滇池水体内负荷控制与水质综合改善技术研究及工程示范（2012ZX07102—004）课题成果简介

王圣瑞+焦立新+杨苏文+郑正+王寿兵+王志云+何佳+张志勇

【编者按】

在滇池外源污染逐步得到控制的条件下，研发和集成内负荷控制技术显得日益重要。有效削减滇池内负荷，将进一步减轻滇池的污染压力，改善水质，为恢复滇池健康生态系统创造条件。本课题系统勘测了滇池底泥储量和污染分层，揭示了滇池全湖内源氮磷释放风险，阐明了滇池沉积物氮磷释放主控因子，建立了沉积物内源污染风险分区分级体系，提出了滇池内源污染近期、中期和远期治理的对策和建议；通过对滇池外源负荷和内负荷系统评估，估算了滇池内负荷总量，揭示了滇池内负荷的来源，诠释了滇池内负荷形成的累积机制、释放机制、周转机制和生态因子驱动机制，定量了内负荷对滇池水污染的贡献，提出了基于内负荷控制的滇池水污染治理对策建议；课题在滇池集聚区藻源内负荷物理阻隔与富集技术、蓝藻控制空间构建技术、内负荷原位控制及基于水生植物修复的内负荷控制技术研发的基础上，形成了滇池内负荷控制与水质改善技术体系，并在滇池外海北岸0.25km2蓝藻集聚区进行了技术效果验证，技术示范区建成前后水体透明度平均提高了54cm，藻类生物量下降了84%，内负荷削减了30%，实现了技术示范区内负荷有效控制，水质明显改善。研究成果被列入《滇池流域“十三五”水污染防治规划》和《滇池草海生态修复方案》，并在“滇池草海生态治理工程”中得到了应用，有力支撑了滇池的水污染控制和富营养化治理。

1 研究背景

在滇池外源污染逐渐得到控制的同时，滇池长期积累的过量营养物将逐渐成为影响其生态系统的主要原因。自1980年代以来，污染排放所累积的内源污染已经成为滇池水质无法得到根本改善和驱动蓝藻暴发的潜在因素。“十一五”期间，昆明市针对滇池内负荷控制，同步启动了底泥疏挖及处置二期工程、蓝藻应急处理设施和藻水分离示范、外海南部水葫芦提取营养物质及资源化示范等工作，但仍需要进一步的技术支撑。

目前有关湖泊内负荷的研究还非常零散，无论是研究的深度还是系统性等方面都远远不能满足需要。有关滇池内负荷的时空分布特征、形成条件、形成机理、影响因素，以及输移转化过程和生态效应等诸多科学问题尚未开展深入系统的研究，尚需开展湖泊内负荷控制技术与工程示范等研究。

本课题立足于解决我国高原大型富营养化湖泊治理面临的关键科学问题和技术难点，系统探明滇池藻源和泥源内负荷总量、来源、时空动态变化规律及其对水质与水生态系统的影响机制；研发泥源内负荷多手段控制技术和藻源内负荷控制物理阻隔与富集导流以及生态空间构建等技术；集成滇池水体内负荷控制综合技术，形成滇池水体内负荷控制和水質改善综合技术体系，选择滇池典型水域作为工程示范区，建设示范工程，可有效控制示范区内负荷，明显改善水质，建立可全湖推广的滇池内负荷控制与水质改善技术。通过上述内负荷综合调查研究、内负荷控制技术的研发与示范应用，结合相关依托工程，可控制滇池内负荷，改善其水质，最终实现恢复滇池健康水生态系统的目标，可为滇池流域的综合治理提供技术支撑和工程经验。

2 研究成果

（1）系统诠释了滇池内源污染特征，阐明了滇池沉积物氮磷释放风险，提出了滇池内源污染治理的对策建议

全面勘测了滇池底泥储量和污染分层，揭示了滇池全湖内源氮磷释放风险，阐明了滇池沉积物氮磷释放主控因子，建立了沉积物内源污染风险分区分级体系，提出了滇池内源污染近期、中期和远期治理的对策和建议。受入湖河道的影响，草海淤泥淤积较为严重，滇池外海北部区域淤泥量较大，其次为外海南部区域。全湖底泥污染分层结构示意图如图1。

污染层：滇池全湖底泥污染层平均厚度为0.29m；，其中草海污染层平均厚度为0.44m；外海污染层平均厚度为0.28m；

过度层：全湖底泥过渡层平均厚度为0.77m，其中草海过渡层平均厚度为1.33m，外海过渡层平均厚度为0.79m；

湖底层：全湖底泥湖底层平均厚度为5.73m，其中草海湖底层平均厚度为1.39m，外海湖底层平均厚度为5.94m。

在系统诠释滇池全湖内源污染及沉积物氮磷释放风险的基础上，采用Arcgis中natural break法对滇池内源污染进行分区，并以此为依据，提出滇池内源污染治理对策建议。

近期治理：草海、螳螂川出湖口以及南岸主要河流入湖口区域，沉积物无论氮磷含量，还是氮磷释放强度都相对较高，对滇池水体污染严重，建议优先治理。

中期治理：西山沿岸以及滇池北部主要入湖河流入湖口，区域内沉积物氮磷含量相对较低，但其具有较高的释放强度，对滇池水体有直接威胁，建议在近期治理工程完成后，进行治理。

远期治理：滇池南部古城河入湖口，区域内的沉积物虽然氮磷含量较高，但其释放强度相对较低，暂时不会对滇池水体造成严重的污染，建议待其他区域治理完毕后再采取相应措施。

（2）定量了滇池内负荷对水污染贡献，提出了基于内负荷控制的滇池水污染治理对策建议

本课题估算了滇池内负荷总量，揭示了滇池内负荷的来源，诠释了滇池内负荷形成的累积机制、释放机制、周转机制和生态因子驱动机制，定量了内负荷对滇池水污染的贡献，提出了基于内负荷控制的滇池水污染治理对策建议。

滇池溶解态生物有效性湿沉降入湖氮负荷为309吨，溶解态生物有效性河流入湖氮负荷为5200吨，溶解态生物有效性泥源性氮负荷为2451吨，藻源性氮负荷为1642吨。

由此计算得出，外源氮负荷对水污染的贡献率为57%，藻源性氮负荷对水污染的贡献为26%，泥源性氮负荷对水污染的贡献为17%。相反，以颗粒态难利用形式输出的氮负荷包括氮埋藏负荷647吨/年，渔业捕捞、蓝藻清除及河流出湖负荷为2176吨/年，通过反硝化作用输出的氮负荷为5989吨/年。

滇池溶解态生物有效性湿沉降入湖磷负荷为17.3吨，溶解态生物有效性河流入湖磷负荷为152吨，溶解态生物有效性泥源性磷负荷为21.8吨，藻源性磷负荷为93.4吨。由此计算得出，外源磷负荷对水污染的贡献率为60%，藻源性磷负荷对水污染的贡献为33%，泥源性磷负荷对水污染的贡献为8%。相反，以颗粒态难利用形式输出的磷负荷包括磷埋藏负荷310吨/年，渔业捕捞、蓝藻清除及河流出湖负荷为142吨/年。endprint

对滇池水质和水华情势认识：仅当藻密度降低到拐点关键阈值之下，水质营养浓度降低可直接与水华规模减小线性响应；滇池水质营养浓度远高于藻类限制阈值，短期内水华爆发风险较大，控制藻类水华需要一个长期的过程；对于氮内负荷控制藻源性内负荷和泥源性内负荷同等重要，对于磷内负荷控制以藻源性内负荷控制为主，泥源性内负荷控制为辅。

在滇池藻源性内负荷控制方面，充分利用经典和非经典生物操纵技术的协同作用，进一步加大蓝藻水华作为“内、外共生污染源”的直接控制力度；食藻动物的投放和其他控藻工程必须高度集中于蓝藻易于集聚和可能率先爆发的“热点区域”，并且要高度重视目前的排藻工程对下游河道的负面影响。

在滇池泥源内负荷控制方面，不建议采取大面积环保疏浚工程措施，对于藻源物质堆积严重，氮磷和有机质较高湖区采取底泥环保疏浚工程措施，并配合水生植被修复工程措施。对于滇池全湖应根据泥源内负荷空间分区分级结果，采取界面控制与水生植被修复相结合的工程措施。

（3）构建了高原重污染湖泊内负荷控制与水质改善技术体系，支撐了滇池藻类堆积区内负荷控制和生态修复

课题在滇池集聚区藻源内负荷物理阻隔与富集技术、蓝藻控制空间构建技术、内负荷原位控制及基于水生植物修复的内负荷控制技术研发的基础上，形成了滇池内负荷控制与水质改善技术体系。技术体系围绕控制水体内负荷、提高水体透明度、修复水体生态结构和完善水体生态功能，以水体内负荷控制的生态空间构建为核心技术，突破了重度富营养化大型湖泊蓝藻早期控制和水华爆发后难以高效去除的技术瓶颈，对传统蓝藻易集区域的藻源内负荷控制具有重要作用，具有控源、集藻、除藻、除污和消浪的功能。辅助技术包括水生植物种植和蓝藻导流富集及物理清除新技术，设置在“生态空间构建”技术示范区外围，旨为核心技术“生态空间构建”提供合适的水质、透明度、蓝藻密度以及湖体风浪等水体生境条件。

该技术体系首先利用挡藻软围隔和生态消浪带将待恢复的湖体区域与外面的大湖区隔离开来，减少外湖区水华蓝藻的侵入和风浪；在工程区上、下风向靠岸一侧设置排藻门，借助自然风力的作用，将内部自身增殖和外部侵入的蓝藻及时外排，富集的蓝藻采用过滤性装置，结合捞藻船及时清理。水生植物种植包括挺水植物种植和飘浮性植物种植，在岸边浅水区种植抗逆性强、景观效果好的挺水植物，在挡藻软围隔区外侧种植浮叶植物，起到生态消浪和削减水体营养盐的功能。

作为技术体系的核心技术，“生态空间构建”技术原理是在湖泊水体垂直空间上从表层至底层构建抗逆性较强，具有资源与空间竞争力，以水生植物和微生物为主的生物群落，以抢占蓝藻生存的物理空间和资源空间（光照、营养物质等），达到控制藻源内负荷的目的。技术内容主要包括表层设置生态浮床，种植适生性较强的挺水植物，如美人蕉、菖蒲、旱伞草、水芹等功能性去污植物，在植物根系、微生物等协同作用下，削减水体中营养盐含量；在水体中层设置“生态水母”，以种植沉水植物如狐尾藻为主，旨在通过沉水植物的生物作用，逐渐减少水体中悬浮物含量，增加水体透明度，创造沉水植物生长的生境条件；在底泥之上通过“生态覆膜”内的填料、微生物以及底栖动物，阻止底泥中营养盐的释放，并降低底泥中的污染物含量。

在滇池外海北岸0.25km2对课题形成的技术体系进行了技术效果验证。第三方监测数据显示，示范工程稳定运行后（2014年12月-2015年6月）比建成前（2012年1月）透明度平均提高了54cm，藻细胞数量迅速降低，由2014年9月的237480万cell/L，降低到2014年11月-2015年5月的平均数40392万cell/L，藻细胞数量下降了84%，内负荷削减达到了30%以上。

3 成果应用

（1）滇池内负荷特征研究成果被列入《滇池流域“十三五”水污染防治规划（2016-2020）》

滇池全湖内源污染和内负荷特征，内负荷对滇池水污染贡献及其控制的对策建议等部分研究成果被列入《滇池流域“十三五”水污染防治规划（2016-2020）》，有力支撑了滇池水污染治理和富营养化控制的目标。

（2）滇池内负荷控制关键技术研发成果被列入《滇池草海生态修复方案》，并应用于“滇池草海生态治理工程”

滇池蓝藻生态空间构建技术研发成果被列入《滇池草海生态修复方案》，并在“滇池草海生态治理工程”中得到了应用，有力支撑了滇池水质改善和生态修复的目标。endprint