滇中星云湖流域水生态环境健康评估指标体系应用研究

2017-05-11易达，甘淑，王策，吴阳

浙江农业科学 2017年4期

关键词：星云湖泊准则

易达，甘淑，王策，吴阳

(昆明理工大学国土资源工程学院，云南昆明 650000)

滇中星云湖流域水生态环境健康评估指标体系应用研究

易达，甘淑*，王策，吴阳

(昆明理工大学国土资源工程学院，云南昆明 650000)

为了建立高原湖泊相对基准点和评估准则体系，对在自然力和人类活动双重作用下湖泊生态系统状况进行评估，并通过管理促进其向良性方向发展。根据滇中高原湖泊特点，针对导致湖泊污染的因子，结合RS与GIS，制定了评估体系。该评估体系由准则层、指标层构成。评价结果显示，星云湖处于亚健康状态，该评价结果与星云湖的实际调查情况相符合。该评价方法可靠性、可行性较强，可为其他高原湖泊生态系统健康评价提供一定的参考。

星云湖流域；水质健康评估； RS； GIS

水生态环境评价是确保水质安全、合理利用水资源的前提，具有非常重要的社会、经济、环境价值[1]。为确保合理利用水源、保护水源，有必要对水质评价进行系统的研究[2]。

云南是包括长江、珠江、澜沧江等具有重大战略价值的江河流经之地，其境内分布的众多高原湖泊成为影响江河湖泊水环境的关键区域。湖泊水质优劣不仅直接影响地方经济社会的发展，还会对地处江河湖泊下游的水环境安全和经济社会安全产生影响[3]。在云南九大高原湖泊中，以滇池、星云湖为代表的高原湖泊成为中国湖泊受人为干扰程度最大、湖泊质量下降最为严重、富营养化问题最突出的地区之一。因此，建立可用于推广的高原湖泊水质评价方法和体系势在必行。

1 研究区概况

星云湖是云南省的九大高原湖泊之一，为半封闭高原断陷型浅水湖，属于珠江流域南盘江水系的源头湖泊。位于云南省玉溪市江川县境内，地理坐标为102°45′～102°48′E，24°17′～24°23′N。星云湖流域也是云南省开发较早、利用强度较大、聚落较为密集的关键地段。其生态交错，生态环境较为脆弱，经济社会发展水平较高，人为活动对湖泊的影响程度大。1)由于星云湖属珠江流域南盘江水系的源头湖泊，其流域汇水面积小，源近流短，来水量小。2)星云湖生态系统脆弱。星云湖换水周期为3.2 a，出流改道工程实施后星云湖换水周期变为2.4 a，减少24.4%；在星云湖水面下降后，出流改道工程停止。3)星云湖水质对周边环境变化较为敏感。星云湖属改造湖泊，湖水完全依靠集水区的降雨补充，其地处低纬度高原，5—10月的雨季降水量占全年降水量的80%，水位随季节变化较大。且星云湖出流水系主要为出流改道隧洞，出水量小，营养盐容易积聚。4)星云湖受地球化学因素的深刻影响，地处富磷区域，富磷区携带入湖的磷污染负荷数量大。

与此同时，由于高原湖泊特殊的形成原因以及封闭的流域环境，使得星云湖存在几点先天不足：湖泊老化程度高，流域先天缺水，湖水换水周期长。除此之外，还有后天的人为扰动破坏活动：星云湖处城市下游，上游来水量少质劣，生态破坏严重，经济快速发展，长期超载运行。

2 研究方法与指标体系构建

对于具体评估对象的湖泊而言，由于不同湖泊所在的地理位置、自然条件、开发利用状况不同，水质健康评价标准要相应地进行调整。目前，国内有关河湖空间区划的方法众多，不同方法的划分要求与划分结果不同，其适用的状况也有所不同[4]。鉴于高原湖泊的特殊性、复杂性，星云湖水质健康评估指标体系应充分考虑该地区的实际特点，紧密结合星云湖流域的经济社会背景，针对星云湖流域所承担的功能定位，协调星云湖流域自然生态功能与社会服务功能的均衡发挥，强调评估指标体系的可操作性、指导性、动态性与适应性，服务于高原湖泊的开发与保护实践[5]。

2.1 评估方法的选择

2.1.1 评估空间尺度

将星云湖水质评估范围分为3个空间尺度：星云湖湖体，星云湖湖滨带，星云湖流域。

2.1.2 全国河湖健康评估指标体系

全国重要河湖健康评估采用目标层—准则层—指标层3级体系构建的湖泊健康评估体系，由于本文只涉及水质健康评估，故本文只用准则层—指标层2级体系，如表1所示。

准则层。准则层从不同侧面反映湖滨带生态系统健康状况的属性和水平，是确定主要影响因子范围的关键构建层。水质状况评估准则层包含了溶解氧水质状况DO、耗氧有机污染状况OCP、富营养状况EU等3方面的指标[6-7]。同时，针对高原湖泊的特点，尝试加入云南星云湖的高原山地流域特色，在准则层下补充了土地利用人为扰动指标，表示为人类活动区域面积(包括农用地、建设用地)与总土地面积的比值。

指标层。指标层是在准则层下选择若干指标所组成。依据目的性、综合性、主导因子以及可操作性4项原则，选择能反映湖滨带生态变化趋势，涵盖全面且无重复、有主导性、可搜集和可统计的指标[8-9]。按照准则层设定的4个方面，分别确定其包含的指标，共计11个指标，如表1所示。

2.1.3 水质准则层赋分

全国河湖健康评价水质指标中的水质准则层包括3个指标，为真实反映水质健康状况，以3个指标的最小分值作为水质准则层赋分[10]。

WQr=Min (DOr，OCPr，EUr)。

式中，WQr为水质准则层赋分，DOr为溶解氧状况指标赋分，OCPr为耗氧有机污染状况指标赋分，EUr为营养状况指标赋分。

在全国河湖健康评价水质指标的基础上增加了自选指标，但不参与以上最小分值计算，而是分别取权重计算。取全国河湖健康评价水质相关指标权重为0.4，流域自选指标分别取权重为0.6。

2.2 评估过程

2.2.1 全国河湖健康评价体系评估

根据全国河湖健康评价体系中的评分标准对获取的数据进行赋分，之后通过对水质准则层下的3个指标进行年平均处理，并根据上述赋分WQr公式要求，得到星云湖水质准则层的年平均得分，即溶解氧状况(DO)98.3分，耗氧有机物(OCP)39.2分，富营养状况(EU)80.0分。

2.2.2 流域自选指标体系评估

利用面向对象方法，对流域影像进行土地利用分类，分类结果如图1所示。根据土地利用现状进行专题分类信息提取，结果表明，2014年星云湖流域内耕地(包括旱地及水田)面积占总流域面积(371.7 km2)的26.30%，建设用地面积占总流域面积的6.30%。对星云湖流域的地表覆盖状况进行人为扰动地类处理后，得到评估年星云湖流域土地利用的人为扰动系数为32.53。

图1 2014年星云湖湖滨带土地利用的分类

3 水质调查评估结果

3.1 全国河湖健康评价体系

通过对水质准则层下的3个指标进行年平均处理，并根据上述赋分公式要求，可处理得到星云湖水质准则层得分为39.2分。对该准则层下3个指标对评估结果的影响作用进行分析得出，耗氧有机污染物指标分值最低，因此，对于星云湖而言，影响湖泊水质状况得分低的根本原因是耗氧有机污染物指标严重不达标所致。

3.2 流域自选指标

通过以上评估过程，得到评估年星云湖流域土地利用的人为扰动系数为32.53。滇中高原面上的人为扰动系数平均值大致为30，由此可知，星云湖流域的土地利用人为扰动状态高出2.53个百分点，说明星云湖流域的人为扰动影响相对较为剧烈。结合专家评估意见，流域自选指标得到最终的评分为80分。

根据本文评价指标体系，依据方法中关于全国河湖健康评价指标与自选指标的权重计算，流域自选指标的最终得分为63.70分。

4 分析及对策

当不考虑与兼顾考虑流域自选指标条件下，评估得出星云湖水质健康状况分别为39.20分与63.70分，表明在2014年，星云湖的水质健康状况总体均处于不健康或亚健康水平。本方法的计算结果与星云湖实际调查情况相符合，即星云湖水质状况处于较为中度偏低的水平状态。

4.1 水质问题分析

根据星云湖流域水污染综合防治“十二五”规划提供的历史数据和现场取样分析，总体上导致湖泊水质及水生物生态环境不健康的主要问题集中于以下方面。

流域严重过载。云南高原地区地形起伏较大，平坦的土地资源十分稀缺。在这种情况下，湖盆区域尤其是湖滨区自然就成为当地经济社会发展的最好土地资源，从而使临近湖泊区域人口密集，城镇化高度发展，产业布局高度密集，土地利用强度极高，污染物产生的负荷量愈来愈大。湖滨地带的湿地被用做农用地，湖泊对补充水源的过滤、沉淀、解读作用丧失，酿成恶性循环。

极度超容。星云湖流域产生的污染物远远超过了湖泊生态系统的环境承载力。在20世纪80年代，星云湖富营养化指数(TLIc)为42.6，尚处于中营养状态；1982—1995年，仍处于中营养状态；90年代末期TLIc超过50，进入富营养化状态；之后，TLIc值急剧上升，由2000年的轻度富营养发展到2003年的中度富营养，2010年星云湖TLIc为66.37，水体为中度富营养状态(图2)。

图2 星云湖近30 a富营养化发展趋势

高度缺水。星云湖的水资源利用强度较高，入湖河流几乎没有自然水流补充进入。入湖河流在从周边山地注入湖泊之前，大部分被水库和坝塘截留，通过管道和水渠输入城镇、工业和农业生产生活，湖泊生态用水被挤占。

高度污染。星云湖入湖污染物主要超标因子为总氮(TN)、总磷(TP)和生化需氧量(COD)。总氮入湖污染主要贡献来自农田径流、畜禽粪便、农村生活污染，占污染物的78.94%；总磷入湖污染主要贡献源来自畜禽粪便污染、磷矿污染、农田径流污染，占污染物的14.23%；生化需氧量入湖污染主要贡献源来自畜禽粪便污染、农田径流污染、农村生活污染，占污染物的3.04%。

4.2 湖滨带问题及应对方法

在湖泊水环境保护时，湖泊是保护的主体[11]。湖泊维持生存和维持的支撑条件是流域内的陆地生态系统，只有当陆地生态系统健康时，湖泊生存的条件才能得到保障，湖泊自身水生态系统好转的成果才能得到巩固[12-14]。根据以上水生态环境评价的结果可以看出，耗氧有机污染是湖泊污染的最主要的原因，而湖滨带的生活和工业不合理发展是耗氧有机物增多的主要原因[15]。因此，有效治理星云湖水污染状况应当从改善星云湖流域湖滨带做起，利用环湖沟渠和植物，将湖滨带与湖体做进一步隔离，抑制星云湖外源污染。然后，逐步用生物手段治理星云湖内源污染，达到改善水质的目的。