以地理工程為主體的滇池多元化治污思路探索

劉連中,劉洪江

(1.重慶師范大學初等教育學院,重慶 400700;2.云南財貿大學城市管理與資源環境學院,云南昆明 650223)

以地理工程為主體的滇池多元化治污思路探索

劉連中1,劉洪江2

(1.重慶師范大學初等教育學院,重慶 400700;2.云南財貿大學城市管理與資源環境學院,云南昆明 650223)

針對長期以來滇池治污效果不明顯的情況,分析滇池污染的主要原因。根據滇池具有倒流的自然地理條件,結合現有治污成果,提出以地理工程為主體,將滇池的污染治理納入到有機統一的整體系統,進行多元化治湖,通過改變滇池的出口位置,使昆明城區污水不再污染滇池,從而達到有效治理滇池污染的效果。

滇池;地理工程;多元化治理;水污染防治

滇池形成于距今300萬年前的新石器時期,是云貴高原水面最大的內陸淡水湖泊,北臨昆明市城區,南北長度39.5km,東西寬12.5km,面積306km2,總容量15億m3,從總體上看,滇池為一個南北走向,弓背向東的弓形,弓背東面是呈貢縣,昆明市和晉寧縣城分別位于弓北端和南端。有20余條河流呈向心狀注入,構成了滇池水系。滇池北部修有一個人工閘,將水域分隔為內湖(草海)、外湖(外海,面積占全湖的97%),分別由西北端的西園隧道(分流草海出水)和西南端的海口中灘閘(分流外海出水)流出,經螳螂川、普渡河匯入金沙江[1]。滇池流域面積2920km2,全流域均在昆明市轄區內,是昆明市人口最密集、人類活動最活躍、經濟最發達的地區,也是昆明市的主要水源和經濟發展命脈,其主要功能是旅游觀光、氣候調節、高原湖泊生物多樣性保護區[2]。

由于人為和自然因素,滇池水位逐年下降,湖水由深變淺,在過去的200年內,水面面積由500km2縮小為306km2[3]。滇池曾是昆明市的主要飲用水源,從1960年至1994年短短34年的時間內,滇池水質從Ⅰ類變為劣Ⅴ類,從1998年至今,滇池水質已經連續5年為劣Ⅴ類[4]。中國環境監測總站2000年1月至10月監測結果表明,滇池13個監測斷面均為劣Ⅴ類水質,水質污染已十分嚴重。滇池水質主要表現為嚴重的富營養化和有機污染。

對治理滇池的研究,以往多集中在控制污染源,恢復滇池濕地生態系統,提高人們的環保意識等方面[5],較少涉及滇池水環境的治理。近年來開始有人對滇池水環境的治理提出了一些舉措,如匡耀求[6]提出從撫仙湖調清水給滇池換水,黃海濤等[7]建議“引牛濟滇”加速置換滇池水體等。筆者從滇池污染原因剖析入手,分析了以往治污很難從根本上解決滇池污染問題,提出了以地理工程為主體,考慮將整個滇池的污染治理納入到統一的整體系統中的滇池多元化治污新思路。

1 滇池污染原因剖析及治污現狀

1.1 滇池污染剖析

1.1.1 區位因素

高原地區的湖泊特征一般只有一個出水口,湖泊若在城市的下游方,城市人口越多,污染越重。滇池在昆明市下游方,昆明城區所有污水全部流入滇池,而且全流域的污水都匯入滇池,這正是滇池污染的區位因素。

1.1.2 風向因素

滇池湖面多西南風,湖流以西南向的風生流為主,它源源不斷地把全流域帶入滇池的湖面污染物吹送到北部堆積,使北部污染日趨嚴重[8]。

1.1.3 社會經濟因素

人口和經濟的快速增長是滇池污染的首要原因。唐朝時,流域內人口數量很少,雖然從唐朝到清朝出現過多次開挖出口,讓湖水大量泄流出去的情況,然而,滇池從形成到現在的任何地質歷史時期都沒有承受過20世紀60年代到90年代這短短30多年間所出現的人口和經濟爆炸式的增長,昆明城區每天有大量未經處理的污水直接排入滇池,這是滇池污染形成的重要因素。據統計,滇池北部的大量污水是滇池的主要污染源,約占其污染絕對總量的80%以上。

圖1 滇池污染與人口增加關系

從圖1可以很明顯地看出滇池污染和人口數量增加之間的關系,利用SPSS軟件,計算出滇池水質變化與昆明市城區人口和流域人口之間的相關系數,水質惡化與流域人口增加相關系數為0.97,與昆明城區人口增加的相關系數為0.93。

1.2 以污治污思路難以徹底解決滇池污染問題

目前滇池污染治理已投入40.78億元資金,但目前滇池水質距原來預定目標(2010年外海達到Ⅲ類水質,草海達Ⅳ類水質)的距離相差很遠,相反滇池污染比原來更為加劇,從1998年到現在連續5年為劣Ⅴ類水質,根據2000年的水質檢測結果:氮、磷污染物濃度比警戒線水平高出10倍[9]。

出現這種情況的主要原因在于:以前滇池治理的思路大都為“以污治污”為主,沒有將污染治理納入到一個整體的系統中去考慮,偏重于單個項目的建設,花巨資建立大型污水處理廠,不能解決好污染滇池的3股主要污染源:①雨季洪水到來時,雨水把城區積累半年多的污物在短時間內全部沖入滇池,其污染占滇池污染總量的60%左右,污水處理廠很難處理被稀釋后的污水;②滇池湖面污染物由西南風吹送到北部堆積,隨水南流又被風生流送往北部,反復污染滇池;③由湖底底泥釋放出來的污染物[10]。

目前,昆明市計劃再投資30億元用于滇池清污分流,建立生活污水與大型污水處理廠的城區管道,這雖然可暫時緩解當前城市發展對于滇池污染的緊張關系,但如果從可持續性角度來看,一旦城市人口增加或城市功能結構發生變化,很難及時調整城區管道以適應新的變化。國際上一些發達國家的治湖經驗可借鑒:日本琵琶湖面積為600多km2,資金投入185億美元,時間耗費25年;另一個霞浦湖需要投入160億美元,而這2個湖泊的人口總量遠遠比不上污染滇池的人口數量,若以此推算,治理滇池污染費用恐怕要投入上千億元的資金,這迫使人們換一種思路來考慮滇池的治污問題。

2 多元化治湖新思路——“滇池倒流”

2.1 滇池倒流的主要思路

如何以最小代價解決滇池污染這個世界性難題,還其一個山清水秀的本來面目?一個最基本的思路應該是“結合現有治污工程,多管齊下,多學科綜合”的多元化治理,其中“倒流”是一個關鍵。“滇池倒流”的主要思路是在其北部打開一條出口,讓重污水從北流出,改變滇池的上下游關系,以徹底解決滇池的污染問題。具體步驟是在北部草海的入水口處開挖一條約5km長的人工河流,由于受到地形的限制,在大塘子處人工明渠改為地下隧道至天生橋,在大塘子處建一座大型污水處理廠,污水經處理后引回盤龍江,引起湖水的動態循環。在滇池城區主污染源和南部主湖體之間建立一個軟隔離帶進行污水與清水的隔離,倒流治污示意圖見圖2。

圖2 滇池倒流多元化治理的系統工程示意圖

2.2 倒流的條件與解決污染的可能性

滇池具有倒流的自然條件:北部倒流出口(海拔1887m)到天生橋(海拔1840m)在水平24km的距離內有47m的落差,具有水體自然流動的天然優勢。世界上其他難治理的湖泊大都缺少這種地形條件。滇池倒流后徹底改變了昆明城區和滇池的上下游關系,這樣昆明城區占整個滇池85%的城區污染負荷物經過處理后,就不再流入流速緩慢的主湖區,直接從新河道排走,滇池的污染可減少一半[11],水流置換周期由原來的1427d變為40d左右,污水經過處理后重入盤龍江再進入滇池,引起滇池水體的循環,從而減緩藍藻的繁殖速度。

外流域引水入滇工程可以作為輔助手段以加快主湖區水體動態循環,目前昆明市已計劃從尋甸縣的清水河引水和牛欄江引水入滇池,如果實施的話,入口可選擇在南部,這樣可以讓清水從南到北徹底清洗滇池,同時加快了主體湖區的水體循環。此外,滇池主體湖區具有很強的自凈能力,在這幾個因素的共同作用下,滇池主體湖區水質有望在短時間內得到很好改善。

3 多元化治理分析

實施滇池倒流后,把整個滇池的污染治理全部納入到統一的系統中考慮,可將整個倒流治污系統分為4個子系統,即:北部倒流出口子系統、城區污水處理子系統、湖泊水動態循環子系統、南部湖泊自凈子系統。倒流治污整體系統示意圖見圖2。

3.1 北部倒流出口子系統

如圖2所示,其范圍主要包括從軟隔離帶至草海至大營河直至螳螂川入口,滇池水面海拔為1887m,水從位于西南端的海口入螳螂川,經安寧向北流入富民(海拔1681m),落差206m,流程 130km。而滇池壩子與富民之間只有一山之隔,若從滇池草海往北經大營河至富民只有30多km,這是滇池水流入螳螂川的近道捷徑,這一線路為南流路程的1/4,流經時間縮短了300倍至50倍。

北部倒流子系統是整個治污系統關鍵,承擔著占整個滇池污染負荷85%以上的生活污水和工農業污水處理任務,其成功與否涉及整個治污系統的成敗。目前初步設計出口流量為80～120m3/s,如果考慮從外流域引水,則應加上外流域引水的設計流量。主要涉及的工程有:①開挖1條從草海到大塘子約5km長的人工明渠,以及從大塘子到天生橋約8km的隧道。②堵住西園隧道出口,只在洪水期泄放部分洪水。此子系統需與污水處理子系統進行配合,盡量讓污水經過處理后再入滇池倒流,同時它也可間接作用于湖泊水動態循環子系統。

3.2 城區污水處理子系統

城區污水處理子系統的范圍主要包括昆明、呈貢城區的生活污水處理及流域內工農業污水處理。從資金的投入來看,前期治理的大部分資金投入到污水治理中;從市政府對資金的調配來看,今后計劃使用的大部分資金也可能要投入到對污水的管道建設及處理上。鑒于此,已建和未建的污水處理工程也應納入到污水處理這一子系統中。由于污水處理廠難以處理雨季時短時間內的地表徑流污物問題,因此這一子系統還須進行完善,內容包括:①在大塘子附近建一大型污水處理廠,用于處理在倒流區內已經充分混合的污水。②污水處理后,一部分由倒流出口經大營河入螳螂川,另一部分沿人工明渠循環排入盤龍江,加快滇池水體循環,減少污水滯留時間,減緩藍藻的繁殖速度。這一子系統可直接作用于北部倒流出口子系統和湖泊水體動態循環子系統,在這個環節中,應充分利用現有國內外的各種生物、物理及化學治污技術。

3.3 湖泊水動態循環子系統

此子系統范圍包括現有滇池湖體、外流域引水工程及處理污水重入盤龍江工程,在這個子系統中有2種水動態循環方式:①滇池水的自循環。研究表明,滇池水體具有多個自循環系統,這些自循環系統使得滇池水體具有較強的自凈能力②由外在系統作用產生的水體動態循環,包括兩個內容:一是從污水處理廠處理后的水體引回盤龍江,一方面引起北部倒流出口子系統內的水體循環,另一方面可實現水量平衡。二是外流域引水從南部流入滇池,引起水體向北流動,加快主體湖區的水循環,增快北部污水的快速流出。這一子系統可直接作用于南部湖泊自凈子系統,間接作用于北部倒流出口子系統和城區污水處理子系統。

3.4 南部湖泊自凈子系統

在南部湖泊充分發揮湖泊的自凈能力,由于滇池南部的水位比北部高出0.5m,南部主體湖區的水可以自然流向北部。這個子系統的內容包括:①建立軟隔離帶,讓北部的重污水和南部的輕污水隔離。②堵住海口節制閥,只讓其提供1.0億m3/a的工業用水供昆明鋼鐵廠使用。

通過各個子系統間的相互作用,倒流治理滇池污染構成了一個渾然一體的系統。這些子系統間的相互作用與影響可以通過系統仿真來進行模擬和分析。如果實施倒流治滇工程的話,應從系統角度全盤考慮各個細節,做到規劃和實施的統一。

對于倒流區內從草海經大塘子至大營河到富民入螳螂川這一帶的環境來說,是受倒流影響最重的地區。在前期階段,流出的是從大塘子污水處理廠處理后的污水,會對下游的農業生產灌溉用水造成一定影響,在后期,隨著滇池水質的不斷改善,這種影響會逐漸減小;同時,由于水量的增加,對于該區內的生態環境會有好處。由于水體流動在人工明渠內,不會造成對溝岸的沖刷,侵蝕。

在堵住海口出水口后,這一區域內水量會減少,從海口到富民這一段,螳螂川在旱季時水位會下降,對農業生產灌溉用水會造成影響,在雨季時,對于其防洪有所幫助,對于本區域內的農業供水也有一定影響。

[1]王玉朝,彭永岸,李益敏.滇池水體污染和治理的特點[J].地域研究與開發,2004,23(1):88-92.

[2]蘇成西,周躍.BOT模式在滇池污染治理中的應用[J].水資源保護,2005,21(6):84-87.

[3]李益敏,彭永岸,王玉朝,等.滇池污染特征及治理對策[J].云南地理環境研究,2003(10):32-38.

[4]柘元蒙.滇池富營養化現狀趨勢及其綜合防治對策[J].云南環境科學,2002,21(1):35-39.

[5]鄧晴.滇池流域生態環境現狀及保護措施[J].云南環境科學,1998,17(3):32-34

[6]匡耀求.大地熱流對滇池環境的影響與滇池污染治理的新思路[J].礦物巖石地球化學通報,2002,21(2):86-91.

[7]黃海濤,李承志.“引牛濟滇”加速滇池水體轉換工程方案初步設想[J].云南水力發電,2002(S1):8-9.

[8]彭永岸,朱彤.滇池污染的成因及其治理新方案[J].地球信息科學,2003(1):16-21.

[9]李伯根.控制滇池生態環境的關鍵[J].水資源保護,2002(1):18-22.

[10]彭永岸.置換滇池與昆明城區相對位置 探索滇池治理的新途徑[J].經濟地理,2000(S1):312-316.

[11]胥勤勉,楊達源,董達,等.滇池水環境治理的“調水”“活水”工程[J].長江流域資源與環境,2006(1):116-119.

Multiple pollution treatments forDianchi Lake by meansofgeographical engineering

LIU Lian-zhong1,LIU Hong-jiang2
(1.Chongqing Normal University,Chongqing400700,China;2.School of Urban Management and Resources Environment,Yunnan University of Finance and Economics,Kunming650223,China)

In order to understand why there have been no obvious effectsof pollution treatment of Dianchi Lake for a long time,and to analyze the main causes of Dianchi Lake pollution,multiple pollution treatments for Dianchi Lake were explored.According to the natural geographical condition of reverse flow and the current results of treatments in Dianchi Lake,an integrated system consisting of geographical engineering as the main component,along with other treatment methods,was established.The pollution problem could be solved effectively by changing the exit location of Dianchi Lake and preventing the lake from being polluted by wastewater from the Kunming urban area.

Dianchi Lake;geographical engineering;multiple treatments;water pollution control

X321

A

1004-6933(2010)04-0020-03

10.3969/j.issn.1004-6933.2010.04.006

劉連中(1970—),男,重慶長壽人,高級講師,主要從事自然地理研究。E-mail:cqllz991027@163.com

2009-08-16 編輯:高渭文)