生随着城市化和工业化进程加快，湖泊水污染及富营养化问题十分突出，已成为关系到水网密集地区社会经济健康发展的关键问题^{[1, 2]}。自20世纪80年代以来，以太湖、滇池、巢湖等三湖为代表的湖泊水质迅速恶化，尽管从国家、区域层面进行了长期的治理，但是当前重点流域水环境形势不容乐观，特别是水体氨氮和总氮指标控制难度较大，局部的水环境污染突发事件仍有发生^[3]。究其原因，目前湖泊流域水质的改善主要是湖体本身，整个流域的水质改善并不明显，湖体水质和主要入湖河道水质不能稳定达标，如不进一步转变治理思路，将很难实现流域水环境的根本性好转^{[4, 5]}。

国外水资源管理的成功经验表明，以流域为单元进行水资源综合管理是实现资源、环境与经济社会协调发展的重要途径^{[6, 7]}。而从我国治理湖泊污染的实践来看，以流域为单元的湖泊水环境规划和管理刚刚起步，现有水环境综合整治规划大部分停留在以市、县为治理单元的层面，导致现有流域治理规划在工程措施的设置上难以做到精准性，造成人力、财力等在空间配置上的不合理，最终不能有效实现流域水环境改善的目标^{[8, 9]}。因此，有必要在充分研究流域入湖河流与湖体之间的水系关系基础上，以流域环境容量和环境污染现状为分析依据，因地制宜地针对子流域提出差异化治理思路，在治理思路上实现“排放总量控制向容量控制转变、以行政单元为治理模式向流域分区治理转变、以工程治理为主向流域综合治理转变”。

淀山湖是太湖流域第二大省界湖泊，地处江苏省昆山市、苏州市吴江区和上海市青浦区交界处，总面积约62km²（其中江苏省和上海市分别约占全湖的24.2%和75.8%），环淀山湖区域的水环境状况及治理效果直接关系到周围区域水环境、水生态安全及位于区域下游的黄浦江上游水源地的供水安全。2013年江苏省境内淀山湖湖体水质总体评价为V类，为轻度富营养水平，水环境状况不容乐观。淀山湖处于太湖流域下游，河网水系发达，只有改变以往以市、镇各自为政的行政区治理模式，从流域分区治理角度出发才能达到全流域污染源的有效治理。本文以淀山湖流域为例，探讨湖泊流域水环境综合整治规划的创新思路与技术方法，为跨区域湖泊流域的治理规划提供借鉴。

淀山湖是太湖流域洪涝水下泄的主要通道和区域重要的水资源蓄集涵养地，多年平均蓄水量为1.33亿m³，平均水深2.08m。湖区地势自西向东倾斜，环湖四周湖荡星罗棋布，河港交织，约有河道1150条，湖泊33个，共同组成淀泖湖群。淀泖区的上游洪水及本地涝水主要由南北向河道汇集至淀山湖，经上海拦路港向下游泄水。由图1可见，流域主要入湖河流为千灯浦、急水港、汪洋荡—朱厍港及元荡。昆山市境内入湖河流水量较大，约占83.82%；急水港、朱厍港、千灯浦分别约占总进水量的39.62%、37.56%和6.56%；吴江区元荡入淀山湖水量较少，约占16.18%。

图 1

图 1 流域行政水系

本文以骨干河道为经络，根据所含河流流向、骨干河流与淀山湖交汇特点、上中下游不同河段及镇域行政边界，将淀山湖流域分为吴淞江流域、千灯浦—淀山湖流域、昆南湖荡流域、元荡湖荡流域、太浦河流域五大片区（图2）。考虑到流域治理的精准性，将各子流域片区进一步根据行政村边界划分为138个子评价单元，每个单元根据行政村面积不同略有差异，评价单元面积基本在3×3km²以下，流域单元划分如图2所示。

图 2

图 2 子流域单元划分

（1）计算方法

采用完全混合模型进行水环境容量计算（水文保证率为90%），以饮用水源区、保护区采用水环境容量和现状面源污染物入河量中的较小值作为水环境容量，本文中由于对饮用水源区的水质要求标准较高，不再对其做水环境容量计算^{[10, 11]}。

河网（河道）区环境容量具体计算公式如式1 和式2：

其中：α_ij 为不均匀系数；河道越宽、水面越大，则α_ij 越小。

α_ij 为计算中的最小空间计算单元和最小时间计算单元的环境容量值；Q_0ij 为河流流量；C_0ij 为目标水质浓度；K 为污染物降解系数；V_ij 为水体体积，C_sij为上游来水水质浓度。计算中最小空间计算单元为河段（河段为两节点之间的河道）；最小时间计算单元为天。

根据确定的边界水文条件，利用研究区域河网水量数学模型，计算出研究区域最小空间计算单元和最小时间计算单元的环境容量值；再根据式1 汇总出各控制单元的环境容量值。

对于往复流地区，采用双向流计算公式，具体如式3：

其中：A 为正向流计算时间段天数；B 为反向流计算时间段天数；

W_正 为正向河流的环境容量值，具体计算公式为式4：

W_反为反向河流的环境容量值，具体计算公式为式5：

（2）设计水文条件

采用降雨资料确定各计算河网区90% 保证率的设计水文条件，对淀山湖流域1960—2010 年连续50年的逐日降雨资料进行频率分析，得出淀山湖流域90% 保证率下典型年为1971 年。

（3）不均匀系数确定

水体水环境容量的理论值，为水体污染物均匀混合后的数值，但是污染物排入水体后在上下游、左右岸、上下层很难达到均匀混合。为保证水环境容量计算结果与实际不均匀现象一致，在河网（河道）区水环境容量计算过程中采用了不均匀系数进行订正，将水体均匀混合的水环境容量乘以不均匀系数，得出水体满足一定控制条件下的水体水环境容量，不均匀系数取值界于0和1之间。河道越宽，污染物排入水体后达到均匀混合越难，不均匀系数就越小，分析得出河网（河道）区不均匀系数如表1所示。

表 1

表 1 河道不均匀系数分析成果表

表 1 河道不均匀系数分析成果表

点源污染基于工业企业点位分布来表征；面源污染通过种植业土地面积、养殖畜禽数量和水产养殖面积来表征；生活污染基于镇域人口空间布局来获取。基于ArcGIS软件平台，将各因子空间分析结果转化为评价单元数值，并利用ArcGIS自带的聚类分析模块进行空间聚类分析，辨别污染源的空间分布格局。

水文水系数据主要根据国土部门提供的土地利用现状数据整理而成。水环境质量数据主要来源于苏州市昆山市、吴江区环境监测站提供的2010—2013年重点考核断面水质监测数据。工业点源空间信息、污染排放数据来源于污染源普查数据。分行政村的人口数据、种植业面积、畜禽养殖业数据、水产养殖业数据来源于流域各镇统计站2013年统计数据。

淀山湖流域目前共有市级以上监测断面11个，主要设置在淀山湖湖体、重点入湖河道上，其中包括：3个国控断面，即千灯浦口、朱厍港口、界标；2个省控断面，即急水港大桥和芦墟大桥；6个苏州市控断面，其中千灯浦入口、金家庄东、金家庄西为淀山湖湖体监测断面。2010—2013年各监测断面水质情况如图3所示。

图 3

图 3 河流断面监测水质年度变化

淀山湖湖体内包含3个水质监测断面，分别为金家庄东、金家庄西和千灯浦口断面。从水质来看，2010—2013年淀山湖湖体水质呈波动趋势发展，总体水质趋于好转，但仍基本处于V类（除2012年水质IV类），2013年淀山湖湖体高锰酸盐指数浓度为5.4mg/L、氨氮为0.59mg/L、总磷为0.15mg/L、总氮为2.80mg/L，水质总体评价为V类，为轻度富营养水平，超标因子主要为总磷、总氮。从富营养化水平来看，2013年淀山湖处于轻度富营养化，富营养化指数为54.1，较2010的64.85降低16.6%，富营养化程度明显好转。从湖体水质空间分布来看，位于淀山湖湖体北部的千灯浦入口水质整体上差于金家庄东和金家庄西。

2010—2013年水质均值总体呈持续好转态势，2013年较2012年略有波动。按功能区断面达标率来看，8个考核断面由2010年达标率为75%增长到2013年的87.5%，其中东灯塔断面由IV类水变为III类水。以2015年水质功能区标准来看，2013年不达标断面为国控断面千灯浦口，若以2020年水质功能区标准来看，界标和芦墟大桥两个断面也未能达到水功能区标准，未来达标压力较大。

根据《江苏省地表水（环境）功能区划》，研究区域共涵盖19个水环境功能区，各水环境功能区到2020年水质目标如图4所示。由图4可见，太浦河流域属于重点饮用水源地涵养区，执行II类水水质标准；淀山湖、元荡、三白荡、长牵路港位于苏沪边界缓冲区，其水质对于下游上海市饮用水源具有较为重要的影响，执行III类水水质标准；吴淞江流域、千灯浦—淀山湖流域上游主要为工业、农业用水区，执行IV类水水质标准。

图 4

图 4 流域水功能区划（2020年）

根据各子流域范围内重点河流水功能区划所设定 的目标，结合各流域设计水文条件、河道属性及水利 工程状况，得出各流域到2020 年能够承载的水环境 污染物能力，即环境容量。由图5 可以看出，环境容 量最大的为元荡湖荡流域，较大的为千灯浦—淀山湖 流域、昆南湖荡流域，太浦河流域和吴淞江流域环境 容量较低。

图 5

图 5 子流域环境容量

选取淀山湖流域5镇83家重点直排工业点源和9家污水处理厂作为点源污染基础资料进行系统分析，分行业的污染排放见表2，点源污染分布图见图6。由表2可见，流域点源污染集中在纺织印染业、电子元器件制造业、化工及塑料制品业、金属冶炼及加工业、食品加工业五大涉水污染行业。由图6可见，工业污染点源分布较为集中，主要分布在千灯镇的线路板工业园和精细化工园区，但其他散落在园区外围的企业尚需要集中处理和加强监管。各镇污水处理厂也是入河污染重要贡献源，环淀山湖流域污水处理厂规模较小但数量较多，尚需进一步整合和加强运营维护。

图 6

图 6 工业污染点源分布

表 2

表 2 直排企业分行业排放情况统计

表 2 直排企业分行业排放情况统计

生活面源污染。由图7-a 可见，常住人口空间分布表现出城镇集中、园区集中态势，其中分布最为密集的为千灯镇镇区、百家荡工业园东侧、黎里镇镇区（高新经济开发区）、芦墟镇镇区，其次为淀山湖镇区、锦溪镇区、周庄镇区，其他行政村人口分布较为均匀。

图 7

图 7 面源污染分布图

农业面源污染。由图7-b可见，淀山湖流域种植业主要分布在环淀山湖流域、黎里镇北部片区，该片区是主要的粮油生产基地；由图7-c可见，畜禽养殖业主要以生猪为主，重点呈点状分布，主要分布在淀山湖镇、黎里镇；由图7-d可见，水产养殖业主要分布在环淀山湖湖荡区域、黎里镇湖荡区域。综合农业面源污染空间分布，可以看出，该地区整体农业面源污染较为突出，主要集中在环淀山湖区域和浦北片区。

根据各流域单位面积的污染排放量，计算各流域污染排放强度。由图8可见，吴淞江流域环境压力最大，以点源污染为主；千灯浦—淀山湖流域、元荡湖荡流域环境压力次之，以生活面源污染为主；昆南湖荡流域环境压力较小，主要以生活污染和农业面源污染为主；太浦河流域环境压力最小，主要以农业面源污染为主。

图 8

图 8 子流域环境压力

基于水环境污染排放和水环境容量二者协同作用的综合分析，判别各地区水环境治理的最优化治理措施组合，以此对各流域片区制定差别化的污染治理措施。通过水环境容量与压力两类空间叠加分析，形成污染重点减排区、污染综合治理区、产业绿色化提升区、生态环境保育区等4 个类型的水环境准入分区方案，流域分区引导与管制见图9。

图 9

图 9 流域分区引导与管制

污染重点减排区：环境压力大，环境容量小区域，主要为吴淞江流域。该类地区建设空间和人口分布密集，是污染排放重点区域，且河道自身消纳污染物能力不足。因此要针对点源等重点污染源进行治理，提升工业集中区和城镇生活污水的集中治理能力，确保污染排放持续减少至环境容量范围内。

污染综合治理区：环境压力大，环境容量大区域，主要为千灯浦—淀山湖流域、元荡湖荡区域。该地区现状为开发强度较大，且濒临重要水体和湖荡，需要通过综合措施同时进行减排和扩容，也是近期工程安排的重点。

产业绿色化提升区：环境压力小，环境容量大区域，主要为昆南湖荡地区。在对现有污染源进行治理的同时，对未来产业进行合理规划，产业导向设置最为严格的环境准入门槛。在产业发展方面，重点发展环湖生态农业和生态旅游业等生态涵养产业。

生态环境保育区：环境压力小，环境容量小区域，主要为太浦河流域。主要为湖荡及其周边地区，该地区现有生态环境较为优越，开发强度也不高，是区域重要的生态功能区，未来发展应以环境保护为主。在环境保护方面，加快推进周边围网养殖拆除和畜禽养殖整治，加强湿地恢复与生态林建设工程，提升区域生态服务功能。

以流域为单元进行水资源综合规划和管理是实现水环境改善的重要途径。本文以太湖流域第二大省界湖泊—淀山湖为例，根据所含河流流向、骨干河流与淀山湖交汇特点、上中下游不同河段及镇域行政边界，将淀山湖流域分为吴淞江流域、千灯浦—淀山湖流域、昆南湖荡流域、元荡湖荡流域、太浦河流域五大片区。在此基础上，考虑到流域治理的精准性，将各子流域片区进一步根据行政村边界划分为138个子评价单元，在此基础上分析以上子流域环境容量和环境污染现状，通过水环境容量与压力两类空间叠加分析，形成污染重点减排区、污染综合治理区、产业绿色化提升区、生态环境保育区等4个类型区域，并提出差异化的产业准入和环境治理措施。

本文在充分研究流域入湖河流与湖体之间水系关系的基础上，以流域环境容量和环境污染现状为分析依据，因地制宜地针对子流域提出差异化治理思路，不仅为以流域为治理单元的水环境治理规划提供了较为可行的技术体系，而且为太湖流域水环境综合整治思路创新提供了可借鉴的案例。