基于前置庫生態(tài)技術(shù)的水庫生態(tài)建設(shè)研究

張 成

（遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，遼寧 沈陽 110006）

基于前置庫生態(tài)技術(shù)的水庫生態(tài)建設(shè)研究

張 成

（遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，遼寧 沈陽 110006）

為改善遼河干流生態(tài)環(huán)境，在石佛寺水庫內(nèi)設(shè)置前置庫，利用前置庫凈化水質(zhì)、生態(tài)修復(fù)的功能來修復(fù)和改善庫區(qū)內(nèi)及庫區(qū)下游河道生態(tài)環(huán)境。本文重點(diǎn)闡述了前置庫的功能和作用，介紹了石佛寺水庫內(nèi)前置庫的生態(tài)建設(shè)內(nèi)容，并探討前置庫建設(shè)前后，對庫區(qū)及庫區(qū)下游生態(tài)環(huán)境的改善程度。研究結(jié)果表明:前置庫建成后，石佛寺庫區(qū)內(nèi)及下游河流生態(tài)環(huán)境得到了較大程度的改善，進(jìn)入下游的污染物得到有效控制，氮、磷年平均去除率均達(dá)到 30%以上，泥沙年平均沉降率達(dá)到 60%，河道水生態(tài)系統(tǒng)也逐步得到恢復(fù)。研究成果對于遼河水生態(tài)建設(shè)及其他河流生態(tài)建設(shè)和生態(tài)恢復(fù)提供了參考。

水庫前置庫技術(shù)；生態(tài)建設(shè)；水環(huán)境治理；石佛寺水庫

1 引言

當(dāng)前，社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，使得河流水環(huán)境不斷發(fā)生變化，流域水污染、水土流失等水生態(tài)環(huán)境問題日益突出，人類對水生態(tài)環(huán)境保護(hù)和改善的需求迫在眉睫。在科學(xué)發(fā)展和和諧社會理念指導(dǎo)下，流域水生態(tài)建設(shè)及修復(fù)已經(jīng)是現(xiàn)代水利建設(shè)的重要內(nèi)容和目標(biāo)。近些年來，水生態(tài)建設(shè)和修復(fù)的技術(shù)和理論快速發(fā)展，一些生態(tài)建設(shè)和修復(fù)技術(shù)已經(jīng)在一些流域得到實(shí)踐，取得一定的成效。自十二五規(guī)劃以來，遼河干流重點(diǎn)實(shí)施了一些點(diǎn)源和面源污染相結(jié)合控制的流域水污染治理措施，取得一定的效果，但是遼河干流的水環(huán)境特別是生態(tài)環(huán)境未得到徹底的改善和修復(fù)，因此對于遼河的水生態(tài)建設(shè)和修復(fù)一直被社會各界人士廣泛關(guān)注，對于遼河干流水生態(tài)建設(shè)和修復(fù)的研究也逐步被提上相關(guān)議程。對于河流生態(tài)環(huán)境修復(fù)的研究成果，近些年來，由于是熱點(diǎn)研究問題，得到國內(nèi)外許多學(xué)者的廣泛研究，也取得一定的研究成果，但對于運(yùn)用前置庫來進(jìn)行河道生態(tài)環(huán)境治理的研究成果相對較少，隨著前置庫投資小、見效快、效果好的特點(diǎn)，也逐步在一些流域得到推廣和運(yùn)用，但該項(xiàng)技術(shù)還未在遼寧地區(qū)得以運(yùn)用，因此為更好的改善遼河的水生態(tài)環(huán)境，引入前置庫技術(shù)，在石佛寺水庫內(nèi)劃定前置庫區(qū)域，在區(qū)域內(nèi)種植水生植物等相關(guān)生態(tài)建設(shè)，有效控制河流污染物，改善和修復(fù)遼河干流生態(tài)環(huán)境。

2 石佛寺水庫概況

石佛寺水庫是遼河干流唯一的一座控制性水利工程，水庫為河道型平原水庫。水庫主、副壩全長42.6km，共有16孔泄洪閘，閘孔總寬度為 248.5m。水庫壩址地理位置位于沈陽市沈北新區(qū)黃家鄉(xiāng)和法庫縣依牛堡鄉(xiāng)，距離沈陽市區(qū)約 47km。壩址以上流域面積164786km2，其中在遼寧省內(nèi)流域面積為16161 km2。庫區(qū)淹沒范圍為 50.41km2，回水長度達(dá)到 21.17km。石佛寺水庫工程特性見表 1。

表1 工程特性表

3 前置庫的概念和組成

前置庫是運(yùn)用水庫的蓄水功能，將受到面源污染影響的徑流污水截留在水庫中，通過物理、生物強(qiáng)力凈化作用后，再排入受到保護(hù)的流域水體中。前置庫的主要功能包含凈化水質(zhì)以及蓄渾排清的功能：首先通過減緩流入水庫的水流速度，使得徑流污水中的泥沙得以沉淀，同時(shí)，以顆粒狀態(tài)存在的面源污染物也隨著泥沙沉淀；其次，利用前置庫區(qū)域內(nèi)的水生態(tài)系統(tǒng)，吸收和去除水體及底泥中的污染物。前置庫主要有三部分組成，包括沉降系統(tǒng)、導(dǎo)流系統(tǒng)以及強(qiáng)化凈化的系統(tǒng)，前置庫的主要工藝流程見圖 1。

圖1 前置庫工藝流程圖

4 基于水庫前置庫的石佛寺水庫生態(tài)建設(shè)內(nèi)容

石佛寺水庫內(nèi)設(shè)置的前置庫生態(tài)建設(shè)區(qū)面積為1308.02hm2，在前置庫內(nèi)種植水生植物，其中蘆葦和蒲草種植面積為 424.33hm2，荷花種植面積為267.00hm2，植物喬灌木種植面積為 185.43hm2。前置庫生態(tài)建設(shè)區(qū)分為水生植物區(qū)、水道生態(tài)建設(shè)區(qū)、河道主槽生態(tài)建設(shè)區(qū)、岸堤保護(hù)戧臺生態(tài)建設(shè)區(qū)、人工綠島區(qū)、岸堤公路綠化及庫區(qū)觀賞植物種植區(qū)共 7個(gè)前置庫單元建設(shè)區(qū)，石佛寺水庫正常的蓄水高程為46.2 m，考慮水生植物種植特性以及植物生長特點(diǎn)，并結(jié)合水生植物對水質(zhì)的凈化原理等因素，確定蘆葦和蒲草種植高程為 45.9m?？紤]景觀植物季節(jié)性，種植適宜生 長水深為 0.8～1.2m，確定前置庫景觀植物建設(shè)區(qū)荷花種植的高程為45.0～45.4m。

5 前置庫建設(shè)后生態(tài)改善度分析

5.1 水環(huán)境改善度

前置庫的建設(shè)對減少水庫淤積和改善水質(zhì)方面發(fā)揮了巨大的作用。表 1和圖 2為前置庫建設(shè)前后水質(zhì)改善度，建設(shè)前置庫后，運(yùn)用前置庫內(nèi)沉降系統(tǒng)和礫石床沉降泥沙的特點(diǎn)，使得進(jìn)入前置庫的泥沙得到有效沉降，從表 1中可看出 2011年 ～2014年經(jīng)過前置庫生態(tài)技術(shù)處理后，進(jìn)入庫區(qū)的泥沙去除率均達(dá)到 60%以上，有效解決石佛寺水庫泥沙淤積和水庫下游河道泥沙淤積問題。其次，前置庫的建設(shè)可強(qiáng)化凈化河流水質(zhì)，通過前置庫內(nèi)水生植物的布設(shè)和種植，可有效吸收和降解水體中的總氮和總磷，使河流水質(zhì)得到凈化，從表 1中可以看出，建立前置庫后，2011年 ～2014年石佛寺水庫總氮和總磷去除率均值達(dá)到30%以上，總氮的去除率變幅為27.19%～33.16%，總磷的去除率的變幅為28.80%～32.88%，建立前置庫后，進(jìn)入庫區(qū)和庫區(qū)下游水質(zhì)得到較大程度的改善。圖2為前置庫建設(shè)后水質(zhì)改善對比圖，從圖中可以明顯看出，前置后建設(shè)后，經(jīng)過前置庫生態(tài)技術(shù)處理后，進(jìn)入庫區(qū)和庫區(qū)下游的污染物得到明顯控制，總氮、總磷和泥沙得到明顯去除，效果顯著，前置庫技術(shù)對石佛寺水庫及庫區(qū)下游的水質(zhì)具有非常明顯的改善作用。

表2 前置庫建設(shè)后水質(zhì)改善度

圖2 前置建設(shè)后水質(zhì)改善對比圖

5.2 生態(tài)系統(tǒng)的改善度

前置庫內(nèi)共栽植水生植物面積為 6.91 km2，大大增加前置庫區(qū)內(nèi)水體的自凈功能，從而改善庫區(qū)及庫區(qū)下游河道水質(zhì)，經(jīng)過前置庫技術(shù)后，石佛寺庫區(qū)逐步成為魚類以及野生動(dòng)物的適宜棲息的場所，石佛寺水庫呈現(xiàn)出水清、草綠、花美的和諧自然生態(tài)景觀，庫區(qū)生態(tài)環(huán)境得到較大程度的改善和修復(fù)。圖 3～圖4 為采用前置庫技術(shù)的石佛寺水庫庫區(qū)生態(tài)建設(shè)前后實(shí)景圖，從圖中可看出石佛寺水庫庫區(qū)生態(tài)工程建設(shè)后，石佛寺庫區(qū)區(qū)域自然氣候條件得到較大程度改善，生態(tài)建設(shè)區(qū)及庫區(qū)周邊的空氣濕度大大增加，水庫周圍及庫區(qū)空氣得到有效凈化；石佛寺庫區(qū)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)得到較大程度改善，庫區(qū)為各種動(dòng)植物提供適宜的生存場所。

6 結(jié)論

文章介紹了前置庫的概念和系統(tǒng)組成，敘述了基于水庫前置庫技術(shù)的石佛寺水庫生態(tài)建設(shè)內(nèi)容，并探討了水庫前置庫技術(shù)對于石佛寺庫區(qū)及下游河流生態(tài)環(huán)境改善情況，研究取得以下結(jié)論：

圖3 水生植物建設(shè)前后生態(tài)改善圖

（1）前置庫技 術(shù)具有投資小、見效快、效果好的特點(diǎn)，適合于水庫及河流生態(tài)建設(shè)和修復(fù)；

（2）建設(shè)前置庫后，2011年 ～2014年總氮的去除率變幅為 27.19%～33.16%，總磷的去除率的變幅為 28.80%～32.88%，泥沙沉降率均到達(dá)到 60%，前置庫生態(tài)技術(shù)使得進(jìn)入庫區(qū)和庫區(qū)下游污染物得到有效控制，水質(zhì)改善效果明顯；

（3）前置庫建設(shè)后，石佛寺水庫庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)得到修復(fù)，庫區(qū)維持健康良性發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

［1］高勇.新民市新開河水利生態(tài)建設(shè)理念探索［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2013（03）：17-18.

［2］段威.新民市水土保持生態(tài)建設(shè)分析［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2015（02）：10-12.

［3］孟祥麗.阜新市水土保持生態(tài)建設(shè)分析［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2015（04）：24-25+37.

［4］張振興.北方中小河流生態(tài)修復(fù)方法及案例研究［D］.東北師范大學(xué)，2012.

［5］楊俊鵬，王鐵良，范昊明，蘇子龍.河流生態(tài)修復(fù)研究進(jìn)展［J］.水土保持研究，2012（06）：299-304.

［6］李彬，呂錫武，寧平，張仁鋒，郜華萍，楊月紅.河口前置庫技術(shù)在面源污染控制中的研究進(jìn)展［J］.水處理技術(shù)，2008（09）：1-6+10.

［7］張毅敏，張永春，左玉輝.前置庫技術(shù)在太湖流域面源污染控制中 的 應(yīng) 用 探 討 ［J］.環(huán) 境 污 染 與 防 治，2003（06）：342-344.

［8］趙俊杰.面源污染控制的前置庫生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建技術(shù)研究［D］.河海大學(xué)，2005.

［9］巫林和.茜坑水庫排洪河生態(tài)修復(fù)的探索與實(shí)踐［J］.人民珠江，2011（05）.

［10］王富.水庫水源涵養(yǎng)區(qū)不同生態(tài)修復(fù)措施的生態(tài)效益監(jiān)測與評價(jià)［D］.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010.

［11］林潮.水庫生態(tài)加固理論應(yīng)用與技術(shù)對策研究［D］合肥工業(yè)大學(xué)，2010.

［12］楊蓉.升鐘水庫生態(tài)環(huán)境保護(hù)與污染防治對策研究［D］西南交通大學(xué)，2008.

［13］張麗娜，袁自立.大力整治水庫污染 還石漫灘碧水藍(lán)天［J］.河南水利與南水北調(diào)，2015（09）.

［14］劉佳斯，邵茂華，趙雎澤.四豐山水庫污染現(xiàn)狀及防治對策［J］.黑龍江環(huán)境通報(bào).2010（04）.

［15］陳來華，蘇飛，尹吉國，何若英.水質(zhì)模型在楊溪水庫污染負(fù)荷控制研究中的應(yīng)用［J］.浙江水利科技，2011（06）.

［16］戴軍，劉志峰.城市水庫生態(tài)區(qū)景觀規(guī)劃與設(shè)計(jì)探討——以安徽省全椒土橋水庫生態(tài)規(guī)劃區(qū)為例［J］.浙江水利科技.2011（06）.

X37

B

1672-2469（2015）08-0111-04

DO I：10.3969/j.issn.1672-2469.2015.08.038

張 成（1983—），男，工程師。