农村小型水库功能退化分析及恢复对策

汤显强，郭伟杰，吴 敏，黎 睿

（1.长江科学院a.流域水环境研究所；b.流域水资源与生态环境科学湖北省重点实验室，武汉 430010；2.三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心，湖北宜昌 443002）

1 农村小型水库现状分析

我国是一个严重缺水的农业大国。农业和农村经济发展受水资源短缺限制和农村生态环境愈发脆弱已成为新常态，随着农村经济结构多样化、规模化，农村集镇城市化及农民住宅小区化的逐步推进，农村水资源的利用格局发生了根本性变化。灌溉用水比例从建国初期的97%逐步降至2005年的64%，农业用水面临工业与生活用水挤占的压力越来越大，年供水缺口已超过300亿m3［1］。长江、黄河、海河与松辽4大流域超过70%的村庄存在水资源短缺，缺水导致我国农村年均8 000万人饮水困难，60%耕地无水灌溉，粮食减产达350亿～400亿t［2］。除水资源量的短缺外，大量工业废物、生活废物、畜禽养殖排放废物和农村面源污染等造成了水质恶化与污染加剧，农村用水安全和生态环境安全受到极大威胁。虽然国家采取了一系列的污染治理措施，但重点放在了工业集中和人口稠密的城市，广大农村地区被忽略，截至2013年，我国城市污水处理率接近80%，而农村仅为7%［3］。因此，随着农村经济社会的快速发展，农业、农村和农民的水资源利用程度和需求不断扩大，如何利用小型水库保障当地用水安全极为重要。

化解农村水资源利用冲突的一个有效方式是确保村庄拥有足够数量和可靠质量的水资源。目前，对于我国山区和丘陵地区的多数村庄而言，雨洪资源丰富，往往并不缺乏水资源和储蓄水资源的塘坝、水库等基础设施，而是缺乏对雨洪的有效储蓄及高效利用，以确保雨水能够“留得住，用得好”。要想彻底扭转广大农村和生态脆弱地区基本生计靠天的问题，既要重视大型水利工程，更要重视和利用好田间地头的农村小型水库。截至2012年，我国已建成库容10万m3及以上水库工程98 002座，其中小型水库93 308座，总库容703.51亿m3，占全国水库总数的96.2%，超过7.5万座为库容100万m3以下的小（2）型水库；小型水库在我国分布广泛但并不均匀，湖南省、广东省、四川省、山东省、湖北省和云南省的小型水库数量均超过5 000座，合计占全国小型水库总数的61.9%［4］。然而，因先天建设不足、后期管理不善等原因，我国小型水库普遍存在老化失修、设施不全、管理薄弱、投入不足等问题，病险水库近3万座，约占小型水库总数的36%［5］。除病险问题外，蓄水不足、泥沙淤积、水质污染等问题也屡见不鲜，导致农村雨水资源的储蓄与有效利用等日益困难，灌溉、养殖与生活饮用等用水成本急剧上升，不安全饮水导致人畜患病造成的农村致贫和返贫人口数量居高不下。

作为当地农业用水、生活用水、生态用水等主要供水水源，农村小型水库具有不可替代的作用。即便是在经济相对发达的广东省，小型水库在供水保障方面也发挥了举足轻重的作用，截至2013年，广东省已解决的760万人口供水主要来自中小型水库，待解决的1 600万人口的饮用水安全也主要依靠中小型水库的供水能力建设［6］。随着农村城镇化的快速发展，很多小型水库还要充当应急或备用供水水源。因此，对保障农村地区供水、灌溉、生态等用水安全而言，我国农村小型水库数量众多、分布广泛，功能恢复的基础扎实，潜力巨大，有必要开展农村小型水库功能退化分析，提出相应的恢复对策，支撑区域水资源分配和高效利用。

2 农村小型水库功能退化特点

小型水库库容小，集水面积也小，一般为几平方千米至几十平方千米，属于小流域或特小流域。小型水库蓄水主要通过坡面汇流或干流集水，但有些小型水库没有明显干流。我国自解放之初开始建设小型水库，主要功能涉及灌溉、防洪、供水、养殖、发电和生态环境保护等［7］。因财政投入不足和疏于管护，很多小型水库病险问题突出，不仅不能防洪，还存在严重的溃坝风险。伴随着农村供电能力提升和电网结构的优化升级，小型水库的发电功能也被逐渐弱化或废止。灌溉、供水和养殖由此上升成为小型水库的现存主要功能。在西非，库容1万～1 000万m3的农村水库可收集流域内24%的降雨，全面保障偏远地区农业灌溉用水和农户生活用水［8］，对粮食安全生产和提高农民收入具有重要贡献［9］。在我国小型水库数量最多的湖南省，51.2%的山地和15.4%的丘陵地区的灌溉问题全部依靠14 089座小型水库解决［10］。在广东省，中小型水库的供水能力高达130.75亿m3，占全省的75%，对保障饮用水安全至关重要［6］。然而，随着气候变化加剧，环境污染增加和经济社会结构调整，农村小型水库的灌溉、供水和养殖等功能也出现了退化，具体表现为蓄水不足、水质污染和功能单一等特点。

2.1 蓄水不足

蓄水量下降是影响小型水库灌溉、供水和养殖等兴利功能发挥的首要瓶颈。造成蓄水不足的主要原因包括如下几个方面。

（1）蓄水容量小：小型水库集水面积小，坡面汇流量低，先天蓄水容量小。

（2）有效蓄水期短：受降水季节性分布的影响，小型水库枯水期无水可蓄，洪水期出于防洪考虑，有水不能蓄，有效蓄水期较短，不确定性因素多。

（3）可蓄水量减少：受气候变化等影响，流域来水减少，小型水库的可蓄水量有所降低，Yoo等［11］预测发现，到2025年，韩国农村小型水库的可蓄水量因气候变化将比2010年下降19.1%。

（4）水库渗漏：小型水库渗漏十分严重，渗漏导致的库容损失甚至接近总库容的70%［12］；埃塞俄比亚提格省1995年以来修建了500座小型水库，灌溉面积达5万hm2，但因疏于管理，造成渗漏，导致灌溉效益严重受损［13］。

（5）泥沙淤积：以陕西省为例，小型水库已淤积库容达到2.55亿m3，占总库容27%以上［14］。人类活动是水库淤积发生发展的主导驱动力，水库运行方式、淤积泥沙的粒径与组成、水库形态和淤积泥沙的重度均与水库淤积密切相关［15］。田海涛等［16］分析了115座具有代表性的中国内地水库淤积资料，结果发现，中小型水库比大型水库淤积严重，黄河中下游地区水库淤积比例最大，西南地区水库年均淤积率最大，小型水库库容淤积比例为29%，年均损失1.18%的库容（表1）。

表1 中国内地不同类型水库淤积状况［16］Table1 Sediment ation in different types of reservoirs in mainland China［16］

（6）排沙设施匮乏：大中型水库大多设置排沙孔等排沙设施，可采用“蓄清排浑”和异重流等方式排沙，小型水库一般无专门设置排沙构筑物，导致很多水库直接淤废。

2.2 水质污染

水质污染极大影响了小型水库供水、养殖等功能发挥。以重庆市为例，水质污染造成的农村饮水不安全人口占总数的41.86%，集中分布在961处农村水库型水源地［17］。与大中型水库不同，小型水库蓄水量低，水体交换周期长，水环境容量小，自净能力与生物多样性低，水质污染后不容易恢复。值得关注的是，小型水库大多位于山区或丘陵地区，较少受到工业影响，水体污染物主要为营养物质，具体包括COD，BOD，TN，TP等，藻类生物量高，有些甚至已水体富营养化。小型水库水体污染的主要来源包括如下几个方面。

（1）面源污染：小型水库集水区域内一般分布着面积较广的农田，大量剩余农药化肥（如40%的氮肥）溶于地表径流或附着于土壤颗粒，随着水土流失汇集入库，造成水体富营养过剩。

（2）过度养殖：小型水库养鱼养鸭十分普遍，投饵养鱼过程中，25%～35%的鱼饵用于增加鱼体质量，65%～78%的饵料将直接或间接污染水体；此外，每生产1 kg鱼类生物量还要排泄162 g粪便，释放22 g NH4－N，30 g TN，7 g TP［18］；在东莞，水库养殖业的过度发展导致22%的小型水库富营养化，主要超标项目为 TP，COD，TN等［19］；相似的现象国外也有报道，水产养殖造成斯洛伐克西部6个农村小型水库严重富营养化，BOD5和NH3－N浓度分别达到4.60 mg／L和0.19 mg／L［20］。

（3）生活污水及景点污水：随着农家乐和乡村旅游的兴起，生活污水及景点污水是部分小型水库的主要污染源。在雅安，受面源污染、生活污水和景点污水排放等影响，小型水库TN，TP，CODMn的超标率分别为65.6%，40.5%，61.1%［21］。

（4）内源污染：小型水库淤积速度快，内源污染严重，对于富营养化水库，底泥释放的氮磷在整个水体污染负荷中具有较高比例。

（5）引调水：为提高供水能力，部分小型水库集中从河流抽水增加蓄水量，河水的外源输入和底泥的内源释放造成珠海调水水库的叶绿素a浓度均值14.4μg／L显著高于非调水水库的10.7μg／L［22］。

2.3 功能单一

随着防洪、灌溉、发电、供水等功能逐渐的退化，水产养殖沦为很多农村小型水库的唯一功能，造成该局面的主要原因包括如下几个方面。

（1）灌溉需求弱化：受农民工进城后土地闲置、农村种植结构改变、灌溉系统老化失修等影响，水库周边区域的灌溉用水需求弱，甚至不再灌溉。

（2）供水条件不合格：蓄水不足、水质污染和管网缺失等造成小型水库的供水水量与水质保障程度低，不适宜建设成供水水源地。

在上述背景下，水库出租养鱼十分普遍，农村小型水库规模小，水质好，通过精养或半精养鲢鳙及配养其他鱼类，容易获得较高的鱼产量。农村小型水库养鱼和高密度养鸭加速了水体富营养化进程，李西云等［23］研究了施用生物肥料和化肥养鱼对农村小型水库水体理化性质的影响，结果表明：施化肥后，水体COD浓度明显增高，分别比施生物肥料与不施肥水体高29.57%和73.38%，高出渔业用水标准3.31 mg／L。农村小型水库养殖往往以短期经济利益最大化为原则，盲目大面积肥水或精养，导致水库水质快速“增肥”，进而富营养化和缺氧，造成鱼类大量死亡和生态承载力大幅下降，最终导致水库的养殖功能废止。投饵养鱼不仅造成了水质污染，养鱼的低水位与灌溉、供水、防汛等水库的日常水位管理之间存在一定程度上的激烈冲突。水库养鱼讲究水位控制，水太满，怕鱼逃走；水太浅，则怕鱼养不活，因此，养鱼直接造成了农村小型水库功能的弱化与单一化。

3 农村小型水库功能恢复对策

3.1 明确功能恢复目标

小型水库功能较多，涉及防洪、发电、供水、灌溉和养殖等，其退化功能的恢复需要依据基础数据，特别是水文、水质、水生态和安全监测数据。目前，小型水库的监测队伍和仪器条件等方面力量薄弱，很多小型水库缺乏基础数据资料，有必要建立小型水库水文、水资源、水质、水生态和水工建筑物等数据档案，通过定期监测评估，分析小型水库功能利用现状与退化趋势，针对小型水库服务区域内经济、社会、环境、生态等用水需求，确定小型水库功能恢复优先顺序与预期目标。比如，用水紧张地区的水库适宜恢复为应急和备用供水水源地；而生态资源稀缺地区的小型水库宜恢复为生态缓冲带或水库型湿地等。

3.2 兴利库容恢复与保持

明确恢复目标后，应着重解决小型水库蓄水不足的问题。首先应做好防渗堵漏，其次需根据小型水库所在区域降水和产汇流等情况，考虑防洪要求，合理储蓄雨洪，提高小型水库蓄水能力和供水保障能力。针对泥沙淤积造成的兴利库容损失问题，应在做好流域水土保持工作的基础上，采取以下技术措施进行淤损库容恢复与保持。

（1）汛期降低水位运行，增大库内水流的流速，将水流挟带的部分泥沙排出库外。

（2）定期泄空冲刷，恢复有效库容，依据淤积情况和冲刷强度，泄空冲刷的周期一般2～3 a／次。

（3）人工或机械清淤，通常采用引水冲滩、两栖挖泥机排沙、水力挖塘机组排沙、水力吸泥排沙、挖泥船、抽沙船等排沙和人工清淤等措施［24］。其中，水力挖塘机技术经济优势明显（表2），具有清淤排沙效率高、排沙耗水少、排沙耗资低等特点。

3.3 污染控制及水质改善

污染控制及水质改善对小型水库功能恢复至关重要，根据农村小型水库的污染来源，应着重从以下方面系统考虑。

表2 各小型水库清淤措施经济技术参数对比［12］Table2 Technical and economic parameters of dredging measures for small reservoirs［12］

（1）面源污染防治：利用水土保持措施减少水土流失和化肥农药等输入，其次是建设前置库或沉沙池等设施，减少泥沙及污染物入库，然后在库滨带布设陆生植物带、自然湿地、水域植物带等，拦截与削减入库面源污染。

（2）生活污水和景点污水处理：结合新农村建设，采用化粪池＋土地处理等工艺，将生活污水和景点污水处理达标后外排。

（3）底泥内源污染控制：优先考虑清淤，然后对不适宜疏浚的污染底泥采用红土、活性氧化铝等进行原位覆盖，控制底泥营养盐释放，改善水底厌氧环境［25］。

（4）发展生态养殖：分析小型水库的水环境容量与水生态承载力，确定养殖容量，鼓励发展生态养殖模式，对水体营养盐浓度、叶绿素a浓度、溶解氧含量、透明度等水质指标进行限值管理［26］，平衡水库养殖与水质保护。

（5）水体净化：采用生态浮岛、沉水植物修复等措施修复已污染水库水体，削减污染物浓度，重建和恢复水库生态系统。

3.4 鼓励投入与科学监管

目前，小型水库的建设主要依靠财政资金投入，缺乏固定和专职的维护人员，监管主体缺失，造成小型水库处于自生自灭状态。在搞好除险加固、堵漏防渗和清淤排沙的基础上，还应建立日常维护机制，由小水库所在地的行政主管机构（如乡、镇政府）负责落实管护责任、筹措管理资金、组建管理队伍、保护水质与生态环境，搞好水资源综合利用。从长远来看，有必要调动利益相关者的积极性，构建政府补助、市场主导、村镇集体组织监管等相结合的小型水库运行和维护机制，逐步恢复防汛、供水、灌溉和养殖等兴利功能，开展多目标管理，发展减灾惠民的农村小型水库（图1）。统筹考虑小型水库服务区域的防汛抗旱、灌溉、养殖与生活供水等水资源管理需求，开展水量分配与水质管理，协调防汛、供水与养殖的水位矛盾，控制底泥内源污染和保护水库水质［27］。形成“投入者受益”、“使用者担责”和“污染者受罚”等相结合的小型水库管理机制。

图1 综合效益优化的农村小型水库Fig.1 Small rural reservoir with optimized comprehensive benefits

4 结语及展望

我国农村小型水库数量众多，在保障当地用水安全与提高用水效益方面基础扎实，潜力巨大。因历史欠账及疏于管理等原因，绝大多数农村小型水库出现了蓄水不足、水质污染和功能单一等退化现象。为此，有必要开展系统调查监测，确定功能恢复目标，逐步恢复并保持兴利库容，控制水体污染与改善水质，鼓励政府与市场多元投入，加强科学监管与日常维护，优化水库调度运行，促进小型水库水资源综合利用和功能效益的最大化。

未来，农村小型水库在做好除险加固、防渗堵漏和清淤排沙的基础上，还应拓宽资金投入渠道，强化日常监管维护；并顺应经济社会发展，城镇化和新农村建设等新形势，因地制宜调整与转变农村小型水库的兴利功能，使之适应其服务区域内的人口数量、土地利用与经济结构等调整与变化，通过综合管理最大限度发挥其雨水储蓄与调节作用，保障水资源的高效与可持续利用。

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