抚仙湖区生态旅游项目建设水污染影响预测

刘 磊，黄 颖

(1.深圳市环境科学研究院，广东深圳518001;2.北京大学 环境科学与工程学院，北京100871)

抚仙湖是我国最大的深水型淡水湖泊，属南盘江水系，位于云南省玉溪市澄江、江川、华宁三县间，湖泊面积约212 km2，容水量185亿m3，平均水深87 m。它是我国内陆淡水湖中水质最好的湖泊之一，水体功能为I类，有着十分珍贵的淡水资源和丰富的旅游资源。但是，深水湖泊的生态系统往往更加简单和脆弱。抚仙湖是一个南北向的断层溶蚀湖泊，绝大部分岸段为岩石或砾石基质，没有大型水生植物和底栖动物生存，湖泊生态系统很不稳定。虽然目前总体水质仍为I类，但各项水质指标均呈恶化趋势，湖岸与底层水质大部分为IV类甚至V类，加之底层磷素富集，抚仙湖水质正受到严重威胁，有富营养化发展的趋势。如何在保护好抚仙湖水质的基础上，合理开发旅游资源，保证生态可持续发展，是生态环境敏感地区经济社会发展面临的突出问题。以云南省抚仙湖区生态旅游开发项目为例，分析和预测了该项目对抚仙湖水环境质量的影响，并提出了污染防治的建议，希望能为生态环境敏感地区生态旅游开发提供建议和参考。

1 抚仙湖区生态旅游项目概况

云南省抚仙湖国际生态旅游休闲度假社区选址抚仙湖东岸，东至南盘江西岸，南至海口河，北至矣旧村到外浪塘的公路，规划总面积约100 km2。规划由组团和项目两级构成，首先利用多条山谷塑造生态景观廊道，将整个项目区分为5个相对独立的组团，其次规划的具体项目包括高尔夫球场、花卉博览园、山地旅游度假村、酒店及会议中心等商务休闲设施以及配套污水处理厂、人工湿地，截污沟等市政基础设施。规划中明确的土地利用结构为山林保育用地42.1 km2，景观绿化用地30.5 km2，生态游憩用地 14.6 km2，休闲度假用地 7.61 km2，道路交通用地2.71 km2，商业设施及公共服务设施用地1.44 km2，水域用地 0.71 km2，市政基础设施用地 0.33 km2。

2 水污染负荷预测

目前，规划区内以林地为主，零散分布着农田及自然村落，没有雨污水管网和处理设施，生活和农业面源污水沿沟壑排入抚仙湖或南盘江。规划实施后，抚仙湖汇水区内将修建两座污水处理厂，其尾水将成为主要污染源，同时保留的农业种植和新建高尔夫球场的维护因使用化肥、农药，从而对湖区水环境构成了潜在威胁。

2.1 污水处理厂尾水

抚仙湖汇水区内两座污水处理厂的日处理能力共8000 m3，处理级别为二级，出水水质达到一级A标准。根据规划，污水处理后回用作为浇洒用水。由于规划区内生态游憩用地在雨季不需要浇洒，因此实际上尾水只有在旱季才会得到部分回用。假设只利用本汇水区内污水处理厂的尾水，则根据区内生态游憩用地总面积和最高日浇洒量，就可以计算出汇水区旱季浇洒量、污水回用量及回用率。假设雨季(165 d)全部尾水和旱季(200 d)未回用的尾水就近排入水体，那么可以测算出抚仙湖接纳的尾水污染负荷。

2.2 农业种植面源

据调查，规划区的施肥强度为3750 kg/hm2，远高于澄江县平均水平2580 kg/hm2;氮肥平均施用量为1020 kg/hm2，是国际公认标准225 kg/hm2的4.5倍。目前，规划实施后的农田施肥管理措施尚未确定，因此分别考虑3种可能的情景，即单位面积施肥量保持现状水平、削减50%达到国内一般施肥强度、削减70%达到国内外较优施肥强度。另外，氮磷流失特征除与施用肥料的品种、数量和方式等有关外，还受气象条件、土壤条件和植被覆盖度等的影响，因此根据相关研究成果，将氮素损失率设定为10%(低，天晴施肥效果较好)、30%(中，施肥效果一般)和 60%(高，施肥后遇降雨)等 3 种情景［1－5］;一般来说，磷素易被土壤固定，其在土壤中移动性较弱，淋失量也较少，因此将磷素损失率分别设定为5%、15%、30%等3种情景。综上，在预测规划实施后抚仙湖汇水区的农业种植面源污染时，将化肥流失量设置为3种情景，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 高尔夫球场面源

按规划，将在抚仙湖小流域内建设两块高尔夫球场，其面源污染主要来源于球场维护时施用的化肥、农药。施肥情况参考国内同类高尔夫球场(有效氮1.2 kg/(100 m2·a)，有效磷0.81 kg/(100 m2·a)［6］)，化肥流失率与农业种植面源分析相似，故设定3种情景(同章节2.2)。另外，高尔夫球场一般使用有机磷和有机硫等低毒型农药，选取最有代表性的3种农药以及国内外的平均用量［敌百虫0.243 g/(m2·a)，百菌清0.121 g/(m2·a)，乐果 0.304 g/(m2·a)］，并设定农药流失率为10%和50%两种情景。根据以上分析，计算得到规划实施后抚仙湖汇水区面源外排污染负荷(表1、2)。

表1 规划实施后抚仙湖汇水区化肥流失污染负荷 t/a

表2 规划实施后抚仙湖汇水区农药流失污染负荷 t/a

3 水环境影响预测

3.1 预测方法

抚仙湖为大型湖泊，对于非持久性污染物采用湖泊推流衰减模式计算其排入湖泊时的迁移变化情况［7］，计算公式为

式中:Cr为距离排放口r处某污染物浓度，mg/L;Cp为所排污水中某污染物的浓度，mg/L;r为距排污口距离，m;Qp为排污量，m3/s;K为综合自净系数，1/d;Φ为混合角度，rad;H为混合区内平均水深，m;Ch为湖心湖面某污染物背景浓度，mg/L。

对于持久性污染物选用卡拉乌舍夫模式描述其排入湖泊时的迁移变化情况［8］，以离排放口充分远的某点为参照点，计算公式为

式中:Mr为径向混合系数，m2/s;r0为从排放口到该点的距离，m;Cr0为该点的现状污染物浓度，mg/L;其余符号意义同上。

模型参数值以《抚仙湖—星云湖污染控制规划》的取值为基本依据，根据2005年污染源实测数据和规划区现状近岸湖水水质监测值对模型参数进行估值，确定COD、BOD5、TP、TN4种污染物的降解系数分别为 0.0059、0.0060、0.0499 和 0.03。

3.2 水污染路径

规划针对污染源采取的防治措施主要有建设长20 km的环湖截污沟、抚仙湖东岸人工湿地、海口河上游人工湿地等。同时，由于规划区位于岩溶地下水的补给区，岩溶地下水系统储、导水空间较宽大，含水层对污染物的吸附和净化能力很低，地下水易受污染进而渗入抚仙湖，因此规划中提出建设高尔夫球场防渗和内部截污沟等控制措施。根据污水外排和收集处理的途径，绘制抚仙湖主要水污染路径，生活污水、农业种植面源及高尔夫球场面源分别见图1—3。需要说明的是，因为农业种植面源及高尔夫球场面源污水进入环湖截污沟后的路径与生活污水相同，所以对图2、3中环湖截污沟之后的流程进行了省略，具体内容参见图1。

3.3 预测方案

为便于比较，设计3种情景进行对比分析，预测项目实施后抚仙湖近岸300 m水域的水质变化情况。情景一，规划方案，各项污水处理和污染控制措施都正常运行，面源污染无下渗，模拟目的是分析不同化肥、农药施用量和流失水平对抚仙湖水质的影响;情景二，假设抚仙湖东岸人工湿地系统失效，其余条件同情景一，模拟目的是分析人工湿地对防止环湖截污沟溢流污染抚仙湖的作用;情景三，假设高尔夫球场无防渗措施，且有50%的污染水量下渗后进入抚仙湖，其余条件同情景一，模拟目的是讨论高尔夫球场防渗的必要性。

3.4 预测结果

3.4.1 现状方案

将现状抚仙湖汇水区的入湖污染负荷输入湖泊模型，结果见表3。据《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中I类标准(COD≤15 mg/L、BOD5≤3 mg/L、TP≤0.01 mg/L、TN≤0.2 mg/L、敌百虫≤0.05 mg/L、百菌清≤0.01 mg/L)，湖区 COD 和BOD5能达到I类标准;TP、TN在近岸超标比较严重，但距岸边距离＞300 m后可以达到I类标准。这与现状监测结果基本一致。

表3 抚仙湖岸边水质现状 mg/L

3.4.2 各情景及与现状对比

根据规划，抚仙湖汇水区未回用的尾水和初期雨水将通过截污沟输送到海口河排放，初期雨水以外的雨水将溢流，经过人工湿地净化处理后入湖。据保守估计，湖东岸截污沟至少可以收集汇水区20%的面源污染负荷，而剩余的80%将随溢流雨水入湖。正常情况下，溢流雨水要通过东岸的人工湿地处理后再入湖。假设人工湿地正常运行，一般情况下对面源污水中TN、TP的去除率分别可以达到60%、70%;同样假设，截污沟可收集面源污水中20%的农药残留，但农药经人工湿地后不会降解。据此，可以计算得到规划方案及不同情景下的入湖污染负荷，输入湖泊模型得到水质预测结果，见表4、表5。

表4 不同情景下抚仙湖离岸300 m处的营养盐浓度 mg/L

表5 不同情景下抚仙湖离岸300 m处的农药浓度 mg/L

选取化肥施用量削减50%、低流失率条件下的抚仙湖水质预测结果对现状及3种情景进行对比分析，结果见图4。由图4知，情景一的水质好于现状，并且是3种情景中TN、TP浓度最低的。但是，由表4和章节3.4.1知，情景一只有化肥流失水平低，或化肥施用量削减50%以上并且流失水平为中等的情形下，TN才能达标。由表5和章节3.4.1知，各情景敌百虫和百菌清在流失率50%时都将超标。因此，除规划的水污染控制措施外，大幅度减少化肥、农药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浓度较高，TP浓度甚至高于现状水平，因此保持东岸人工湿地的高效运行和对高尔夫球场采取防渗措施对于控制抚仙湖水污染具有重要意义。

图4 各情景下抚仙湖水质比较(mg/L)

4 预防水污染的建议

(1)科学管理和控制农药、化肥施用量。根据情景分析，即使规划中所有水污染控制措施都得到有效实施，如果农药、化肥的施用量和流失率得不到有效控制，则抚仙湖水质仍然不能达到《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中的I类标准。因此，要科学管理和控制农药、化肥施用量。

(2)改进污水处理设施。旱季时，污水处理厂尾水主要用于高尔夫球场草坪浇灌，几乎无尾水排入沿湖截污沟，海口河上游与湖东岸两个人工湿地基本闲置;雨季时，高尔夫球场依靠天然降雨浇灌，污水处理厂尾水得不到回用，将全部通过湖东岸截污沟进入海口河上游湿地。据预测，雨季产生的平均地表初期雨水量为6000 m3/d，海口河上游人工湿地进水量将达到14000 m3/d，远大于其设计规模3000 m3/d，将导致初期雨水无法有效收集，溢流入湖东岸湿地的污水量极有可能远大于其设计水量，造成人工湿地系统超负荷运行，处理效果难以保证。因此建议:第一，将海口河湿地处理规模扩大到5000 m3/d以上;第二，在抚仙湖东岸、截污沟末端设置污水水量调蓄设施，既可以在一定程度上缓解湿地系统旱、雨季处理量悬殊的矛盾，又可以在暴雨时集蓄部分溢流雨水，等雨小或雨停后再进入人工湿地;第三，加大污水处理厂规模，除生活污水外，收集处理初期雨水和浇洒用水。

(3)加强湖滨生态修复。近年来，随着湖区开发强度的不断加大，抚仙湖沿岸曾经发育良好的湖滩湿地植被遭到严重破坏，自然净化功能已经完全消失，因此建议在规划区沿湖带建设湖滨生态修复工程，以恢复抚仙湖湖岸湿地，削减截污沟污水溢流对抚仙湖水质的影响。

5 结语

生态旅游是未来旅游业的发展方向之一，在适宜地区大力开发生态旅游对于推动经济、社会及环境的协调可持续发展有着重要作用。在我国，生态旅游发展迅速，但生态旅游项目规划仍处于起步阶段，特别是在发展过程中如何加强对现有生态资源的保护，防止盲目开发造成资源浪费和破坏等很多问题亟待解决［9］。本研究对抚仙湖区生态旅游项目水污染影响预测的研究表明，在生态环境敏感地区进行生态旅游开发规划和环境评价，必须尽可能地全面考虑环境影响因子，分析和预测不同情况下的环境影响程度和范围，并且及时做好预防和保护措施，使生态旅游真正做到可持续发展。

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