贫营养湖水环境承载力及对策研究——以抚仙湖为例

张晓旭，孔德平，张淑霞

（云南省环境科学研究院，云南高原湖泊流域污染过程与管理重点实验室，云南 昆明 650034）

贫营养湖水环境承载力及对策研究
——以抚仙湖为例

张晓旭，孔德平，张淑霞

（云南省环境科学研究院，云南高原湖泊流域污染过程与管理重点实验室，云南 昆明 650034）

以云南省九大高原湖泊中贫营养湖典型代表—抚仙湖为例，以广义的水环境承载力理论为指导，基于前人 EFDC模型计算的抚仙湖水环境容量，通过构建抚仙湖水环境承载力评价指标体系，采用层次分析法与聚类分析法结合的复合模型进行水环境承载力定量评价，揭示目前抚仙湖水环境承载力状况，通过评价分析识别主要影响因子，提出优化抚仙湖水环境承载力的对策建议。

贫营养湖；水环境承载力；研究；对策；抚仙湖

1 引言

随着人类经济社会的发展，水资源短缺和水环境破坏已成为制约区域可持续发展的瓶颈。研究水环境承载力，对优化水环境配置，协调好人口、社会、经济与水环境的关系意义重大。特别是对于贫营养湖泊，保护是首要任务，如何在水环境承载能力范围内发展社会经济，使之与环境相协调，形成环境友好型社会发展模式值得进行探究。

贫营养湖泊是指氮、磷等营养盐的浓度较低，生物生产力水平低下，溶解氧较充足的湖泊。云南省九大高原湖泊中抚仙湖、泸沽湖和阳宗海均为贫营养湖。三个湖泊中，抚仙湖溶解氧含量最高，总氮、总磷浓度介于泸沽湖和阳宗海之间，水生植物种类最少。2012年抚仙湖综合营养状态指数为17.2，小于贫营养湖的标准。抚仙湖是云南九大高原湖泊中贫营养型的代表性湖泊［1～3］。

随着社会经济的发展，近年来抚仙湖流域开发与湖泊保护之间的矛盾日趋突显，如何协调人口、社会、环境和发展之间的关系已成为流域可持续发展的重要问题。本文以抚仙湖为研究对象开展水环境承载力的研究，就是从人口、社会、经济、水环境等众多因素之间的关系入手，从本质上反映环境与人类活动之间的关系，通过水环境承载力的评价揭示和衡量区域资源、环境或生态系统能承受的社会经济发展和人类活动的状况，以便提出优化抚仙湖水环境承载力的对策建议，为流域的保护规划提供科学依据。

2 研究方法

通过对国内外水环境承载力研究动态的了解，从广义水环境承载力的角度入手，以前人三维水质水动力模型（EFDC模型）水环境容量计算为基础，运用层次分析法构建抚仙湖水环境承载力评价指标体系，结合“模加和”方法对抚仙湖水环境承载力进行综合评价，通过评价分析识别出抚仙湖水环境承载力的主要影响因子，最终提出优化的对策建议。技术路线见图1。

3 抚仙湖水环境承载力评价研究

3.1 抚仙湖流域概况

抚仙湖位于云南省玉溪市境内，居滇中盆地中心，距昆明市东南60km处，流域地跨澄江、江川和华宁三县，有隔河与星云湖相通。抚仙湖湖平面呈南北向的葫芦形，流域面积674.69km2。流域地处亚热带季风气候区，属中亚热带半湿润季风气候，年降雨量800～1100mm，全年约80%～90%的雨量集中在 5—10月，蒸发量大于降雨量，为 1200～1900mm，日照时数2000～2400h。区内主要的土壤类型为红壤、水稻土、黄棕壤、紫色土和棕壤等，植被以草地、灌丛、针叶林等次生植被为主，分布面积最大的是云南松和华山松。流域共有大小入湖河流103条 （含农田排灌沟），多数为间歇性河流。

抚仙湖流域地跨三县，辖8个乡镇，总计351个自然村。2010年末总人口为 178832人，国民生产总值达到 507357万元。根据遥感解译，流域土地利用以水域、耕地为主，其次是有林地、灌木林地、草地，未利用地面积较小。

抚仙湖作为我国第二大深水湖，湖面海拔1722.5m，湖面面积216.6km2，最大水深158.9m，平均水深 95.2m，蓄水量 206.2亿 m3。由于流域集水面积小，湖泊补给系数不到5%，年均可利用的动态水资源量十分有限。2010—2013年6月，抚仙湖综合水质保持在 I类。TP含量波动较小，远低于 I类水质标准限值；TN含量也全在 I类标准限值以下，波动范围为 0.15mg／L～0.19 mg／L，已非常接近 I类水质标准限值；COD和 BOD皆在 I类水质标准限值以下；高锰酸盐指数低于 I类水质标准限值，但 2013年来逐步接近限值 ［4，5］。

3.2 水环境承载力评价概念模型

目前水环境承载力概念定义有几种：一是从“阀值”角度进行定义，主要指区域水环境对人类活动支持能力的阀值；二是从 “支持能力”角度进行定义，指区域水环境在自我维持、自我调节能力和水环境功能可持续正常发挥前提下，对区域人口、经济及社会的支撑能力；三是从 “纳污能力”角度定义，指水体能够被继续使用并仍保持生态系统良好、水环境系统功能可以持续正常发挥时，所能够容纳污水及污染物的最大能力。

可以看出，水环境承载力的定义分为了两类，一种是狭义的水环境容量概念，另一种是广义的水环境对人口、经济及社会的承载关系，这种关系显现出水环境承载力兼具自然属性和社会属性的特点，因此水环境承载力将受到环境条件、资源禀赋、技术水平和制度安排等方面的 影 响［6～8］。

本文以广义的水环境承载力概念为主要理论依据，主要包括资源承载力、水质承载力两方面的内容。资源承载力主要取决于可利用的水资源数量、森林资源、土地资源等，水质承载力主要取决于湖泊水体可利用的水环境容量。围绕这两个核心内容，水环境承载力最终的支持层是社会活动强度和经济发展规模。因此水环境承载力在资源承载力和水环境容量的基础上，应耦合社会 －经济 －环境要素来构建综合水环境承载力评价模型。

3.3 抚仙湖水环境承载力评价指标体系构建

根据水环境承载力的概念模型，运用层次分析法的思路，将评价指标体系从上至下分成 3个层次，即目标层、准则层、指标层。抚仙湖水环境承载力指标体系层次结构模型详见图2。

根据抚仙湖水环境承载力指标体系层次结构模型，根据指标选取可得性、科学性、实用性原则，采用德尔菲法进行指标筛选，最终选取了 12项指标组成了抚仙湖水环境承载力的综合评价指标体系，见表1。

在12项指标中，湖泊水质承载力、TN环境承压度以及TP环境承压度是二次指标。其中，湖泊水质承载力主要是通过多指标的水质综合评价，揭示湖泊现状水质与水质标准限值的距离，水质承载力越大，表示与水质标准限值的距离越大，水质状况就 越 好。测 算 方 法选 择 TN、TP、CODMn、CODCr、BOD 5项指标与 I类水质标准的海明距离来表示水质承载度；TN和 TP环境承压度用流域TN和 TP入湖负荷与 I类水环境容量限值的比值来表示环境容量的承载状态。

3.4 抚仙湖水环境承载力评价指标权重确定

本研究采用AHP结合聚类分析的组合赋权法来进行指标权重的确定。AHP法是20世纪 70年代由美国运筹学家 A.L.Saaty提出的，该方法缺点在于容易受到打分专家偏好的影响。因此本研究对传统的基于专家咨询的层次分析法作出改进，利用聚类分析，对各专家打分结果进行加权平均，利用客观的统计方法，提高专家共识，得出一个更具客观性的综合判断。

本研究共咨询了 10位环境规划学、生态学、湖沼学等领域专家，为水环境承载力系统评价指标体系的目标层与准则层、准则层与指标层进行判断打分。根据10位专家的打分，依据组合赋权法确定评价指标权重，见表2。

3.5 抚仙湖水环境承载力评价数据标准化处理

3.5.1 评价指标数据获取

本研究数据主要通过收集抚仙湖流域涉及行政区统计年鉴以及“十一五”、“十二五”水污染综合防治规划等资料获取，社会经济数据以2012年统计年鉴为依据。其中湖泊水质承载力计算主要运用模糊综合评价法计算水质实测值 （2011—2013 年6月平均值）与标准值的海明距离。经过计算抚仙湖水质综合承载力为 0.5M，与Ⅰ类水质标准限值的距离为50%。

还需特别指出的是，对于抚仙湖这种大型深水湖泊来说，三维水质水动力模型 （美国环保局开发的环境流体动力学模型EFDC）模拟水环境容量更适宜抚仙湖水环境特点，因此本文采用前人运用的 EFDC模型模拟结果来进行 TN、TP环境承压度的计算［9］。

3.5.2 评价指标数据标准化处理

本研究根据国际公认的一些指标值，以及我国发布的 《全国人民生活小康水平的基本标准》、《全国生态城市建设标准》，同时参考近年来云南省湖泊流域社会经济发展状况，征求相关专家意见，确定核算标准［10］。

指标标准确定后，指标数据应进行标准化处理后方能带入评估模型进行计算，指标值经过处理，所有的指标都具有无量纲化、越大越好，以1为基准的特点。针对两类指标计算方法为：

①越大越好型指标：指标值 ＝现状值／标准值。②越小越好型指标：指标值＝标准值 ／现状值。据此本研究数据处理结果见表3。

3.6 抚仙湖水环境承载力评价结果

本研究的水环境承载力是一个耦合社会 －经济－环境要素的综合水环境承载力综合函数，用V表示，计算公式如下：

式中：Xi为第 i种指标的标准化值；Wi为第i种指标所占的权重；n1为指标数量。

根据相关研究，水环境承载力的取值范围为0 ～1，其大小反映了区域水环境可承载能力的强弱，值越大说明该区域的水环境承载力越好，具有较大的弹性，值越小说明该区域的水环境承载力越差，不能承受较大压力，水环境变得很脆弱甚至会处于崩溃的边缘。

将整个系统的 “可承载”状况进行分类，参考相关文献并结合研究区的实际情况，分类情况见表4［11］。

经过公式计算得出，抚仙湖现状水环境总承载力综合指数为 0.57，其中资源环境承载度为0.122，社会经济承载度为 0.126，环境容量承载度为0.32。根据表4，抚仙湖水环境承载力综合指数属于基本可承载状态的低限值，相对于 I类水质保护目标而言，已失去了很好的弹性，生态环境的脆弱性已经显现。详见表5。

4 抚仙湖水环境承载力评价结果分析及对策

4.1 评价结果分析

根据抚仙湖水环境承载力评价结果，结合层次分析法，分别对评价指标体系中准则层、指标层相对应指标的及格、最优状态进行比较分析，见图3～图 6。

从图中可看出，对抚仙湖水环境承载力影响最大的是资源承载力和社会经济承载力，其次是水环境容量承载力。

从具体指标来看，抚仙湖流域水资源的贫乏成为导致流域资源承载能力低下的主要原因。森林覆盖率低下，水源涵养能力不足加剧了流域水资源承载状态的脆弱。面对有限的水资源、连续的干旱气候环境变化的影响，如何加强水资源的保护与合理利用尤为重要；其次应进一步提高流域的森林覆盖率，加强流域山地的水源涵养。

流域社会经济承载力不足主要是流域农业、旅游经济发展对环境承载力造成了巨大的压力，表现在流域低端经济发展模式、高污染农业种植结构、粗放的旅游开发以及不合理的产业布局与环境不协调，导致主要来源于农村农业面源的 TN、COD污染负荷已经超过了 I类水质目标的水环境容量限值要求。目前抚仙湖流域的水环境容量承载力处于崩溃状态，因此优化流域产业发展模式及布局，加强流域控源截污已刻不容缓。

4.2 抚仙湖水环境承载力优化调整对策建议

根据抚仙湖水环境承载力评价分析，流域脆弱的资源承载力、低端的社会经济发展模式是导致抚仙湖水环境承载力较低的主要因素，其次是流域入湖污染负荷已使湖泊水环境容量承载处于崩溃状态。因此抚仙湖水环境承载力的优化应以提高流域资源承载力为前提，调整社会经济发展方式为根本，削减湖泊入湖污染负荷为重点，使流域的自然资源、社会经济和湖泊水环境能够协调发展，形成流域生态系统的优化运转。

4.2.1 资源承载力优化调整对策

（1）加强流域水资源核查工作

抚仙湖流域水资源量始终缺乏一个统一的数据口径，这不利于水资源保护与利用方案的研究制定，因此应加强流域水资源的核查，摸清流域水资源及利用情况，特别是受到气候环境影响下，流域水资源可利用量、空间分布状况等。

（2）加强水资源调配方案的研究

优化流域水资源调配、加强水资源循环利用是水资源保护与合理利用的重要举措。应加强流域中水循环利用方案研究，包括如何对雨水和污水厂排水进行收集，如何经过调配进行回用，循环利用于城市绿化或农田灌溉的方案与可行性分析；加强降低流域优质水资源消耗方案的研究，包括外流域调水的可行性研究等。

（3）加强山地水源涵养区生态保护，提高流域森林覆盖率

在保护和抚育好现有林木的基础上，对流域25°以上陡坡耕地及生态脆弱区域实施退耕还林工程，同时加大造林绿化、林分改造力度；加强流域矿区的迹地生态修复，增强水土保持能力；做好流域的林业保护利用规划，强化规划的实施以及严格建设项目的审批制度。

（4）加强用水管理

按照国家水资源产权及用途管制要求，加强水资源规划、水资源论证、取水许可、水功能区、水资源有偿使用制度和水行政执法等六个方面的严格管理，着力推进管理制度体系建设，加快节水防污型社会建设，推动经济社会发展与水资源水环境承载能力相协调，促进经济发展方式转变。

4.2.2 社会经济承载力优化调整对策

（1）坚持发展集约化高产值低污染农业

以发展绿色生态农产品为主体，大力发展现代生态农业、观光农业。把种植结构从蔬菜、烤烟等传统作物向各类经果林、苗木林调整，鼓励发展优质、高效、适宜的林果、苗木产业。发展绿色农业基地，培育有机农产品，大力开发优质品种，优化农产品品种结构。

（2）加强旅游统一规划及布局，适度发展生态旅游

针对抚仙湖目前大规模连片旅游度假区过量的旅游接待与数量庞大且分散农家乐旅游缺乏管制并存的旅游粗放式发展格局现状，做好流域旅游统一规划及部署，以适度发展生态休闲旅游为突破，减少旅游人口污染负荷对湖泊造成的污染。

（3）加强流域国土空间的管控，划定生态红线

按照抚仙湖流域自然地理特点和目前产业布局存在的问题，加强流域国土空间的管控方案及制度的研究，根据划定的生态红线，调整产业布局、规模及环保准入。

4.2.3 水环境容量承载力优化调整对策

（1）增强农村面源污染控制

以政府引导农业种植结构调整，以绿色农业代替传统种植业为根本，加强实施源头污染控制，在抚仙湖径流区实施测土配方施肥，鼓励施用复合肥、有机肥，引导农民使用生物农药或高效、低毒、低残留的农药，推广病虫草害综合防治、生物防治和精准施药技术。

（2）加大流域生活污染治理力度

加强重点村落垃圾、污水治理，特别加强主要入湖河流沿岸的村庄的污水治理，完善管网建设，加强垃圾收集与处理设施的建设，进一步推进农村生活垃圾降解与资源化技术的运用和推广，提高农业废弃物资源化利用率。

因地制宜推进雨污分流和现有合流管网系统改造，提高城镇污水收集能力和处理效率。污水处理厂新增能力向重点乡镇或重点旅游景区倾斜，同时还应加强已建污水处理设施的营运和管理。

（3）加强旅游污染防治

实施旅游截污治理，提升分散、集中旅游区域的截污、治污水平。一是完善景区的截污工程建设；二是逐步推进各类分散旅游景区的截污工程和处理工程建设，杜绝旅游农家乐、小型宾馆饭店等污水直排；三是对旅游开发区或大型宾馆饭店，重点提高截污和污染治理要求，要求污水收集、处理和回用设施优先建设，禁止设立入湖排污口，加强旅游景点的环境管理。

5 存在问题与展望

（1）本研究中评价指标的选取采用了德尔菲法，虽然研究中选择了不同学科领域的专家进行咨询，同时在指标权重计算上在层次分析法基础上做了改进，但还是存在主观判断的偏差。在今后的研究中可以采用以相关性分析、主成分分析、灰色系统理论等数学统计方法为主，专家咨询为辅，以流域历史系列数据为样本，进行指标的筛选，进一步减少专家主观判断局限性的同时，也能避免数理方法与现实世界的偏差。

（2）评价标准是评估水环境承载力的基准。本研究主要采取国际公认的一些环境标准，以及我国发布的一些标准来进行指标评估判断。针对每一个指标而言，标准划定是否符合客观世界的真实值，对水环境承载力的贡献以及约束是否具有科学性，需要在今后进一步研究甄别确定。

（3）研究在水环境容量计算基础上，通过对评价指标的量化得出水环境承载力的综合评价结果，采用简单的比较分析得出影响抚仙湖水环境承载力主要影响因子，从而提出优化抚仙湖水环境承载力的整治思路，但对流域社会经济发展规模、活动强度等重要问题，不能提供量化研究结果的指导，方法学上可以用系统动力学再做深入的研究。

此外，本研究中水环境容量承压度未考虑营养盐－藻类的影响因素，事实上高浓度的营养物质将有可能导致藻类的局部或短期内大量繁殖，这个潜在威胁不容忽视，在今后的研究中应开展更深入的模拟工作，全面考虑水环境容量对水环境承载力的约束。

［1］潘义宏.阳宗海大型水生植物对砷的吸收／富集特征及机理［D］.昆明：昆明理工大学，2011.

［2］谭志卫，董云仙.泸沽湖水生植被现状 ［J］.环境科学导刊，2011，30（6）：26－32.

［3］熊飞，李文朝，潘继征，等.云南抚仙湖沉水植物分布及群落结构特征 ［J］.云南植物研究，2006，28（3）：277－282.

［4］中国环境科学学会.抚仙湖流域水污染综合防治 “十二五”规划报告 ［R］.2010.

［5］云南省环境科学研究院.抚仙湖流域水污染综合防治 “十二五”规划中期执行情况评估报告 ［R］.2013.

［6］彭静，李羽中.广义水环境承载理论与评价方法 ［M］.北京：中国水利水电出版社，2006：1－196.

［7］王玉敏，周孝德，冯成洪，等.湖泊水环境承载力研究 ［J］.水土保持学报，2004，18（1）：179－184.

［8］赵青松，周孝德，龙平沅.关于水环境承载力模糊评价的探讨［J］.水利科技与经济，2006，12（1）：46－47.

［9］邹锐.基于EFDC抚仙湖流域水环境容量模拟研究 ［R］.2011.

［10］王志芸.泸沽湖流域水环境承载力研究 ［J］.环境科学导刊，2010，29（2）：39－44.

［11］张祥娟.流域水环境承载力研究—以京杭大运河苏州高新区段为例 ［D］.江苏：苏州科技学院，2011.

Research on Water Environmental Carrying Capacity and Countermeasures of Oligotrophic Lake— A Case Study on Fuxian Lake

ZHANGXiao-xu KONGDe-ping ZHANGShu-xia
（Yunnan Institute of Environmental Science，Yunnan Key Laboratory of Pollution Process and Management of Plateau Lake－watershed，Kunming Yunnan 650034 China）

Oligotrophic lake has low concentrations of nitrogen，phosphorus and other nutrients，a low biological productivity with adequate dissolved oxygen.In this study，Fuxian Lake，as a typical oligotrophic lake among the nine plateau lakes in Yunnan，was selected as a case to explore the water environmental carrying capacity based on the generalized theory of water environmental carrying capacity and previous water carrying capacity calculated by EFDC model.An evaluation indicator system was built up for the Fuxian Lake.AHP method and cluster analysis were employed to execute a quantitative evaluation in order to reveal the current state of the water environmental carrying capacity of the Fuxian Lake.Many optimum Countermeasures and suggestions were put forward based on the identification of the main factors.

Oligotrophic Lake；Water Environmental Carrying Capacity；Countermeasure；Fuxian Lake

X52

A

1673－9655（2014）04－0005－08

2014－03－25