滇中星云湖流域水生態(tài)環(huán)境健康評估指標體系應用研究

易 達，甘 淑，王 策，吳 陽

(昆明理工大學 國土資源工程學院，云南 昆明 650000)

滇中星云湖流域水生態(tài)環(huán)境健康評估指標體系應用研究

易 達，甘 淑*，王 策，吳 陽

(昆明理工大學 國土資源工程學院，云南 昆明 650000)

為了建立高原湖泊相對基準點和評估準則體系，對在自然力和人類活動雙重作用下湖泊生態(tài)系統(tǒng)狀況進行評估，并通過管理促進其向良性方向發(fā)展。根據(jù)滇中高原湖泊特點，針對導致湖泊污染的因子，結合RS與GIS，制定了評估體系。該評估體系由準則層、指標層構成。評價結果顯示，星云湖處于亞健康狀態(tài)，該評價結果與星云湖的實際調查情況相符合。該評價方法可靠性、可行性較強，可為其他高原湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康評價提供一定的參考。

星云湖流域； 水質健康評估； RS； GIS

水生態(tài)環(huán)境評價是確保水質安全、合理利用水資源的前提，具有非常重要的社會、經(jīng)濟、環(huán)境價值[1]。為確保合理利用水源、保護水源，有必要對水質評價進行系統(tǒng)的研究[2]。

云南是包括長江、珠江、瀾滄江等具有重大戰(zhàn)略價值的江河流經(jīng)之地，其境內分布的眾多高原湖泊成為影響江河湖泊水環(huán)境的關鍵區(qū)域。湖泊水質優(yōu)劣不僅直接影響地方經(jīng)濟社會的發(fā)展，還會對地處江河湖泊下游的水環(huán)境安全和經(jīng)濟社會安全產(chǎn)生影響[3]。在云南九大高原湖泊中，以滇池、星云湖為代表的高原湖泊成為中國湖泊受人為干擾程度最大、湖泊質量下降最為嚴重、富營養(yǎng)化問題最突出的地區(qū)之一。因此，建立可用于推廣的高原湖泊水質評價方法和體系勢在必行。

1 研究區(qū)概況

星云湖是云南省的九大高原湖泊之一，為半封閉高原斷陷型淺水湖，屬于珠江流域南盤江水系的源頭湖泊。位于云南省玉溪市江川縣境內，地理坐標為102°45′～102°48′E，24°17′～24°23′N。星云湖流域也是云南省開發(fā)較早、利用強度較大、聚落較為密集的關鍵地段。其生態(tài)交錯，生態(tài)環(huán)境較為脆弱，經(jīng)濟社會發(fā)展水平較高，人為活動對湖泊的影響程度大。1)由于星云湖屬珠江流域南盤江水系的源頭湖泊，其流域匯水面積小，源近流短，來水量小。2)星云湖生態(tài)系統(tǒng)脆弱。星云湖換水周期為3.2 a，出流改道工程實施后星云湖換水周期變?yōu)?.4 a，減少24.4%；在星云湖水面下降后，出流改道工程停止。3)星云湖水質對周邊環(huán)境變化較為敏感。星云湖屬改造湖泊，湖水完全依靠集水區(qū)的降雨補充，其地處低緯度高原，5—10月的雨季降水量占全年降水量的80%，水位隨季節(jié)變化較大。且星云湖出流水系主要為出流改道隧洞，出水量小，營養(yǎng)鹽容易積聚。4)星云湖受地球化學因素的深刻影響，地處富磷區(qū)域，富磷區(qū)攜帶入湖的磷污染負荷數(shù)量大。

與此同時，由于高原湖泊特殊的形成原因以及封閉的流域環(huán)境，使得星云湖存在幾點先天不足：湖泊老化程度高，流域先天缺水，湖水換水周期長。除此之外，還有后天的人為擾動破壞活動：星云湖處城市下游，上游來水量少質劣，生態(tài)破壞嚴重，經(jīng)濟快速發(fā)展，長期超載運行。

2 研究方法與指標體系構建

對于具體評估對象的湖泊而言，由于不同湖泊所在的地理位置、自然條件、開發(fā)利用狀況不同，水質健康評價標準要相應地進行調整。目前，國內有關河湖空間區(qū)劃的方法眾多，不同方法的劃分要求與劃分結果不同，其適用的狀況也有所不同[4]。鑒于高原湖泊的特殊性、復雜性，星云湖水質健康評估指標體系應充分考慮該地區(qū)的實際特點，緊密結合星云湖流域的經(jīng)濟社會背景，針對星云湖流域所承擔的功能定位，協(xié)調星云湖流域自然生態(tài)功能與社會服務功能的均衡發(fā)揮，強調評估指標體系的可操作性、指導性、動態(tài)性與適應性，服務于高原湖泊的開發(fā)與保護實踐[5]。

2.1 評估方法的選擇

2.1.1 評估空間尺度

將星云湖水質評估范圍分為3個空間尺度：星云湖湖體，星云湖湖濱帶，星云湖流域。

2.1.2 全國河湖健康評估指標體系

全國重要河湖健康評估采用目標層—準則層—指標層3級體系構建的湖泊健康評估體系，由于本文只涉及水質健康評估，故本文只用準則層—指標層2級體系，如表1所示。

準則層。準則層從不同側面反映湖濱帶生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的屬性和水平，是確定主要影響因子范圍的關鍵構建層。水質狀況評估準則層包含了溶解氧水質狀況DO、耗氧有機污染狀況OCP、富營養(yǎng)狀況EU等3方面的指標[6-7]。同時，針對高原湖泊的特點，嘗試加入云南星云湖的高原山地流域特色，在準則層下補充了土地利用人為擾動指標，表示為人類活動區(qū)域面積(包括農用地、建設用地)與總土地面積的比值。

指標層。指標層是在準則層下選擇若干指標所組成。依據(jù)目的性、綜合性、主導因子以及可操作性4項原則，選擇能反映湖濱帶生態(tài)變化趨勢，涵蓋全面且無重復、有主導性、可搜集和可統(tǒng)計的指標[8-9]。按照準則層設定的4個方面，分別確定其包含的指標，共計11個指標，如表1所示。

2.1.3 水質準則層賦分

全國河湖健康評價水質指標中的水質準則層包括3個指標，為真實反映水質健康狀況，以3個指標的最小分值作為水質準則層賦分[10]。

WQr=Min (DOr，OCPr，EUr)。

式中，WQr為水質準則層賦分，DOr為溶解氧狀況指標賦分，OCPr為耗氧有機污染狀況指標賦分，EUr為營養(yǎng)狀況指標賦分。

在全國河湖健康評價水質指標的基礎上增加了自選指標，但不參與以上最小分值計算，而是分別取權重計算。取全國河湖健康評價水質相關指標權重為0.4，流域自選指標分別取權重為0.6。

2.2 評估過程

2.2.1 全國河湖健康評價體系評估

根據(jù)全國河湖健康評價體系中的評分標準對獲取的數(shù)據(jù)進行賦分，之后通過對水質準則層下的3個指標進行年平均處理，并根據(jù)上述賦分WQr公式要求，得到星云湖水質準則層的年平均得分，即溶解氧狀況(DO)98.3分，耗氧有機物(OCP)39.2分，富營養(yǎng)狀況(EU)80.0分。

2.2.2 流域自選指標體系評估

利用面向對象方法，對流域影像進行土地利用分類，分類結果如圖1所示。根據(jù)土地利用現(xiàn)狀進行專題分類信息提取，結果表明，2014年星云湖流域內耕地(包括旱地及水田)面積占總流域面積(371.7 km2)的26.30%，建設用地面積占總流域面積的6.30%。對星云湖流域的地表覆蓋狀況進行人為擾動地類處理后，得到評估年星云湖流域土地利用的人為擾動系數(shù)為32.53。

圖1 2014年星云湖湖濱帶土地利用的分類

3 水質調查評估結果

3.1 全國河湖健康評價體系

通過對水質準則層下的3個指標進行年平均處理，并根據(jù)上述賦分公式要求，可處理得到星云湖水質準則層得分為39.2分。對該準則層下3個指標對評估結果的影響作用進行分析得出，耗氧有機污染物指標分值最低，因此，對于星云湖而言，影響湖泊水質狀況得分低的根本原因是耗氧有機污染物指標嚴重不達標所致。

3.2 流域自選指標

通過以上評估過程，得到評估年星云湖流域土地利用的人為擾動系數(shù)為32.53。滇中高原面上的人為擾動系數(shù)平均值大致為30，由此可知，星云湖流域的土地利用人為擾動狀態(tài)高出2.53個百分點，說明星云湖流域的人為擾動影響相對較為劇烈。結合專家評估意見，流域自選指標得到最終的評分為80分。

根據(jù)本文評價指標體系，依據(jù)方法中關于全國河湖健康評價指標與自選指標的權重計算，流域自選指標的最終得分為63.70分。

4 分析及對策

當不考慮與兼顧考慮流域自選指標條件下，評估得出星云湖水質健康狀況分別為39.20分與63.70分，表明在2014年，星云湖的水質健康狀況總體均處于不健康或亞健康水平。本方法的計算結果與星云湖實際調查情況相符合，即星云湖水質狀況處于較為中度偏低的水平狀態(tài)。

4.1 水質問題分析

根據(jù)星云湖流域水污染綜合防治“十二五”規(guī)劃提供的歷史數(shù)據(jù)和現(xiàn)場取樣分析，總體上導致湖泊水質及水生物生態(tài)環(huán)境不健康的主要問題集中于以下方面。

流域嚴重過載。云南高原地區(qū)地形起伏較大，平坦的土地資源十分稀缺。在這種情況下，湖盆區(qū)域尤其是湖濱區(qū)自然就成為當?shù)亟?jīng)濟社會發(fā)展的最好土地資源，從而使臨近湖泊區(qū)域人口密集，城鎮(zhèn)化高度發(fā)展，產(chǎn)業(yè)布局高度密集，土地利用強度極高，污染物產(chǎn)生的負荷量愈來愈大。湖濱地帶的濕地被用做農用地，湖泊對補充水源的過濾、沉淀、解讀作用喪失，釀成惡性循環(huán)。

極度超容。星云湖流域產(chǎn)生的污染物遠遠超過了湖泊生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境承載力。在20世紀80年代，星云湖富營養(yǎng)化指數(shù)(TLIc)為42.6，尚處于中營養(yǎng)狀態(tài)；1982—1995年，仍處于中營養(yǎng)狀態(tài)；90年代末期TLIc超過50，進入富營養(yǎng)化狀態(tài)；之后，TLIc值急劇上升，由2000年的輕度富營養(yǎng)發(fā)展到2003年的中度富營養(yǎng)，2010年星云湖TLIc為66.37，水體為中度富營養(yǎng)狀態(tài)(圖2)。

圖2 星云湖近30 a富營養(yǎng)化發(fā)展趨勢

高度缺水。星云湖的水資源利用強度較高，入湖河流幾乎沒有自然水流補充進入。入湖河流在從周邊山地注入湖泊之前，大部分被水庫和壩塘截留，通過管道和水渠輸入城鎮(zhèn)、工業(yè)和農業(yè)生產(chǎn)生活，湖泊生態(tài)用水被擠占。

高度污染。星云湖入湖污染物主要超標因子為總氮(TN)、總磷(TP)和生化需氧量(COD)?？偟牒廴局饕暙I來自農田徑流、畜禽糞便、農村生活污染，占污染物的78.94%；總磷入湖污染主要貢獻源來自畜禽糞便污染、磷礦污染、農田徑流污染，占污染物的14.23%；生化需氧量入湖污染主要貢獻源來自畜禽糞便污染、農田徑流污染、農村生活污染，占污染物的3.04%。

4.2 湖濱帶問題及應對方法

在湖泊水環(huán)境保護時，湖泊是保護的主體[11]。湖泊維持生存和維持的支撐條件是流域內的陸地生態(tài)系統(tǒng)，只有當陸地生態(tài)系統(tǒng)健康時，湖泊生存的條件才能得到保障，湖泊自身水生態(tài)系統(tǒng)好轉的成果才能得到鞏固[12-14]。根據(jù)以上水生態(tài)環(huán)境評價的結果可以看出，耗氧有機污染是湖泊污染的最主要的原因，而湖濱帶的生活和工業(yè)不合理發(fā)展是耗氧有機物增多的主要原因[15]。因此，有效治理星云湖水污染狀況應當從改善星云湖流域湖濱帶做起，利用環(huán)湖溝渠和植物，將湖濱帶與湖體做進一步隔離，抑制星云湖外源污染。然后，逐步用生物手段治理星云湖內源污染，達到改善水質的目的。

5 小結

綜合評價結果表示，采用全國河湖健康評估指標體系，結合流域狀況的自選指標對星云湖進行水質健康評價，評價結果可信。需要注意的是，不同湖泊所在流域狀況不同，流域自選指標還有待進一步商榷。

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(責任編輯：侯春曉)

2017-01-13

國家自然科學基金項目(41261092，41561083)；云南省自然科學基金重點項目(2015FA016)

易 達(1991—)，男，江西萍鄉(xiāng)人，碩士研究生，研究方向為測繪、遙感，E-mail: 742606190@qq.com。

甘 淑(1964—)，女，教授，博士，從事遙感技術應用與國土資源管理研究工作，E-mail: N1480@qq.com。

10.16178/j.issn.0528-9017.20170431

X824

A

0528-9017(2017)04-0644-04

文獻著錄格式：易達，甘淑，王策，等. 滇中星云湖流域水生態(tài)環(huán)境健康評估指標體系應用研究[J].浙江農業(yè)科學，2017，58(4)：644-647.