邛海流域水資源及最小生態(tài)需水量分析

摘要：在邛海水量平衡分析的基礎(chǔ)上，從城市湖泊功能上對(duì)其最小生態(tài)需水量進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，邛海水量平衡計(jì)算結(jié)果為-0.344×108 m3，處于入不敷出狀態(tài)；從城市湖泊功能計(jì)算，邛海的生態(tài)需水量為2.490 9×108 m3，其中凈化需水量占20.55%。隨著人為取水繼續(xù)增多，水體污染，邛海生態(tài)環(huán)境所需適宜水量將難以保障，建議管理部門采取改善措施。

關(guān)鍵詞：邛海；水量平衡；最小生態(tài)需水；城市湖泊

中圖分類號(hào)：X52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）17-4530-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.17.044

Abstract： Ecological water has an important role to maintain ecosystem health for lake. However， with the decrease of the water storage， the situation of water demand balance of Qionghai Lake is grim. This article analyzed the minimum ecological water demand of Qionghai Lake according hydrology and ecological function of urban lake， based on the calculation of input-output balance of water. The results showed that： the water volume balance of Qionghai Lake was -0.344 billion cubic meters and in deficit state. The minimum ecological water was 2.4909×108 m3 according ecological function of urban lake and the percentage of the water demand for pollutant cleaning was 20.55%. As the growing of water demand and pollution， water required for the ecological environment will be difficult to guarantee and improvement measures were proposed.

Key words： Qionghai Lake； water balance； minimum ecological water demand； urban lake

邛海位于四川省西昌市，流域面積307.67 km2，地處102°15′～102°28′E和27°42′～27°55′N之間，系四川省第二大淡水湖泊。邛海不僅是流域內(nèi)重要的水源地一級(jí)保護(hù)區(qū)，同時(shí)邛海-瀘山景區(qū)也是國家級(jí)風(fēng)景名勝區(qū)，對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了重要支撐。然而隨著西昌市經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，尤其是旅游業(yè)的快速發(fā)展，全市城鎮(zhèn)人口快速增多，水質(zhì)出現(xiàn)一定程度上的惡化和富營養(yǎng)化趨勢(shì)[1，2]。邛海已被四川省人民政府列為重點(diǎn)污染防治的大型水體之一。

20世紀(jì)60年代以來，大量圍湖造田、填湖造塘，加之自然泥沙淤積，使邛海水面面積從正常蓄水位的31 km2縮小至現(xiàn)在的26.70 km2。旅游開發(fā)使其逐漸帶有城市湖泊的特點(diǎn)：湖岸帶人工化，珍稀物種、挺水及浮水植物缺失等，人為干擾加劇，使其生態(tài)服務(wù)功能日趨下降[3-6]。而保持一定的生態(tài)環(huán)境需水量對(duì)于湖泊維持生態(tài)系統(tǒng)健康具有重要作用[7]。因此，開展邛海生態(tài)需水量研究有助于管理部門通過調(diào)控水資源來維持邛海生態(tài)系統(tǒng)的健康及可持續(xù)利用，并為類似的高原湖泊的保護(hù)提供參考。

生態(tài)需水研究源于Rashin等提出的生態(tài)可持續(xù)利用的思想[8]，但國外最小生態(tài)需水的研究主要在河流方面，對(duì)湖泊生態(tài)需水計(jì)算主要依據(jù)所要保護(hù)的敏感指示物種對(duì)水環(huán)境指標(biāo)的需求[9]。近年來，我國的學(xué)者已開展大量的相關(guān)研究，提出了計(jì)算最小生態(tài)需水量的方法，如基于生態(tài)水文學(xué)的曲線相關(guān)法、功能法和最小生態(tài)水位法[10]、水量平衡法、換水周期法、最小水位法、周期法[11]等。田英等[12]探討了城市生態(tài)環(huán)境需水量的計(jì)算方法，將河湖系統(tǒng)需水量劃分為水面蒸發(fā)需水量、水底滲透需水量、湖泊作為棲息地存在的自身需水量、河湖換水需水量和河道基流需水量。本研究在邛海水量輸出輸入平衡計(jì)算的基礎(chǔ)上，從生態(tài)水文學(xué)和城市湖泊功能兩方面對(duì)邛海最小生態(tài)需水量進(jìn)行了分析。

1 邛海水量平衡分析

根據(jù)湖泊水量平衡原理，湖泊所蓄水量由于入流和出流水量不盡相同而處在不斷變化之中，在沒有或較少人為干擾的狀態(tài)下，湖泊水量的變化處于動(dòng)態(tài)平衡。其計(jì)算公式為[13]：

dV/dt=（R+P+Gi）-（D+E+G0）

式中：P為降水量，R為地表徑流的入湖水量，Gi為地下徑流的入湖水量，D為地表徑流的出湖水量，E為湖泊水面的蒸發(fā)量，G0為地下徑流的出湖水量。

由于邛海流域基本不存在地下水過量開采的狀況，地下水位基本穩(wěn)定。因而公式可簡(jiǎn)化為：

dV/dt=（R+P+Gi）-（D+E）

邛海是西昌市飲用水和灌溉水水源地，人為從邛海取水量較大，這部分水量應(yīng)該考慮在內(nèi)。因而適于邛海的水量平衡公式應(yīng)為[14]：

Vx+VB+Vs+VE=VZ+VB′+Vq+ΔV

式中：Vx為湖面降水量，VB為入湖地表徑流量，Vs為入湖地下徑流量，VE為域外來水量及其他，VZ為湖面蒸發(fā)量，VB′為出湖地表經(jīng)流量，Vq為工、農(nóng)業(yè)及生活用水量。

根據(jù)西昌市水位水資源勘測(cè)局2010年邛海降水量、蒸發(fā)量、地表徑流出湖及入湖數(shù)據(jù)，計(jì)算得到邛海水量平衡結(jié)果（表1）。

根據(jù)表1，邛海水量平衡計(jì)算結(jié)果ΔV為-0.344×108 m3，說明邛海處于入不敷出的狀態(tài)，蓄水量日趨減少。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人口的增加，邛海流域水量需求將持續(xù)上升，而近年來邛海湖容、水位均有縮小趨勢(shì)，水體污染加重，邛海水資源需求平衡形勢(shì)嚴(yán)峻。

2 基于城市湖泊功能的生態(tài)需水分析

城市湖泊的生態(tài)環(huán)境功能包括：供水、美化環(huán)境、調(diào)節(jié)氣候、補(bǔ)充地下水以及休閑娛樂等[7]。根據(jù)其功能認(rèn)為城市湖泊的生態(tài)環(huán)境需水量主要包括：邛海湖區(qū)最小生態(tài)需水計(jì)算包括湖泊蒸發(fā)需水量、湖泊自身存在需水量、生物棲息地需水量、湖泊凈化需水量、湖泊滲漏需水量、其他需水量6個(gè)方面。

1）湖泊蒸發(fā)需水量。湖泊蒸發(fā)需水量Wε為湖泊水面蒸發(fā)需水量和湖泊水生植物蒸散需水量之和。

邛海湖面每年大約接納的雨水量為0.265×108 m3，湖泊水面蒸發(fā)需水量為-0.032 6×108 m3。

水生植物蒸散量（Et）一般大于水面的蒸發(fā)量（Eo），不同植物群落由于優(yōu)勢(shì)種的不同而有一定差異，可以用優(yōu)勢(shì)種的蒸散量與水面蒸發(fā)量之比作為衡量水生植被的蒸散系數(shù)。根據(jù)國內(nèi)外對(duì)水生植物蒸散量的實(shí)測(cè)值估算，邛海高等水生植物的蒸散系數(shù)在1.0～2.0之間，平均值為1.5，則湖泊水生植物蒸散需水量為0.29×108 m3。湖泊蒸發(fā)需水量為0.257 4×108 m3。

2）湖泊自身存在的需水量Wi。為保證城市湖泊正常存在及功能發(fā)揮，在水位略有變化的情況下，保持常年湖泊存蓄一定的水量，此水量是水體發(fā)揮生物棲息地和娛樂功能存在的前提條件，屬于生態(tài)環(huán)境需水的重要組成部分。

Wi=A×h/T

式中，A為湖泊面積，h為湖泊水深，T為換水系數(shù)。

海河是邛海惟一的出水河，海河朱家橋水文站多年統(tǒng)計(jì)資料顯示，邛海多年平均出湖流量為4.47 m3/s，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式折算，每年通過海河輸出水量達(dá)1.41×108 m3，湖泊自身存在的需水量1.409 6×108 m3。

3）生物棲息地需水量Wh。在保證城市湖泊保持自身存在需水量的基礎(chǔ)上，能夠滿足生物棲息地的需要。邛海存在珍稀的魚類或者鳥類，根據(jù)其生物量、生存以及繁殖來確定其棲息地的需水量，一般將湖泊水深作為限制因子。其需水量計(jì)算公式如下：

Wh=A×h

式中，h為棲息地限制水深。

通過湖泊水位的等級(jí)確定湖泊水生生物棲息地需水量的等級(jí)，邛海水生生物棲息地需水量等級(jí)最大時(shí)的最小水深為3.5 m，生物棲息地的需水量為1.085×108 m3。

4）湖泊凈化需水量Wd。

Wd=Wl+Wb

式中，Wl為凈化排放水的需水量，Wb為凈化本底的需水量。邛海周圍生活污水排放量較少，Wl可忽略不計(jì)。邛海水質(zhì)達(dá)國家地表水二類水域標(biāo)準(zhǔn)，總體富營養(yǎng)狀況為中營養(yǎng)，海河口為中度富營養(yǎng)。

Wb=max{yi}×A×h

式中，max{yi}為本底監(jiān)測(cè)指標(biāo)的控制指數(shù)。

yi=（C本i-C標(biāo)i）/C標(biāo)i

式中，C本i為第i種監(jiān)測(cè)指標(biāo)的本底濃度，C標(biāo)i為第i種監(jiān)測(cè)指標(biāo)的達(dá)標(biāo)水質(zhì)級(jí)別濃度。

參照水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，分別計(jì)算邛海水質(zhì)達(dá)到三種等級(jí)的需水量，結(jié)果見表2。

5）湖泊滲漏需水量。邛海湖底無防滲漏層，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，湖泊滲漏需水量一般約占其蓄水量的2%，取蓄水量的1%作為湖泊滲漏需水量，為0.032×108 m3。

6）其他需水量。邛海作為西昌市的飲用水和灌溉水水源地，每年人為提水量為2 804.3萬t，即0.28×108 m3。

綜上，邛海水質(zhì)等級(jí)優(yōu)等（I類水）的生態(tài)需水量為2.724 9×108 m3，中等（II類水）的生態(tài)需水量為2.490 9×108 m3，差等（III類水）的生態(tài)需水量為1.339×108 m3。其中凈化需水量占20.55%，蒸發(fā)需水量占10.33%，自身需水量占56.59%，湖泊滲漏需水量占1.28%，其他需水量占11.24%，可見邛海湖區(qū)的生態(tài)需水主要為自身存在的需水量，其次是凈化需水量。

3 結(jié)論

邛海水資源需求平衡形勢(shì)嚴(yán)峻，水量平衡計(jì)算結(jié)果為-0.344×108 m3，處于入不敷出的狀態(tài)，蓄水量日趨減少。按水文學(xué)方法計(jì)算，邛海最小生態(tài)需水為1.722 6×108 m3，而其入湖水量僅為1.578×108 m3，可見不能保證其最小生態(tài)需水量。隨著人為取水繼續(xù)增多，水體污染，邛海生態(tài)環(huán)境所需適宜水量將難以保障，使邛海湖泊生態(tài)系統(tǒng)的平衡及健康受到威脅。

從城市湖泊功能計(jì)算，邛海屬II類水標(biāo)準(zhǔn)，其最小生態(tài)需水量為2.490 9×108 m3。其中凈化需水量占20.55%，蒸發(fā)需水量占10.33%，自身存在需水量占56.59%，湖泊滲漏需水量占1.28%，其他需水量占11.24%，可見邛海湖區(qū)的生態(tài)需水主要為自身存在的需水量，其次是凈化需水量。

綜上可見，為保持邛海湖泊生態(tài)系統(tǒng)及其服務(wù)功能的完整性，管理部門應(yīng)根據(jù)需要進(jìn)行水量的合理配置和調(diào)度，并積極改善湖體及入湖的水質(zhì)。

由于缺乏面源污染的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)， 本文中未估算其需水量值。但是邛海作為4A級(jí)風(fēng)景區(qū)，全線對(duì)外開放，2012年涼山州旅游人數(shù)突破2 500萬人次，旅游活動(dòng)以及養(yǎng)殖等對(duì)湖泊環(huán)境與富營養(yǎng)化有一定影響，還需有關(guān)部門加強(qiáng)對(duì)面源污染的監(jiān)測(cè)和控制。

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