滇中引水工程利用洱海調蓄的環境影響研究

汪青遼，李秋潔，劉 媛，張仲偉

(1.中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南 昆明 650051；2.長江勘測規劃設計研究有限責任公司，湖北 武漢 430015)

1 研究背景與概況

云南省滇中地區是長江流域三大干旱區之一，水資源量僅占全省的12%[1]，資源性缺水與工程性缺水并存，已成為制約地區經濟社會可持續發展的瓶頸[2]。洱海為云南省第二大高原淡水湖泊，是大理市主要飲用水源地，又是蒼山洱海國家級自然保護區和大理國家級風景名勝區的核心。洱海南北長約42.5km，東西最大寬度約8.4km，總庫容28.8億m3。洱海水質保護目標為Ⅱ類。

滇中引水工程從麗江石鼓鎮的金沙江右岸大同村附近引水，多年平均引水規模34.03億m3，輸水總干渠總長度661.06km。國家發改委關于《滇中引水工程項目建議書》的批復(發改農經〔2015〕642號)意見提出：“下一步工作中研究輸水工程引水入滇池、洱海并利用受水區內有條件的大中型水庫增加調蓄能力，提高供水保證率的可行性”。

洱海是滇中引水線路附近重要湖泊，其呈南北走向，與滇中引水工程輸水線路走向一致。滇中引水利用洱海調蓄的工程布置走向見圖1。總干渠的水從洱海東北部的長育村進入洱海，調蓄后在洱海南部的鳳儀鎮附近出洱海后進入總干渠的鳳儀隧洞。該方案可節省總干渠長度約27.3km，經估算投資減少36.2億元，且利用洱海的調蓄作用，減少枯期引金沙江水水量，能提高供水保證率。

圖1 利用與不利用洱海方案的工程布置

本文根據洱海調蓄的水資源配置與工程布置方案，研究利用洱海調蓄可能導致的水環境、水生態和環境敏感區影響問題，充分論證利用洱海調蓄的環境可行性，為滇中引水可研階段引水規模的確定及輸水線路的布置提供重要的技術支撐。

2 利用洱海調蓄對減緩金沙江引水的影響

根據石鼓水源來水、受水區需水、洱海調蓄能力，在洱海水資源配置原則的基礎上，通過長系列調節計算，確定水資源配置方案與總干渠設計流量。利用與不利用洱海調蓄兩個方案的引水量及分配結構詳見表1。由表可見，利用洱海調蓄方案與不利用洱海方案多利用洱海水量3.48億m3。利用洱海較不利用調蓄方案少分配總水量0.87億m3，其中受水區少供生產生活用水0.32億m3。利用洱海調蓄方案渠首引水量29.68億m3，水量進入洱海調蓄后與洱海本流域水資源一同供出。

表1 利用與不利用洱海調蓄兩個方案的引水量及分配結構

根據表1，利用較不利用洱海調蓄方案，在多利用洱海水量3.48億m3的基礎上，導致石鼓水源點引水設計流量由135 m3/s降低至125 m3/s，多年平均總引水量(按渠首)由34.03億m3減小至29.68億m3，可少引金沙江水量4.35億m3，并將引水時段變成集中在汛期和平水期多引，盡量減少枯期引水對金沙江水環境與水生態影響。

3 利用洱海調蓄對洱海水質的影響

在比較金沙江石鼓水源點與洱海現狀水質差異的基礎上，結合規劃水平年實施的水污染綜合治理措施，采用洱海平面二維非恒定數值模型，預測引水充蓄洱海后的洱海水質濃度，并分析較不利用洱海調蓄方案的水質變化。

3.1 石鼓與洱海現狀水質濃度分析

圖2為洱海和金沙江2011—2015年TN與TP的實測濃度(2015年為滇中引水可研設計截止年份)。由圖可看出，洱海TN濃度在II～III類變化，平均濃度0.51mg/L；洱海TP濃度在II～III類變化，平均濃度0.024mg/L；金沙江TN濃度基本在II～III類變化，平均濃度0.7mg/L；金沙江 TP濃度基本在II～III類變化，平均濃度0.030mg/L。總體上，TN濃度金沙江高于洱海，而TP濃度金沙江很多月份超過湖泊Ⅱ類水質標準。金沙江CODMn的濃度低于洱海并均可達標。

圖2 2011—2015年金沙江和洱海逐月的TN、TP實測濃度比較

3.2 洱海水質計算模型及濃度場分布

洱海水質預測采用平面二維非恒定模型，其中的紊流模型采用混長模型，水流與水質模型的控制方程采用守恒形式，控制方程為連續方程和水平向動量方程。

二維非恒定水質模型控制方程為：

洱海二維模型包括整個洱海湖區，模擬范圍為東西向20km，南北向40km。模型計算網格距為400m，計算單元數東西方向50個，南北方向100個。

金沙江引水水質采用多年月平均值，洱海初始濃度場為現狀實測水質，采用洱海典型風場西南風4.1m/s為風場條件。經預測，洱海2040年在平水年情況下，不利用洱海調蓄和利用洱海調蓄兩種方案下的洱海TP水質濃度場，見圖3。如圖所示，由于兩種方案滇中引水出入湖流量有差異，所以各方案濃度場分布上略有不同，但是差異不大，全湖平均濃度相近。圖示洱海濃度場基本呈現北部湖區水質濃度較高，南部湖區濃度次之，而湖心區水質濃度最低的分布狀況，洱海水質這種北高南低的分布狀況與洱海污染物的入湖空間分布主要集中在北部河流有直接關系。

圖3 洱海模型計算區域及計算網格

3.3 利用洱海調蓄的水質變化影響

根據洱海采用平面二維湖泊非恒定數值模型的計算結果，規劃水平年2040年，若有效執行洱海水污染防治對策措施提出的污染源削減方案，利用與不利用洱海調蓄的洱海豐、平、枯水年水質濃度預測值見表2。從表中可以看出，不利用洱海調蓄方案下2040年洱海TN、TP、CODMn濃度都達到地表水II類水質標準。利用洱海調蓄方案下，2040洱海TN、CODMn濃度可達到II類水質標準，但TP三個典型年份均超過Ⅱ類標準為Ⅲ類水質。利用較不利用洱海調蓄方案的洱海TN、TP濃度有所升高， CODMn濃度有所降低。

圖4 不利用與利用洱海調蓄方案的洱海TP預測濃度場

表2 利用與不利用洱海調蓄的各典型年洱海水質濃度

因此，利用洱海調蓄將會使洱海水質惡化，導致洱海水質綜合類別從II類降低為III類，洱海水質將出現超標現象。另外，由于TP、TN作為富營養化重要指標，從營養鹽水平看，在洱海水溫、流速出現不利情況下局部區域可能會存在富營養化趨勢。

4 利用洱海調蓄的水生生態影響

4.1 對水生生物的影響研究

從金沙江引水進入瀾滄江的洱海，同時也把不同水系的浮游植物引入洱海，引起浮游植物群落結構的改變，存在外來物種入侵的風險。同時，水營養程度增加，浮游植物迅速生長和局部堆積將影響其它生物類群。

從金沙江引水進入洱海調蓄，將導致入洱海口原有的靜水湖泊生境變為流水生境，洱海現有底棲動物的種群結構將會發生改變，適合于湖泊靜水的種類減少，河流種類可能增加。水生植物生長受到影響后，將抑制底棲動物所需的食物和棲息環境，底棲動物的生物量也將受到抑制和影響。同時，引水進入洱海，也會加快外來種金蘋果螺的分布區域以及擴大釘螺的孳生范圍，加快血吸蟲的變異，使血吸蟲感染目前有螺無病區的釘螺，擴大血吸蟲的分布區，加大疫情。

4.2 對魚類的影響研究

從金沙江引水進入洱海后，將會改變洱海魚類種類組成，降低物種多樣性，為適應緩流生活和一些外來魚類的入侵提供條件。浮游植物組成改變，浮游動物趨向小型化，對中上層濾食性魚類的生長有利。水生植物和大型底棲動物的減少，對草食性以及以底棲、軟體動物為食的中下層魚類、底層魚類不利；由于物種隔離機制不健全，生活在金沙江水系的短須裂腹魚、長絲裂腹魚、四川裂腹魚進入洱海之后，可能會與洱海的大理裂腹魚、云南裂腹魚等近緣種雜交；金沙江的鯉魚進入洱海之后會與洱海記錄有的洱海鯉、大理鯉等土著鯉魚發生雜交。金沙江的種類與洱海土著種雜交之后，洱海土著魚類種質資源下降，將會降低洱海地區土著魚類的物種多樣性和遺傳多樣性，不利于洱海土著魚類的生存。

其次，洱海中的16種外來物種[3]特別是太湖新銀魚很可能經調蓄后出水至輸水總干渠，進入下游的金沙江、元江、南盤江水系，特別是沿線的16座充蓄水庫。目前充蓄水庫基本以鯉魚、草魚、鳙魚等經濟魚類為主，如果洱海作為調蓄水體，很可能導致充蓄水庫存在被外來物種入侵的風險。

綜上所述，金沙江引水進入洱海和洱海進入充蓄水庫均存在著較大的水生入侵風險，從維護洱海水生生態系統的功能和穩定，保護充蓄水庫水生生態出發，滇中引水工程不宜引水進入洱海調蓄。

5 利用洱海調蓄的環境敏感區影響

利用洱海調蓄方案涉及的環境敏感區主要有大理蒼山洱海國家級自然保護區。大理蒼山洱海國家級自然保護區由蒼山保護區和洱海保護區組成，總面積797km2，其中，核心區、緩沖區、實驗區分別占比為21.3%、41.8%、36.9%。該保護區的主要保護對象為高原淡水湖泊水體濕地生態系統、第四紀冰川遺跡高原淡水湖泊、以大理裂腹魚為主要成分的特色魚類區系[4]。

利用洱海方案進水口、出水口工程均位于該自然保護區的實驗區，工程建設前需按照自然保護區的管理要求，分析論證工程建設對保護區生物多樣性的影響，并履行相關審批程序。利用洱海方案運行后，洱海水位、水質等水文水環境條件均會發生改變。同時如果水源區魚類隨著水流進入洱海，很可能在洱海存活并建立種群，特別是裂腹魚類和高原鰍類，給洱海的魚類種群結構造成巨大的影響。因此，將直接影響到保護區的主要保護對象大理裂腹魚的棲息生境。從維護自然保護區的功能和完整性角度考慮，滇中引水工程不宜引水進入洱海。

圖5 利用洱海方案與自然保護區的關系

6 結語

本文根據洱海調蓄方案，研究利用較不利用洱海調蓄可能導致的水環境、水生態和環境敏感區影響問題，充分論證利用洱海調蓄的環境可行性。通過研究發現：利用較不利用洱海方案的輸水干渠長度投資有所降低，并可少引金沙江水量4.35億m3。但是，利用洱海調蓄后，經采用二維水質模型計算的洱海預測年2040年在豐、平、枯水文年下TN、CODMn濃度可達到II類水質標準，但TP三個典型年均超標至Ⅲ類水質，即利用較不利用洱海調蓄方案對TP的影響較大，會造成洱海的TP濃度升高，從Ⅱ類惡化為Ⅲ類，致使洱海水質治理目標難以實現；利用洱海調蓄后金沙江魚類特別是裂腹魚類和高原鰍類隨著水流進入瀾滄江水系的洱海，會帶來跨流域生物交互影響和生物入侵問題，并可導致受退水區特別是充蓄水庫被大量外來水生物種侵占的風險。會帶來釘螺隨總干渠遠距離遷移和大面積擴散，導致血吸蟲病蔓延的潛在風險；工程方案實施涉及大理蒼山洱海國家級自然保護區的實驗區，對保護區主要保護對象存在不利影響。因此，從環境保護角度，不推薦利用洱海進行調蓄的方案。