呂 輝，簡鴻福，游文蓀，鄧 偉

(江西省水利科學(xué)院，江西 南昌 330000)

1 研究背景

水庫型水源地作為城鄉(xiāng)居民重要飲用水水源地之一，其水質(zhì)安全關(guān)乎到人民身體健康和社會(huì)發(fā)展穩(wěn)定。但近年來，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，人類活動(dòng)產(chǎn)生的生產(chǎn)生活污水、水土流失等造成的污染物隨之增加。由于水庫水體流速緩慢，污染物入庫后容易沉淀到庫底，增加底泥污染物的含量，同時(shí)低流速水面降低了水復(fù)氧作用和庫區(qū)潛流交換的作用，水體對(duì)有機(jī)質(zhì)的自凈效果減弱，當(dāng)水體中氮、磷等營養(yǎng)元素過剩時(shí)，一些藻類大量繁殖使水庫呈現(xiàn)富營養(yǎng)化的狀態(tài)[1]，造成水庫水質(zhì)惡化，影響下游供水居民的身體健康。近年來，對(duì)水庫型水源地受污染的原因分析、保護(hù)與防治策略、治理設(shè)計(jì)等方面有一定的研究成果[2- 4]，但當(dāng)前的研究多是通過一些工程措施和非工程措施對(duì)庫區(qū)范圍內(nèi)的污染物進(jìn)行有針對(duì)性的防治，而對(duì)于入庫河道、陸地及庫區(qū)進(jìn)行“岸-河-庫”一體化的系統(tǒng)防治策略的研究尚不多見。文中以江西省樂豐水庫水源地為例，在區(qū)域現(xiàn)狀及污染源分析的基礎(chǔ)上，提出了從岸上、河道到庫區(qū)構(gòu)建“岸-河-庫三道防線”的防治思路及防治措施，為水庫型水源地保護(hù)與防治提供了有益建議。

2 現(xiàn)狀分析

樂豐水庫位于江西省崇仁縣巴山鎮(zhèn)西部樂豐村，壩址座落于撫河流域崇仁河寶塘水支流園背水主流上。樂豐水庫總庫容為978萬m3，水庫一般水面面積約65萬m2，平均水深約10～13m，是一座以供水為主，兼顧防洪、灌溉等綜合利用的小(1)型水利樞紐工程，設(shè)計(jì)供水人口14.4萬人，是崇仁縣主要飲用水源地。

樂豐水庫水源地保護(hù)區(qū)內(nèi)藻類過度生長現(xiàn)象較為嚴(yán)重，其中，藍(lán)藻成為庫區(qū)主要優(yōu)勢(shì)種，藍(lán)藻水華的風(fēng)險(xiǎn)不僅在于其將大量增加自來水廠對(duì)飲用水處理的成本，還會(huì)產(chǎn)生水質(zhì)異味問題，造成供水水質(zhì)的安全隱患。

通過現(xiàn)場(chǎng)摸查，該區(qū)域主要由村莊、農(nóng)田、林地構(gòu)成，無工業(yè)、規(guī)?；B(yǎng)殖業(yè)等污染源輸入，其主要污染源主要來自內(nèi)源污染和外源污染。

2.1 內(nèi)源污染

(1)藍(lán)藻成為庫區(qū)主要優(yōu)勢(shì)種

通過對(duì)樂豐水庫水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)樂豐水庫飲用水中上層發(fā)生了比較典型的藍(lán)藻水華，部分點(diǎn)位甚至有大量微囊藻出現(xiàn)。世界衛(wèi)生組織推薦的飲用水中微囊藻毒素安全標(biāo)準(zhǔn)為不超過1μg/L，當(dāng)微囊藻水華成為庫區(qū)主要藻類水華時(shí)，將大量分泌致癌類藍(lán)藻毒素[5]，極大地威脅著附近居民健康安全。

(2)水庫底泥釋放污染物

底泥具有污染物儲(chǔ)存和釋放的雙重功能，當(dāng)污染物不斷進(jìn)入水體并沉積至水庫底泥中，底泥儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)化、分解部分污染物，當(dāng)生境發(fā)生變化時(shí)，底泥開始釋放污染物，引起水生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生物質(zhì)循環(huán)及能量流動(dòng)過程，底泥污染物的儲(chǔ)存和釋放2個(gè)過程的動(dòng)態(tài)平衡造成了水體中氮、磷等元素含量的變化[6- 7]，引起“二次污染”。有研究結(jié)論表明，湖庫底泥中氮、磷的含量與水體富營養(yǎng)化程度呈正相關(guān)關(guān)系[8]。前期調(diào)查發(fā)現(xiàn)，樂豐水庫的底泥中總氮和總磷均超標(biāo)，且底泥有機(jī)質(zhì)主要來自于外源污染物，表明外源污染輸入是樂豐水庫水質(zhì)問題的主要因素。

2.2 外源污染

(1)水庫北岸大量農(nóng)田面源污染直排進(jìn)庫區(qū)

調(diào)查發(fā)現(xiàn)樂豐水庫北部區(qū)域存在多片農(nóng)田，耕地面積約1565畝，其中，水庫北岸大概有4處梯田造成農(nóng)田面源污染直排進(jìn)庫區(qū)，合計(jì)約600畝。根據(jù)江西地區(qū)施肥強(qiáng)度計(jì)算，樂豐水庫北部區(qū)域直接入庫氨氮2.2t，COD18t，總磷0.12t，對(duì)水庫局部區(qū)域的水體營養(yǎng)鹽濃度影響較為顯著。在擴(kuò)散條件差、水體流速緩慢的季節(jié)，該片區(qū)水體甚至有可能發(fā)生局部區(qū)域藍(lán)藻水華現(xiàn)象，產(chǎn)生的藻類會(huì)逐步擴(kuò)散進(jìn)入下游的水源地，進(jìn)而威脅飲用水安全。

(2)入庫河流沿河村莊的生活污水排放入庫

入庫河道為寶塘水支流園背水，沿河村落包括巴山鎮(zhèn)永勝村5個(gè)村小組和白陂鄉(xiāng)座陂村1個(gè)村小組，共6個(gè)居民點(diǎn)，約230戶905人。村民正常生活產(chǎn)生的生活污水、垃圾以及散養(yǎng)家禽產(chǎn)生的糞便容易隨雨水流入河道，進(jìn)而匯入水庫，污染水體。

3 總體思路

3.1 防治區(qū)劃分

本次防治區(qū)域面積為18.1km2，主要為樂豐水庫流域內(nèi)居民生活、生產(chǎn)等活動(dòng)影響的區(qū)域，按治理對(duì)象劃分為生活污染防治區(qū)、生產(chǎn)污染防治區(qū)、河道污染凈化區(qū)及庫體生態(tài)修復(fù)區(qū)4個(gè)區(qū)域，主要采取工程措施與非工程措施并行防治。生活污染防治區(qū)主要為園背水沿河村落，包括6個(gè)村小組；生產(chǎn)污染防治區(qū)主要為流域內(nèi)耕地；河道污染凈化區(qū)主要為入庫河道的寶塘水支流園背水，水庫上游3km長入庫河道為本次重點(diǎn)防治河段；庫體生態(tài)修復(fù)區(qū)主要為庫區(qū)水體。

3.2 防治思路

樂豐水庫水源地保護(hù)與防治工程以構(gòu)建“岸-河-庫三道防線”為主要思路。第一道防線為岸上污染防治工程，主要針對(duì)生活污染防治區(qū)、生產(chǎn)污染防治區(qū)，包括：①農(nóng)村生活區(qū)生活污水濕地凈化工程，對(duì)農(nóng)村生活污水進(jìn)行生態(tài)化深度處理后再讓其流入庫區(qū)河道；②建設(shè)垃圾中轉(zhuǎn)站和回收系統(tǒng)等；③庫岸隔離凈化工程，通過對(duì)生產(chǎn)區(qū)設(shè)置防護(hù)隔離網(wǎng)、生態(tài)溝，在庫區(qū)岸線區(qū)域建立污染物植被緩沖帶，將庫區(qū)周邊的面源污染攔截和消除在植被緩沖帶以外。第二道防線為入庫河道污染凈化工程，主要針對(duì)河道污染凈化區(qū)，包括在入庫河道修建生態(tài)滾水堰、前置庫。第三道防線為水庫水體生態(tài)修復(fù)工程，主要針對(duì)庫體生態(tài)修復(fù)區(qū)，包括在庫區(qū)部分庫汊及取水口附近布置生態(tài)浮島等。水庫“三道防線”布置如圖1所示。通過構(gòu)筑三道防線，控制上游污染物質(zhì)排放量，尤其是總氮磷的排放量，使水庫的水質(zhì)問題，特別是藻類過度生長達(dá)到控制或不再全面性爆發(fā)，保障樂豐水庫的供水水源安全。

圖1 樂豐水庫水源地“三道防線”布置示意圖

4 保護(hù)與防治策略

根據(jù)工程區(qū)現(xiàn)狀和設(shè)計(jì)思路，通過生活污水人工濕地處理工程、生活垃圾處理工程、庫岸隔離凈化工程、生態(tài)滾水堰及前置庫建設(shè)工程、生態(tài)浮島、管理措施等工程措施和非工程措施，共同構(gòu)筑樂豐水庫水源工程的三道防線，保障水庫供水安全。

4.1 人工濕地及生活垃圾處理系統(tǒng)

在工程區(qū)內(nèi)的6個(gè)村小組分別建設(shè)一套處理生活污水的人工濕地凈化系統(tǒng)，將農(nóng)村各住戶的生活污水，通過管網(wǎng)排到集水井進(jìn)行收集，自流入高效厭氧池，污水在無分子氧條件下，通過厭氧微生物(包括兼氧微生物)的繁殖與代謝活動(dòng)，將污水中的各種復(fù)雜有機(jī)物分解轉(zhuǎn)化；厭氧出水自流到人工濕地，污水從濕地布水管均勻垂直流過填料的底部，然后通過給集水管均勻排走，達(dá)到生活污水無公害處理的效果。人工濕地工藝流程如圖2所示。

圖2 人工濕地工藝流程圖

在6個(gè)村小組分別建設(shè)生活垃圾處理系統(tǒng)，設(shè)立垃圾桶和生活垃圾收集站，由村委會(huì)負(fù)責(zé)監(jiān)督管理垃圾收集站的運(yùn)作，將農(nóng)村居民生活垃圾集中收集、轉(zhuǎn)運(yùn)、處理，減少生活垃圾對(duì)沿流河道的影響。

4.2 庫岸隔離凈化工程

主要包括植被緩沖帶、生態(tài)溝和防護(hù)欄。以水庫正常蓄水位水面線至水面線外延50m區(qū)域構(gòu)建植被緩沖帶，面積約0.75km2，植被緩沖帶區(qū)域內(nèi)禁止耕種、減少人類活動(dòng)，讓區(qū)域內(nèi)植物自然生長。區(qū)域內(nèi)林地、灌木林等植被相對(duì)茂盛、密集的地帶讓其自然生長，荒草地、泥沙地等植被相對(duì)稀薄的地帶可人工種植濕地植物，如蘆葦植物帶，形成一道生態(tài)植物屏障。水庫北岸有大量梯田，面源污染容易直接排入庫區(qū)，為進(jìn)一步削減農(nóng)田面源污染和人類活動(dòng)對(duì)庫區(qū)水體的影響，擬在梯田近河岸帶位置開挖生態(tài)溝并植草，吸收和降解地表徑流中的N、P等污染物，阻隔面源污染物直接進(jìn)入水體，減少進(jìn)入水體的污染負(fù)荷，并在與河岸交界處設(shè)置防護(hù)欄(圍網(wǎng))，減少人類活動(dòng)對(duì)進(jìn)水河的干擾。

4.3 生態(tài)滾水堰工程

生態(tài)滾水堰的主要作用是通過河道中建壩適當(dāng)提高水位，增加來水停留時(shí)間及與河道的濕生、挺水植物等的接觸時(shí)間，攔截、凈化上游村莊及農(nóng)田排入河道的污染物，增強(qiáng)上游入庫河道的水質(zhì)凈化能力[9]。生態(tài)滾水堰所選位置應(yīng)盡量避開農(nóng)田區(qū)，同時(shí)利用堰體構(gòu)造出梯級(jí)擋水、跌水的效果。選擇的堰體材料應(yīng)具有一定透水性，既能起到擋住一部分水體造成一定回水面積的作用，又能夠讓水體透過堰體流入下游，常選用格賓石籠作為主體材料。

4.4 前置庫工程

水庫生態(tài)前置庫是水生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)的主要措施之一。實(shí)踐證明，水庫前置庫生態(tài)工程可見顯著減輕水庫水質(zhì)污染，減少總氮、總磷入庫量，為水庫生態(tài)系統(tǒng)多樣性提供淺水區(qū)、產(chǎn)卵場(chǎng)、育幼場(chǎng)和種子庫，是水庫水生態(tài)系統(tǒng)良性發(fā)展的重要措施[10]。前置庫透水堤壩結(jié)構(gòu)型式與生態(tài)滾水堰類似，利用透水性材料構(gòu)筑壩體。壩頂高程應(yīng)高于水庫常水位，保障在較長時(shí)期內(nèi)壩頂位于水面以上，最大程度的利用好前置庫的生態(tài)修復(fù)功能。為有效利用河道水體增大前置庫水域面積，可設(shè)置多座前置庫，保障在庫水位達(dá)到正常蓄水位時(shí)仍有未淹沒的前置庫正常運(yùn)行。根據(jù)流域水文特征和地形特點(diǎn)，在樂豐水庫庫尾處設(shè)置2座前置庫。另外，可通過生物修復(fù)措施增強(qiáng)前置庫的生態(tài)修復(fù)功能，如在前置庫兩岸水邊采用置石、拋石等方式構(gòu)筑生物槽和人工濕地，在下游兩側(cè)河岸帶植被覆蓋率較低區(qū)域種植高等水生挺水植物，在庫區(qū)種植沉水植物，培育底棲動(dòng)物，放養(yǎng)羅非魚等底層吃食性魚類等。

4.5 生態(tài)浮島

生態(tài)浮島技術(shù)[11]即在浮體材料上種植植物，通過植物自身的同化作用吸收水源水中氮、磷，依靠附著于植物根系上的微生物去除一部分氨態(tài)氮、COD，使得水體的營養(yǎng)得到轉(zhuǎn)移，減輕水體由于封閉或自循環(huán)不足帶來的水體腥臭、富營養(yǎng)化現(xiàn)象；同時(shí)由于浮島的遮光效應(yīng)、接觸沉淀作用等，可在一定程度上控制有害藻類的增殖。生態(tài)浮島能使水體透明度提高，同時(shí)水質(zhì)指標(biāo)也得到有效的改善，特別是對(duì)藻類有很好的抑制效果。結(jié)合水庫測(cè)量和衛(wèi)星遙感資料，可在庫區(qū)流速相對(duì)緩慢的庫灣及取水口附近布設(shè)8處生態(tài)浮島。

4.6 其他工程措施

為進(jìn)一步提高飲用水水源地水質(zhì)監(jiān)測(cè)水平，選取水庫取水口附近建設(shè)一套水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在水庫飲用水取水口、主壩、副壩、辦公區(qū)、門衛(wèi)室(進(jìn)庫公路入口)、釣魚密集區(qū)等區(qū)域設(shè)置攝像頭監(jiān)控系統(tǒng)及語音警告系統(tǒng)，提升水庫管理效率和保護(hù)力度。

4.7 非工程措施

(1)強(qiáng)化水庫管理力度

禁止在水庫上游河道及庫區(qū)釣魚、野炊等活動(dòng)，杜絕垃圾、糞便等污染物直接拋入庫區(qū)，嚴(yán)禁水產(chǎn)、畜禽養(yǎng)殖等產(chǎn)生的污水直接進(jìn)入河道及庫區(qū)，強(qiáng)化巡檢力度，保障庫區(qū)水體處于自然安全狀態(tài)。

(2)減少農(nóng)田、林地等面源污染

建議有關(guān)部門通過一定的補(bǔ)償措施，讓庫區(qū)周邊及河道兩側(cè)的農(nóng)田、林地進(jìn)行生態(tài)耕種，減少農(nóng)藥、化肥的使用。

(3)加強(qiáng)水源地保護(hù)宣傳

農(nóng)村居民對(duì)生態(tài)保護(hù)與修復(fù)措施的保護(hù)意識(shí)較淡薄，農(nóng)村散養(yǎng)式的家禽養(yǎng)殖習(xí)慣以及采用農(nóng)家肥施肥的耕種方式在短時(shí)間內(nèi)較難改變，這也容易對(duì)入庫河道的水體造成污染，建議加強(qiáng)水庫水源地保護(hù)意識(shí)的宣傳，讓農(nóng)民主動(dòng)參與到水源地保護(hù)中來。

5 結(jié)語

文章提出了從岸上、河道到庫區(qū)構(gòu)建“岸-河-庫三道防線”的防治思路，利用人工濕地及生活垃圾處理系統(tǒng)、植被緩沖帶、生態(tài)溝和防護(hù)欄、生態(tài)滾水堰、前置庫、生態(tài)浮島等工程措施及非工程措施，為水庫型水源地保護(hù)和防治工作提供了一種“源頭控制-過程消減-末端凈化”的防治策略，對(duì)保障城鄉(xiāng)居民用水安全具有重要意義。