥感反演、人工巡查、自动监测等各类历史监测资料，分析典型湖泊蓝藻水华发生的时空规律，耦合气象条件、水文过程、人类活动等数据，综合解析影响重点湖泊蓝藻水华时空分布的主要调控因子，厘清近年来重点湖泊水华蓝藻优势类群发生、发展、消退等过程的关键影响因子，阐释东线湖泊蓝藻水华暴发的机制与过程；强化多源遥感和高频在线监测数据对蓝藻水华的协同监测，建立“点—面”相结合的多尺度水华预测预警体系，进行重点湖湾蓝藻水华“面”上的短期预测及对湖泊关键“点”上的实时预测，参照太湖建立重点湖泊蓝藻水华预测预警平台，在藻华易发期常态化开展湖泊藻情监控与预测预警，实行分级预警响应[63]；加强蓝藻水华发生后规模化、低成本、高效快速的应急处置技术研发及能力建设，保障南水北调东线水源和饮用水供水安全。
4.3 稳步推动退圩还湖，实施湖泊生态系统重大修复工程当前，洪泽湖、骆马湖和高邮湖等多个湖泊处于草型清水向藻型浊水生态系统转化的临界点，湖滨带退化严重，需要通过适当的人工干预促进湖滨带修复和水生植被恢复，有效阻止湖泊向藻型浊水态突变。建议结合国家水网、美丽河湖、南水北调东线二期等国家级重大任务，有序推进退圩(围)还湖(湿)、生态修复等重大工程，恢复湖泊生态空间，提升调蓄能力和水环境容量，重构健康稳定的草型湖泊生态系统。首先，建立环湖生态缓冲带，提升拦截外源污染物能力，增强营养盐的拦截净化能力；其次，在湖泊圈圩、围网清除区开展生境修复，在原采砂区实施底质生境改善，营造有利于水生植物生长和底栖动物栖息的生境条件；第三，在适宜湖湾尽快实施水生植被生态恢复工程，重构健康稳定的“水下森林”草型生态系统[64]。通过近自然修复技术的综合示范应用，促进生态系统自我稳定维持运行，提高湖泊生态系统多样性、持续性和生态服务功能，形成基于自然的解决方案来恢复受损湖泊生态系统。此外，针对沿线重点湖泊实行全面退捕禁捕，快速恢复湖泊渔业资源，加速调整水生生物群落结构，科学研判合理的鱼类放流和调控策略，构建健康的水生生物群落，实现湖泊渔业资源可持续发展和高品质生态产品供给。
4.4 完善沿线湖泊生态环境监测体系，强化科学研究鉴于东线湖泊生态系统退化的现状，要强化南水北调东线河湖水生态系统的长期定位观测和多时空演变机制研究，通过国家重大科技专项、国家重点研发计划和省市科技专项等布局开展基础理论研究和共性关键技术研发，为湖泊生态环境持续改善提供重要科技支撑。面向“三水统筹”管理和水生态改善的迫切需求，开展“天空地一体化生态监测预警体系”建设，采用星空协同监测模式，开展湖泊水生态环境长期定位观测、高频监测和卫星遥感反演；围绕湖泊富营养化、新污染物、蓝藻水华以及水生植被、鱼类、鸟类和生物多样性等开展专项调查，提供全覆盖的生态环境保护大数据，为科学保护湖泊水生态环境提供有力技术支持和长期数据支撑，防范类似2018年洪泽湖水污染事件的再次发生。
加大科技支撑服务投入，定期组织开展沿线湖泊水生态系统调查，建立水生态系统基础数据集，摸清水生态系统本底特征，构建适宜调蓄型湖泊的水生态健康评估方法体系，建立湖泊“健康档案”，剖析水生态健康问题和生态系统退化的主要原因，建立生态环境问题清单，以生态系统稳定性提升和水体自净能力增强为目标，提出两个确保(确保东线调水水质安全，确保运河沿线南北向重要生态屏障安全)下的“一湖一策”和重点任务，编制专项规划支撑东线湖泊综合治理与保护。
4.5 建立多部门协作和跨省/市协调机制，完善沿线湖泊生态环境保护体制机制当前，我国湖泊管理仍属于多部门和属地管理，涉及生态环境、水利、农业农村、自然资源等，各部门的职能交叉，在一定程度上造成湖区保护治理措施落实困难。另外，南水北调东线多个湖泊跨省、跨市，各地经济社会发展情况不同，产生的污染物和污染程度不尽相同，重视程度及治理水平也有所差异，给湖泊的综合治理带来严峻挑战。洪泽湖综合管理曾经有体制上的改革，成立了江苏省洪泽湖管理委员会来统一协调各部门、各地区的行动，但是成效尚有待检验，其他湖泊还没有设立类似省级机构。因此，在全线层面以保障南水北调供水安全和生态安全为目标，参照长三角一体化示范区管理体制机制，建立南水北调东线综合性管理协调机构，突破行政性分散管理体制；针对重点湖泊，由国家或省级层面协调建立跨省/跨市的联动保护机制和机构，明确跨省/市交界断面的责任主体，建立针对性的生态补偿方法和补偿标准，推动跨省/市生态补偿机制。签订湖泊流域环境共管协议，由国家和地方共同出资推动湖泊流域系统治理，保障湖泊水安全。借鉴《江苏省洪泽湖保护条例》和《山东省南四湖保护条例》经验，深化推进东线湖泊保护立法，出台针对东线湖泊保护的法律法规，协调多部门行动，用法律制度保护湖泊岸线水域空间、水资源、水环境和生物资源的完整性。
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