撫仙湖區(qū)生態(tài)旅游項目建設(shè)水污染影響預(yù)測

劉 磊，黃 穎

(1.深圳市環(huán)境科學(xué)研究院，廣東深圳518001;2.北京大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)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(nèi)陸淡水湖中水質(zhì)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(tài)系統(tǒng)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(zhì)，沒有大型水生植物和底棲動物生存，湖泊生態(tài)系統(tǒng)很不穩(wěn)定。雖然目前總體水質(zhì)仍為I類，但各項水質(zhì)指標(biāo)均呈惡化趨勢，湖岸與底層水質(zhì)大部分為IV類甚至V類，加之底層磷素富集，撫仙湖水質(zhì)正受到嚴(yán)重威脅，有富營養(yǎng)化發(fā)展的趨勢。如何在保護好撫仙湖水質(zhì)的基礎(chǔ)上，合理開發(fā)旅游資源，保證生態(tài)可持續(xù)發(fā)展，是生態(tài)環(huán)境敏感地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展面臨的突出問題。以云南省撫仙湖區(qū)生態(tài)旅游開發(fā)項目為例，分析和預(yù)測了該項目對撫仙湖水環(huán)境質(zhì)量的影響，并提出了污染防治的建議，希望能為生態(tài)環(huán)境敏感地區(qū)生態(tài)旅游開發(fā)提供建議和參考。

1 撫仙湖區(qū)生態(tài)旅游項目概況

云南省撫仙湖國際生態(tài)旅游休閑度假社區(qū)選址撫仙湖東岸，東至南盤江西岸，南至海口河，北至矣舊村到外浪塘的公路，規(guī)劃總面積約100 km2。規(guī)劃由組團和項目兩級構(gòu)成，首先利用多條山谷塑造生態(tài)景觀廊道，將整個項目區(qū)分為5個相對獨立的組團，其次規(guī)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(wù)休閑設(shè)施以及配套污水處理廠、人工濕地，截污溝等市政基礎(chǔ)設(shè)施。規(guī)劃中明確的土地利用結(jié)構(gòu)為山林保育用地42.1 km2，景觀綠化用地30.5 km2，生態(tài)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(yè)設(shè)施及公共服務(wù)設(shè)施用地1.44 km2，水域用地 0.71 km2，市政基礎(chǔ)設(shè)施用地 0.33 km2。

2 水污染負(fù)荷預(yù)測

目前，規(guī)劃區(qū)內(nèi)以林地為主，零散分布著農(nóng)田及自然村落，沒有雨污水管網(wǎng)和處理設(shè)施，生活和農(nóng)業(yè)面源污水沿溝壑排入撫仙湖或南盤江。規(guī)劃實施后，撫仙湖匯水區(qū)內(nèi)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(nóng)業(yè)種植和新建高爾夫球場的維護因使用化肥、農(nóng)藥，從而對湖區(qū)水環(huán)境構(gòu)成了潛在威脅。

2.1 污水處理廠尾水

撫仙湖匯水區(qū)內(nèi)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(zhì)達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)規(guī)劃，污水處理后回用作為澆灑用水。由于規(guī)劃區(qū)內(nèi)生態(tài)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(shè)只利用本匯水區(qū)內(nèi)污水處理廠的尾水，則根據(jù)區(qū)內(nèi)生態(tài)游憩用地總面積和最高日澆灑量，就可以計算出匯水區(qū)旱季澆灑量、污水回用量及回用率。假設(shè)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(fù)荷。

2.2 農(nóng)業(yè)種植面源

據(jù)調(diào)查，規(guī)劃區(qū)的施肥強度為3750 kg/hm2，遠(yuǎn)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(rèn)標(biāo)準(zhǔn)225 kg/hm2的4.5倍。目前，規(guī)劃實施后的農(nóng)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(xiàn)狀水平、削減50%達(dá)到國內(nèi)一般施肥強度、削減70%達(dá)到國內(nèi)外較優(yōu)施肥強度。另外，氮磷流失特征除與施用肥料的品種、數(shù)量和方式等有關(guān)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(jù)相關(guān)研究成果，將氮素?fù)p失率設(shè)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?fù)p失率分別設(shè)定為5%、15%、30%等3種情景。綜上，在預(yù)測規(guī)劃實施后撫仙湖匯水區(qū)的農(nóng)業(yè)種植面源污染時，將化肥流失量設(shè)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(guī)劃，將在撫仙湖小流域內(nèi)建設(shè)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(nóng)藥。施肥情況參考國內(nèi)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(nóng)業(yè)種植面源分析相似，故設(shè)定3種情景(同章節(jié)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(nóng)藥，選取最有代表性的3種農(nóng)藥以及國內(nèi)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(shè)定農(nóng)藥流失率為10%和50%兩種情景。根據(jù)以上分析，計算得到規(guī)劃實施后撫仙湖匯水區(qū)面源外排污染負(fù)荷(表1、2)。

表1 規(guī)劃實施后撫仙湖匯水區(qū)化肥流失污染負(fù)荷 t/a

表2 規(guī)劃實施后撫仙湖匯水區(qū)農(nóng)藥流失污染負(fù)荷 t/a

3 水環(huán)境影響預(yù)測

3.1 預(yù)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(shù)，1/d;Φ為混合角度，rad;H為混合區(qū)內(nèi)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(yuǎn)的某點為參照點，計算公式為

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

模型參數(shù)值以《撫仙湖—星云湖污染控制規(guī)劃》的取值為基本依據(jù)，根據(jù)2005年污染源實測數(shù)據(jù)和規(guī)劃區(qū)現(xiàn)狀近岸湖水水質(zhì)監(jiān)測值對模型參數(shù)進(jìn)行估值，確定COD、BOD5、TP、TN4種污染物的降解系數(shù)分別為 0.0059、0.0060、0.0499 和 0.03。

3.2 水污染路徑

規(guī)劃針對污染源采取的防治措施主要有建設(shè)長20 km的環(huán)湖截污溝、撫仙湖東岸人工濕地、海口河上游人工濕地等。同時，由于規(guī)劃區(qū)位于巖溶地下水的補給區(qū)，巖溶地下水系統(tǒng)儲、導(dǎo)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(jìn)而滲入撫仙湖，因此規(guī)劃中提出建設(shè)高爾夫球場防滲和內(nèi)部截污溝等控制措施。根據(jù)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(nóng)業(yè)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(nóng)業(yè)種植面源及高爾夫球場面源污水進(jìn)入環(huán)湖截污溝后的路徑與生活污水相同，所以對圖2、3中環(huán)湖截污溝之后的流程進(jìn)行了省略，具體內(nèi)容參見圖1。

3.3 預(yù)測方案

為便于比較，設(shè)計3種情景進(jìn)行對比分析，預(yù)測項目實施后撫仙湖近岸300 m水域的水質(zhì)變化情況。情景一，規(guī)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(nóng)藥施用量和流失水平對撫仙湖水質(zhì)的影響;情景二，假設(shè)撫仙湖東岸人工濕地系統(tǒng)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(huán)湖截污溝溢流污染撫仙湖的作用;情景三，假設(shè)高爾夫球場無防滲措施，且有50%的污染水量下滲后進(jìn)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(yù)測結(jié)果

3.4.1 現(xiàn)狀方案

將現(xiàn)狀撫仙湖匯水區(qū)的入湖污染負(fù)荷輸入湖泊模型，結(jié)果見表3。據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)中I類標(biāo)準(zhǔn)(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(qū) COD 和BOD5能達(dá)到I類標(biāo)準(zhǔn);TP、TN在近岸超標(biāo)比較嚴(yán)重，但距岸邊距離＞300 m后可以達(dá)到I類標(biāo)準(zhǔn)。這與現(xiàn)狀監(jiān)測結(jié)果基本一致。

表3 撫仙湖岸邊水質(zhì)現(xiàn)狀 mg/L

3.4.2 各情景及與現(xiàn)狀對比

根據(jù)規(guī)劃，撫仙湖匯水區(qū)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(jīng)過人工濕地凈化處理后入湖。據(jù)保守估計，湖東岸截污溝至少可以收集匯水區(qū)20%的面源污染負(fù)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(shè)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(dá)到60%、70%;同樣假設(shè)，截污溝可收集面源污水中20%的農(nóng)藥殘留，但農(nóng)藥經(jīng)人工濕地后不會降解。據(jù)此，可以計算得到規(guī)劃方案及不同情景下的入湖污染負(fù)荷，輸入湖泊模型得到水質(zhì)預(yù)測結(jié)果，見表4、表5。

表4 不同情景下?lián)嵯珊x岸300 m處的營養(yǎng)鹽濃度 mg/L

表5 不同情景下?lián)嵯珊x岸300 m處的農(nóng)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(zhì)預(yù)測結(jié)果對現(xiàn)狀及3種情景進(jìn)行對比分析，結(jié)果見圖4。由圖4知，情景一的水質(zhì)好于現(xiàn)狀，并且是3種情景中TN、TP濃度最低的。但是，由表4和章節(jié)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(dá)標(biāo)。由表5和章節(jié)3.4.1知，各情景敵百蟲和百菌清在流失率50%時都將超標(biāo)。因此，除規(guī)劃的水污染控制措施外，大幅度減少化肥、農(nóng)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(xiàn)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?lián)嵯珊|(zhì)比較(mg/L)

4 預(yù)防水污染的建議

(1)科學(xué)管理和控制農(nóng)藥、化肥施用量。根據(jù)情景分析，即使規(guī)劃中所有水污染控制措施都得到有效實施，如果農(nóng)藥、化肥的施用量和流失率得不到有效控制，則撫仙湖水質(zhì)仍然不能達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)中的I類標(biāo)準(zhǔn)。因此，要科學(xué)管理和控制農(nóng)藥、化肥施用量。

(2)改進(jìn)污水處理設(shè)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(jìn)入海口河上游濕地。據(jù)預(yù)測，雨季產(chǎn)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(jìn)水量將達(dá)到14000 m3/d，遠(yuǎn)大于其設(shè)計規(guī)模3000 m3/d，將導(dǎo)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(yuǎn)大于其設(shè)計水量，造成人工濕地系統(tǒng)超負(fù)荷運行，處理效果難以保證。因此建議:第一，將?？诤訚竦靥幚硪?guī)模擴大到5000 m3/d以上;第二，在撫仙湖東岸、截污溝末端設(shè)置污水水量調(diào)蓄設(shè)施，既可以在一定程度上緩解濕地系統(tǒng)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(jìn)入人工濕地;第三，加大污水處理廠規(guī)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(tài)修復(fù)。近年來，隨著湖區(qū)開發(fā)強度的不斷加大，撫仙湖沿岸曾經(jīng)發(fā)育良好的湖灘濕地植被遭到嚴(yán)重破壞，自然凈化功能已經(jīng)完全消失，因此建議在規(guī)劃區(qū)沿湖帶建設(shè)湖濱生態(tài)修復(fù)工程，以恢復(fù)撫仙湖湖岸濕地，削減截污溝污水溢流對撫仙湖水質(zhì)的影響。

5 結(jié)語

生態(tài)旅游是未來旅游業(yè)的發(fā)展方向之一，在適宜地區(qū)大力開發(fā)生態(tài)旅游對于推動經(jīng)濟、社會及環(huán)境的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展有著重要作用。在我國，生態(tài)旅游發(fā)展迅速，但生態(tài)旅游項目規(guī)劃仍處于起步階段，特別是在發(fā)展過程中如何加強對現(xiàn)有生態(tài)資源的保護，防止盲目開發(fā)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(qū)生態(tài)旅游項目水污染影響預(yù)測的研究表明，在生態(tài)環(huán)境敏感地區(qū)進(jìn)行生態(tài)旅游開發(fā)規(guī)劃和環(huán)境評價，必須盡可能地全面考慮環(huán)境影響因子，分析和預(yù)測不同情況下的環(huán)境影響程度和范圍，并且及時做好預(yù)防和保護措施，使生態(tài)旅游真正做到可持續(xù)發(fā)展。

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