抚仙湖北岸生态调蓄带工程入湖污染物减排效益核算.pdf
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1、第 卷第 期 年 月中国水利水电科学研究院学报(中英文),收稿日期:基金项目:国家自然科学基金项目()作者简介:马巍(),博士,正高级工程师,主要从事水环境模拟、水生态修复与调控研究。:文章编号:()抚仙湖北岸生态调蓄带工程入湖污染物减排效益核算马巍,李必琼,杨凡,徐志雄,陈晶,罗跃辉(中国水利水电科学研究院,北京 ;云南省水利水电勘测设计院有限公司,昆明 ;云南省澄江市水利局,澄江 )摘要:抚仙湖属珠江流域西江水系的源头型深水湖泊,湖岸陡峭,岸滩不发育,湖泊生态系统十分脆弱,水质一旦被污染将很难恢复。近年来受流域内人类活动强度持续加剧与全球气候变化的双重驱动影响,抚仙湖水位持续降低、河湖水污
2、染问题日益突出,湖泊水质保护问题迫在眉睫,因此,年针对入湖污染负荷占比最大且农田面源污染问题最为突出的抚仙湖北岸片区实施了集截污、调蓄、水质净化、水资源回用、清水置换、湿地补水建设于一体的抚仙湖北岸生态调蓄带工程,并将 亩农田改建为调蓄带湿地。从实施效果来看,调蓄带工程 年期间减少的 、入湖负荷量分别为 、,调蓄带对抚仙湖北岸片区农田面源负荷削减率均超过 ;从生态调蓄带入湖污染物减排效益贡献大小来看,土地利用方式变化 湿地水质净化 湖滨湿地补水 水资源回用 清洁水资源置换;从调蓄带入湖污染物减排效益持续提升来看,水资源回用和清洁水资源替换潜力有待进一步挖掘和提升。关键词:农田面源污染;入湖污染
3、物;减排效益;生态调蓄带;抚仙湖中图分类号:文献标识码:?研究背景抚仙湖因湖水清澈见底、晶莹剔透,被古人称为“琉璃万顷”,是中国最大的深水型淡水湖泊,珠江源头第一大湖,属南盘江水系 。抚仙湖上层水质为 类,是国家一类饮用水源地,也是我国水质最好的天然湖泊之一。抚仙湖湖岸陡峭,岸滩不发育,绝大部分岸段为岩石或砾石基质,基本没有适合大型水生植物和底栖动物生存的环境条件 ,湖泊生态系统十分脆弱,水质一旦被污染将很难恢复 。然而随着流域内经济社会的迅速发展和人口的急剧增加,包括抚仙湖在内的高原湖泊流域点源和面源污染问题日益突出 ,湖泊水质保护和水污染治理力度严重滞后于流域入湖污染物增长的速度 ,年期间
4、抚仙湖水质已呈现明显的下降趋势 ,并处于临近类水质标准的上限,同时 年抚仙湖水体营养状态指数达到近年来最高(),藻华问题已在北部局部区域出现,加之高原湖泊换水周期长、水流流速十分缓慢 ,抚仙湖水质保护问题迫在眉睫 。为此,年澄江市针对入湖污染负荷占比超过 、农业农村面源污染问题十分突出的北岸片区实施了集农村分散式污水拦截、农田尾水调蓄、湿地水质净化、微污染水回用与清洁水资源置换、湿地补水和生态景观建设于一体的抚仙湖北岸生态调蓄带工程 ,将 亩农田用地建成调蓄带湿地,利用调蓄带 万的有效库容拦蓄旱季北岸污染较重的入湖沟渠污水,经由调蓄带湿地静置、水质净化后,再通过湖滨湿地净化后的入湖水体得到充分
5、改善,同时通过调蓄带内泵站系统将带内的水资源回用于汇流区的农田灌溉以减少上游水库的农灌用水,让更多的清水入湖,故抚仙湖北岸生态调蓄带工程在入湖污染物减排、清洁水资源置换和抚仙湖优质水资源节约方面具有显著的功效 。本文基于 年抚仙湖北岸生态调蓄带工程实际运行的水量与水质监测数据,并结合工程设计确定的相关参数,分析并核算生态调蓄带在截污拦沙、水质净化、水资源回用、湿地补水等方面的减排效益及其存在的问题,有针对性地提出调蓄带工程入湖污染物减排效益功能提升的对策与建议,以期为抚仙湖北岸生态调蓄带工程生态、环境与社会效益的最大化提供科学的参考依据。抚仙湖北岸生态调蓄带工程概况及系统治理思路抚仙湖地处金沙
6、江与珠江两大流域分水岭地带,属珠江流域西江水系的源头型湖泊,位于云南省玉溪市澄江、江川、华宁三县(市)间,是一个南北向的断层溶蚀湖泊,形如倒置葫芦状,两端大、中间小,北部宽而深,南部窄而浅,中呈喉扼形(见图 )。抚仙湖是我国的第二深淡水湖泊,湖面海拔高度 ,湖泊水面面积 ,湖长约 ,最宽处约 ,湖岸线总长约 ,最大水深 ,平均水深 ,湖容为 亿,占云南省九大高原湖泊蓄水量的 ,占全国淡水湖泊总储水量的 ,占全国优于类水质淡水湖泊水资源总量的 以上,被纳入全国首批 个生态环境保护试点湖泊。抚仙湖流域面积为 (不含星云湖流域),共有大小入湖河流、沟渠 条,其中非农灌退水的河道超过 余条,流域集水面
7、积大于 的入湖河流有东大河、梁王河、抚澄河、山冲河、沙亥河、洗菜沟等 条,海口河是抚仙湖历史上唯一的明河出水口,从海口村起东流约 入南盘江(其水系详见图 )。抚仙湖属降雨径流补给型湖泊,河道径流调节性能很差,多年平均入湖径流量 亿,湖面降雨 亿,地下泉水 亿,湖面蒸发量 亿,多年平均出湖量 亿,理论换水周期长达 年。受 年星云湖出流改道工程运行后星云湖水不再流入抚仙湖、流域内生产生活用水持续增加,以及自 年以来遭遇 年连续干旱和 年连续降水偏少等不利因素影响,抚仙湖流域内地表和地下径流大幅度减少,海口河已断流多年,抚仙湖水位持续下降,年湖泊水位已突破 年以来的历史最低值,湖泊水环境容量持续减少
8、,水体自净能力显著下降,使得抚仙湖上层水质由类加速向类演替,日益短缺的水资源问题已成为继抚仙湖北岸片区城镇生活点源和农业面源污染之后的新风险挑战。针对抚仙湖流域水资源短缺问题日益突出、湖泊生态系统十分脆弱且水质一旦被污染就很难恢复,以及流域点面源污染来源相对集中且多分布在抚仙湖北岸等环境问题,以入湖污染负荷占比最大、农田面源污染问题最突出的北岸片区为重点,以“水资源 水环境 水生态”三位一体综合治理为目标,系统推进抚仙湖北岸片区水资源循环高效利用、河湖水环境协同改善、湖滨带水生态系统健康发展,以垂直于北岸各入湖沟渠的生态调蓄带为纽带,并结合泵站提水设施和湿地补水系统,将抚仙湖北岸片区的农田 退
9、水沟渠 生态调蓄带 湖滨湿地 抚仙湖有机联系起来,构建一套集微污染水(农田尾水、乡村生活污水)拦截、湿地水量调蓄与水质净化、调蓄带水资源回灌农田并置换清洁水资源入湖、调蓄带水资源补给湖滨带湿地修复湖滨带生态等多功能于一体的抚仙湖北岸生态调蓄带工程,形成了集区域水资源高效集约利用、农业面源污染治理与湖滨带水生态修复于一体的综合性工程体系 ,取得了明显成效,并在杞麓湖、洱海等高原湖泊得到推广应用。抚仙湖北岸是澄江人民世代生存与发展的黄金岸段,亦是流域内入湖污染物最集中、水环境问题最为突出的区域。据相关资料统计,“十二五”期间抚仙湖北岸片区每年向抚仙湖排入 、分别为?、?、?,约占流域入湖污染物总量
10、的 、和 。年澄江市针对北岸片区实施了抚仙湖北岸生态调蓄带工程,工程涉及的入湖河流主要有山冲河、沙亥河、洗菜沟、梁王河、抚澄河、东大河等 条,径流面积 ,占流域陆地径流面积的 以上。该工程主要由分水口、生态调蓄带、泵站及进出水池、引水管道和两岸景观带组成。生态调蓄带轴线沿环湖公路北岸由西向东布置,轴线长 (位置示意见图 )。工程区范围共有 个分水口、条渠道、条农灌机沟、个联通涵和 条乡村道路,每条道路两侧的生态调蓄带均采用联通建筑物联通,生态调蓄带共分为 段布置;泵站布置在广南营和抚澄河附近,采用地面式厂房。抚仙湖北岸生态调蓄带工程生态河道容量为 万,全年设计收集农田灌溉、农村生活及城镇生活回
11、归水量为 万,其中 月至次年 月枯水期间合计回归水量 万,灌溉农田面积为 万亩,泵站装机为 ,泵站最大设计流量为?,设计供水量 万。图 抚仙湖流域水系图 数据来源和研究方法 数据来源 年抚仙湖北岸生态调蓄带工程入带的水量与水质数据主要来自澄江市河长办、玉溪市环境监测站、澄江市环境监测站,监测站点包括调蓄带内 个和入带沟渠 余条(水质监测站点位置布置示意见图 ),监测频次为 次?月,水质指标主要包括化学需氧量()、总磷()、总氮()、氨氮()等。水量数据主要来自于玉溪市水文水资源局编制的 抚仙湖水资源监测评价年报,降雨、蒸发资料主要来自于澄江市气象站数据。抚仙湖湖滨湿地进出水水质数据来自于北岸湖
12、滨湿地的实测数据,能较好地反映当前北岸湖滨湿地的运行状况及其对入湖水质的净化效果。图 抚仙湖北岸调蓄带工程及水质监测站点布置示意图 研究方法()水质指标评价法。采用最常用的单因子评价法进行抚仙湖及入湖河流、入带沟渠水质评价,即取某一评价因子的多次监测平均值,与该因子的标准值相比较,当某一项指标超过某一水质类别标准值时,就表示湖泊或入湖河流、沟渠水质已经不能完全满足该功能区的水质目标要求。()数学模型法。抚仙湖北岸生态调蓄带对入带水质净化,类似于生态型塘库系统,其污染物去除过程应遵循一级反应动力学,即:()式中:为出水中污染物浓度,?;为进水中污染物浓度,?;为水力停留时间,;为反应速率常数,?
13、。表 生态型塘库系统特征污染物降解系数 参数 降解系数 (?)(水温)(水温 )针对不同污染物,值的取值如表 所示。式()表明,进入生态调蓄带中的污染物的去除率与水力停留时间关系密切,但目前关于生态型塘库系统污染物去除反应机制仍处于探索阶段,故本文暂不细致分析水力停留时间对入带污染物去除效果的影响,大致按旱季和雨季归类分析,并按照旱季和雨季入湖与出湖水质计算的去除率参数进行入带污染物减排效益核算。抚仙湖北岸生态调蓄带工程环境效益核算抚仙湖北岸生态调蓄带工程,是集泥沙拦截、污水拦蓄、湿地水质净化、微污染水资源回用、清洁水资源置换与湖滨湿地补水等诸多功能于一体的水资源综合利用工程 ,利用生态调蓄带
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