官?gòu)d水庫(kù)濕地公園水質(zhì)保護(hù)工程

馮嵩 趙洪喜 袁康寧

（億利生態(tài)修復(fù)有限公司，北京 100020）

官?gòu)d水庫(kù)濕地公園水質(zhì)保護(hù)工程

馮嵩 趙洪喜 袁康寧

（億利生態(tài)修復(fù)有限公司，北京 100020）

官?gòu)d水庫(kù)對(duì)首都供水安全具有重大意義，目前濕地水質(zhì)呈微污染、富營(yíng)養(yǎng)化的趨勢(shì)。官?gòu)d水庫(kù)濕地公園建設(shè)應(yīng)以水質(zhì)保護(hù)為核心，兼顧生態(tài)環(huán)境與科普教育。按照點(diǎn)源、面源和內(nèi)源污染的控制途徑，提出源頭控制、過(guò)程攔截和生態(tài)修復(fù)的水質(zhì)保護(hù)措施。根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)，因地制宜地提出了庫(kù)濱帶修復(fù)與重建、水生態(tài)群落修復(fù)與重建、生態(tài)浮島布設(shè)及人工濕地優(yōu)化改造4種典型的生態(tài)修復(fù)措施。濕地公園整體建設(shè)、保育和后期運(yùn)行管理可顯著改善水質(zhì)，建議開(kāi)展水質(zhì)大數(shù)據(jù)采集，便于規(guī)劃設(shè)計(jì)階段GIS分析與今后水質(zhì)發(fā)展趨勢(shì)研究。

濕地公園；水質(zhì)保護(hù)；污染控制；生態(tài)修復(fù)

官?gòu)d水庫(kù)位于北京和張家口的交界，是新中國(guó)成立以來(lái)修建的第一座大型水庫(kù)，也是北京市主要供水水源地之一。20世紀(jì)80年代后期庫(kù)區(qū)受到嚴(yán)重污染，被迫退出飲用水體系。由于水庫(kù)對(duì)首都供水安全具有重大意義，2007年劃為北京飲用水備用水源地。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，濕地周邊畜禽養(yǎng)殖、灘涂開(kāi)墾、旅游等需求旺盛，無(wú)序的人類(lèi)活動(dòng)造成該濕地流域污染呈上升趨勢(shì)，濕地生態(tài)系統(tǒng)破壞嚴(yán)重。為此，當(dāng)?shù)卣疁?zhǔn)備成立濕地公園，劃定保護(hù)區(qū)，對(duì)濕地進(jìn)行有效的保護(hù)和管理。本文從水污染控制與生態(tài)修復(fù)的角度，探討了官?gòu)d水庫(kù)的濕地問(wèn)題和擬采取的保護(hù)措施，為我國(guó)濕地公園的建設(shè)和水源地保護(hù)提供借鑒。

1 官?gòu)d水庫(kù)濕地水質(zhì)及生態(tài)問(wèn)題

官?gòu)d水庫(kù)濕地屬內(nèi)陸灘涂人工水域濕地，總面積約130 km2，河北段上游包括永定河及其支流桑干河、洋河等河流（圖1)。

1.1 水質(zhì)現(xiàn)狀與污染源分析

1.1.1 濕地水質(zhì)現(xiàn)狀 據(jù)環(huán)保部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2015年官?gòu)d水庫(kù)主要斷面水質(zhì)均為地表水IV類(lèi)，主要污染指標(biāo)為化學(xué)需氧量、氟化物和總磷，2013年富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)（EI）值為52.5。據(jù)孫寓嬌等（2015）調(diào)查，庫(kù)區(qū)水質(zhì)超過(guò)地表湖庫(kù)V類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)，夏季和秋季均存在大量的水華。

1.1.2 污染源分析 官?gòu)d水庫(kù)主要污染源為上游洋河和桑干河（楊喆等,2015），濕地周邊和內(nèi)部也存在點(diǎn)源、面源和內(nèi)源污染。點(diǎn)源污染主要為沿河環(huán)庫(kù)工業(yè)企業(yè)、城鎮(zhèn)居民、民俗接待等排放的污水。面污染源主要為周邊農(nóng)田農(nóng)藥化肥、畜禽糞便、生活及建筑垃圾等廢棄物。內(nèi)源污染主要為水產(chǎn)養(yǎng)殖、枯枝落葉、秸稈等雜物腐敗及河庫(kù)內(nèi)淤泥、腐殖質(zhì)等。

圖1 官?gòu)d水庫(kù)濕地公園范圍Fig. 1 Guanting Reservoir Wetland Park range

1.2 生態(tài)環(huán)境破壞問(wèn)題

1.2.1 沿岸植被退化嚴(yán)重 由于濕地范圍大，濕地管理機(jī)制不健全，居民環(huán)保意識(shí)淡薄，造成原生植被生態(tài)破壞嚴(yán)重。如臥牛山區(qū)域挖山采土取石導(dǎo)致山體裸露，京西草原跑馬放牧植被退化，永定河河道盜砂，周邊林木亂砍亂伐，游客垃圾隨意丟棄，臨建侵占濕地空間等現(xiàn)象嚴(yán)重。

1.2.2 水土流失問(wèn)題突出 當(dāng)?shù)刈匀粭l件和氣候特點(diǎn)造成官?gòu)d水庫(kù)流域成為水土流失重點(diǎn)區(qū)域（孫艷紅等,2010）。據(jù)懷來(lái)縣林業(yè)局提供數(shù)據(jù)，目前仍有約500 km2的流失面積亟待治理，年水土流失量約170萬(wàn)t。水土流失不僅吞食農(nóng)田、降低肥力、淤積塘壩、引發(fā)洪澇和泥石流，而且造成庫(kù)底淤積難以控制，水體調(diào)節(jié)能力下降，對(duì)官?gòu)d水庫(kù)的行洪和供水造成巨大壓力。

1.2.3 濱水帶侵占現(xiàn)象明顯 由于建國(guó)初期鼓勵(lì)農(nóng)民開(kāi)荒種地，目前河灘、庫(kù)濱帶開(kāi)墾情況非常普遍，導(dǎo)致玉米地等農(nóng)作物侵占大量河道、濕地空間，同時(shí)河流和水庫(kù)岸線(xiàn)還存在生活垃圾和建筑垃圾堆積現(xiàn)象。

1.2.4 部分河段水生態(tài)失衡 濕地內(nèi)永定河部分水域，由于水體污染、當(dāng)?shù)鼐用耠婔~(yú)、拉網(wǎng)捕撈，魚(yú)蝦基本絕跡，水體內(nèi)無(wú)高級(jí)水生植物，動(dòng)物缺少隱蔽棲息地，藻類(lèi)泛濫。

2 官?gòu)d水庫(kù)濕地水質(zhì)保護(hù)原則

官?gòu)d水庫(kù)濕地公園作為首都備用水源，應(yīng)以水質(zhì)保護(hù)為核心，兼顧生態(tài)環(huán)境和科普教育。保護(hù)治理應(yīng)優(yōu)先進(jìn)行源頭控制和過(guò)程攔截，保護(hù)措施應(yīng)簡(jiǎn)單有效且易于維護(hù)，避免使用化學(xué)藥劑、機(jī)械設(shè)備等易產(chǎn)生二次污染和噪聲的手段，生物引進(jìn)以本土植物為主，適當(dāng)兼顧景觀(guān)，防止生物入侵及不可預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生。

3 水污染控制思路和措施

3.1 明確濕地管理機(jī)構(gòu)并劃定保護(hù)區(qū)

成立“濕地公園管理委員會(huì)”作為濕地公園具體的管理機(jī)構(gòu)。由當(dāng)?shù)卣饕I(lǐng)導(dǎo)負(fù)責(zé)，協(xié)調(diào)林業(yè)、國(guó)土、水利、旅游、環(huán)保、農(nóng)業(yè)、交通等相關(guān)部門(mén)開(kāi)展?jié)竦毓珗@建設(shè)、保護(hù)和管理工作。為防止?jié)竦剡M(jìn)一步破壞行為，對(duì)官?gòu)d水庫(kù)濕地公園邊界進(jìn)行范圍劃定，以水庫(kù)淹沒(méi)線(xiàn)為邊界，設(shè)置界樁、界碑，警示牌、宣傳欄以便于管理游人活動(dòng)。

3.2 點(diǎn)源污染控制措施

嚴(yán)禁污、廢水直排入庫(kù)，對(duì)現(xiàn)有污水廠(chǎng)進(jìn)行擴(kuò)容和提標(biāo)改造，管理部門(mén)應(yīng)監(jiān)督現(xiàn)有環(huán)保處理設(shè)施運(yùn)行達(dá)標(biāo)排放情況。對(duì)沒(méi)有環(huán)保設(shè)施，廢水又無(wú)法納網(wǎng)的工業(yè)企業(yè)限期整改，對(duì)不達(dá)標(biāo)排放又長(zhǎng)期得不到解決的企業(yè)，實(shí)行掛牌督辦，堅(jiān)決淘汰落后產(chǎn)能。

流域內(nèi)城鄉(xiāng)生活污水，應(yīng)遵循“雨污分流”建立完善的污水收集管網(wǎng)，通過(guò)建設(shè)集中式污水處理廠(chǎng)集中處理。在集中式污水處理設(shè)施服務(wù)范圍以外的區(qū)域，建設(shè)分散式污水處理設(shè)施處理污水。農(nóng)村地區(qū)充分利用天然洼塘和自然地形條件建設(shè)生物凈化塘，處理出水水質(zhì)達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)后，用于周邊林地澆灌或農(nóng)灌。濕地保護(hù)區(qū)域內(nèi)新建的管理設(shè)施及科普設(shè)施，必須全部采取污水收集處理措施，達(dá)標(biāo)后就地消納或回用，不新增污水排放口。

3.3 面源污染控制措施

流域內(nèi)畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)應(yīng)具備綜合利用和無(wú)害化設(shè)施，對(duì)飲用水源保護(hù)區(qū)內(nèi)養(yǎng)殖場(chǎng)進(jìn)行引導(dǎo)轉(zhuǎn)型、清退和必要補(bǔ)償。農(nóng)村地區(qū)面源污染嚴(yán)重，應(yīng)推廣測(cè)土配方施肥和高效低毒易降解農(nóng)藥，控制化肥和農(nóng)藥的過(guò)量使用。

濕地保護(hù)區(qū)內(nèi)開(kāi)展清退工程。清除濕地范圍內(nèi)的垃圾、殘留農(nóng)作物秸稈，退耕還濕、清退果樹(shù)經(jīng)營(yíng)，停止使用化肥、噴灑農(nóng)藥帶來(lái)的人為面源污染。對(duì)面源污染嚴(yán)重及水土流失區(qū)域，設(shè)置多級(jí)庫(kù)濱帯防治。

圖2 典型庫(kù)濱帶構(gòu)成Fig. 2 Typical riparian zone band structure

3.4 內(nèi)源污染控制措施

上游洋河、桑干河等開(kāi)展河流綜合治理，減少河流攜帶有機(jī)污染物、氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽、重金屬等進(jìn)入水庫(kù)。濕地保護(hù)區(qū)內(nèi)河道進(jìn)行生態(tài)清淤，在水流緩慢富營(yíng)養(yǎng)化區(qū)域設(shè)置生態(tài)浮島，對(duì)水生態(tài)破壞嚴(yán)重區(qū)域構(gòu)建植物群落，對(duì)污染嚴(yán)重的河口設(shè)置人工濕地，改造魚(yú)塘為塘壩系統(tǒng)。

4 生態(tài)修復(fù)措施

4.1 庫(kù)濱帶的修復(fù)和重建

庫(kù)濱帶是陸地生態(tài)系統(tǒng)與水域生態(tài)系統(tǒng)之間重要的生態(tài)交錯(cuò)帶，是污染物進(jìn)入水體的最后一道屏障（唐浩等,2012)。庫(kù)濱帶可通過(guò)攔截、過(guò)濾、沉積、吸附、植物同化、微生物分解作用，削減地表徑流進(jìn)入水體的泥沙、懸浮物、氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽和有機(jī)污染物等。庫(kù)濱帶是控制水土流失、消減面源污染、改善水環(huán)境的關(guān)鍵措施（孫金偉等,2017)。

庫(kù)濱帶修復(fù)主要是植被恢復(fù)，典型應(yīng)用地點(diǎn)在植被退化、水土流失、面源污染嚴(yán)重的臥牛山區(qū)域和京西草原區(qū)域。完整的庫(kù)濱帶應(yīng)包括陸向緩沖帶、水位變幅帶、水向輻射帶3個(gè)部分（圖2）。

陸向緩沖帶由綠籬隔離帶、自然喬草帶、生態(tài)透水帶、灌草復(fù)合帶組成。其中綠籬隔離帶用于隔絕人為干擾、阻止人畜進(jìn)入。自然喬草帶用于增強(qiáng)固土、保水能力，減少水土流失，調(diào)節(jié)氣候，為禽類(lèi)等提供棲息地。生態(tài)透水植被帶為強(qiáng)化緩沖帶對(duì)地表徑流、面源污染等截留和過(guò)濾功能而設(shè)置，采用下凹式綠地、生態(tài)碎石床、生態(tài)攔截帶等多種生態(tài)透水凈化技術(shù)，對(duì)低污染水進(jìn)行凈化過(guò)濾。灌草復(fù)合帶以灌木為主，草本植物為輔，對(duì)地表徑流起到較好的凈化作用。

根據(jù)水深和水生植物生存條件的變化情況設(shè)置水位變幅帶和水向輻射帶，通常按水深由淺入深分為濕生植物帶、挺水植物帶、浮葉植物帶和沉水植物帶多個(gè)功能帶來(lái)進(jìn)行復(fù)育。

4.2 水生態(tài)群落修復(fù)與重建

水生態(tài)群落修復(fù)與重建是通過(guò)人工引入或定向培養(yǎng)有益微生物、藻類(lèi)、浮游動(dòng)物、棲底動(dòng)物、魚(yú)類(lèi)等，重建退化水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中缺失的生物種群及結(jié)構(gòu)，修復(fù)和強(qiáng)化生態(tài)系統(tǒng)的主要功能，從而使水下生態(tài)系統(tǒng)中生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者三者有機(jī)統(tǒng)一，促進(jìn)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)自我維持、自我演替的良性循環(huán)。

水生態(tài)群落修復(fù)應(yīng)當(dāng)遵循從低等向高等的進(jìn)化縮影修復(fù)原則，針對(duì)永定河水生態(tài)系統(tǒng)退化段，具體操作步驟為：①激活土著微生物→②種植高等水生植物→③投加棲底動(dòng)物→④投加魚(yú)類(lèi)→⑤水生生物多樣性培養(yǎng)和操縱→⑥藻型水體向草型水體演替→⑦水域自?xún)?。為防止生物入侵，?yīng)避免向水體投加外源微生物、酶制劑，不引進(jìn)水葫蘆等易于泛濫的植物，棲底動(dòng)物和魚(yú)類(lèi)應(yīng)選擇本土種類(lèi)。

4.3 生態(tài)浮島布設(shè)

生物浮島為一種綜合現(xiàn)代農(nóng)藝和生態(tài)工程的水面無(wú)土種植技術(shù)，主要是通過(guò)水生植物吸收及根系微生物分解作用，削減水體中的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素，降解有機(jī)污染，達(dá)到水質(zhì)凈化的目的（何勇鳳等,2016)（圖 3)。

生態(tài)浮島具有造價(jià)低、無(wú)二次污染、無(wú)需占地并能美化環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)洋河末端水流緩慢，水質(zhì)差的問(wèn)題，在河道兩側(cè)布置生態(tài)浮島，有效改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境，為魚(yú)類(lèi)、鳥(niǎo)類(lèi)、昆蟲(chóng)提供修養(yǎng)生息的場(chǎng)所，增加生物多樣性。浮島下設(shè)置有人工仿生水草，增加微生物附著面積，提高水質(zhì)凈化效果。

4.4 人工濕地優(yōu)化改造

圖3 生態(tài)浮島示意圖Fig. 3 Sketch map of ecological f l oating island

在洋河與桑干河匯入永定河后，河道兩側(cè)地勢(shì)較為平緩，水面、灘涂、農(nóng)田廣為分布，為了凈化上游河道來(lái)水、河道范圍內(nèi)污水廠(chǎng)排水及河道兩側(cè)徑流匯水，選擇在永定河源頭河道及周邊區(qū)域建設(shè)人工濕地。

優(yōu)化改造人工濕地應(yīng)充分利用現(xiàn)有地形，形成預(yù)處理區(qū)、表流濕地區(qū)、潛流濕地區(qū)、河流岸線(xiàn)濕地區(qū)、景觀(guān)塘、后處理區(qū)和附屬設(shè)施建設(shè)區(qū)7個(gè)區(qū)域。

（1）預(yù)處理區(qū)。深挖現(xiàn)場(chǎng)水塘，沉淀泥沙，當(dāng)來(lái)水有機(jī)負(fù)荷高（CODcr≥200 mg/L）且可生化性較差（BOD5/CODcr≤0.3）時(shí)，可延長(zhǎng)停留時(shí)間，達(dá)到調(diào)節(jié)水質(zhì)和水解酸化功能。

（2）表流濕地。考慮地貌因素，建設(shè)淺灘濕地、島嶼濕地、稻田濕地、森林濕地等表流濕地形態(tài)，集凈化功能、觀(guān)賞功能、宣教功能于一體。

（3）潛流濕地區(qū)。以?xún)艋w為主要功能，內(nèi)部填充基質(zhì)、工程化運(yùn)行。該濕地類(lèi)型依靠礫石基質(zhì)的吸附過(guò)濾，植物的吸收、固定、轉(zhuǎn)化、代謝以及微生物的分解、利用，形成對(duì)污染物的高效去除，凈化效率高于其他類(lèi)型濕地（圖4）。

（4）河流岸線(xiàn)濕地區(qū)。包括永定河河道及河灘沿線(xiàn)區(qū)域，種植挺水、浮葉、沉水植物，形成河流生態(tài)岸線(xiàn)濕地區(qū)，為鳥(niǎo)類(lèi)提供棲息場(chǎng)所。

圖4 潛流人工濕地示意圖Fig. 4 Sketch map of subsurface f l ow constructed wetland

（5）景觀(guān)塘。圍繞濕地景觀(guān)打造適合于休閑、娛樂(lè)的場(chǎng)所，內(nèi)部設(shè)有木棧道，便于親近自然和科普宣教。

（6）后處理區(qū)。主要是為了滿(mǎn)足地表III類(lèi)水的出水標(biāo)準(zhǔn)，在人工濕地后增加的處理工藝，如石英砂過(guò)濾、活性炭過(guò)濾或膜過(guò)濾等深度處理手段，用于科普宣教展示。

（7）附屬設(shè)施建設(shè)區(qū)。包括管理用房、公廁、鳥(niǎo)類(lèi)觀(guān)測(cè)設(shè)施、取樣、植物收割道路或棧道及道路綠地等。

5 結(jié)論及展望

（1）官?gòu)d水庫(kù)濕地水質(zhì)保護(hù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及防洪排澇、水資源、水生態(tài)、水環(huán)境、水景觀(guān)和水文化等諸多因素，在現(xiàn)有工程手段中生態(tài)修復(fù)是最簡(jiǎn)單、有效、可行的方法之一，應(yīng)優(yōu)先采用。

（2）本文對(duì)污染源提出點(diǎn)源、面源、內(nèi)源的分類(lèi)方式，強(qiáng)調(diào)源頭控制、過(guò)程攔截，并通過(guò)改善生境、營(yíng)造生物多樣性等措施提高水體自?xún)裟芰Α?/p>

（3）除工程措施外，濕地公園整體建設(shè)、保育和后期運(yùn)行管理可顯著改善水質(zhì)。

（4）目前國(guó)內(nèi)對(duì)于水污染控制研究和實(shí)踐應(yīng)用已有成熟的經(jīng)驗(yàn)，但水生態(tài)研究尤其是生態(tài)修復(fù)措施對(duì)污染物削減量分析尚缺乏成熟的模型及數(shù)據(jù)支撐。建議盡快開(kāi)展庫(kù)區(qū)水質(zhì)大數(shù)據(jù)采集，為規(guī)劃設(shè)計(jì)階段GIS技術(shù)分析和今后研究水質(zhì)發(fā)展趨勢(shì)提供理論基礎(chǔ)。

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Guanting Reservoir Wetland Park Water Quality Project

FENG Song ZHAO Hong-Xi YUAN Kang-Ning
（Elion Ecological Restoration Co.Ltd., Beijing 100020）

The Guanting reservoir is of great signif i cance to the water supply security of the capital．At present,the water quality of the wetland shows the trend of micro-pollution and eutrophication. The construction of Guanting reservoir wetland park should be centered on the protection of water quality, taking into account both the ecological environment and the public science education．Water quality control measures should be targeted on point sources,area source and internal sources of pollution, in order to establish a holistic approach to controlling origin of pollution, process interception and ecological restoration．According to the characteristics of the project and local conditions, four typical measures of ecological restoration，riparian restoration and rehabilitation, the aquatic community restoration and rehabilitation, the deployment of ecological f l oating islands and artif i cial wetland optimization and improvement．The overall construction, maintenance and post operation management of the wetland park can signif i cantly improve water quality．It is recommended to carry out big data collection of water quality in order to use GIS analysis for the design stage and studies of future trend of water quality.

Wetland Park; Water quality control; Pollution control; Ecological restoration

10.3969/j.issn.1673-3290.2017.04.01

2017-07-07

馮嵩（1986—），男，北京市順義人，工程師，從事水處理、生態(tài)修復(fù)技術(shù)研發(fā)及工程調(diào)試工作。

E-mail：283734901@qq.com