三峡库区草堂河流域“三水”系统治理体系研究

马志刚　陈莎莎　李明　程来锋　朱俊霞

摘要：针对三峡水库重要支流及局部区域存在的水资源短缺、水环境污染、水生态损害等问题，提出了流域“三水”系统治理体系。以三峡库区草堂河流域为研究对象，分析了影响水环境质量的突出问题，围绕农村安全饮水、农村生活污水处理、柑橘种植区水土流失治理、消落区生态修复等方面提出关键技术方案，探索三峡库区重要支流“三水”系统治理可行路径。研究表明：农村饮水安全推荐采用混凝沉淀过滤消毒技术的一体化设备。农村生活污水应选择处理效果好、建设运行成本低的改良型生物接触氧化工艺作为核心技术。柑橘种植区水土流失治理应考虑与面源污染治理相结合，推荐纳米碳添加肥减量化技术和智慧化监测管理技术。消落区生态修复应采取梯级湿地塘修复模式、近自然模式、库岸环境综合治理模式等。

关键词：水资源； 水环境； 水生态； “三水”系统治理； 生活污水处理； 三峡库区； 草堂河流域

中图法分类号：X52;TV213.4

文献标志码：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.12.015

文章编号：1006-0081（2023）12-0088-06

0引言

深入学习贯彻习近平总书记关于治水的重要论述，要按照“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的治水方针，统筹做好水灾害、水资源、水生态、水环境治理［1］。《长江经济带发展规划纲要》明确提出，保护长江生态环境，要切实保护和改善水环境、大力保护和修复水生态、有效保护和合理利用水资源、有序利用长江岸线资源、加强生态环境协同保护。《重点流域水生态环境保护规划》提出了以水资源、水环境、水生态“三水”统筹的水生态环境保护框架思路［2］。水利部三峡后续规划实施工作会议提出，三峡库区生态环境建设与保护重点支持库区支流系统治理，坚持“三水共治”和“系统治理”理念，统筹山水林田湖草，以保留保护和自然修复为主、工程治理措施为辅，促进人水和谐。“三水”系统治理思路是“十四五”时期实现高质量发展的重要路径［3］。新时期水生态环境保护要强化对“山水林田湖草是一个生命共同体”的系统认识，强调用系统思维统筹水的全过程治理，维持水域生态系统的完整性［2，4］。

“三水”是相互联系、相互影响的一个整体。健康的流域生态具有涵养水源、调蓄洪水等功能，稳定的适生生物群落可增加水环境容量，保护水资源和水环境［2］。现阶段水生态环境保护也从水污染防治向水资源、水环境、水生态“三水”统筹转变［2，5］。在流域环境治理方面，不少学者开展了研究和实践。王菲菲等从水资源、水环境、水生态3个方面凝练水专项关键技术，构建了京津冀地区“三水”统筹的流域水质目标管理集成技术体系框架［6］。成都市探索“三水统筹”系统治理锦江取得突破，黄龙溪水质从劣Ⅴ类变为Ⅱ类［7］。江苏盐城盐都区通过加强水资源保护、水环境治理和水生态修复一系列措施，对“三水共治”进行了有益探索，着力推进水生态文明建设［8］。张万顺等［3］分析研究了长江流域三水问题与挑战，提出了三水协同调控关键技术体系的创新及应用。三峡库区开展了大量的环境保护工作，云阳、巴东以系统观念统筹推进长江流域水资源保护、水生态修复、水环境治理，实现“三水共治”。但对三峡库区“三水”系统实践研究的报道仍较为少见。

三峡水库是国家战略淡水资源库，库区44条重要支流涉及库区20个县（市、区）217个乡镇，流域面积4.08万km²，占库区总面积的70.34%。支流流域作为三峡库区范围重要组成部分和移民安置的重点区域，普遍具有人口密度高、土地利用强度大、经济生产活动剧烈、排污总量大等特点，是保障三峡水库水质安全最为敏感的区域，但支流和局部区域水资源调控复杂、水环境污染频发、水生态风险突出问题仍然存在［2］。其中，草堂河流域覆盖奉节县的草堂、白帝、汾河和岩湾四乡镇，是“奉节脐橙”原发地和主产区，奉节县国家现代农业产业园重要组成部分，同时也是奉节县未来最重要的经济增长极。受三峡水库蓄水影响，草堂河变为水库型河流，是库区重要支流中生态环境问题比较集中、相对复杂、较为突出的代表性流域。因此，有必要开展草堂河流域“三水”系统治理体系研究，探索三峡库区重要支流“三水”系统治理的可行路径。

1“三水”系统治理体系

流域是多层次、多目标的结构整体，水资源保护、水环境治理、水生态修复是流域保护治理的重要内容。从系统完整性出发，以“三水”为框架构建目标指标体系、分析问题和设计技术方案，实现对流域水生态系统的整体保护、系统修复和综合治理。

本文按照山水林田湖草系统治理理念，遵循生态学原理和系统论方法，与三峡后续工作规划及规划优化完善意见、湖北省和重庆市主体功能区划、区县相关规划的目标和任务衔接，考虑流域空间布局和功能，根据流域特征、现状，从水资源、水环境、水生态3个维度，设计流域“三水”系统治理体系，见图1。

1.1水资源保护

坚持以水而定、量水而行，强化水资源刚性约束，优化水资源配置，持续推动用水方式向节约集约转变，提升农村饮水安全保障水平，加强流域防洪保安，保障流域人民群众生命财产安全。水资源保护从水资源配置、防洪保安、饮水安全等3个方面考慮，具体包括用水总量、用水效率、水功能区水质等“三条红线”指标落实情况，防山洪和防河洪情况，集中式饮水和分散式饮水水量、水质、方便程度、供水保障等。

1.2水环境治理

在落实省、市水污染防治行动计划实施方案的基础上，突出强调上下游、支流连片区域水污染联防联治，实现流域水环境治理水平持续改善。围绕“重点区域”发力，控制源头减排污染。重点考虑点源污染控制、面源污染控制、内源污染控制、流动源污染控制等4个方面。加大农村生活污水治理力度，逐步实施城镇污水处理提质增效，强化集中畜禽养殖污染治理，有效控制农业面源污染。同时，持续做好船舶流动源污染防治及重点河段清淤疏浚等工作。

1.3水生态修复

重点考虑流域水生态系统的结构以及功能的层次性、尺度性和流域性，转变治理模式，从流域的角度分析水生态保护及修复的总体布局。努力向事前保护和自然恢复的方向转变，提高水生态系统的自然修复能力，把人工修复和自然修复策略相互融合。水生态包括水域岸线保护和利用、消落区保护与修复、水生态系统修复、生态流量保障、水土流失及石漠化治理等5个方面。

2草堂河流域概况

草堂河属长江左岸一级支流，发源于奉节与巫溪二县交界处山冈，全长33.3 km，流域面积394.8 km²。2020年奉节县全县用水总量1.01亿m³，水功能区达标率100%，农田灌溉有效利用系数0.537，通过开展防洪工程建设，已基本形成以河道综合治理工程及防洪非工程措施相结合的防洪减灾体系。草堂河流域场镇及周边集中式饮水水质达标率100%，流域现状水质总体为Ⅱ～Ⅲ类，处于中营养-轻度富营养水平，流域内农村生活污水基本直排，收集较为困难。草堂河流域坡度较大，干支流沿岸种植有脐橙840.67 hm²（12 610亩），面源污染依然存在。通过实施岸线环境综合整治项目，消落区生态环境、水生生境及水生生物多样性逐步改善。

3主要问题

对草堂河流域开展现状调查表明，经过前期治理，流域在城镇生活污水垃圾、集中畜禽养殖废水、工业废水等方面的问题已基本得到解决，但仍存在以下薄弱环节。（1） 水资源方面。主要是饮水安全问题，尤其是农村饮水安全和供水保障率需进一步巩固提升。草堂河流域农村分散式饮水主要存在供水短缺、蓄水池供水水质较差等问题。流域上游仅有13个农

村饮用水源地，数量不足，农村饮水便利性较低；山坪塘、山洪沟等水源水质较浑浊，暴雨天污染尤为严重。同时，为保证供水水量，蓄水池容积较大，停留时间过长，造成水中细菌超标，水质不达标，饮水安全问题突出。因此，亟需找到适合草堂河流域农村分散式供水的净水工艺和设备，对水质进行净化，保障居民饮水安全。

（2） 水环境方面。农村生活污水和面源污染威胁依然存在。目前，农村生活污水基本为直排，污水通过沟渠汇流最终汇入草堂河，对河流水质造成较大影响。流域内多为坡地，房屋分布高差较大，管网收集难度大。调查结果显示：70.7%的生活污水未经处理排放（直排入沟渠或水体或经简易化粪池）。污染源解析结果显示：农村生活污水对COD的贡献最大，贡献率达38.66%；农业种植对NH3-N，TP的贡献最大，贡献率分别为51.89%和67.97%。

（3） 水生态方面。主要聚焦流域大面积柑橘种植造成的水土流失治理和草堂湖消落区生态恢复。柑橘种植区水土流失隐蔽性高。草堂河流域土壤侵蚀以中度和强烈侵蚀为主，水土流失类型主要为水力侵蚀，水土流失率为65.83%，白帝、汾河、岩湾、草堂4个乡镇为重庆市水土流失重点治理区。流域内柑橘种植规模达4 800 hm²（7.2万亩），占流域总面积的12.09%，主要分布在三峡库区缓坡地带。大面积柑橘林的水土流失隐蔽性高，流失面积大，流失强度高。

消落区生态修复仍需加强。三峡水库水位周期性变化，消落区长期裸露，植被稀少，生态系统极其脆弱。水库蓄水造成回水顶托，使草堂湖水体流速变缓，自净能力下降，营养物质富集，有水质下降和爆发水华的重大风险。草堂河流域消落区涉及岸线全长26.24 km，面积1.89 km²。主要治理难点包括：① 草堂河作为白帝城旅游景区和奉节县全域旅游打造的重点景区，生态修复应体现景观最大效益；② 草堂河大部分消落区地势坡度较大，生态缓坡纵深小，区域环境负荷高，为解决流域陆上污染排放和水土流失问题，应在该区域形成有效的拦截和阻隔。

4草堂河“三水”系统治理关键技术方案

结合“三水”系统治理关键技术集成，针对影响草堂河流域水环境质量的农村饮水安全、农村生活污水、柑橘种植区水土流失、消落区生态修复等问题，提出技术方案设计。

4.1农村饮水安全

根据目前草堂河流域农村饮水现状，按集中饮水和分散饮水，分别提出相应的方案。

（1） 集中饮水。采取新建管网延伸供水和联片集中供水2种集中式供水工程。

（2） 分散饮水。兴建单户或联户的分散式供水工程。有浅层地下水的区域，采用浅井供水工程；有泉水的区域，建设引泉设施；水资源缺乏或开发利用困难的区域，建设雨水集蓄饮水工程。

针对流域农村饮用水浊度高、微生物菌群超标等问题，选择适宜农村水质特点的性价比高、运行维护简单、持续稳定运行的净水工艺、装置和技术，采用混凝沉淀过滤和消毒的技术集成方法。对于水质较好井水水源，可只进行消毒处理。对于泉水和水库水源，可采取生物慢滤+消毒方式处理。对于受污染较严重，浊度较大的堰塘和江河水水源，可采取加药混凝+一体化净水处理+消毒方式处理。对于水质较差的雨水集蓄水源，可采取预沉+生物慢滤+消毒方式处理。

4.2农村生活污水处理

结合厕所革命，因地制宜地采用分散處理或纳入城镇系统等措施。① 对于有条件接入城镇污水系统的农村，污水收集后就近纳入城镇污水系统。② 对于无条件纳入城镇污水系统的农村地区，根据人口集聚程度，采用单户处理或多户集中处理的方式，结合草堂河流域农村生活污水特点，选择处理效果好、占地较小、建设运行成本较低、耐久性好的农村生活污水处理技术，如改良型生物接触氧化工艺［9-10］。③ 对于分散单户生活污水处理，采用一体化污水处理罐；对于相邻多户集中生活污水处理，采用地埋式一体化污水处理设备。处理出水水质满足GB 18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准（TP除外）。

4.3柑橘种植区水土流失治理

根据草堂河流域水土流失现状，将水土资源保护与面源污染防治相融合，采取源头减量、过程控制、末端收集的全过程治理思路。同时，通过改良柑橘品种，减少化肥施用量，增加水土保持工程措施和水资源保护措施，强化田间精细化管理，在保障農民增收的前提下，提出纳米碳添加肥减量化和智慧化监测管理技术，因地制宜开展柑橘种植区水土流失和面源污染防治示范。

（1） 纳米碳添加肥减量化技术。将纳米碳添加到作物肥料中，不仅能减少肥料施用，提高作物产量，还能降低土壤中肥料的流失［11-12］。综合考虑草堂河流域水土流失重点治理区的划分和水土流失现状、土壤类型及地形坡度情况，以清洁小流域治理模式为指导，提出水土保持工程措施和化肥减量化技术相结合的纳米碳添加肥减量化技术。同时，增加水土保持工程措施，包括治坡工程、治沟工程和小型水利工程，保护水土资源，提高水土资源利用效率，减少化肥等面源污染残留物进入长江水体。

（2） 田间智慧化监测管理技术。以全面收集草堂河流域柑橘种植区生态环境相关数据和空间信息数据为基础，构建田间智慧化监测管理平台，采用土壤、水质、水文气象等各类传感器对柑橘种植区柑橘生长状态、水土流失情况、污染物残留情况进行实时监测和发布，并以大数据为手段分析预测柑橘生长趋势、水土流失趋势、水质变化趋势，为柑橘种植区管理员及时调整施肥方式、防治病虫害、节约水资源提供有效的技术支撑。

4.4消落区生态修复

结合白帝城旅游景区的打造和污染排放、水土流失拦截和阻隔的功能需求，因地制宜采取梯级湿地塘修复模式、近自然模式、库岸环境综合治理模式等生态修复措施。

（1） 缓坡地带消落区水塘湿地和梯级湿地塘修复模式。水塘湿地模式即在地势平坦、低洼地带建设小型湿地的模式，小型湿地可以拦截、利用消落区上游的营养物质，增加库区的生境及生物多样性［13-14］。该模式主要应用于消落区尚处于植被退化期、冬涨夏落型的水库［15］。可以应用在坡度小于15°的消落区［16］，但由于水位涨落易重塑、侵蚀消落带地形，造成基塘系统破坏，比较推荐在水流速度较小的库湾、河口、湖盆等泥沙淤积地带推广，且建议通过石笼网等措施进一步加强塘基的结构稳定性。水塘内可种植荷花、鸢尾、千屈菜等湿地植物。

梯级湿地塘修复模式是在消落区平坦、低洼汇水地带，结合原有梯级台地的地形结构，进行地形改造，形成梯级湿地塘的技术。根据地势条件构建4层不同高差生态带，即台地带、梯田带、水田带和入水缓坡带。此类模式在枯水季节能提供优质的覆绿景观，丰水季节全淹没的状况下也不会造成大面积的生态破坏［17］。同时，该技术还能防止水土流失，为植被的恢复提供良好的条件。

（2） 陡坡地带近自然模式。近自然模式是在消落区水淹较深的下部区域或土壤贫瘠地带种植草本，在水淹较浅的中、上部区域土壤肥沃地带种植乔木的一种模式，可应用于植被退化期和土壤流失期的消落区［15］。自然河滨带、植被退化期消落区上生长的植物是重要的适生物种来源。草本宜选用耐水淹时间长的狗牙根、扁穗牛鞭草等植物，乔木宜选用耐寒、耐热、耐旱的中山杉和水桦树等植物。

（3） 景区城镇库岸环境综合治理模式。对于旅游景区、城镇周边的消落区，应根据功能需求，采用生态修复、工程治理和景观打造的库岸环境综合治理模式。在生态护岸的基础上，利用水位变化展开“弹性的生态修复设计”。依据不同的水位线，通过增加游憩、教育、休闲等功能，创建不同的主题体验区，让消落区随时间和水环境的变化呈现出多样的效果。

（4） 植物配置。根据最新科技成果［18-20］，考虑不同海拔生境条件以及不同物种耐淹性的差异，沿海拔从低到高依次选择草本、灌木和乔木构建复合群落。

海拔165 m以下的消落区下部，全年淹水时间长，且土层较薄，可构建低矮的多年生草本植物群落。如以耐水淹时间长的狗牙根、双穗雀稗、铁线草等多年生草本植物作为建群种进行配置，形成低矮的多年生禾草群落。海拔155 m以下可适当配置一年生草本植物群落。海拔165～175 m的消落区上部，全年淹水时间较短，可构建灌丛、灌-草或乔-灌-草的多层次复合群落。如选择耐水淹能力较强的中山杉、水桦或南川柳为建群种，合理配置小梾木、狗牙根等灌草，构建乔-灌-草复合群落。考虑到行洪安全，应在173 m海拔位以上栽植乔木树种。

5结语

本文以水资源保护为核心、水环境治理为重点、水生态修复为保障，从流域尺度，分水资源、水环境、水生态3个维度提出“三水”系统治理体系，分析影响三峡库区草堂河流域水环境质量的关键突出问题，提出4项“三水”系统治理关键技术方案。农村饮水安全推荐采用混凝沉淀过滤消毒技术的一体化设备。农村生活污水应选择处理效果好、建设运行成本低的改良型生物接触氧化工艺作为典型流域农村生活污水处理核心技术。两者均需因地制宜，分级处理。柑橘种植区水土流失治理应考虑与面源污染治理相结合，推荐纳米碳添加肥减量化技术和智慧化监测管理技术。消落区生态修复应因地制宜采取梯级湿地塘修复模式、近自然模式、库岸环境综合治理模式等生态修复措施。植物配置方面，应考虑沿海拔梯度构建低矮草本、灌丛、灌-草及乔-灌-草群落。

用“三水”系统思维进行草堂河流域治理，在分析现状问题的基础上，综合考虑流域内空间分布，分级分类，因势合理布管，从饮水使用到污水利用，结合柑橘区水土流失防治、消落区生态修复相关工程及植物措施，尽可能做到污水资源利用，实现饮水、污水及污水利用闭环，为三峡库区重要支流开展“三水”系统治理提供技术示范和案例借鉴。

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（编辑：李慧）

Research on "Three Waters" system governance in Caotang River Basin of Three Gorges Reservoir area

MA Zhigang，CHEN Shasha，LI Ming，CHENG Laifeng，ZHU Junxia

（Chang Jiang Ecology （Hubei） Technology Development Co.，Ltd.，Wuhan 430014，China）

Abstract：In view of the problem of water resources shortage，water environment pollution and water ecological damage in the important tributaries and local areas of the Three Gorges Reservoir，the "Three Waters" governance system was put forward.Taking the Caotang River Basin in the Three Gorges Reservoir area as the research object，key prominent issues affecting the quality of water environment were analyzed，the technical solutions were proposed from the aspects of safe drinking water in rural areas，rural domestic sewage treatment，soil erosion control in citrus planting areas，and ecological restoration in water-lever-fluctuating zone，to explore feasible paths of "Three Waters" system governance in important tributaries of the Three Gorges Reservoir area.The research showed that the integrated equipment of coagulation，sedimentation，filtration and disinfection technology was recommended for rural drinking water safety.The improved biological contact oxidation process with good treatment effect and low construction and operation cost should be selected as the core technology of rural domestic sewage.Soil erosion control in citrus planting areas should be combined with non-point source pollution control.Nano-carbon fertilizer reduction technology and intelligent monitoring and management technology were recommended.The ecological restoration model of cascade wetland pond，near-nature model，and comprehensive management model of reservoir bank environment should be adopted in water-lever-fluctuating zone．

Key words：water resources； water environment； water ecology； "Three Waters" system governance； domestic sewage treatment； Three Gorges Reservoir area； Caotang River Basin