寧夏山區(qū)梯級(jí)河庫污染水體的生態(tài)修復(fù)研究

陳世貴

摘 要：寧夏山區(qū)水庫存在大量點(diǎn)源污染、面源污染，以及內(nèi)源污染，在研究寧夏山區(qū)茹河流域、清水河流域水庫污染水體特征的基礎(chǔ)上，根據(jù)水庫協(xié)同治理、自然補(bǔ)水與人工循環(huán)相結(jié)合、污染控制與生態(tài)修復(fù)相結(jié)合等多種污水生態(tài)修復(fù)理念，研究了水庫污染水體生態(tài)修復(fù)的可行性?？紤]地域、水質(zhì)條件，結(jié)合水庫的污染程度、地質(zhì)地貌特征和水庫功能劃分等，對(duì)寧夏山區(qū)水庫污染水體進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。修復(fù)結(jié)果表明：修復(fù)前，污染水體水質(zhì)基本不變，且局部污染物濃度上升;實(shí)施生態(tài)修復(fù)后，運(yùn)行初期污染物濃度降低程度較大，修復(fù)結(jié)束后隨著運(yùn)行時(shí)間的延長，污染物濃度下降程度有所降低。

關(guān)鍵詞：寧夏山區(qū);污染水體;生態(tài)修復(fù)

中圖分類號(hào)：X703;TV882.8 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.12.013

Abstract：The reservoirs in the mountainous area of Ningxia have a large number of point source pollution， non-point source pollution and internal source pollution. Based on the study on the characteristics of polluted water of reservoirs on the Ruhe and Qingshui rivers and according to the ecological restoration ideas of various pollution of cooperative control of reservoirs， the combination of natural water supply and artificial circulation and the combination of pollution control and ecological restoration， the paper studied the feasibility of ecological restoration of polluted water of reservoirs. Considering the regional and water quality conditions， the ecological restoration of the polluted water in reservoirs in Ningxia mountain area was realized by combining the pollution degree， geological and geomorphic characteristics and the function division of reservoirs. The results show that the quality of polluted water is basically unchanged and the local pollutant concentration has been increased before the restoration. After the implementation of ecological restoration， the pollutant concentration has been decreased significantly in the early stage of operation and decreases with the extension of operation time after the restoration.

Key words： Ningxia mountain area; polluted water body; ecological remediation

我國西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展落后、生態(tài)環(huán)境惡劣，在西部大開發(fā)政策提出后，西部地區(qū)發(fā)展速度明顯提高。但在提高西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展水平的同時(shí)，西部地區(qū)環(huán)境質(zhì)量不容忽視。寧夏是黃土高原的重要組成部分，黃土厚度達(dá)數(shù)十米。在寧夏山區(qū)開發(fā)過程中，因忽視了生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要性[1]，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境遭到破壞，表現(xiàn)為大量樹木被砍伐、水體污染嚴(yán)重、水土流失等。寧夏山區(qū)水庫水體遭受污染，威脅防洪安全，在降低寧夏山區(qū)整體生態(tài)水平的同時(shí)還制約了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[2]。因此，修復(fù)寧夏山區(qū)水庫污染水體是提高寧夏山區(qū)整體生態(tài)水平的關(guān)鍵。

張瑞等[3]采用群組決策的層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，對(duì)北京市陶然亭湖水生態(tài)修復(fù)工程進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)表明，現(xiàn)階段陶然亭湖水生態(tài)修復(fù)工程綜合評(píng)分為3.35分，評(píng)價(jià)結(jié)果屬于良。陶然亭湖經(jīng)過水生態(tài)修復(fù)后，水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)恢復(fù)情況較好、經(jīng)濟(jì)投入適中，且對(duì)周邊環(huán)境有較大正面影響。楊非等[4]為改善區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量，通過截污圍隔裝置、組合型生態(tài)浮床、生態(tài)護(hù)坡及水生植物恢復(fù)等工程技術(shù)措施對(duì)研究區(qū)水體進(jìn)行生態(tài)修復(fù)治理，結(jié)果表明，經(jīng)過6個(gè)月的穩(wěn)定運(yùn)行，水體中的氮、磷等污染物質(zhì)得以有效去除，水生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能得到了恢復(fù)和提升。

為實(shí)現(xiàn)寧夏山區(qū)水庫污染水體的生態(tài)修復(fù)，以寧夏山區(qū)茹河流域、清水河流域?yàn)槔鶕?jù)污染水體實(shí)際情況，采用合理的修復(fù)技術(shù)修復(fù)污染水體，并采用實(shí)地監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析寧夏山區(qū)水庫污染水體修復(fù)效果，驗(yàn)證了所采用方法的有效性。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果制定寧夏山區(qū)水庫污染水體生態(tài)修復(fù)措施，確保對(duì)寧夏山區(qū)水庫污水的有效控制，改善寧夏山區(qū)的生態(tài)環(huán)境。

1 寧夏山區(qū)水庫污染水體特征

寧夏山區(qū)盲目開發(fā)，獲取經(jīng)濟(jì)利益的同時(shí)未考慮水資源環(huán)境保護(hù)[5]，水庫水源存在嚴(yán)重污染問題。水庫開發(fā)往往以發(fā)電、防洪、漁業(yè)、旅游等為目的，解決生活與生產(chǎn)問題，同時(shí)獲取經(jīng)濟(jì)利益。茹河流域、清水河流域是寧夏山區(qū)具有代表性的水系，因此以這兩個(gè)水系為例研究寧夏山區(qū)水庫污染水體的生態(tài)修復(fù)技術(shù)。寧夏山區(qū)水庫污水特征如下。

（1）點(diǎn)源污染始終存在。水庫周圍區(qū)域開發(fā)力度大、發(fā)展速度快，但管網(wǎng)建設(shè)嚴(yán)重滯后，附近降雨污水不能合理分流。水庫截污干管管底高程比支管管底高程高，導(dǎo)致附近污水、廢水不能有效排放到截污干管中，只能被水庫接收，由此形成大量點(diǎn)源污染[6]。

（2）面源污染日益嚴(yán)重。寧夏山區(qū)水庫沿岸裸露的土地、露天堆放的生活垃圾等隨降雨、地表徑流等流入水體，導(dǎo)致寧夏山區(qū)水庫面源污染情況急劇惡化。

（3）內(nèi)源污染日益顯露。水庫底部日積月累的淤泥、垃圾沉積物等未得到有效清理，沉積物不斷釋放的氮、磷等污染水庫水體，受TN、TP緩慢釋放影響，河庫水體富營養(yǎng)化嚴(yán)重。

2 寧夏山區(qū)水庫污染水體修復(fù)方法

2.1 修復(fù)理念

在分析寧夏山區(qū)水系狀況的基礎(chǔ)上，提出合理的污水生態(tài)修復(fù)技術(shù)，見圖1。

（1）水庫協(xié)同治理。水庫污水生態(tài)修復(fù)是一項(xiàng)繁瑣、高難度的治理工程，在修復(fù)過程中，不同水庫間修復(fù)工程的有效銜接十分關(guān)鍵，應(yīng)盡量消除因單個(gè)水庫污水生態(tài)修復(fù)不當(dāng)而影響其他水庫修復(fù)效果的現(xiàn)象[7]。

（2）污染控制與生態(tài)修復(fù)相結(jié)合。采用污染控制與生態(tài)修復(fù)技術(shù)修復(fù)水庫污水過程中，應(yīng)充分利用水體的自凈能力，避免過度的人為參與[8]。將修復(fù)過程分別3個(gè)階段：第一階段，杜絕外界污染物進(jìn)入水體，如河庫清淤、整修截污干管，以降低流域污染物比重;第二階段，由于污水中的氮、磷會(huì)導(dǎo)致“水華”，因此降低水體中氮、磷比重十分關(guān)鍵，可通過種植水生植物的方式降低水體中的氮、磷含量;第三階段，充分發(fā)揮水體的自凈功能，通過優(yōu)化水體中水生生物，穩(wěn)定水體自凈功能。

（3）自然補(bǔ)水與人工循環(huán)相結(jié)合。合理利用自然降水有效彌補(bǔ)寧夏山區(qū)水庫補(bǔ)給水源短缺的問題。干旱季節(jié)需通過人工干預(yù)的方式增強(qiáng)水體的流動(dòng)性，如設(shè)置循環(huán)式排水管道等，從而有效縮短換水周期[9]，優(yōu)化水庫水生態(tài)環(huán)境。

2.2 修復(fù)技術(shù)

在分析寧夏山區(qū)茹河流域、清水河流域水庫環(huán)境狀況的基礎(chǔ)上，考慮流域水文特征、污染程度、實(shí)現(xiàn)功能，制定水庫污染水體生態(tài)修復(fù)措施，見表1。

（1）污水截流。一方面，寧夏山區(qū)水庫年久失修，淤積嚴(yán)重，導(dǎo)致水體污染;另一方面，西部開發(fā)力度加大，水庫附近因開發(fā)速度快導(dǎo)致部分項(xiàng)目排污不達(dá)標(biāo)，污水在未經(jīng)處理的情況下直接進(jìn)入河庫，進(jìn)而污染水體。針對(duì)這種狀況，應(yīng)在污水排放終端安置溢流井截留污水[10]。

（2）底泥清淤。水庫成庫時(shí)間長，具有流速小、水體置換周期長的特點(diǎn)，外界污水排入導(dǎo)致水庫底部淤積大量沉積物，應(yīng)清除水庫底部的淤泥等，以降低水庫水體受影響程度[11]。

（3）雨水滲濾溝。由于雨水極易將地表污染物帶入水庫中，因此采用有效措施處理雨水十分關(guān)鍵。通過修筑雨水滲濾溝解決該問題，滲濾溝中的營養(yǎng)物質(zhì)由根系茂盛的植物吸取，大根系可有效截留雨水徑流中的懸浮物;多點(diǎn)滲濾是雨水截留生物凈化帶的關(guān)鍵形式[12]，能排除雨水沖刷湖岸的干擾。在分析寧夏山區(qū)水庫地形的基礎(chǔ)上，修筑的滲濾溝剖面見圖2。

（4）人工循環(huán)管道。人工循環(huán)管道是促進(jìn)水庫水體流動(dòng)的有效手段，可以提升水體循環(huán)效果。使用循環(huán)水泵抽取水庫轉(zhuǎn)彎處水體，解決水庫轉(zhuǎn)彎處水體流動(dòng)微弱的問題[13]，抽取的水體在雨水滲濾溝中過濾后排入水庫，以提高水庫水體流動(dòng)性，有效遏制水庫水體水質(zhì)惡化。

3 寧夏山區(qū)水庫污染水體修復(fù)監(jiān)測(cè)與效果分析

以寧夏山區(qū)茹河水庫為例，對(duì)其水體修復(fù)效果進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析。寧夏山區(qū)茹河流域面積2 470 km2，全長171 km。茹河地勢(shì)呈波狀傾斜，地勢(shì)較為平坦，臺(tái)面平整。主要?dú)夂蛱卣鳛楦珊瞪儆?。茹河主要污染物為NH3-N、COD、TP、TN、BOD5。

3.1 修復(fù)效果

（1）水質(zhì)監(jiān)測(cè)。根據(jù)以上污染水體生態(tài)修復(fù)方法，在污水排放終端安置截流溢流井進(jìn)行污水截流，清理河底淤泥，修筑雨水滲濾溝處理雨水。修復(fù)結(jié)束后每半個(gè)月及穩(wěn)定運(yùn)行半年后監(jiān)測(cè)支溝進(jìn)入水庫的水質(zhì)，監(jiān)測(cè)指標(biāo)為NH3-N（氨氮）、DO（溶解氧）、COD（化學(xué)需氧量）、TP（總磷，分為溶解性磷和懸浮性磷）、TN（總氮，分為有機(jī)氮、無機(jī)氮及硝酸鹽氮）及BOD5（五日生化需氧量）。同時(shí)，以修復(fù)結(jié)束當(dāng)年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和修復(fù)結(jié)束后第二年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為修復(fù)運(yùn)行初期數(shù)據(jù)和修復(fù)運(yùn)行期數(shù)據(jù)分析水質(zhì)修復(fù)效果[14]。

（2）數(shù)據(jù)分析方法。采用污染物降低率對(duì)比方法評(píng)價(jià)生態(tài)修復(fù)效果，污染物降低率越高，說明生態(tài)修復(fù)效果越好。污染物降低率C為式中：C1和C2分別為修復(fù)前或修復(fù)后河段中某污染物的輸入濃度和輸出濃度。

3.2 修復(fù)效果分析

選取采樣點(diǎn)1（位于茹河1/4段）和采樣點(diǎn)4（位于茹河3/4段）作為入口及出口，在修復(fù)結(jié)束后分析支溝不同段進(jìn)入茹河流域水庫的水質(zhì)，采樣時(shí)間為修復(fù)初期（運(yùn)行半個(gè)月后）和修復(fù)運(yùn)行期（運(yùn)行半年后）。研究區(qū)域水體生態(tài)修復(fù)前3個(gè)月、修復(fù)初期和修復(fù)運(yùn)行期的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見表2。

分析表2數(shù)據(jù)可知，實(shí)施生態(tài)修復(fù)后水體水質(zhì)有所波動(dòng)：從采樣點(diǎn)1至采樣點(diǎn)4，水體DO含量上升，NH3-N、COD、TP、TN、BOD5含量下降。實(shí)施生態(tài)修復(fù)后，相較于修復(fù)運(yùn)行期，修復(fù)初期污染物濃度降低程度更大。

生態(tài)修復(fù)過程中各河段對(duì)凈化水質(zhì)的貢獻(xiàn)見圖3。由圖3可知，在修復(fù)寧夏山區(qū)水庫污染水體的過程中，采樣點(diǎn)1—采樣點(diǎn)2主要消除COD、消耗DO，采樣點(diǎn)2—采樣點(diǎn)3主要消除NH3-N和TN，采樣點(diǎn)3—采樣點(diǎn)4主要消除TP和BOD5。

4 寧夏山區(qū)水庫污染水體生態(tài)修復(fù)對(duì)策

（1）發(fā)展新的河流開發(fā)模式。寧夏山區(qū)水庫污染水體生態(tài)修復(fù)完成后，需依照河庫環(huán)境資源特點(diǎn)，重點(diǎn)研究探討河庫泄流的恢復(fù)自凈情況。同時(shí)發(fā)展新的河流開發(fā)模式，新的河庫開發(fā)過程中，需依照河水恢復(fù)自凈的研究結(jié)果，兼顧河水成庫后河庫之間水質(zhì)恢復(fù)自凈的效率，預(yù)留充足的泄流恢復(fù)河段，克服水環(huán)境變異[15-17]，減少入庫污染物。

（2）科學(xué)設(shè)計(jì)，探索區(qū)域循環(huán)發(fā)展模式?？茖W(xué)設(shè)計(jì)寧夏山區(qū)水庫不同類型生活、生產(chǎn)設(shè)施，嚴(yán)格遵守設(shè)施建設(shè)的管理程序及污染物控制指標(biāo)。在水庫附近修建綠化隔離帶，提升河庫周邊水土涵養(yǎng)程度，減小地表徑流內(nèi)污染物進(jìn)入水庫的概率。清晰劃分水庫水域功能，并以此為依據(jù)設(shè)置保護(hù)區(qū)，根據(jù)相關(guān)法律法規(guī)管理河庫區(qū)域環(huán)境，遏制污染物直接進(jìn)入水庫的可能性，保障水庫生態(tài)環(huán)境良好。

（3）及時(shí)實(shí)施對(duì)變異水體的生態(tài)修復(fù)。完善水庫區(qū)域水體生態(tài)修復(fù)計(jì)劃，針對(duì)水庫內(nèi)的水體變異現(xiàn)象，及時(shí)調(diào)節(jié)水庫流域附近生產(chǎn)、生活布局，實(shí)施水庫污染水體生態(tài)修復(fù)。

5 結(jié) 論

在研究寧夏山區(qū)茹河流域、清水河流域水庫污染水體特征的基礎(chǔ)上，制定了寧夏山區(qū)水庫污染水體生態(tài)修復(fù)對(duì)策。根據(jù)研究區(qū)水質(zhì)條件，結(jié)合水庫的污染程度、地質(zhì)地貌特征和河庫功能劃分等，實(shí)現(xiàn)對(duì)寧夏山區(qū)水庫污染水體的生態(tài)修復(fù)。修復(fù)前，采樣點(diǎn)1至采樣點(diǎn)4污染水體水質(zhì)基本不變，局部污染物濃度上升;實(shí)施生態(tài)修復(fù)后，運(yùn)行初期污染物濃度降低程度較大，修復(fù)結(jié)束后隨著運(yùn)行時(shí)間的延長，污染物濃度下降程度有所降低。

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【責(zé)任編輯 呂艷梅】