第21卷第5期
2002年9月地 理 科 学 进 展PROGRESSINGEOGRAPHYVol.21,No.5Sep.,2002 文章编号:100726301(2002)0520500207
滇池水体富营养化特征分析
,100871)
:20云南滇池水体富营养化问题日益严重,已成为制约滇池流域
。本文以叶绿素a(Chla)、TP、TN、CODMn和透明度(SD)等表
,综合评价和分析了滇池水体富营养化变化特征及其成
因。在此基础上,总结了过去滇池水体富营养化的防止措施,指出偏重外源控制、防护林
体系不完善、底泥清除技术不合理是阻碍解决滇池富营养化的主要问题。针对这些问题,
建议将恢复湖泊生态系统、控制内外污染源以及强化流域环境管理作为新的控制对策。
关 键 词:滇池;富营养化;控制对策
中图分类号:X821 文献标识码:A
滇池位于云贵高原中部,水面面积30613km2,湖容量为1517
×108m3,是昆明市人民生产生活用水的主要水源(见图1)。20世
纪70年代以来,随着城市和工业生产的迅速发展,滇池污染问题
日益加重,已严重威胁着流域内人们的健康和社会经济的发展。近
年来,在国内外有关部门的高度重视下,滇池的污染状况已经有了
较大的改善,但是水体的富营养化问题并未得到有效的解决,已成
为困扰政府与专家的主要难题。
1 富营养化特征与评价
从现场观察来看,滇池水体的富营养化现象十分严重。草海呈
现黄绿色,外海呈现褐绿色,水体透明度均小于1m。每年4～11
月水华频繁爆发,外草海南部、海埂、灰湾断面常有大面积水华形
成,严重破坏了滇池水体的景观和使用功能。
据监测,目前表征滇池富营养化指标的TN、TP浓度已经分
别高达8127mg 0159mg L、L(草海)、2113mg L和0133mg L图1 滇池流域示意图Fig11 DigramofLakeDianchiBasin 收稿日期:2002204;修订日期:2002207
基金项目:国家计划委员会项目支持
作者简介:郭怀成(19532),男,北京人,现为北京大学环境科学院教授,博士生导师。主要从事水
污染控制、水资源规划与管理及流域环境管理与决策方面的教学科研工作。承担科研课题
20余项,获国家或省部级科技进步奖6项,发表学术论文50余篇。
5期 郭怀成等:滇池水体富营养化特征分析及控制对策探讨501(外海),急需对其进行富营养化状态评价[1]。水体的富营养化现象主要是由于氮磷等营养物质的含量超过一定的限值,引起藻类异常增殖所致。在实际工作中,叶绿素a(Chla)是反映藻类数量多少的综合指标,因此常常作为评价水体富营养化状况的主导因子。但由于滇池的富营养化过程非常复杂,叶绿素a的变化又常常与TP、TN、CODMn(SD)等污染指标存在着密切关联,能准确地反映滇池的富营养化现状。本文以上述5,海和外海1988、1992、1996[2]均值,根据系统的富营养化分级指标[3],、各监测点的营养类型综合评价结果(见表1)evaluationfornutritionallevelofTheLakeDianchi监测点
Chla[1**********]6草海中心75
76
96
86
79
8214外海中心[1**********]818草海中心[1**********]218外海中心[1**********]114草海中心[1**********]410外海中心[1**********]310评价因子评分平均得分
营养程度SDTNTPCODMn异常富营养重富营养异常富营养重富营养异常富营养重富营养
从评分结果来看,自1988年以来,滇池外海和草海5种因子的平均营养评分都在不断上升,截止到1996年,草海的营养评分上升了116分,外海的评分上升了412分,这说明已采用的措施并没能有效地降低滇池的富营养化程度。
2 富营养化成因分析
211 良好的自然气候是产生滇池水体富营养化的必要条件
滇池地处亚热带季风气候区,属冬暖夏凉性气候,这种气候特点正适合滇池水华的主要成分——微囊藻的大量繁殖,5～9月由于气温相对较高,气温变化范围正好落在最适宜微囊藻生长的温度区内,因此这段时间也是滇池水华最常暴发的时间段。
滇池湖面海拔高达188715m,年平均日照达到248112h,光照时间和强度均远高于平原地区,这种充足的光照条件为微囊藻的快速繁殖提供了有利条件[2]。
风是限制水华爆发的有利因素。滇池流域的大风期基本集中在冬春季节,而夏秋季节由于受暖湿气流控制,风力相对较小。在草海和外海靠近西山附近的西南部,因受高大山脉阻隔,风速多在315m s以下,故夏秋季节这些地区常常出现大面积水华。
注入滇池的河流有20余条,但出水口却仅有草海的西园隧道和外海的海口中滩闸。这种封闭性对解决滇池的富营养化问题也极为不利,入湖营养物质常在未输出之前就沉积于湖底,增加了湖区内源污染物量。
502地 理 科 学 进 展 21卷212 营养物质的大量输入是导致滇池水体富营养化的根本原因
滇池的营养物质主要来自三个方面:
21211 点源滇池流域的工矿企业约有250余家,人口共计203万,活污水可达到5017×104m3。1999年以来,流域内点源COD,但TN、TP的削减量却并没有达到预期的效果,TPMn浓度甚至还有所上升。
21212 面源
近年来,丰水年以面源形式入湖的TP、TN([]表2 各年型点、面源污染负荷比较
Tab12 Comparisonwithnon-pointpollutionalloadindifferentyears
年 份
1988 枯
1993 平
1994 丰
1995 枯TNTPCOD点源[**************]1面源[**************]9点源[**************]2面源[**************]8点源[**************]8面源[**************]
滇池流域的面源污染物主要来自于水土流失、降水降尘、径流污染和农业面源,其中由径流污染和农业面源形成的入湖氮磷污染物可达到氮磷面源污染物总量的70%以上。21213 内源
从滇池整体来看,磷是滇池最主要的内源释放营养物。据测定,每年入湖磷营养盐约有70%沉入湖底,草海由于接纳大量的城市污水,底泥中磷的含量较高,基本处在1～2×10-3mg g之间,外海南部由于受磷矿区的影响,底泥中磷的含量为全湖最高水平,在115
[4]～310×10-3mg g之间,个别监测点由于受点源影响,磷含量甚至更高。
213 城市二级污水处理技术不能从根本上减轻水体富营养化状态
湖泊富营养化的演变过程可分为3个阶段:第一阶段,初期有机污染。大量工业废水和生活污水未经处理入湖后,会导致湖内化学需氧量急剧增高,湖水呈厌氧状态,进而水生生物大量死亡,湖体原有的自净机制被破坏。第二阶段,早期富营养化。湖内的有机污染物直接作为有机碳源,被藻类吸收后大面积繁殖,形成局部地区的水华现象。第三阶段,深度富营养化。当采用城市二级处理技术解决前两个阶段遇到的污染问题时,由于缺少对氮磷的必要处理,常常会加快湖泊的富营养化进程。当污水进入湖区后,水中有机氮磷先要转化为无机氮磷才能进入合成藻类的阶段,但二级处理技术却使氮磷在入湖前就已经呈现无机状态,使得原本缓慢的转化过程几乎完全消失,无机氮磷可以迅速为藻类生长提供营养物,形成大范围的水华现象。
从湖泊水体的污染特征来看,目前滇池的富营养化正处在深度富营养化阶段。随着流域内二级污水处理工程规模的扩大,滇池水体污染的类型亦发生了转变,即由有机污染型向植物营养型转变,这种转变大大加快了其富营养化的进程。
5期 郭怀成等:滇池水体富营养化特征分析及控制对策探讨5033 富营养化的防治措施
目前对滇池富营养化问题采取的整治措施可概括如下:
311 针对点源污染实施城市截污和集中式污水处理工程
1999年5月,,249家实现了达标任务,未能达标的4,Mn、TN、叶绿素a分别比1998年同期下降了1011%[1]COD12931t、TN738t、TPt79%、79%、90%。
。截至2000年底,已建成了4座污水处理厂36104t,城市污水处理率达到60%以上,如计划中的另5座,那么每日可再增加22万t的处理量,处理率可达80%以上,届时,CODcr23753t、TN3091t、TP298t[5]。
312 针对面源污染实施防护林带建设与农业面源控制工程
针对面源污染进行的防护林带建设工程包括柴河-大河防护林工程、滇池南岸磷矿区防护林工程、面山防护林工程以及松花坝防护林建设工程等。其中工程造林为430km2,封山育林320km2,退耕还林27km2,四旁种树3800余万棵,整个流域的森林覆盖率由1987年的1515%上升至1999年的3219%,松花坝水源保护地的森林覆盖率达到了50%以上[1]。针对农村面源问题,实施了湖滨农村面源污染控制示范工程,选取斗南、乌龙、小河、渠东里等六个示范点进行面源控制计划,总面积达到21km2。
313 针对内源污染实施底泥疏浚工程
1998年1月到1999年4月,云南省完成了滇池草海的一期疏浚工程。该工程共涉及草海水域面积2188km2,疏挖底泥量达29711×104m3,清除TN20000t,TP达1700t。工程内容包括底泥疏浚、围场围埝建造、堆场外泄余水处置以及堆场内植草工程。工程实施后,疏挖区的草海水质有了明显的改善,尤其是TP,削减率高达6417%[6]。
4 存在问题诊断
411 偏重外源控制,忽视对湖泊自净能力的加强
目前滇池富营养化的治理重点主要集中在点源上,但却较少采取措施加强湖泊本身的自净能力。以城市二级生物处理技术为主点源治理措施并不能根除氮磷对滇池水体富营养化的危害,彻底去除氮磷主要有深度处理脱磷脱氮和生态工程脱氮脱磷两种技术。有研究显示,深度处理技术对藻类的削减量约是二级生物处理技术的2倍,但要求的成本却几乎是二级处理的115倍。而生态工程去除氮磷其成本却不足二级处理的50%,达到的效果可与深度处理相近[7]。因此,生态恢复工程是目前解决滇池富营养化最科学、最经济的方法。412 湖滨防护林体系建设仍不完善,农业示范工程未能全方位展开
目前虽然加强了植树造林工作,但是仍然有许多湖滨地区的台地和低矮丘陵的裸露土壤未得到覆盖,另外,寻找最佳防止面源污染树种的工作也处于探索阶段,这也会阻碍防护林体系全面的建成。
504地 理 科 学 进 展 21卷现阶段,滇池流域的农业生态工程基本停留在植树种草、兴修水利、节水灌溉阶段上。按照可持续发展的思想,农业生态工程应向纵深发展,新能源的开发利用、生物肥料与生物农药的开发推广、农村废弃物的循环使用以及农业产业结构的调整等措施都可以作为控制农业面源污染的间接手段。
413 未能找到合适的处理底泥技术,,,展开。解决底泥污染问题有两个途径:利用水生植物来吸收底泥中的营养物质;,降低泥沙、营养盐的沉积率,5,提出以下内容作为防治滇池水体富营养化的主要措施,即恢复湖体生态系统为主,控制外源与内源污染为辅,完善流域环境管理为保证,建立滇池富营养化的综合防治体系。
511 湖体生态恢复工程
51111 恢复外海湿地生态系统,加强湖体的自净能力
由于历史原因,滇池沿湖堆砌了一道长约160km的防浪堤,堤后湖滨湿地现已变为农田或村庄。防浪堤切断了滇池与陆地的天然联系,使湖泊生态系统的完整性遭到破坏。
湖泊湿地对抑制富营养化有很大的贡献。一方面,湿地中的基质可通过吸收、吸附、过滤、离子交换、络合等物理化学途径去除污水中的营养物;另一方面,湿地的水生植物也可以吸收水中的营养物质,其根区还可为微生物降解营养物质提供良好条件。正常运行条件下,湿地对面源主要污染物的去除效果大致为TN60%、TP50%、CODCr20%[8]。51112 在草海适量种植凤眼莲,削减草海营养物的高负荷
草海是滇池目前富营养化最严重的区域。过去,为了保证海梗公园的优美景观,凤眼莲一直被看作草海中的有害植物遭到抑制,事实上这是相当不明智的举措。凤眼莲是一种高效吸收无机氮磷的植物,在最适宜的生长条件下,平均每平方公里凤眼莲每年可去除氮3200t,去除磷1240t,如果在草海中保留一定量的凤眼莲,那么会对水体中氮磷的削减有很大帮助[9]。种植凤眼莲需要适时对其进行收割,否则凤眼莲腐烂释放出的营养物依然会留在湖水中造成二次污染。
51113 培植水生植物群落,利用水生植物净化水体
水生植物群落对维持湖体的水质功能具有举足轻重作用。在过去50年中,滇池的水生植物大部分都遭到了严重的破坏,目前仅剩下12科20种植物零星存在[4]。从滇池目前的情况来看,依靠自然恢复过去原有的植物群落不太可能,可考虑采用人工培植技术恢复部分水生植物群落。断片繁殖、根状茎繁殖、石芽繁殖以及营养膜繁殖技术是目前常用的人工繁育方式,它们主要是通过水生植物对营养物质的吸收、植物叶冠遮光以及根区分泌物质杀伤藻类等途径,来控制藻类的快速繁殖,进而达到治理水体富营养化的目的。
512 外源与内源污染控制
51211 继续完善湖滨防护林体系,着重控制农村面源污染
5期 郭怀成等:滇池水体富营养化特征分析及控制对策探讨505
在保护好现有的林木资源基础上,应继续提高流域内荒山植被覆盖率和林地生产率,要针对区域的特点选取适宜的防护林树种。环湖区防护林主要作用为美化环境,故应选择耐湿且姿态优美的树种,山地区防护林主要作用为防止土壤流失,故应将保水效果好的常绿阔叶林和针叶林树种作为首选。
控制农业面源污染应作为今后流域内面源治理的主要任务。,措施,降低化肥的使用量,;,实施农村固体废弃物处理工程,、沼水、沼渣资源,,积极引进高科技成果,达到间接降低营养物入湖负荷的目的。
51212,通过水体交换减轻内源污染
,这种情况下,引水入滇不失。目前,滇池已有70%以上的水体达到了重度富营养化,引水入滇可以加大滇池水体的交换量,提高湖水流速,增加水力的冲刷率,便于湖水中营养物质的输出。从国内一些湖泊的引水经验来看,从外流域引水对降低湖泊的富营养化水平有较好的效果,但在实际操作过程中要注意合理控制水位,防止破坏湖内挺水植物和湖滨草本植物的生长繁殖。
513 加强流域内环境管理
51311 开展宣传教育,提高全民的环境意识
要坚持不懈地大力宣传和贯彻执行《滇池保护条例》,增强全民对滇池水体富营养化危害性的认识,特别要强化各级领导干部对保护滇池水源重要性的认识,督促其制定符合长远利益的经济与环境建设政策,确保相关的环保政策和措施得到顺利实施。
51312 完善有关富营养化的法规体系,加强执法力度
《滇池保护条例》是滇池管理法制化的依据,但其中有关富营养化的论述还不够完备。今后,除进一步完善《条例》的相关条款外,还应制定相应的行政法规和配套政策,以保证各项管理工作的顺利进行。在执行法规的过程中,要依法办事,对任意排放超标营养物质或其它污染物入滇池的单位和个人都不能姑息。
51313 协调各有关部门的行动,建立统一的滇池富营养化管理体制
组建由环保部门牵头,省长直接领导,各有关部门参加的统一管理机构。把滇池水资源保护、流域生态保护和环境保护统一起来,对滇池的发展、保护和开发活动进行综合的管理。同时,要积极实行公众参与政策,广为接纳各方群众的合理化建议和意见,确保滇池管理机制的正常运行。
51314 建立滇池富营养化信息系统,及时预测滇池的水质变化
掌握滇池气候、水文、水质以及水生生物的动态变化资料,为防治富营养化提供详尽的信息库。在此基础上,建立科学的滇池富营养化预测预报模型,借助模型提出具有实际意义的预报信息,为决策者制定正确的防治富营养化措施提供合理的方案。
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CharacteristicAnalysisandControlStrategies
fortheEutrophicatedProblemoftheLakeDianchi
GUOHuai2cheng,SUNYan2feng
(CentorofEnvironmentalSciences,PekingUniversity,Beijing 100871China)
Abstract:Sincethe1970s,theeutrophicatedproblemoftheLakeDianchi,Yunnanprovincehasbeenmoreandmoreserious,whichbecomesanimportantfactorlimitingsus2tainabledevelopmentoftheLakeDianchiBasin.Applyingnutrientindexes—chlorophyll-a(Chla),totalphosphorustal(TP),totalnitrogen(TN),chemicaloxygendemand(CODMn)andtransparency(SD)asevaluatingfactors,thispapersynthenticallyevaluated
.andanalyzedthecharactersandcausesofeutrophicatedphenomenonintheLakeDianchi
.AndsomeBasedonabovestudy,forepassedcontrolmeaturesweresummarizedindetail
mainproblemswerespeciallyputforward,whichwereparticularlybiasstressonexternalsources,incompletedefendingtreefenceandimmoderatebed2siltcleanupmeasures.Onfurtherthoughts,newcontrolstrategieswereemphasizedonresolvingtheeutrophicated
.Theycouldbeconcludedasfollows:torestoreDianchie2problemoftheLakeDianchi
cosytem,tocontrolthepollutantsfrominternalandexternalsourcesandtostrengthenen2vironmentalmanagementintheLakeDianchiBasin.
Keywords:LakeDianchi;eutrophication;controlstrategies