基于水質(zhì)目標(biāo)的四川升鐘水庫游客容量測(cè)算*

李成明， 任光前， 李鐵松， 左云霞

(西華師范大學(xué)國(guó)土資源學(xué)院， 四川 南充 637009)

基于水質(zhì)目標(biāo)的四川升鐘水庫游客容量測(cè)算*

李成明， 任光前， 李鐵松， 左云霞

(西華師范大學(xué)國(guó)土資源學(xué)院， 四川 南充 637009)

利用狄龍水質(zhì)模型計(jì)算了四川省升鐘水庫的水環(huán)境容量，分析了升鐘水庫的污染狀況，利用污染物削減后水環(huán)境剩余容量測(cè)算2020年的合理游客容量。根據(jù)TN計(jì)算得出升鐘水庫景區(qū)能容納游客量為158萬人次/年，根據(jù)TP計(jì)算升鐘水庫景區(qū)可容納游客量為145萬人次/年。由最小限制原則，2020年升鐘水庫的合理容量為145萬人次。同時(shí)給出了2014～2020年污染物入庫量和游客容量規(guī)劃。當(dāng)2020年最佳游客量取145萬人次時(shí)，對(duì)入庫TN貢獻(xiàn)率為3.92%、對(duì)入庫TP的貢獻(xiàn)率為1.92%，旅游產(chǎn)生的污染物量較低，在削減污染物的同時(shí)控制游客的數(shù)量，以滿足2020年升鐘水庫水質(zhì)達(dá)到國(guó)家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)I類水質(zhì)的要求。

升鐘水庫；水環(huán)境容量；游客量

水環(huán)境容量指的是在河流(湖庫)滿足一定水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)能夠自然消納某類污染物的能力。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，各類污染物大量進(jìn)入河流、湖泊，使許多河流(湖庫)的水質(zhì)受到嚴(yán)重污染，富營(yíng)養(yǎng)化問題頻繁出現(xiàn)。如何合理利用河流(湖庫)自身的環(huán)境容量，設(shè)定污染物總量及濃度的標(biāo)準(zhǔn)，保護(hù)河流(湖庫)的水環(huán)境，成為當(dāng)今學(xué)界的研究熱點(diǎn)。王華[1]使用非均勻分布系數(shù)對(duì)鎮(zhèn)江內(nèi)江的水環(huán)境容量進(jìn)行了研究。范興建等[2]使用一維水質(zhì)模型計(jì)算沱江流域資陽段水環(huán)境容量，得出Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的COD和NH3-N的水環(huán)境容量分別為28 270.17 t/a和1 225.67 t/a。程聲通等[3]對(duì)太湖進(jìn)行研究，估算出各種水質(zhì)約束條件下的TN和TP的宏觀水環(huán)境容量。

旅游是人們?yōu)榱擞^光、娛樂、休閑或者商務(wù)目的而進(jìn)行的活動(dòng)。游客容量指旅游區(qū)在某一時(shí)間段內(nèi)，其自然、人工和社會(huì)環(huán)境所能承受的旅游及相關(guān)活動(dòng)在規(guī)模和強(qiáng)度極限上的最小值，游客容量的測(cè)算作為旅游業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要支撐，在國(guó)內(nèi)外研究幾近成熟，多采用空間、設(shè)施、生態(tài)、社會(huì)心理和文化體驗(yàn)感知容量來測(cè)算[4-5]。在以水為主導(dǎo)因子的旅游區(qū)內(nèi)，水體作為生態(tài)環(huán)境容量測(cè)算不可或缺的因子起著至關(guān)重要的作用，國(guó)內(nèi)外對(duì)水體環(huán)境容量的研究甚多，但基于水質(zhì)目標(biāo)來測(cè)算景區(qū)游客人數(shù)的研究卻是寥寥無幾。目前，入選全國(guó)4A景區(qū)的水利類風(fēng)景區(qū)有京娘湖(河北)、金湖(福建)、東平湖(山東)、太平湖(安徽)、蚌埠閘水利風(fēng)景區(qū)(安徽)、金沙湖(江蘇)、京杭大運(yùn)河(浙江)、松花湖(吉林)、黃河小浪底(河南)、升鐘湖(四川)、長(zhǎng)壽湖(重慶)，共11個(gè)。本文選取其中的四川省的升鐘湖風(fēng)景區(qū)作為研究對(duì)象，將水質(zhì)目標(biāo)與游客容量結(jié)合，利用水體環(huán)境質(zhì)量測(cè)算景區(qū)游客人數(shù)，為升鐘湖4A景區(qū)的可持續(xù)發(fā)展及進(jìn)一步升格為5A景區(qū)提供新的思路和導(dǎo)向。

1 研究區(qū)概況

升鐘水庫(也稱為升鐘湖)位于四川省南部縣、劍閣縣、閬中市境內(nèi)(見圖1)，為攔截嘉陵江一級(jí)支流西河而建成的庫容為13.39億m3的水庫，升鐘水庫庫區(qū)面積517 km2。升鐘水庫于1977年12月8日動(dòng)工修建，1984年6月下閘蓄水。升鐘水庫控灌四川省廣元、南充、廣安市的9個(gè)縣(區(qū))14萬hm2耕地，每年為150萬人、300萬頭牲畜提供生活飲用水6 000萬m3。升鐘水庫以灌溉為主，兼有防洪、發(fā)電、飲用、航運(yùn)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、降低局部地域的氣溫(冷湖效應(yīng))、凈化環(huán)境、土壤保持等綜合效益，升鐘水庫每年帶來的經(jīng)濟(jì)效益為11.779 2億元[6]。近年，由于水面養(yǎng)殖、旅游等因素使得水體在環(huán)境、生態(tài)安全方面出現(xiàn)惡化趨勢(shì)[7-12]。

圖1 升鐘水庫示意圖

1997年升鐘湖被四川省人民政府批準(zhǔn)為省級(jí)風(fēng)景名勝區(qū)。2008年升鐘湖景區(qū)接待游客12萬人次，2009年接待游客19萬人次，2010年接待游客43萬人次，當(dāng)年旅游收入3.9億元[13]。2010年升鐘湖升格為國(guó)家4A景區(qū)，景區(qū)常住人口176 557人。按照GB 50298—1999《風(fēng)景名勝區(qū)規(guī)劃規(guī)范》，升鐘湖的水質(zhì)應(yīng)達(dá)到國(guó)家I類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際情況是，升鐘水庫水體自20世紀(jì)80年代出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化[14]，2004—2007年為III類水質(zhì)，2008年甚至達(dá)到了IV類水質(zhì)，2009年為III類水質(zhì)，2010年水質(zhì)有所好轉(zhuǎn)達(dá)到了II類水質(zhì)[11]。通過水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法對(duì)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，2011、2012年升鐘水庫水質(zhì)為II級(jí)(表1)。

表1 2004-2012年升鐘水庫水質(zhì)狀況

2 升鐘水庫的水環(huán)境容量

2.1 水環(huán)境容量模型的選取

從升鐘水庫近幾年來的監(jiān)測(cè)結(jié)果來看，庫區(qū)的水質(zhì)分布較為均勻，可以將水庫看作是一個(gè)均勻混合的水體來研究。參考水域納污能力計(jì)算規(guī)程，并且考慮到升鐘水庫的主要污染物為氮、磷，本文采用狄龍(Dillon)模型[15]對(duì)水庫的環(huán)境容量進(jìn)行計(jì)算。

2.1.1 狄龍(Dillon)模型

升鐘水庫氮、磷的水環(huán)境容量計(jì)算公式如下：

W=LS×A

(1)

(2)

式中：W為氮、磷的水環(huán)境容量，t/a；LS是單位水面積氮或磷的水環(huán)境容量，g/(m2·a)；A為水庫(湖泊)的水面面積，m2；Qa為年出庫水量，m3；CS為總氮或總磷的水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，mg/L；H為水庫平均深度，m；R為氮、磷的滯留系數(shù)，無量綱；V為水庫庫容，m3, 本文選取最近10年來最枯庫容量。

2.1.2 模型參數(shù)的選取及水環(huán)境容量的計(jì)算

根據(jù)1992年的《四川省人民政府關(guān)于四川省地面水域功能劃類管理規(guī)定》，升鐘水庫水域被列為II類地表水功能區(qū)。TN、TP的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)參考GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，其他數(shù)據(jù)來源于南充市環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書及楊蓉[2]的研究成果，模型參數(shù)列入表2。將模型參數(shù)代入式(1)、式(2)，可得出升鐘水庫水環(huán)境容量(表3)。

表2 升鐘水庫水環(huán)境模型參數(shù)

表3 升鐘水庫水體環(huán)境TN、TP容量

3 升鐘水庫水體污染源分析

根據(jù)南充市統(tǒng)計(jì)年鑒和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，對(duì)升鐘水庫水體水質(zhì)產(chǎn)生影響的主要因素為水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)村生活、畜禽養(yǎng)殖、化肥施用、水土流失、水面降雨和旅游活動(dòng)。其中前5項(xiàng)污染源因素入庫總量已有前人統(tǒng)計(jì)[7],2006、2015、2020年總氮、總磷入庫總量見表4(其中2006年數(shù)據(jù)為當(dāng)年實(shí)際調(diào)研和結(jié)合《全國(guó)水環(huán)境容量核算指南》得到，2015年數(shù)據(jù)為楊蓉[7]根據(jù)彈性系數(shù)法預(yù)測(cè)污染物產(chǎn)量和提出的措施后的污染物治理效果而預(yù)測(cè)得到，2020年數(shù)據(jù)為本文進(jìn)一步提出削減措施后而預(yù)測(cè)的污染物產(chǎn)量)，升鐘水庫在2010年就已達(dá)到II類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)逐年好轉(zhuǎn)，這就在一定程度上說明了楊蓉預(yù)測(cè)結(jié)果的可信度。升鐘水庫要達(dá)到I類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，還要對(duì)污染物進(jìn)行削減。其中畜禽養(yǎng)殖通過合理養(yǎng)殖、適當(dāng)管理到2020年TN削減84.64%(相比于2010年)，TP削減66.92%；庫區(qū)通過主要施用有機(jī)肥，可將化肥施用的TN削減93.75%，TP削減74.48%；水土流失和水面降雨基本不變；農(nóng)村生活源方面，通過建設(shè)沼氣池等設(shè)施，可使TN削減25.11%，TP削減11.4%。

關(guān)于旅游活動(dòng)帶來的污染，李軼倫[16]在長(zhǎng)治國(guó)家城市濕地公園環(huán)境與游人容量測(cè)算的研究中給出游客人均產(chǎn)生的TN、TP分別為5.07 g/d、0.44 g/d，馮麗萍[17]在對(duì)人體排泄物的研究中得出人均排泄物中所含TN、TP 分別為8.59～18.54 g/d 、0.73～0.92 g/d。通過對(duì)升鐘水庫的實(shí)地調(diào)研，游客游玩時(shí)間平均為3天,則3天人均產(chǎn)生的TN和TP總量分別為55.62 g和2.76 g(基于環(huán)保理念的保守取值，人均排泄物TN、TP取最大值)。根據(jù)學(xué)者楊蓉[7]的研究，生活污染的TN、TP入庫系數(shù)分別為10%、5%，則平均每位游客3天產(chǎn)生的TN、TP入庫量BTN、BTP分別為5.562 g、0.138 g。

表4 升鐘水庫庫區(qū)總氮、總磷入庫量(不包括旅游) t/a

4 最佳游客容量的計(jì)算

分析借鑒歷史資料得出旅游活動(dòng)的污染和旅游的人數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系，因此游客越多，旅游帶來的污染也越大。根據(jù)升鐘水庫2020年水質(zhì)為Ⅰ類時(shí)的水環(huán)境容量和升鐘庫區(qū)污染物入庫量(不包括旅游活動(dòng))可得水庫剩余水環(huán)境容量,TN的剩余水環(huán)境容量為8.79 t/a,TP的剩余水環(huán)境容量為0.2 t/a，則景區(qū)能容納的游客量N為：

N=W余/B×106

(3)

式中：N為庫區(qū)能容納的游客數(shù)量，人次/年；W余為TN或TP的剩余水環(huán)境容量，t/a；B為每位游客在升鐘水庫景區(qū)產(chǎn)生的TN或TP，g/人。

根據(jù)TN計(jì)算得出升鐘水庫景區(qū)能容納的游客量為158萬人次/年，根據(jù)TP計(jì)算的升鐘水庫景區(qū)可容納游客量為145萬人次/年。根據(jù)最小限制原則，升鐘水庫2020年的最佳游客量為145萬人次/年。當(dāng)2020年最佳游客量取145萬人次時(shí)，此時(shí)游客產(chǎn)生的總氮為8.06 t/a，總磷為0.2 t/a，對(duì)入庫TN貢獻(xiàn)率為3.92%、對(duì)入庫TP的貢獻(xiàn)率為1.92%，保證升鐘水庫水質(zhì)滿足國(guó)家I類水質(zhì)要求。在2020年之前，入庫污染物量(TN和TP)大于水環(huán)境容量，需要在大力發(fā)展旅游業(yè)的同時(shí)削減其它產(chǎn)業(yè)所產(chǎn)生的污染物，根據(jù)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展規(guī)律[6]，將入庫污染物量和游客數(shù)量進(jìn)行規(guī)劃，詳見表5。隨著庫區(qū)的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，越來越多的人將轉(zhuǎn)入生態(tài)旅游活動(dòng)當(dāng)中，種植農(nóng)田和畜禽養(yǎng)殖的人員將會(huì)減少，水庫剩余水環(huán)境容量將會(huì)有所增加，使得庫區(qū)能容納更多的游客。

表5 升鐘水庫污染物和游客數(shù)量規(guī)劃

5 結(jié)語

采用狄龍模型對(duì)升鐘水庫的水環(huán)境容量進(jìn)行了測(cè)算，按II類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，TN、TP的水環(huán)境容量分別為514.47 t/a、26.10 t/a；按I類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算TN、TP水環(huán)境容量為205.79 t/a、10.44 t/a。在2020年以前TN、TP均未達(dá)到I類水環(huán)境承載力。本文從水質(zhì)目標(biāo)出發(fā)，為確保TN、TP在2020年能達(dá)到I類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，削減各項(xiàng)污染物，積極發(fā)展旅游業(yè)，合理控制旅游發(fā)展規(guī)模，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。本文不僅能給升鐘水庫的管理提供一定的理論依據(jù)，同樣可以給其他的水利類風(fēng)景區(qū)的游客規(guī)模控制提供一定的參考。

1987年，升鐘水庫水體為中營(yíng)養(yǎng)水平，隨后出現(xiàn)不同程度的水體富營(yíng)養(yǎng)化，水體污染類型為氮、磷污染型。根據(jù)升鐘水庫水體的TN、TP環(huán)境承載力，再結(jié)合升鐘水庫4A景區(qū)的旅游活動(dòng)，在保證升鐘水庫水質(zhì)2020年達(dá)到國(guó)家I類水質(zhì)要求的前提下測(cè)算得出升鐘水庫的最佳游客容量為145萬人次/年，大于旅游規(guī)劃部門給出的2020年升鐘水庫接待120萬人次的數(shù)據(jù)，這也表明水庫水環(huán)境容量是景區(qū)旅游產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展的基礎(chǔ)及約束條件這一科學(xué)道理。根據(jù)南部縣的規(guī)劃，2015-2020年將會(huì)全面開發(fā)升鐘湖水域資源，創(chuàng)建國(guó)家5A級(jí)景區(qū)。因此改善庫區(qū)水環(huán)境質(zhì)量刻不容緩。升鐘水庫發(fā)展生態(tài)旅游后，庫區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也會(huì)隨之逐漸改善，庫區(qū)污染狀況逐年減輕，到2020年水庫水質(zhì)達(dá)到國(guó)家I類水質(zhì)要求。旅游業(yè)要進(jìn)一步擴(kuò)大還需要進(jìn)一步調(diào)整升鐘水庫的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，用可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)環(huán)保理念統(tǒng)領(lǐng)升鐘水庫產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，提高升鐘水庫的旅游業(yè)作為先導(dǎo)陽光產(chǎn)業(yè)在庫區(qū)GDP總量中的比例，優(yōu)化庫區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，逐步削減其它產(chǎn)業(yè)的污染物入庫量。

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Tourist capacity of Shengzhong reservoir of Sichuan based on water quality objectives

Li Chengming, Ren Guangqian, Li Tiesong, Zuo Yunxia

(College of Land Resources, China West Normal University, Nanchong 637009, China)

in this article, the remaining capacity of water environment for Shengzhong Reservoir of Sichuan Province was calculated by the Dillon model, based on which, the reasonable tourist capacity in 2020 was deduced as 1,580,000 visitors a year according to the tolerance of TN , and 1,450,000 according to that of TP. By the principle of minimum limit, the reasonable tourist capacity of Shengzhong Reservoir in 2020 should be 1,450,000 people. Under this assumption, in 2020 the TN and TP contributions from tourism to the reservoir was 3.92% and 1.92% respectively, that meant tourism generated a small portion of pollution load. If we reduced the emission of pollutants while controlling the number of tourists, it is hopeful that in 2020 Shengzhong Reservoir be able to meet the class I water quality requirement of national standard.

Shengzhong Reservoir; water environmental capacity; tourist capacity

*西華師范大學(xué)基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)立項(xiàng)項(xiàng)目(13C006)。

2013-12-6；2014-1-28修回

李成明，男，1990年生，碩士研究生，主要從事水環(huán)境研究。

李鐵松，男，教授，碩導(dǎo)，研究方向：自然災(zāi)害與水土保持。E-mail: lts64425@163.com

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