易 達(dá)，甘 淑，王 策，吳 陽

(昆明理工大學(xué) 國土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650000)

滇中星云湖流域水生態(tài)環(huán)境健康評估指標(biāo)體系應(yīng)用研究

易 達(dá)，甘 淑*，王 策，吳 陽

(昆明理工大學(xué) 國土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650000)

為了建立高原湖泊相對基準(zhǔn)點和評估準(zhǔn)則體系，對在自然力和人類活動雙重作用下湖泊生態(tài)系統(tǒng)狀況進(jìn)行評估，并通過管理促進(jìn)其向良性方向發(fā)展。根據(jù)滇中高原湖泊特點，針對導(dǎo)致湖泊污染的因子，結(jié)合RS與GIS，制定了評估體系。該評估體系由準(zhǔn)則層、指標(biāo)層構(gòu)成。評價結(jié)果顯示，星云湖處于亞健康狀態(tài)，該評價結(jié)果與星云湖的實際調(diào)查情況相符合。該評價方法可靠性、可行性較強(qiáng)，可為其他高原湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康評價提供一定的參考。

星云湖流域； 水質(zhì)健康評估； RS； GIS

水生態(tài)環(huán)境評價是確保水質(zhì)安全、合理利用水資源的前提，具有非常重要的社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境價值[1]。為確保合理利用水源、保護(hù)水源，有必要對水質(zhì)評價進(jìn)行系統(tǒng)的研究[2]。

云南是包括長江、珠江、瀾滄江等具有重大戰(zhàn)略價值的江河流經(jīng)之地，其境內(nèi)分布的眾多高原湖泊成為影響江河湖泊水環(huán)境的關(guān)鍵區(qū)域。湖泊水質(zhì)優(yōu)劣不僅直接影響地方經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，還會對地處江河湖泊下游的水環(huán)境安全和經(jīng)濟(jì)社會安全產(chǎn)生影響[3]。在云南九大高原湖泊中，以滇池、星云湖為代表的高原湖泊成為中國湖泊受人為干擾程度最大、湖泊質(zhì)量下降最為嚴(yán)重、富營養(yǎng)化問題最突出的地區(qū)之一。因此，建立可用于推廣的高原湖泊水質(zhì)評價方法和體系勢在必行。

1 研究區(qū)概況

星云湖是云南省的九大高原湖泊之一，為半封閉高原斷陷型淺水湖，屬于珠江流域南盤江水系的源頭湖泊。位于云南省玉溪市江川縣境內(nèi)，地理坐標(biāo)為102°45′～102°48′E，24°17′～24°23′N。星云湖流域也是云南省開發(fā)較早、利用強(qiáng)度較大、聚落較為密集的關(guān)鍵地段。其生態(tài)交錯，生態(tài)環(huán)境較為脆弱，經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展水平較高，人為活動對湖泊的影響程度大。1)由于星云湖屬珠江流域南盤江水系的源頭湖泊，其流域匯水面積小，源近流短，來水量小。2)星云湖生態(tài)系統(tǒng)脆弱。星云湖換水周期為3.2 a，出流改道工程實施后星云湖換水周期變?yōu)?.4 a，減少24.4%；在星云湖水面下降后，出流改道工程停止。3)星云湖水質(zhì)對周邊環(huán)境變化較為敏感。星云湖屬改造湖泊，湖水完全依靠集水區(qū)的降雨補(bǔ)充，其地處低緯度高原，5—10月的雨季降水量占全年降水量的80%，水位隨季節(jié)變化較大。且星云湖出流水系主要為出流改道隧洞，出水量小，營養(yǎng)鹽容易積聚。4)星云湖受地球化學(xué)因素的深刻影響，地處富磷區(qū)域，富磷區(qū)攜帶入湖的磷污染負(fù)荷數(shù)量大。

與此同時，由于高原湖泊特殊的形成原因以及封閉的流域環(huán)境，使得星云湖存在幾點先天不足：湖泊老化程度高，流域先天缺水，湖水換水周期長。除此之外，還有后天的人為擾動破壞活動：星云湖處城市下游，上游來水量少質(zhì)劣，生態(tài)破壞嚴(yán)重，經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，長期超載運行。

2 研究方法與指標(biāo)體系構(gòu)建

對于具體評估對象的湖泊而言，由于不同湖泊所在的地理位置、自然條件、開發(fā)利用狀況不同，水質(zhì)健康評價標(biāo)準(zhǔn)要相應(yīng)地進(jìn)行調(diào)整。目前，國內(nèi)有關(guān)河湖空間區(qū)劃的方法眾多，不同方法的劃分要求與劃分結(jié)果不同，其適用的狀況也有所不同[4]。鑒于高原湖泊的特殊性、復(fù)雜性，星云湖水質(zhì)健康評估指標(biāo)體系應(yīng)充分考慮該地區(qū)的實際特點，緊密結(jié)合星云湖流域的經(jīng)濟(jì)社會背景，針對星云湖流域所承擔(dān)的功能定位，協(xié)調(diào)星云湖流域自然生態(tài)功能與社會服務(wù)功能的均衡發(fā)揮，強(qiáng)調(diào)評估指標(biāo)體系的可操作性、指導(dǎo)性、動態(tài)性與適應(yīng)性，服務(wù)于高原湖泊的開發(fā)與保護(hù)實踐[5]。

2.1 評估方法的選擇

2.1.1 評估空間尺度

將星云湖水質(zhì)評估范圍分為3個空間尺度：星云湖湖體，星云湖湖濱帶，星云湖流域。

2.1.2 全國河湖健康評估指標(biāo)體系

全國重要河湖健康評估采用目標(biāo)層—準(zhǔn)則層—指標(biāo)層3級體系構(gòu)建的湖泊健康評估體系，由于本文只涉及水質(zhì)健康評估，故本文只用準(zhǔn)則層—指標(biāo)層2級體系，如表1所示。

準(zhǔn)則層。準(zhǔn)則層從不同側(cè)面反映湖濱帶生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的屬性和水平，是確定主要影響因子范圍的關(guān)鍵構(gòu)建層。水質(zhì)狀況評估準(zhǔn)則層包含了溶解氧水質(zhì)狀況DO、耗氧有機(jī)污染狀況OCP、富營養(yǎng)狀況EU等3方面的指標(biāo)[6-7]。同時，針對高原湖泊的特點，嘗試加入云南星云湖的高原山地流域特色，在準(zhǔn)則層下補(bǔ)充了土地利用人為擾動指標(biāo)，表示為人類活動區(qū)域面積(包括農(nóng)用地、建設(shè)用地)與總土地面積的比值。

指標(biāo)層。指標(biāo)層是在準(zhǔn)則層下選擇若干指標(biāo)所組成。依據(jù)目的性、綜合性、主導(dǎo)因子以及可操作性4項原則，選擇能反映湖濱帶生態(tài)變化趨勢，涵蓋全面且無重復(fù)、有主導(dǎo)性、可搜集和可統(tǒng)計的指標(biāo)[8-9]。按照準(zhǔn)則層設(shè)定的4個方面，分別確定其包含的指標(biāo)，共計11個指標(biāo)，如表1所示。

2.1.3 水質(zhì)準(zhǔn)則層賦分

全國河湖健康評價水質(zhì)指標(biāo)中的水質(zhì)準(zhǔn)則層包括3個指標(biāo)，為真實反映水質(zhì)健康狀況，以3個指標(biāo)的最小分值作為水質(zhì)準(zhǔn)則層賦分[10]。

WQr=Min (DOr，OCPr，EUr)。

式中，WQr為水質(zhì)準(zhǔn)則層賦分，DOr為溶解氧狀況指標(biāo)賦分，OCPr為耗氧有機(jī)污染狀況指標(biāo)賦分，EUr為營養(yǎng)狀況指標(biāo)賦分。

在全國河湖健康評價水質(zhì)指標(biāo)的基礎(chǔ)上增加了自選指標(biāo)，但不參與以上最小分值計算，而是分別取權(quán)重計算。取全國河湖健康評價水質(zhì)相關(guān)指標(biāo)權(quán)重為0.4，流域自選指標(biāo)分別取權(quán)重為0.6。

2.2 評估過程

2.2.1 全國河湖健康評價體系評估

根據(jù)全國河湖健康評價體系中的評分標(biāo)準(zhǔn)對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行賦分，之后通過對水質(zhì)準(zhǔn)則層下的3個指標(biāo)進(jìn)行年平均處理，并根據(jù)上述賦分WQr公式要求，得到星云湖水質(zhì)準(zhǔn)則層的年平均得分，即溶解氧狀況(DO)98.3分，耗氧有機(jī)物(OCP)39.2分，富營養(yǎng)狀況(EU)80.0分。

2.2.2 流域自選指標(biāo)體系評估

利用面向?qū)ο蠓椒ǎ瑢α饔蛴跋襁M(jìn)行土地利用分類，分類結(jié)果如圖1所示。根據(jù)土地利用現(xiàn)狀進(jìn)行專題分類信息提取，結(jié)果表明，2014年星云湖流域內(nèi)耕地(包括旱地及水田)面積占總流域面積(371.7 km2)的26.30%，建設(shè)用地面積占總流域面積的6.30%。對星云湖流域的地表覆蓋狀況進(jìn)行人為擾動地類處理后，得到評估年星云湖流域土地利用的人為擾動系數(shù)為32.53。

圖1 2014年星云湖湖濱帶土地利用的分類

3 水質(zhì)調(diào)查評估結(jié)果

3.1 全國河湖健康評價體系

通過對水質(zhì)準(zhǔn)則層下的3個指標(biāo)進(jìn)行年平均處理，并根據(jù)上述賦分公式要求，可處理得到星云湖水質(zhì)準(zhǔn)則層得分為39.2分。對該準(zhǔn)則層下3個指標(biāo)對評估結(jié)果的影響作用進(jìn)行分析得出，耗氧有機(jī)污染物指標(biāo)分值最低，因此，對于星云湖而言，影響湖泊水質(zhì)狀況得分低的根本原因是耗氧有機(jī)污染物指標(biāo)嚴(yán)重不達(dá)標(biāo)所致。

3.2 流域自選指標(biāo)

通過以上評估過程，得到評估年星云湖流域土地利用的人為擾動系數(shù)為32.53。滇中高原面上的人為擾動系數(shù)平均值大致為30，由此可知，星云湖流域的土地利用人為擾動狀態(tài)高出2.53個百分點，說明星云湖流域的人為擾動影響相對較為劇烈。結(jié)合專家評估意見，流域自選指標(biāo)得到最終的評分為80分。

根據(jù)本文評價指標(biāo)體系，依據(jù)方法中關(guān)于全國河湖健康評價指標(biāo)與自選指標(biāo)的權(quán)重計算，流域自選指標(biāo)的最終得分為63.70分。

4 分析及對策

當(dāng)不考慮與兼顧考慮流域自選指標(biāo)條件下，評估得出星云湖水質(zhì)健康狀況分別為39.20分與63.70分，表明在2014年，星云湖的水質(zhì)健康狀況總體均處于不健康或亞健康水平。本方法的計算結(jié)果與星云湖實際調(diào)查情況相符合，即星云湖水質(zhì)狀況處于較為中度偏低的水平狀態(tài)。

4.1 水質(zhì)問題分析

根據(jù)星云湖流域水污染綜合防治“十二五”規(guī)劃提供的歷史數(shù)據(jù)和現(xiàn)場取樣分析，總體上導(dǎo)致湖泊水質(zhì)及水生物生態(tài)環(huán)境不健康的主要問題集中于以下方面。

流域嚴(yán)重過載。云南高原地區(qū)地形起伏較大，平坦的土地資源十分稀缺。在這種情況下，湖盆區(qū)域尤其是湖濱區(qū)自然就成為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會發(fā)展的最好土地資源，從而使臨近湖泊區(qū)域人口密集，城鎮(zhèn)化高度發(fā)展，產(chǎn)業(yè)布局高度密集，土地利用強(qiáng)度極高，污染物產(chǎn)生的負(fù)荷量愈來愈大。湖濱地帶的濕地被用做農(nóng)用地，湖泊對補(bǔ)充水源的過濾、沉淀、解讀作用喪失，釀成惡性循環(huán)。

極度超容。星云湖流域產(chǎn)生的污染物遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了湖泊生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境承載力。在20世紀(jì)80年代，星云湖富營養(yǎng)化指數(shù)(TLIc)為42.6，尚處于中營養(yǎng)狀態(tài)；1982—1995年，仍處于中營養(yǎng)狀態(tài)；90年代末期TLIc超過50，進(jìn)入富營養(yǎng)化狀態(tài)；之后，TLIc值急劇上升，由2000年的輕度富營養(yǎng)發(fā)展到2003年的中度富營養(yǎng)，2010年星云湖TLIc為66.37，水體為中度富營養(yǎng)狀態(tài)(圖2)。

圖2 星云湖近30 a富營養(yǎng)化發(fā)展趨勢

高度缺水。星云湖的水資源利用強(qiáng)度較高，入湖河流幾乎沒有自然水流補(bǔ)充進(jìn)入。入湖河流在從周邊山地注入湖泊之前，大部分被水庫和壩塘截留，通過管道和水渠輸入城鎮(zhèn)、工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活，湖泊生態(tài)用水被擠占。

高度污染。星云湖入湖污染物主要超標(biāo)因子為總氮(TN)、總磷(TP)和生化需氧量(COD)?？偟牒廴局饕暙I(xiàn)來自農(nóng)田徑流、畜禽糞便、農(nóng)村生活污染，占污染物的78.94%；總磷入湖污染主要貢獻(xiàn)源來自畜禽糞便污染、磷礦污染、農(nóng)田徑流污染，占污染物的14.23%；生化需氧量入湖污染主要貢獻(xiàn)源來自畜禽糞便污染、農(nóng)田徑流污染、農(nóng)村生活污染，占污染物的3.04%。

4.2 湖濱帶問題及應(yīng)對方法

在湖泊水環(huán)境保護(hù)時，湖泊是保護(hù)的主體[11]。湖泊維持生存和維持的支撐條件是流域內(nèi)的陸地生態(tài)系統(tǒng)，只有當(dāng)陸地生態(tài)系統(tǒng)健康時，湖泊生存的條件才能得到保障，湖泊自身水生態(tài)系統(tǒng)好轉(zhuǎn)的成果才能得到鞏固[12-14]。根據(jù)以上水生態(tài)環(huán)境評價的結(jié)果可以看出，耗氧有機(jī)污染是湖泊污染的最主要的原因，而湖濱帶的生活和工業(yè)不合理發(fā)展是耗氧有機(jī)物增多的主要原因[15]。因此，有效治理星云湖水污染狀況應(yīng)當(dāng)從改善星云湖流域湖濱帶做起，利用環(huán)湖溝渠和植物，將湖濱帶與湖體做進(jìn)一步隔離，抑制星云湖外源污染。然后，逐步用生物手段治理星云湖內(nèi)源污染，達(dá)到改善水質(zhì)的目的。

5 小結(jié)

綜合評價結(jié)果表示，采用全國河湖健康評估指標(biāo)體系，結(jié)合流域狀況的自選指標(biāo)對星云湖進(jìn)行水質(zhì)健康評價，評價結(jié)果可信。需要注意的是，不同湖泊所在流域狀況不同，流域自選指標(biāo)還有待進(jìn)一步商榷。

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(責(zé)任編輯：侯春曉)

2017-01-13

國家自然科學(xué)基金項目(41261092，41561083)；云南省自然科學(xué)基金重點項目(2015FA016)

易 達(dá)(1991—)，男，江西萍鄉(xiāng)人，碩士研究生，研究方向為測繪、遙感，E-mail: 742606190@qq.com。

甘 淑(1964—)，女，教授，博士，從事遙感技術(shù)應(yīng)用與國土資源管理研究工作，E-mail: N1480@qq.com。

10.16178/j.issn.0528-9017.20170431

X824

A

0528-9017(2017)04-0644-04

文獻(xiàn)著錄格式：易達(dá)，甘淑，王策，等. 滇中星云湖流域水生態(tài)環(huán)境健康評估指標(biāo)體系應(yīng)用研究[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，58(4)：644-647.