滇中引水工程利用洱海調(diào)蓄的環(huán)境影響研究

汪青遼，李秋潔，劉 媛，張仲偉

(1.中國電建集團(tuán)昆明勘測設(shè)計研究院有限公司，云南 昆明 650051；2.長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430015)

1 研究背景與概況

云南省滇中地區(qū)是長江流域三大干旱區(qū)之一，水資源量僅占全省的12%[1]，資源性缺水與工程性缺水并存，已成為制約地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的瓶頸[2]。洱海為云南省第二大高原淡水湖泊，是大理市主要飲用水源地，又是蒼山洱海國家級自然保護(hù)區(qū)和大理國家級風(fēng)景名勝區(qū)的核心。洱海南北長約42.5km，東西最大寬度約8.4km，總庫容28.8億m3。洱海水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)為Ⅱ類。

滇中引水工程從麗江石鼓鎮(zhèn)的金沙江右岸大同村附近引水，多年平均引水規(guī)模34.03億m3，輸水總干渠總長度661.06km。國家發(fā)改委關(guān)于《滇中引水工程項目建議書》的批復(fù)(發(fā)改農(nóng)經(jīng)〔2015〕642號)意見提出：“下一步工作中研究輸水工程引水入滇池、洱海并利用受水區(qū)內(nèi)有條件的大中型水庫增加調(diào)蓄能力，提高供水保證率的可行性”。

洱海是滇中引水線路附近重要湖泊，其呈南北走向，與滇中引水工程輸水線路走向一致。滇中引水利用洱海調(diào)蓄的工程布置走向見圖1。總干渠的水從洱海東北部的長育村進(jìn)入洱海，調(diào)蓄后在洱海南部的鳳儀鎮(zhèn)附近出洱海后進(jìn)入總干渠的鳳儀隧洞。該方案可節(jié)省總干渠長度約27.3km，經(jīng)估算投資減少36.2億元，且利用洱海的調(diào)蓄作用，減少枯期引金沙江水水量，能提高供水保證率。

圖1 利用與不利用洱海方案的工程布置

本文根據(jù)洱海調(diào)蓄的水資源配置與工程布置方案，研究利用洱海調(diào)蓄可能導(dǎo)致的水環(huán)境、水生態(tài)和環(huán)境敏感區(qū)影響問題，充分論證利用洱海調(diào)蓄的環(huán)境可行性，為滇中引水可研階段引水規(guī)模的確定及輸水線路的布置提供重要的技術(shù)支撐。

2 利用洱海調(diào)蓄對減緩金沙江引水的影響

根據(jù)石鼓水源來水、受水區(qū)需水、洱海調(diào)蓄能力，在洱海水資源配置原則的基礎(chǔ)上，通過長系列調(diào)節(jié)計算，確定水資源配置方案與總干渠設(shè)計流量。利用與不利用洱海調(diào)蓄兩個方案的引水量及分配結(jié)構(gòu)詳見表1。由表可見，利用洱海調(diào)蓄方案與不利用洱海方案多利用洱海水量3.48億m3。利用洱海較不利用調(diào)蓄方案少分配總水量0.87億m3，其中受水區(qū)少供生產(chǎn)生活用水0.32億m3。利用洱海調(diào)蓄方案渠首引水量29.68億m3，水量進(jìn)入洱海調(diào)蓄后與洱海本流域水資源一同供出。

表1 利用與不利用洱海調(diào)蓄兩個方案的引水量及分配結(jié)構(gòu)

根據(jù)表1，利用較不利用洱海調(diào)蓄方案，在多利用洱海水量3.48億m3的基礎(chǔ)上，導(dǎo)致石鼓水源點引水設(shè)計流量由135 m3/s降低至125 m3/s，多年平均總引水量(按渠首)由34.03億m3減小至29.68億m3，可少引金沙江水量4.35億m3，并將引水時段變成集中在汛期和平水期多引，盡量減少枯期引水對金沙江水環(huán)境與水生態(tài)影響。

3 利用洱海調(diào)蓄對洱海水質(zhì)的影響

在比較金沙江石鼓水源點與洱海現(xiàn)狀水質(zhì)差異的基礎(chǔ)上，結(jié)合規(guī)劃水平年實施的水污染綜合治理措施，采用洱海平面二維非恒定數(shù)值模型，預(yù)測引水充蓄洱海后的洱海水質(zhì)濃度，并分析較不利用洱海調(diào)蓄方案的水質(zhì)變化。

3.1 石鼓與洱?，F(xiàn)狀水質(zhì)濃度分析

圖2為洱海和金沙江2011—2015年TN與TP的實測濃度(2015年為滇中引水可研設(shè)計截止年份)。由圖可看出，洱海TN濃度在II～I(xiàn)II類變化，平均濃度0.51mg/L；洱海TP濃度在II～I(xiàn)II類變化，平均濃度0.024mg/L；金沙江TN濃度基本在II～I(xiàn)II類變化，平均濃度0.7mg/L；金沙江 TP濃度基本在II～I(xiàn)II類變化，平均濃度0.030mg/L?？傮w上，TN濃度金沙江高于洱海，而TP濃度金沙江很多月份超過湖泊Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。金沙江CODMn的濃度低于洱海并均可達(dá)標(biāo)。

圖2 2011—2015年金沙江和洱海逐月的TN、TP實測濃度比較

3.2 洱海水質(zhì)計算模型及濃度場分布

洱海水質(zhì)預(yù)測采用平面二維非恒定模型，其中的紊流模型采用混長模型，水流與水質(zhì)模型的控制方程采用守恒形式，控制方程為連續(xù)方程和水平向動量方程。

二維非恒定水質(zhì)模型控制方程為：

洱海二維模型包括整個洱海湖區(qū)，模擬范圍為東西向20km，南北向40km。模型計算網(wǎng)格距為400m，計算單元數(shù)東西方向50個，南北方向100個。

金沙江引水水質(zhì)采用多年月平均值，洱海初始濃度場為現(xiàn)狀實測水質(zhì)，采用洱海典型風(fēng)場西南風(fēng)4.1m/s為風(fēng)場條件。經(jīng)預(yù)測，洱海2040年在平水年情況下，不利用洱海調(diào)蓄和利用洱海調(diào)蓄兩種方案下的洱海TP水質(zhì)濃度場，見圖3。如圖所示，由于兩種方案滇中引水出入湖流量有差異，所以各方案濃度場分布上略有不同，但是差異不大，全湖平均濃度相近。圖示洱海濃度場基本呈現(xiàn)北部湖區(qū)水質(zhì)濃度較高，南部湖區(qū)濃度次之，而湖心區(qū)水質(zhì)濃度最低的分布狀況，洱海水質(zhì)這種北高南低的分布狀況與洱海污染物的入湖空間分布主要集中在北部河流有直接關(guān)系。

圖3 洱海模型計算區(qū)域及計算網(wǎng)格

3.3 利用洱海調(diào)蓄的水質(zhì)變化影響

根據(jù)洱海采用平面二維湖泊非恒定數(shù)值模型的計算結(jié)果，規(guī)劃水平年2040年，若有效執(zhí)行洱海水污染防治對策措施提出的污染源削減方案，利用與不利用洱海調(diào)蓄的洱海豐、平、枯水年水質(zhì)濃度預(yù)測值見表2。從表中可以看出，不利用洱海調(diào)蓄方案下2040年洱海TN、TP、CODMn濃度都達(dá)到地表水II類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。利用洱海調(diào)蓄方案下，2040洱海TN、CODMn濃度可達(dá)到II類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但TP三個典型年份均超過Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)為Ⅲ類水質(zhì)。利用較不利用洱海調(diào)蓄方案的洱海TN、TP濃度有所升高， CODMn濃度有所降低。

圖4 不利用與利用洱海調(diào)蓄方案的洱海TP預(yù)測濃度場

表2 利用與不利用洱海調(diào)蓄的各典型年洱海水質(zhì)濃度

因此，利用洱海調(diào)蓄將會使洱海水質(zhì)惡化，導(dǎo)致洱海水質(zhì)綜合類別從II類降低為III類，洱海水質(zhì)將出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。另外，由于TP、TN作為富營養(yǎng)化重要指標(biāo)，從營養(yǎng)鹽水平看，在洱海水溫、流速出現(xiàn)不利情況下局部區(qū)域可能會存在富營養(yǎng)化趨勢。

4 利用洱海調(diào)蓄的水生生態(tài)影響

4.1 對水生生物的影響研究

從金沙江引水進(jìn)入瀾滄江的洱海，同時也把不同水系的浮游植物引入洱海，引起浮游植物群落結(jié)構(gòu)的改變，存在外來物種入侵的風(fēng)險。同時，水營養(yǎng)程度增加，浮游植物迅速生長和局部堆積將影響其它生物類群。

從金沙江引水進(jìn)入洱海調(diào)蓄，將導(dǎo)致入洱?？谠械撵o水湖泊生境變?yōu)榱魉常，F(xiàn)有底棲動物的種群結(jié)構(gòu)將會發(fā)生改變，適合于湖泊靜水的種類減少，河流種類可能增加。水生植物生長受到影響后，將抑制底棲動物所需的食物和棲息環(huán)境，底棲動物的生物量也將受到抑制和影響。同時，引水進(jìn)入洱海，也會加快外來種金蘋果螺的分布區(qū)域以及擴(kuò)大釘螺的孳生范圍，加快血吸蟲的變異，使血吸蟲感染目前有螺無病區(qū)的釘螺，擴(kuò)大血吸蟲的分布區(qū)，加大疫情。

4.2 對魚類的影響研究

從金沙江引水進(jìn)入洱海后，將會改變洱海魚類種類組成，降低物種多樣性，為適應(yīng)緩流生活和一些外來魚類的入侵提供條件。浮游植物組成改變，浮游動物趨向小型化，對中上層濾食性魚類的生長有利。水生植物和大型底棲動物的減少，對草食性以及以底棲、軟體動物為食的中下層魚類、底層魚類不利；由于物種隔離機(jī)制不健全，生活在金沙江水系的短須裂腹魚、長絲裂腹魚、四川裂腹魚進(jìn)入洱海之后，可能會與洱海的大理裂腹魚、云南裂腹魚等近緣種雜交；金沙江的鯉魚進(jìn)入洱海之后會與洱海記錄有的洱海鯉、大理鯉等土著鯉魚發(fā)生雜交。金沙江的種類與洱海土著種雜交之后，洱海土著魚類種質(zhì)資源下降，將會降低洱海地區(qū)土著魚類的物種多樣性和遺傳多樣性，不利于洱海土著魚類的生存。

其次，洱海中的16種外來物種[3]特別是太湖新銀魚很可能經(jīng)調(diào)蓄后出水至輸水總干渠，進(jìn)入下游的金沙江、元江、南盤江水系，特別是沿線的16座充蓄水庫。目前充蓄水庫基本以鯉魚、草魚、鳙魚等經(jīng)濟(jì)魚類為主，如果洱海作為調(diào)蓄水體，很可能導(dǎo)致充蓄水庫存在被外來物種入侵的風(fēng)險。

綜上所述，金沙江引水進(jìn)入洱海和洱海進(jìn)入充蓄水庫均存在著較大的水生入侵風(fēng)險，從維護(hù)洱海水生生態(tài)系統(tǒng)的功能和穩(wěn)定，保護(hù)充蓄水庫水生生態(tài)出發(fā)，滇中引水工程不宜引水進(jìn)入洱海調(diào)蓄。

5 利用洱海調(diào)蓄的環(huán)境敏感區(qū)影響

利用洱海調(diào)蓄方案涉及的環(huán)境敏感區(qū)主要有大理蒼山洱海國家級自然保護(hù)區(qū)。大理蒼山洱海國家級自然保護(hù)區(qū)由蒼山保護(hù)區(qū)和洱海保護(hù)區(qū)組成，總面積797km2，其中，核心區(qū)、緩沖區(qū)、實驗區(qū)分別占比為21.3%、41.8%、36.9%。該保護(hù)區(qū)的主要保護(hù)對象為高原淡水湖泊水體濕地生態(tài)系統(tǒng)、第四紀(jì)冰川遺跡高原淡水湖泊、以大理裂腹魚為主要成分的特色魚類區(qū)系[4]。

利用洱海方案進(jìn)水口、出水口工程均位于該自然保護(hù)區(qū)的實驗區(qū)，工程建設(shè)前需按照自然保護(hù)區(qū)的管理要求，分析論證工程建設(shè)對保護(hù)區(qū)生物多樣性的影響，并履行相關(guān)審批程序。利用洱海方案運行后，洱海水位、水質(zhì)等水文水環(huán)境條件均會發(fā)生改變。同時如果水源區(qū)魚類隨著水流進(jìn)入洱海，很可能在洱海存活并建立種群，特別是裂腹魚類和高原鰍類，給洱海的魚類種群結(jié)構(gòu)造成巨大的影響。因此，將直接影響到保護(hù)區(qū)的主要保護(hù)對象大理裂腹魚的棲息生境。從維護(hù)自然保護(hù)區(qū)的功能和完整性角度考慮，滇中引水工程不宜引水進(jìn)入洱海。

圖5 利用洱海方案與自然保護(hù)區(qū)的關(guān)系

6 結(jié)語

本文根據(jù)洱海調(diào)蓄方案，研究利用較不利用洱海調(diào)蓄可能導(dǎo)致的水環(huán)境、水生態(tài)和環(huán)境敏感區(qū)影響問題，充分論證利用洱海調(diào)蓄的環(huán)境可行性。通過研究發(fā)現(xiàn)：利用較不利用洱海方案的輸水干渠長度投資有所降低，并可少引金沙江水量4.35億m3。但是，利用洱海調(diào)蓄后，經(jīng)采用二維水質(zhì)模型計算的洱海預(yù)測年2040年在豐、平、枯水文年下TN、CODMn濃度可達(dá)到II類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但TP三個典型年均超標(biāo)至Ⅲ類水質(zhì)，即利用較不利用洱海調(diào)蓄方案對TP的影響較大，會造成洱海的TP濃度升高，從Ⅱ類惡化為Ⅲ類，致使洱海水質(zhì)治理目標(biāo)難以實現(xiàn)；利用洱海調(diào)蓄后金沙江魚類特別是裂腹魚類和高原鰍類隨著水流進(jìn)入瀾滄江水系的洱海，會帶來跨流域生物交互影響和生物入侵問題，并可導(dǎo)致受退水區(qū)特別是充蓄水庫被大量外來水生物種侵占的風(fēng)險。會帶來釘螺隨總干渠遠(yuǎn)距離遷移和大面積擴(kuò)散，導(dǎo)致血吸蟲病蔓延的潛在風(fēng)險；工程方案實施涉及大理蒼山洱海國家級自然保護(hù)區(qū)的實驗區(qū)，對保護(hù)區(qū)主要保護(hù)對象存在不利影響。因此，從環(huán)境保護(hù)角度，不推薦利用洱海進(jìn)行調(diào)蓄的方案。