撫仙湖區生態旅游項目建設水污染影響預測

劉 磊，黃 穎

(1.深圳市環境科學研究院，廣東深圳518001;2.北京大學 環境科學與工程學院，北京100871)

撫仙湖是我國最大的深水型淡水湖泊，屬南盤江水系，位于云南省玉溪市澄江、江川、華寧三縣間，湖泊面積約212 km2，容水量185億m3，平均水深87 m。它是我國內陸淡水湖中水質最好的湖泊之一，水體功能為I類，有著十分珍貴的淡水資源和豐富的旅游資源。但是，深水湖泊的生態系統往往更加簡單和脆弱。撫仙湖是一個南北向的斷層溶蝕湖泊，絕大部分岸段為巖石或礫石基質，沒有大型水生植物和底棲動物生存，湖泊生態系統很不穩定。雖然目前總體水質仍為I類，但各項水質指標均呈惡化趨勢，湖岸與底層水質大部分為IV類甚至V類，加之底層磷素富集，撫仙湖水質正受到嚴重威脅，有富營養化發展的趨勢。如何在保護好撫仙湖水質的基礎上，合理開發旅游資源，保證生態可持續發展，是生態環境敏感地區經濟社會發展面臨的突出問題。以云南省撫仙湖區生態旅游開發項目為例，分析和預測了該項目對撫仙湖水環境質量的影響，并提出了污染防治的建議，希望能為生態環境敏感地區生態旅游開發提供建議和參考。

1 撫仙湖區生態旅游項目概況

云南省撫仙湖國際生態旅游休閑度假社區選址撫仙湖東岸，東至南盤江西岸，南至?？诤?，北至矣舊村到外浪塘的公路，規劃總面積約100 km2。規劃由組團和項目兩級構成，首先利用多條山谷塑造生態景觀廊道，將整個項目區分為5個相對獨立的組團，其次規劃的具體項目包括高爾夫球場、花卉博覽園、山地旅游度假村、酒店及會議中心等商務休閑設施以及配套污水處理廠、人工濕地，截污溝等市政基礎設施。規劃中明確的土地利用結構為山林保育用地42.1 km2，景觀綠化用地30.5 km2，生態游憩用地 14.6 km2，休閑度假用地 7.61 km2，道路交通用地2.71 km2，商業設施及公共服務設施用地1.44 km2，水域用地 0.71 km2，市政基礎設施用地 0.33 km2。

2 水污染負荷預測

目前，規劃區內以林地為主，零散分布著農田及自然村落，沒有雨污水管網和處理設施，生活和農業面源污水沿溝壑排入撫仙湖或南盤江。規劃實施后，撫仙湖匯水區內將修建兩座污水處理廠，其尾水將成為主要污染源，同時保留的農業種植和新建高爾夫球場的維護因使用化肥、農藥，從而對湖區水環境構成了潛在威脅。

2.1 污水處理廠尾水

撫仙湖匯水區內兩座污水處理廠的日處理能力共8000 m3，處理級別為二級，出水水質達到一級A標準。根據規劃，污水處理后回用作為澆灑用水。由于規劃區內生態游憩用地在雨季不需要澆灑，因此實際上尾水只有在旱季才會得到部分回用。假設只利用本匯水區內污水處理廠的尾水，則根據區內生態游憩用地總面積和最高日澆灑量，就可以計算出匯水區旱季澆灑量、污水回用量及回用率。假設雨季(165 d)全部尾水和旱季(200 d)未回用的尾水就近排入水體，那么可以測算出撫仙湖接納的尾水污染負荷。

2.2 農業種植面源

據調查，規劃區的施肥強度為3750 kg/hm2，遠高于澄江縣平均水平2580 kg/hm2;氮肥平均施用量為1020 kg/hm2，是國際公認標準225 kg/hm2的4.5倍。目前，規劃實施后的農田施肥管理措施尚未確定，因此分別考慮3種可能的情景，即單位面積施肥量保持現狀水平、削減50%達到國內一般施肥強度、削減70%達到國內外較優施肥強度。另外，氮磷流失特征除與施用肥料的品種、數量和方式等有關外，還受氣象條件、土壤條件和植被覆蓋度等的影響，因此根據相關研究成果，將氮素損失率設定為10%(低，天晴施肥效果較好)、30%(中，施肥效果一般)和 60%(高，施肥后遇降雨)等 3 種情景［1－5］;一般來說，磷素易被土壤固定，其在土壤中移動性較弱，淋失量也較少，因此將磷素損失率分別設定為5%、15%、30%等3種情景。綜上，在預測規劃實施后撫仙湖匯水區的農業種植面源污染時，將化肥流失量設置為3種情景，即高流失率(TN 60%、TP 30%)、中流失率(TN 30%、TP 15%)和低流失率(TN 10%、TP 5%)。

2.3 高爾夫球場面源

按規劃，將在撫仙湖小流域內建設兩塊高爾夫球場，其面源污染主要來源于球場維護時施用的化肥、農藥。施肥情況參考國內同類高爾夫球場(有效氮1.2 kg/(100 m2·a)，有效磷0.81 kg/(100 m2·a)［6］)，化肥流失率與農業種植面源分析相似，故設定3種情景(同章節2.2)。另外，高爾夫球場一般使用有機磷和有機硫等低毒型農藥，選取最有代表性的3種農藥以及國內外的平均用量［敵百蟲0.243 g/(m2·a)，百菌清0.121 g/(m2·a)，樂果 0.304 g/(m2·a)］，并設定農藥流失率為10%和50%兩種情景。根據以上分析，計算得到規劃實施后撫仙湖匯水區面源外排污染負荷(表1、2)。

表1 規劃實施后撫仙湖匯水區化肥流失污染負荷 t/a

表2 規劃實施后撫仙湖匯水區農藥流失污染負荷 t/a

3 水環境影響預測

3.1 預測方法

撫仙湖為大型湖泊，對于非持久性污染物采用湖泊推流衰減模式計算其排入湖泊時的遷移變化情況［7］，計算公式為

式中:Cr為距離排放口r處某污染物濃度，mg/L;Cp為所排污水中某污染物的濃度，mg/L;r為距排污口距離，m;Qp為排污量，m3/s;K為綜合自凈系數，1/d;Φ為混合角度，rad;H為混合區內平均水深，m;Ch為湖心湖面某污染物背景濃度，mg/L。

對于持久性污染物選用卡拉烏舍夫模式描述其排入湖泊時的遷移變化情況［8］，以離排放口充分遠的某點為參照點，計算公式為

式中:Mr為徑向混合系數，m2/s;r0為從排放口到該點的距離，m;Cr0為該點的現狀污染物濃度，mg/L;其余符號意義同上。

模型參數值以《撫仙湖—星云湖污染控制規劃》的取值為基本依據，根據2005年污染源實測數據和規劃區現狀近岸湖水水質監測值對模型參數進行估值，確定COD、BOD5、TP、TN4種污染物的降解系數分別為 0.0059、0.0060、0.0499 和 0.03。

3.2 水污染路徑

規劃針對污染源采取的防治措施主要有建設長20 km的環湖截污溝、撫仙湖東岸人工濕地、?？诤由嫌稳斯竦氐取Ｍ瑫r，由于規劃區位于巖溶地下水的補給區，巖溶地下水系統儲、導水空間較寬大，含水層對污染物的吸附和凈化能力很低，地下水易受污染進而滲入撫仙湖，因此規劃中提出建設高爾夫球場防滲和內部截污溝等控制措施。根據污水外排和收集處理的途徑，繪制撫仙湖主要水污染路徑，生活污水、農業種植面源及高爾夫球場面源分別見圖1—3。需要說明的是，因為農業種植面源及高爾夫球場面源污水進入環湖截污溝后的路徑與生活污水相同，所以對圖2、3中環湖截污溝之后的流程進行了省略，具體內容參見圖1。

3.3 預測方案

為便于比較，設計3種情景進行對比分析，預測項目實施后撫仙湖近岸300 m水域的水質變化情況。情景一，規劃方案，各項污水處理和污染控制措施都正常運行，面源污染無下滲，模擬目的是分析不同化肥、農藥施用量和流失水平對撫仙湖水質的影響;情景二，假設撫仙湖東岸人工濕地系統失效，其余條件同情景一，模擬目的是分析人工濕地對防止環湖截污溝溢流污染撫仙湖的作用;情景三，假設高爾夫球場無防滲措施，且有50%的污染水量下滲后進入撫仙湖，其余條件同情景一，模擬目的是討論高爾夫球場防滲的必要性。

3.4 預測結果

3.4.1 現狀方案

將現狀撫仙湖匯水區的入湖污染負荷輸入湖泊模型，結果見表3。據《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)中I類標準(COD≤15 mg/L、BOD5≤3 mg/L、TP≤0.01 mg/L、TN≤0.2 mg/L、敵百蟲≤0.05 mg/L、百菌清≤0.01 mg/L)，湖區 COD 和BOD5能達到I類標準;TP、TN在近岸超標比較嚴重，但距岸邊距離＞300 m后可以達到I類標準。這與現狀監測結果基本一致。

表3 撫仙湖岸邊水質現狀 mg/L

3.4.2 各情景及與現狀對比

根據規劃，撫仙湖匯水區未回用的尾水和初期雨水將通過截污溝輸送到?？诤优欧?，初期雨水以外的雨水將溢流，經過人工濕地凈化處理后入湖。據保守估計，湖東岸截污溝至少可以收集匯水區20%的面源污染負荷，而剩余的80%將隨溢流雨水入湖。正常情況下，溢流雨水要通過東岸的人工濕地處理后再入湖。假設人工濕地正常運行，一般情況下對面源污水中TN、TP的去除率分別可以達到60%、70%;同樣假設，截污溝可收集面源污水中20%的農藥殘留，但農藥經人工濕地后不會降解。據此，可以計算得到規劃方案及不同情景下的入湖污染負荷，輸入湖泊模型得到水質預測結果，見表4、表5。

表4 不同情景下撫仙湖離岸300 m處的營養鹽濃度 mg/L

表5 不同情景下撫仙湖離岸300 m處的農藥濃度 mg/L

選取化肥施用量削減50%、低流失率條件下的撫仙湖水質預測結果對現狀及3種情景進行對比分析，結果見圖4。由圖4知，情景一的水質好于現狀，并且是3種情景中TN、TP濃度最低的。但是，由表4和章節3.4.1知，情景一只有化肥流失水平低，或化肥施用量削減50%以上并且流失水平為中等的情形下，TN才能達標。由表5和章節3.4.1知，各情景敵百蟲和百菌清在流失率50%時都將超標。因此，除規劃的水污染控制措施外，大幅度減少化肥、農藥的施用量和流失量是十分必要的。而情景二和情景三相比情景一，TN、TP濃度較高，TP濃度甚至高于現狀水平，因此保持東岸人工濕地的高效運行和對高爾夫球場采取防滲措施對于控制撫仙湖水污染具有重要意義。

圖4 各情景下撫仙湖水質比較(mg/L)

4 預防水污染的建議

(1)科學管理和控制農藥、化肥施用量。根據情景分析，即使規劃中所有水污染控制措施都得到有效實施，如果農藥、化肥的施用量和流失率得不到有效控制，則撫仙湖水質仍然不能達到《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)中的I類標準。因此，要科學管理和控制農藥、化肥施用量。

(2)改進污水處理設施。旱季時，污水處理廠尾水主要用于高爾夫球場草坪澆灌，幾乎無尾水排入沿湖截污溝，海口河上游與湖東岸兩個人工濕地基本閑置;雨季時，高爾夫球場依靠天然降雨澆灌，污水處理廠尾水得不到回用，將全部通過湖東岸截污溝進入?？诤由嫌螡竦?。據預測，雨季產生的平均地表初期雨水量為6000 m3/d，海口河上游人工濕地進水量將達到14000 m3/d，遠大于其設計規模3000 m3/d，將導致初期雨水無法有效收集，溢流入湖東岸濕地的污水量極有可能遠大于其設計水量，造成人工濕地系統超負荷運行，處理效果難以保證。因此建議:第一，將?？诤訚竦靥幚硪幠U大到5000 m3/d以上;第二，在撫仙湖東岸、截污溝末端設置污水水量調蓄設施，既可以在一定程度上緩解濕地系統旱、雨季處理量懸殊的矛盾，又可以在暴雨時集蓄部分溢流雨水，等雨小或雨停后再進入人工濕地;第三，加大污水處理廠規模，除生活污水外，收集處理初期雨水和澆灑用水。

(3)加強湖濱生態修復。近年來，隨著湖區開發強度的不斷加大，撫仙湖沿岸曾經發育良好的湖灘濕地植被遭到嚴重破壞，自然凈化功能已經完全消失，因此建議在規劃區沿湖帶建設湖濱生態修復工程，以恢復撫仙湖湖岸濕地，削減截污溝污水溢流對撫仙湖水質的影響。

5 結語

生態旅游是未來旅游業的發展方向之一，在適宜地區大力開發生態旅游對于推動經濟、社會及環境的協調可持續發展有著重要作用。在我國，生態旅游發展迅速，但生態旅游項目規劃仍處于起步階段，特別是在發展過程中如何加強對現有生態資源的保護，防止盲目開發造成資源浪費和破壞等很多問題亟待解決［9］。本研究對撫仙湖區生態旅游項目水污染影響預測的研究表明，在生態環境敏感地區進行生態旅游開發規劃和環境評價，必須盡可能地全面考慮環境影響因子，分析和預測不同情況下的環境影響程度和范圍，并且及時做好預防和保護措施，使生態旅游真正做到可持續發展。

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