洱海流域水環(huán)境問(wèn)題診斷與水質(zhì)保護(hù)措施研究

馬巍 蔣汝成 周云 蘇建廣 忻龍玉

摘要：

洱海是大理白族人民的集中飲用水水源地，具有湖泊水質(zhì)演變過(guò)程復(fù)雜、面源污染治理難度大、流域水資源短缺程度逐步加重、湖濱帶水生植物自然恢復(fù)緩慢等環(huán)境問(wèn)題。分析了近年來(lái)洱海水質(zhì)演變情況。按照新時(shí)代治水思路的要求，研究提出了高效節(jié)水生態(tài)農(nóng)業(yè)、生態(tài)調(diào)蓄帶末端攔截、外流域補(bǔ)水、優(yōu)化洱海4～7月水位調(diào)度等措施，以加快洱海水生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)與水質(zhì)的持續(xù)性改善。為此，構(gòu)建了洱海水環(huán)境數(shù)學(xué)模型用于開(kāi)展相關(guān)水質(zhì)改善措施效果的數(shù)值模擬。結(jié)果表明：①高效節(jié)水農(nóng)業(yè)可從源頭上削減負(fù)荷30%以上;②生態(tài)調(diào)蓄帶匯流區(qū)旱季和降雨初期的雨污水可被全部攔截并回用農(nóng)田;③外流域補(bǔ)水可補(bǔ)齊流域水資源短板，使洱海年度水質(zhì)改善1.29%～5.15%，并為洱海水位優(yōu)化調(diào)度與湖泊水生態(tài)修復(fù)提供良好的水資源條件支撐。

關(guān) 鍵 詞：

水環(huán)境問(wèn)題; 高效節(jié)水生態(tài)農(nóng)業(yè); 面源污染; 生態(tài)調(diào)蓄帶; 外流域補(bǔ)水; 洱海流域

中圖法分類號(hào)： TV213.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.07.008

0 引 言

洱海是云貴高原上的第二大淡水湖，優(yōu)美的自然條件和水生態(tài)環(huán)境為大理白族人民的繁衍生息提供了水源安全保障，并孕育了優(yōu)秀的白族文化，留下了“大理古城”歷史文化遺跡和“云南印象”等諸多文化名片，已成為云南省蜚聲海內(nèi)外的旅游與度假勝地。伴隨著旅游業(yè)的迅猛發(fā)展與湖區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速崛起，洱海流域水土資源過(guò)度開(kāi)發(fā)、湖泊水生態(tài)系統(tǒng)逐步退化[1]、水體富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程加快[2-3]、湖區(qū)水環(huán)境質(zhì)量不斷下降[4-5]等問(wèn)題日益突出。在習(xí)近平總書(shū)記新時(shí)代治水思路“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的指引下，洱海保護(hù)治理工作日新月異，“七大行動(dòng)”、“八大攻堅(jiān)戰(zhàn)”等措施正在快速有序地推進(jìn)和落實(shí)。自2018年起，洱海年內(nèi)水質(zhì)達(dá)標(biāo)（滿足湖泊Ⅱ類）月數(shù)基本穩(wěn)定在7個(gè)月，洱海水質(zhì)保護(hù)成效已逐步顯現(xiàn)，但受資源條件約束與諸多因素的影響，以CODMn指標(biāo)為表征的有機(jī)污染物濃度呈逐年升高的態(tài)勢(shì)，表明洱海水質(zhì)演變過(guò)程及其時(shí)空變化規(guī)律十分復(fù)雜。盡管國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)洱海的水質(zhì)狀況、演變過(guò)程及其富營(yíng)養(yǎng)化特征等都開(kāi)展了大量的研究[2-4]，但在近期人類活動(dòng)的強(qiáng)烈干擾下，洱海水質(zhì)的響應(yīng)過(guò)程更趨復(fù)雜。

綜上所述，本文基于近期的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及“七大行動(dòng)”、“八大攻堅(jiān)戰(zhàn)”等措施得到逐步落實(shí)的環(huán)境背景條件，采用數(shù)值模擬的方法來(lái)分析洱海水質(zhì)的演變過(guò)程，識(shí)別當(dāng)前治污策略下洱海尚存在的主要水環(huán)境問(wèn)題，并有針對(duì)性地提出了流域水污染治理與湖泊水質(zhì)保護(hù)措施，以期為洱海流域水環(huán)境綜合治理和湖泊水生態(tài)修復(fù)與保護(hù)提供科學(xué)的參考依據(jù)。

1 洱海流域水環(huán)境問(wèn)題診斷

洱海地處云南省大理白族自治州中心地帶，隸屬瀾滄江一級(jí)支流黑惠江的支流，是大理市和周邊城鄉(xiāng)居民生產(chǎn)生活用水的供給水源地。洱海形似耳狀，略呈狹長(zhǎng)形，南北長(zhǎng)為42.5 km，東西寬為5.9 km，湖岸線長(zhǎng)為128.0 km，呈北北西-南南東向展布（見(jiàn)圖1）。洱海最高水位為1 966.00 m[6]，對(duì)應(yīng)蓄水容量為29.59億m3;法定最低運(yùn)行水位為1 964.30 m[6]，對(duì)應(yīng)蓄水容量為25.34 億m3。洱海最大湖泊水面面積為252 km2，最大水深為21.3 m，平均水深為10.6 m，流域面積為2 565 km2。

洱海流域?qū)儆趤啛釒Ц咴撅L(fēng)氣候，多年平均氣溫為15.1 ℃，年均降水量為1 060 mm，湖面蒸發(fā)量為1 208 mm。洱海水量主要由大氣降水和入湖徑流補(bǔ)給，主要入湖河流有29條，流域水系如圖1所示。由

圖1可以看出：北部為洱源和鄧川盆地，入湖河流有彌苴河、永安江、羅時(shí)江（簡(jiǎn)稱“北三江”），入湖水量約占54.0%;西部為藏滇褶皺系，點(diǎn)蒼山屏列于洱海西岸，主要有蒼山十八溪及棕樹(shù)河，入湖水量約占27.2%;東部有鳳尾箐、玉龍河、南村河、下和箐，入湖水量約占0.2%;南部有波羅江、白塔河，入湖水量約占3.8%。湖周主要入湖溝渠有125條，大多分布在洱海西部蒼山區(qū)域，入湖水量約占14.8%。洱海有2個(gè)出口：西洱河（南部）和引洱入賓隧洞（東南角），其中西洱河多年平均出湖量為6.97億m3，引洱入賓隧洞自1994年建成以來(lái)，多年平均引水量為0.71億m3。

根據(jù)2018年洱海湖區(qū)常規(guī)水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，洱海主要水質(zhì)指標(biāo)COD、CODMn、TP、TN的年均水質(zhì)濃度分別為16.100，3.750，0.028 mg/L和0.620 mg/L，分屬Ⅲ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅲ類水質(zhì)，綜合水質(zhì)類別為Ⅲ類;超Ⅱ類水質(zhì)目標(biāo)的有COD、TP、TN 三個(gè)指標(biāo)，超標(biāo)幅度分別為7.2%，10.2%，23.5%;洱海綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為43.1，屬中營(yíng)養(yǎng)水平。從年內(nèi)變化過(guò)程來(lái)看（見(jiàn)圖2），年內(nèi)各水質(zhì)超標(biāo)月份均集中在6～10月。從年際變化過(guò)程來(lái)看（見(jiàn)圖3），各指標(biāo)呈現(xiàn)波浪式變化特點(diǎn)，其中COD指標(biāo)在2010年達(dá)到了極大值（17.5 mg/L），2015年達(dá)到極小值（13.3 mg/L），2018年又出現(xiàn)了極大值（16.1 mg/L）;TP指標(biāo)在2016～2017年期間出現(xiàn)了極大值（0.029 mg/L），其中2008～2013年期間呈現(xiàn)逐年升高的趨勢(shì)，近3 a（2017～2019年）來(lái)呈現(xiàn)快速下降的變化趨勢(shì);TN指標(biāo)以2014年為分界點(diǎn)，2009～2014年期間呈逐年降低的趨勢(shì)，2014年以后呈逐年升高的趨勢(shì)，2019年達(dá)到了極大值（0.63 mg/L）;CODMn指標(biāo)總體呈現(xiàn)逐年升高的趨勢(shì)。2010～2019年期間，洱海綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)（TLI）為38.8～43.1（見(jiàn)圖4），均為中營(yíng)養(yǎng)，其中2014～2017年期間水體富營(yíng)養(yǎng)化升高趨勢(shì)較為明顯（TLI年均增加1.1），2017～2019年期間TLI升高態(tài)勢(shì)明顯趨緩（年均增加0.3），說(shuō)明自2016年起開(kāi)啟的“搶救式”保護(hù)洱海模式對(duì)減緩洱海水體富營(yíng)養(yǎng)化的演變進(jìn)程、保護(hù)洱海水質(zhì)是有效的，同時(shí)以葉綠素a為代表的浮游植物生物量是影響洱海水體富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的決定性因素。

目前洱海主要存在如下幾個(gè)水環(huán)境問(wèn)題。

（1） 洱海流域多年平均天然徑流量為11.45億m3，扣除湖面蒸發(fā)損失后，實(shí)際可用水資源量為8.29億m3，流域內(nèi)年用水及引洱入賓水量合計(jì)為4.50億m3;目前洱海流域水資源開(kāi)發(fā)利用程度已高達(dá)54.3%，來(lái)水量偏少年份（如2011，2013，2014年和2019年）的水資源開(kāi)發(fā)利用程度已超過(guò)90%，流域水資源匱乏問(wèn)題日益突出。

（2） 近年來(lái)洱海水質(zhì)類別為Ⅲ類，營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)水平為中營(yíng)養(yǎng)，超Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)指標(biāo)主要有COD、TP和TN，超標(biāo)時(shí)段集中在雨季（6～10月），水質(zhì)超標(biāo)幅度為16.0%～60.6%，超標(biāo)原因可能主要是農(nóng)田面源污染及農(nóng)灌退水溝渠滯留污染物在雨季初期集中入湖，以及水生植物冬季死亡后隨著氣溫升高而造成植物腐解后短期內(nèi)大量釋放營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)影響所致。

（3） 洱海水質(zhì)演變過(guò)程及其成因十分復(fù)雜：① 容易受入湖河流水質(zhì)的影響，比如2017～2019年，洱海湖區(qū)的TP濃度隨入湖河流水質(zhì)濃度的逐年降低而呈現(xiàn)出明顯的改善過(guò)程（見(jiàn)圖5）;② 受到湖區(qū)浮游植物光合作用而合成的有機(jī)物、固氮效應(yīng)、湖面蒸發(fā)濃縮以及內(nèi)源釋放等的影響顯著，比如在2015～2018年入湖河流水質(zhì)顯著改善的條件下，COD指標(biāo)仍快速升高;③ 同時(shí)TN/CODMn濃度也呈逐年升高的態(tài)勢(shì)（見(jiàn)圖3）?？梢?jiàn)，洱海水質(zhì)保護(hù)治理工作任重而道遠(yuǎn)。

（4） 受水資源條件制約，不得已攔蓄流域內(nèi)全部雨污水是維持洱海年內(nèi)水量基本平衡的重要保障，從而出現(xiàn)了洱海水位的升降與湖區(qū)水質(zhì)濃度變化基本同步的現(xiàn)象（見(jiàn)圖6）。同時(shí)，在適宜沉水植物生長(zhǎng)發(fā)育的5～6月，水位快速升高和日益加重的水體富營(yíng)養(yǎng)化，抑制了2006～2016年期間湖濱帶水生植被的自然恢復(fù)（見(jiàn)圖7），削弱了沉水植物對(duì)浮游植物生長(zhǎng)的抑制作用，尤其是水體交換性能極差的北湖湖灣，從而加劇了北部湖灣區(qū)的藻類生長(zhǎng)及水力富集效應(yīng)。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源和研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

水質(zhì)數(shù)據(jù)主要來(lái)自大理白族自治州環(huán)境監(jiān)測(cè)站、大理市環(huán)境監(jiān)測(cè)站2016年和2018年湖區(qū)17個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)逐月水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料，以及2016年和2018年洱海主要入湖河流逐月水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料。水質(zhì)指標(biāo)主要包括化學(xué)需氧量（COD）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、總磷（TP）、總氮（TN）、氨氮（NH3-N）、透明度和葉綠素等。水量數(shù)據(jù)主要來(lái)自于大理白族自治州水文水資源局編制的《洱海水資源監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)年報(bào)》，降雨、蒸發(fā)及風(fēng)場(chǎng)資料主要來(lái)自于國(guó)家氣象局網(wǎng)站下載的大理州國(guó)控站數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

（1） 水質(zhì)指標(biāo)評(píng)價(jià)法。采用最常用的單因子評(píng)價(jià)法對(duì)洱海水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，即取某一評(píng)價(jià)因子的多次監(jiān)測(cè)平均值，與該因子的標(biāo)準(zhǔn)值相比較，當(dāng)某一項(xiàng)指標(biāo)超過(guò)洱海Ⅱ類水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，就表示洱海已經(jīng)不能完全滿足該功能區(qū)的水質(zhì)目標(biāo)要求。

（2） 綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法。在洱海水體富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)中，根據(jù)沈曉飛等[7]對(duì)

SL 395-2007《地表水資源質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程》中推薦的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法和《地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)辦法（試行）》（環(huán)辦[2011]22號(hào)）中推薦采用的綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法（TLI（））進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明，洱海水體富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)宜采用綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法，其分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合表1中的規(guī)定。

（3） 數(shù)學(xué)模型法。

流場(chǎng)是湖泊中入湖污染物輸移擴(kuò)散的主要載體，湖流研究一直受到研究者的高度重視。風(fēng)是湖流運(yùn)動(dòng)的主驅(qū)動(dòng)力，由于風(fēng)場(chǎng)變化頻繁且湖流運(yùn)動(dòng)緩慢，大規(guī)模的湖流觀測(cè)較為困難，因此，近年來(lái)數(shù)值模擬被廣泛地運(yùn)用于各類水體動(dòng)力學(xué)與水質(zhì)遷移擴(kuò)散方面的研究。

洱海屬大型的高原淺水湖泊，東臨玉案山，西及點(diǎn)蒼山，處于北北西-南南東走向的峽谷中，湖面風(fēng)場(chǎng)受到湖周山勢(shì)影響氣流運(yùn)動(dòng)具有明顯的方向性;同時(shí)，峽谷中無(wú)凸出山體遮擋，故湖面可采用均勻風(fēng)場(chǎng)條件。根據(jù)國(guó)內(nèi)外大量淺水湖泊的研究成果[8-10]，風(fēng)是洱海湖流運(yùn)動(dòng)的主驅(qū)動(dòng)力，洱海湖流以風(fēng)生流為主，入湖污染物在風(fēng)生湖流和吞吐流的共同驅(qū)動(dòng)下完成湖內(nèi)的輸移擴(kuò)散。因此，可利用平面二維水流運(yùn)動(dòng)方程（式（1））和對(duì)流擴(kuò)散方程（式（2））進(jìn)行數(shù)學(xué)描述[8-9]。

式中：h為水深，m;C可以分別為TP、TN、NH3-N、COD的濃度，mg/L;M為橫向單寬流量，m2/s;N為縱向單寬流量，m2/s;Ex為橫向擴(kuò)散系數(shù)，m2/s;Ey為縱向擴(kuò)散系數(shù)，m2/s;S為源（匯）項(xiàng)，g/（m2·s）;F（c）為生化反應(yīng)項(xiàng)。

模擬指標(biāo)重點(diǎn)選擇近期影響洱海水質(zhì)類別變化的COD、CODMn、TP、TN 4項(xiàng)。各類特征污染物指標(biāo)的生化反應(yīng)項(xiàng)均可作一級(jí)簡(jiǎn)化處理，其中COD、CODMn考慮自凈衰減并通過(guò)自凈衰減系數(shù)和內(nèi)源釋放速率反映;TP、TN考慮各種物理、化學(xué)及生物因素引起的自然凈化與內(nèi)源釋放，通過(guò)綜合自凈和釋放系數(shù)反映。

采用矩形網(wǎng)格（250 m×250 m）對(duì)洱海湖體進(jìn)行計(jì)算單元?jiǎng)澐郑ê嫌?jì)3 969個(gè)），采用變量交錯(cuò)布置的方式在計(jì)算網(wǎng)格上對(duì)上述方程進(jìn)行離散，其中對(duì)流項(xiàng)采用迎風(fēng)格式，擴(kuò)散項(xiàng)采用中心差分，用迭代法求解離散方程組。利用洱海2016年和2018年湖內(nèi)17個(gè)常規(guī)水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)每月一次的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和同期的水位、入出湖流量、水質(zhì)及氣象數(shù)據(jù)資料，對(duì)洱海水動(dòng)力與水質(zhì)模型進(jìn)行參數(shù)率定與模型校驗(yàn)。結(jié)果表明（分別見(jiàn)圖8和圖9）：洱海水動(dòng)力與水質(zhì)模型能夠較好地反映洱海的湖流形態(tài)與入湖污染物的時(shí)空變化特征，模擬結(jié)果具有較高的模擬精度，水動(dòng)力與水質(zhì)模型可為水情變化條件下的洱海湖流、水質(zhì)時(shí)空分布模擬提供科學(xué)的技術(shù)手段。

3 洱海流域面源污染治理與湖泊水質(zhì)保護(hù)對(duì)策

針對(duì)洱海流域目前存在的初期高濃度雨污水及大量的農(nóng)田面源污染難以有效控制、流域水資源短缺導(dǎo)致洱海只能攔蓄全部雨污水而無(wú)法實(shí)現(xiàn)“蓄清排污”的調(diào)度運(yùn)行方式，以及湖濱沉水植物大面積消失致使湖泊水生態(tài)系統(tǒng)退化嚴(yán)重并加劇湖灣的藻類生長(zhǎng)及其富集等主要水環(huán)境問(wèn)題，遵循“源頭控制-過(guò)程阻斷-末端攔截-水生態(tài)修復(fù)”的綜合治理思路，分別提出了如下水環(huán)境治理與湖泊水質(zhì)保護(hù)對(duì)策。

（1） 高效節(jié)水生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)是流域面源控制與源頭治理的重要舉措。

在環(huán)湖截污工程已全面落實(shí)并逐步發(fā)揮效益的情況下，面源污染是洱海入湖污染負(fù)荷的最主要來(lái)源。因此，亟需推進(jìn)環(huán)洱海和主要入湖河流禁養(yǎng)區(qū)的奶牛及生豬養(yǎng)殖的轉(zhuǎn)移和退出，流域內(nèi)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整并取締高水高肥的大蒜種植，推進(jìn)生態(tài)農(nóng)業(yè)示范園以及高標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)農(nóng)田、生態(tài)溝渠等建設(shè);加快推進(jìn)農(nóng)田水利改革進(jìn)程，推廣噴灌、滴灌、微灌、水肥一體化等節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)，大力推動(dòng)農(nóng)業(yè)節(jié)水減排，加強(qiáng)灌區(qū)工程規(guī)劃與建設(shè)、管理，注重農(nóng)業(yè)灌溉排水管理和面源污染控制。逐步取締大水漫灌，規(guī)范農(nóng)業(yè)取水，實(shí)施農(nóng)業(yè)定額取水制度，著力提高用水效率。與湖濱緩沖區(qū)庫(kù)塘和濕地生態(tài)建設(shè)和低污染水凈化工程相結(jié)合，實(shí)施環(huán)洱海地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水提升改造工程，加大農(nóng)田高營(yíng)養(yǎng)退水的重復(fù)利用率，減少農(nóng)田灌溉在河流的清水取水量，以有效削減農(nóng)田面源污染負(fù)荷。通過(guò)高效節(jié)水生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)，洱海流域面源入湖負(fù)荷量削減率超過(guò)30%，這對(duì)流域污染物面源削減、入湖污染物總量控制及洱海水質(zhì)整體達(dá)標(biāo)都具有重要的推動(dòng)作用。

（2） 農(nóng)業(yè)耕作區(qū)與湖濱帶銜接區(qū)構(gòu)建條帶狀生態(tài)調(diào)蓄帶是強(qiáng)化末端攔截的有效手段。

生態(tài)調(diào)蓄帶工程是集截污、調(diào)蓄、水質(zhì)凈化、水資源回用、向湖濱濕地補(bǔ)水及湖濱生態(tài)景觀建設(shè)于一體的綜合利用工程。在洱海西岸農(nóng)田耕作密集區(qū)與湖濱濕地的銜接區(qū)沿湖岸構(gòu)建條帶狀調(diào)蓄池，利用生態(tài)調(diào)蓄帶的有效庫(kù)容攔截并調(diào)蓄洱海西岸各溝渠枯水季的入湖廢污水、初期雨污水及部分農(nóng)田面源徑流，在調(diào)蓄帶濕地中充分靜置、沉積及凈化功效作用下，讓經(jīng)由調(diào)蓄帶后再通過(guò)湖濱濕地凈化后的入湖水質(zhì)得到充分凈化和改善。同時(shí)，將調(diào)蓄帶內(nèi)水資源回用于調(diào)蓄帶匯流區(qū)的農(nóng)田灌溉，以減少農(nóng)田灌溉用水對(duì)洱海及蒼山十八溪清潔水資源的消耗，讓更多的清水直接流入洱海，因此洱海西岸生態(tài)調(diào)蓄帶工程可在農(nóng)灌溝渠污染物入湖減排效益方面發(fā)揮顯著的功效。比如2016年，撫仙湖北岸生態(tài)調(diào)蓄帶工程已投入運(yùn)行并發(fā)揮了入湖污染物減排效益。從撫仙湖北岸生態(tài)調(diào)蓄帶工程的實(shí)際運(yùn)行效果來(lái)看：① 枯水季節(jié)的廢污水和雨季的初期雨污水可全部被攔截并回用于農(nóng)田灌溉;② 典型枯水年水情條件下，調(diào)蓄帶可使匯水區(qū)直接入湖的TP、TN、COD和NH3-N污染負(fù)荷削減約70%以上。

（3） 沉水植物復(fù)蘇生長(zhǎng)期（4～7月）的低水位運(yùn)行是加快湖濱帶水生植被自然修復(fù)與湖泊水生態(tài)系統(tǒng)健康循環(huán)的重要驅(qū)動(dòng)力。

湖泊底部良好的光照是沉水植物賴以生長(zhǎng)的基本前提，其直接影響沉水植物在湖泊中的最大分布水深[10-12]。近年來(lái)，頻繁的人類活動(dòng)加速了洱海水體富營(yíng)養(yǎng)演化進(jìn)程，水體透明度下降對(duì)湖濱沉水植物造成了嚴(yán)重的弱光脅迫[1]，沉水植被分布面積由1980s的約40%下降至2006年的8%～10%（見(jiàn)圖9），沉水植物分布水深下限由1980s的9～10 m退化到6 m以內(nèi)。因此，對(duì)于洱海湖濱帶沉水植被的修復(fù)，除了亟需在合適的湖區(qū)進(jìn)行人為補(bǔ)種以加快水生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)以外，更需要為沉水植物的自然生長(zhǎng)與繁衍提供條件。

中科院水生所研究表明：適宜面積的沉水植物分布是維持洱海良好水生態(tài)系統(tǒng)的重要保障，沉水植被對(duì)洱海水質(zhì)改善起到重要作用。在4～6月水溫大于15 ℃后，沉水植被開(kāi)始復(fù)蘇生長(zhǎng)，該時(shí)段是洱海水位優(yōu)化調(diào)控的窗口期;此外，水生植被占洱海18%的水面才能發(fā)揮較佳的凈化功能。為此，結(jié)合洱海保護(hù)條例的法定最低運(yùn)行水位要求并考慮到蓄水壓力，洱海沉水植被復(fù)蘇生長(zhǎng)期（4～6月）可適度維持低水位（1 964.30～1 964.60 m）運(yùn)行，這樣有利于促進(jìn)6 m水深以內(nèi)沉水植被的快速?gòu)?fù)蘇生長(zhǎng);同時(shí)，7～8月份，地表徑流中攜帶有大量的面源負(fù)荷入湖，是洱海水體透明度明顯下降的時(shí)段，可維持較低水位（1 964.60～1 964.80 m）運(yùn)行，這樣有利于湖濱淺水區(qū)（6 m以內(nèi)）沉水植物的生長(zhǎng)，并為淺水區(qū)沉水植被逐步向適度深水區(qū)（6～10 m）延展創(chuàng)造條件。

通過(guò)2017～2018年期間4～7月適度的低水位調(diào)度實(shí)踐（水位變幅1 964.26～1 964.79 m）并結(jié)合適當(dāng)?shù)娜斯ば迯?fù)措施（栽種本地種水草），洱海湖濱帶水生植被恢復(fù)性增長(zhǎng)十分顯著，2018年分布面積達(dá)33.4 km2（見(jiàn)圖9），占比為13.36%。因此，4～7月洱海維持較低水位運(yùn)行是促進(jìn)洱海沉水植被自然修復(fù)和湖泊水生態(tài)系統(tǒng)健康循環(huán)的重要驅(qū)動(dòng)力。

（4） 外流域補(bǔ)水可為沉水植被復(fù)蘇生長(zhǎng)期低水位運(yùn)行及洱海水質(zhì)持續(xù)性改善提供關(guān)鍵的水資源條件支撐。

在當(dāng)前流域水資源僅能維持湖泊水量基本平衡的條件下，洱海水質(zhì)與湖泊水位變化具有明顯的關(guān)聯(lián)性。雨季將大量的農(nóng)業(yè)農(nóng)村面源負(fù)荷攔蓄在湖內(nèi)，是洱海雨季水質(zhì)嚴(yán)重超標(biāo)的關(guān)鍵所在。因此，結(jié)合洱海湖濱帶沉水植物復(fù)蘇生長(zhǎng)期（4～7月）的低水位運(yùn)行和汛前期不蓄水、汛中期少蓄水、汛后期蓄水的“蓄清排渾”調(diào)度運(yùn)行需求，亟需外流域補(bǔ)水來(lái)提供靈活調(diào)度的水資源支撐，以加快洱海湖濱濕地沉水植被的自然恢復(fù)并向適度深水區(qū)延展;同時(shí)，也有利于快速推進(jìn)洱海湖區(qū)水質(zhì)持續(xù)性改善和整體水質(zhì)達(dá)標(biāo)的早日實(shí)現(xiàn)。

通過(guò)云南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院對(duì)洱海周邊的引水水源點(diǎn)進(jìn)行比選，從黑惠江干流和桃源河支流建設(shè)大型水庫(kù)引水，平水年型可引水量為2.31億m3，其中具有多年調(diào)節(jié)性能的桃源水庫(kù)補(bǔ)水量為1.07億m3，黑惠江干流引水量為1.24億m3。桃源河水質(zhì)現(xiàn)狀水質(zhì)較好，建庫(kù)后，各指標(biāo)的水質(zhì)濃度如下：COD為4.000 mg/L，CODMn為1.100 mg/L，TP為0.010 mg/L，TN為0.140 mg/L;黑惠江干流水質(zhì)目標(biāo)為Ⅱ類，結(jié)合現(xiàn)狀年水質(zhì)情況和水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)要求，黑惠江干流引水水質(zhì)設(shè)計(jì)為枯水期：COD為6.000 mg/L，CODMn 為1.500 mg/L，TP為0.025 mg/L，TN為0.500 mg/L;豐水期：COD為10.000 mg/L，CODMn為2.500 mg/L，TP為0.050 mg/L，TN為0.500 mg/L。

以2018年洱海流域的水文與水環(huán)境條件為背景，在設(shè)計(jì)的補(bǔ)水過(guò)程和引水水質(zhì)條件下，在維持洱海年內(nèi)水量基本平衡的條件下，外流域補(bǔ)水可以實(shí)現(xiàn)洱海湖濱帶沉水植被復(fù)蘇與生長(zhǎng)期的低水位運(yùn)行（見(jiàn)圖10）。同時(shí)，數(shù)學(xué)模型模擬預(yù)測(cè)結(jié)果也表明，洱海全湖年內(nèi)整體水質(zhì)（COD、CODMn、TP、TN）可分別由補(bǔ)水前的16.260，3.540，0.027 mg/L和0.650 mg/L降低到15.420，3.360，0.027 mg/L和0.630 mg/L，改善幅度分別為5.15%、5.01%、1.29%、3.32%，補(bǔ)水前后各水質(zhì)指標(biāo)濃度年內(nèi)變化過(guò)程如圖11所示。

由此可見(jiàn)，以黑惠江干流和桃源水庫(kù)為水源的外流域補(bǔ)水工程，可為洱海湖濱帶沉水植被復(fù)蘇生長(zhǎng)期的低水位運(yùn)行以及洱海水質(zhì)持續(xù)性改善提供可靠的水資源條件支撐。

4 結(jié) 論

（1） 洱海流域多年平均天然徑流量為11.45億m3，扣除湖面蒸發(fā)損失后，水資源開(kāi)發(fā)利用率已達(dá)到54.3%，來(lái)水量偏少年份甚至超過(guò)90.0%以上，顯然，流域水資源匱乏問(wèn)題日益突出。在洱海流域種植業(yè)發(fā)達(dá)、旅游資源豐富及干濕季節(jié)分明的背景條件下，農(nóng)業(yè)面源污染物隨降雨徑流在6～10月期間集中入湖，是近年來(lái)洱海雨季水質(zhì)超標(biāo)的關(guān)鍵環(huán)境驅(qū)動(dòng)因子;受資源條件制約的年內(nèi)水位節(jié)律波動(dòng)變化抑制了湖濱帶水生植被的自然恢復(fù)和洱?！靶钋迮艤啞惫δ艿陌l(fā)揮。

（2） 遵循“源頭控制-過(guò)程阻斷-末端攔截-水生態(tài)修復(fù)”的系統(tǒng)治理思路，以種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖遷轉(zhuǎn)、高效節(jié)水技術(shù)推廣、生態(tài)塘庫(kù)建設(shè)為主要抓手的流域面源源頭治理與過(guò)程阻斷是關(guān)鍵。農(nóng)業(yè)耕作區(qū)與湖濱帶銜接區(qū)構(gòu)建條帶狀生態(tài)調(diào)蓄帶，是強(qiáng)化農(nóng)田面源末端攔截和水資源重復(fù)利用的最有效手段，可實(shí)現(xiàn)生態(tài)調(diào)蓄帶匯流區(qū)旱季雨污水和初期高濃度雨水全攔截，以及枯水年型下全年雨污水?dāng)r截率超過(guò)70%以上。

（3） 在該流域來(lái)水量不足時(shí)依托外流域補(bǔ)水，在4～7月實(shí)施低水位調(diào)度運(yùn)行以提升湖濱帶水生植被的自然修復(fù)能力，發(fā)揮洱海汛前期“蓄清排渾”功效，使洱海年度水質(zhì)改善達(dá)1.29%～5.15%，并可加快湖泊水生態(tài)系統(tǒng)向良好方向發(fā)展，同時(shí)也可為洱海水質(zhì)的持續(xù)性改善提供良好的水資源條件支撐。

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（編輯：趙秋云）

引用本文：

馬巍，蔣汝成，周云，等.

洱海流域水環(huán)境問(wèn)題診斷與水質(zhì)保護(hù)措施研究

[J].人民長(zhǎng)江，2021，52（7）：45-53.

Study on diagnosis of water environmental problems and water quality

protection countermeasures in Erhai Lake Basin

MA Wei1，JIANG Rucheng2，ZHOU Yun2，SU Jianguang2，XIN Longyu3

（1.Department of Water Ecology and Environment，China Institute of Water Resources and Hydropower Research，Beijing 100038，China; 2.Planning Department，Yunnan Water Conservancy and Hydroelectric Survey Design and Research Institute，Kunming 650021，China; 3.Beijing Hanyu Information Technology Co.，Ltd.，Beijing 102308，China）

Abstract：

Erhai Lake is a main drinking water source of the Bai ethnicity in Dali，Yunnan Province.There are some water environmental problems in Erhai Lake，such as the complicated evolution process of water quality，the difficulty to effectively control non-point source pollution，the aggravation of water resource shortage，and the slow natural recovery of submerged plants along the lakeside.According to the new thinking on water conservancy in the new era，this paper puts forward some targeted measures，such as facilitating the development of efficient water-saving agriculture，strengthening the end interception of pollutants by the ecological storage zones，carrying out projects to supplement water from other river basins，and optimizing the water level scheduling of Erhai Lake from April to July，which are keys to achieve Erhai Lake′s sustainable improvement of water quality and water ecosystem as well.Therefore，this paper established amathematical model of water environment of Erhai Lake to carry out the numerical simulation of water quality improving measures.The results showed that the efficient water-saving agriculture could reduce more than 30% of the pollution loads from the source.The rain sewage in the confluence area during the dry season and the early rainfall period could all be intercepted and reused by the ecological storage zones.The water supplementation from other basins can make up the shortcoming of water resource shortage，to improve annual water quality of Erhai Lake by 1.29%～5.15%，which can provide a good water resources condition support for the optimal scheduling of water level and water ecological restoration in Erhai Lake.

Key words：

water environmental problems;efficient water-saving ecological agriculture;non-point pollutant;ecological storage zones;water supplementation from other basins;Erhai Lake Basin