宁夏山区梯级河库污染水体的生态修复研究

陈世贵

摘 要：宁夏山区水库存在大量点源污染、面源污染，以及内源污染，在研究宁夏山区茹河流域、清水河流域水库污染水体特征的基础上，根据水库协同治理、自然补水与人工循环相结合、污染控制与生态修复相结合等多种污水生态修复理念，研究了水库污染水体生态修复的可行性。考虑地域、水质条件，结合水库的污染程度、地质地貌特征和水库功能划分等，对宁夏山区水库污染水体进行生态修复。修复结果表明：修复前，污染水体水质基本不变，且局部污染物浓度上升;实施生态修复后，运行初期污染物浓度降低程度较大，修复结束后随着运行时间的延长，污染物浓度下降程度有所降低。

关键词：宁夏山区;污染水体;生态修复

中图分类号：X703;TV882.8 文献标志码：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

我国西部地区经济发展落后、生态环境恶劣，在西部大开发政策提出后，西部地区发展速度明显提高。但在提高西部地区经济和社会发展水平的同时，西部地区环境质量不容忽视。宁夏是黄土高原的重要组成部分，黄土厚度达数十米。在宁夏山区开发过程中，因忽视了生态环境保护的重要性[1]，导致生态环境遭到破坏，表现为大量树木被砍伐、水体污染严重、水土流失等。宁夏山区水库水体遭受污染，威胁防洪安全，在降低宁夏山区整体生態水平的同时还制约了社会经济的发展[2]。因此，修复宁夏山区水库污染水体是提高宁夏山区整体生态水平的关键。

张瑞等[3]采用群组决策的层次分析法确定指标权重，对北京市陶然亭湖水生态修复工程进行综合评价表明，现阶段陶然亭湖水生态修复工程综合评分为3.35分，评价结果属于良。陶然亭湖经过水生态修复后，水生态系统结构恢复情况较好、经济投入适中，且对周边环境有较大正面影响。杨非等[4]为改善区域水环境质量，通过截污围隔装置、组合型生态浮床、生态护坡及水生植物恢复等工程技术措施对研究区水体进行生态修复治理，结果表明，经过6个月的稳定运行，水体中的氮、磷等污染物质得以有效去除，水生态系统的结构和功能得到了恢复和提升。

为实现宁夏山区水库污染水体的生态修复，以宁夏山区茹河流域、清水河流域为例，根据污染水体实际情况，采用合理的修复技术修复污染水体，并采用实地监测数据分析宁夏山区水库污染水体修复效果，验证了所采用方法的有效性。在此基础上，根据监测结果制定宁夏山区水库污染水体生态修复措施，确保对宁夏山区水库污水的有效控制，改善宁夏山区的生态环境。

1 宁夏山区水库污染水体特征

宁夏山区盲目开发，获取经济利益的同时未考虑水资源环境保护[5]，水库水源存在严重污染问题。水库开发往往以发电、防洪、渔业、旅游等为目的，解决生活与生产问题，同时获取经济利益。茹河流域、清水河流域是宁夏山区具有代表性的水系，因此以这两个水系为例研究宁夏山区水库污染水体的生态修复技术。宁夏山区水库污水特征如下。

（1）点源污染始终存在。水库周围区域开发力度大、发展速度快，但管网建设严重滞后，附近降雨污水不能合理分流。水库截污干管管底高程比支管管底高程高，导致附近污水、废水不能有效排放到截污干管中，只能被水库接收，由此形成大量点源污染[6]。

（2）面源污染日益严重。宁夏山区水库沿岸裸露的土地、露天堆放的生活垃圾等随降雨、地表径流等流入水体，导致宁夏山区水库面源污染情况急剧恶化。

（3）内源污染日益显露。水库底部日积月累的淤泥、垃圾沉积物等未得到有效清理，沉积物不断释放的氮、磷等污染水库水体，受TN、TP缓慢释放影响，河库水体富营养化严重。

2 宁夏山区水库污染水体修复方法

2.1 修复理念

在分析宁夏山区水系状况的基础上，提出合理的污水生态修复技术，见图1。

（1）水库协同治理。水库污水生态修复是一项繁琐、高难度的治理工程，在修复过程中，不同水库间修复工程的有效衔接十分关键，应尽量消除因单个水库污水生态修复不当而影响其他水库修复效果的现象[7]。

（2）污染控制与生态修复相结合。采用污染控制与生态修复技术修复水库污水过程中，应充分利用水体的自净能力，避免过度的人为参与[8]。将修复过程分别3个阶段：第一阶段，杜绝外界污染物进入水体，如河库清淤、整修截污干管，以降低流域污染物比重;第二阶段，由于污水中的氮、磷会导致“水华”，因此降低水体中氮、磷比重十分关键，可通过种植水生植物的方式降低水体中的氮、磷含量;第三阶段，充分发挥水体的自净功能，通过优化水体中水生生物，稳定水体自净功能。

（3）自然补水与人工循环相结合。合理利用自然降水有效弥补宁夏山区水库补给水源短缺的问题。干旱季节需通过人工干预的方式增强水体的流动性，如设置循环式排水管道等，从而有效缩短换水周期[9]，优化水库水生态环境。

2.2 修复技术

在分析宁夏山区茹河流域、清水河流域水库环境状况的基础上，考虑流域水文特征、污染程度、实现功能，制定水库污染水体生态修复措施，见表1。

（1）污水截流。一方面，宁夏山区水库年久失修，淤积严重，导致水体污染;另一方面，西部开发力度加大，水库附近因开发速度快導致部分项目排污不达标，污水在未经处理的情况下直接进入河库，进而污染水体。针对这种状况，应在污水排放终端安置溢流井截留污水[10]。

（2）底泥清淤。水库成库时间长，具有流速小、水体置换周期长的特点，外界污水排入导致水库底部淤积大量沉积物，应清除水库底部的淤泥等，以降低水库水体受影响程度[11]。

（3）雨水渗滤沟。由于雨水极易将地表污染物带入水库中，因此采用有效措施处理雨水十分关键。通过修筑雨水渗滤沟解决该问题，渗滤沟中的营养物质由根系茂盛的植物吸取，大根系可有效截留雨水径流中的悬浮物;多点渗滤是雨水截留生物净化带的关键形式[12]，能排除雨水冲刷湖岸的干扰。在分析宁夏山区水库地形的基础上，修筑的渗滤沟剖面见图2。

（4）人工循环管道。人工循环管道是促进水库水体流动的有效手段，可以提升水体循环效果。使用循环水泵抽取水库转弯处水体，解决水库转弯处水体流动微弱的问题[13]，抽取的水体在雨水渗滤沟中过滤后排入水库，以提高水库水体流动性，有效遏制水库水体水质恶化。

3 宁夏山区水库污染水体修复监测与效果分析

以宁夏山区茹河水库为例，对其水体修复效果进行监测分析。宁夏山区茹河流域面积2 470 km2，全长171 km。茹河地势呈波状倾斜，地势较为平坦，台面平整。主要气候特征为干旱少雨。茹河主要污染物为NH3-N、COD、TP、TN、BOD5。

3.1 修复效果

（1）水质监测。根据以上污染水体生态修复方法，在污水排放终端安置截流溢流井进行污水截流，清理河底淤泥，修筑雨水渗滤沟处理雨水。修复结束后每半个月及稳定运行半年后监测支沟进入水库的水质，监测指标为NH3-N（氨氮）、DO（溶解氧）、COD（化学需氧量）、TP（总磷，分为溶解性磷和悬浮性磷）、TN（总氮，分为有机氮、无机氮及硝酸盐氮）及BOD5（五日生化需氧量）。同时，以修复结束当年的监测数据和修复结束后第二年的监测数据为修复运行初期数据和修复运行期数据分析水质修复效果[14]。

（2）数据分析方法。采用污染物降低率对比方法评价生态修复效果，污染物降低率越高，说明生态修复效果越好。污染物降低率C为式中：C1和C2分别为修复前或修复后河段中某污染物的输入浓度和输出浓度。

3.2 修复效果分析

选取采样点1（位于茹河1/4段）和采样点4（位于茹河3/4段）作为入口及出口，在修复结束后分析支沟不同段进入茹河流域水库的水质，采样时间为修复初期（运行半个月后）和修复运行期（运行半年后）。研究区域水体生态修复前3个月、修复初期和修复运行期的水质监测数据见表2。

分析表2数据可知，实施生态修复后水体水质有所波动：从采样点1至采样点4，水体DO含量上升，NH3-N、COD、TP、TN、BOD5含量下降。实施生态修复后，相较于修复运行期，修复初期污染物浓度降低程度更大。

生态修复过程中各河段对净化水质的贡献见图3。由图3可知，在修复宁夏山区水库污染水体的过程中，采样点1—采样点2主要消除COD、消耗DO，采样点2—采样点3主要消除NH3-N和TN，采样点3—采样点4主要消除TP和BOD5。

4 宁夏山区水库污染水体生态修复对策

（1）发展新的河流开发模式。宁夏山区水库污染水体生态修复完成后，需依照河库环境资源特点，重点研究探讨河库泄流的恢复自净情况。同时发展新的河流开发模式，新的河库开发过程中，需依照河水恢复自净的研究结果，兼顾河水成库后河库之间水质恢复自净的效率，预留充足的泄流恢复河段，克服水环境变异[15-17]，减少入库污染物。

（2）科学设计，探索区域循环发展模式。科学设计宁夏山区水库不同类型生活、生产设施，严格遵守设施建设的管理程序及污染物控制指标。在水库附近修建绿化隔离带，提升河库周边水土涵养程度，减小地表径流内污染物进入水库的概率。清晰划分水库水域功能，并以此为依据设置保护区，根据相关法律法规管理河库区域环境，遏制污染物直接进入水库的可能性，保障水库生态环境良好。

（3）及时实施对变异水体的生态修复。完善水库区域水体生态修复计划，针对水库内的水体变异现象，及时调节水库流域附近生产、生活布局，实施水库污染水体生态修复。

5 结 论

在研究宁夏山区茹河流域、清水河流域水库污染水体特征的基础上，制定了宁夏山区水库污染水体生态修复对策。根据研究区水质条件，结合水库的污染程度、地质地貌特征和河库功能划分等，实现对宁夏山区水库污染水体的生态修复。修复前，采样点1至采样点4污染水体水质基本不變，局部污染物浓度上升;实施生态修复后，运行初期污染物浓度降低程度较大，修复结束后随着运行时间的延长，污染物浓度下降程度有所降低。

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【责任编辑 吕艳梅】