農(nóng)村小型水庫功能退化分析及恢復(fù)對策

湯顯強(qiáng)，郭偉杰，吳 敏，黎 睿

（1.長江科學(xué)院a.流域水環(huán)境研究所；b.流域水資源與生態(tài)環(huán)境科學(xué)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430010；2.三峽地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與生態(tài)環(huán)境湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北宜昌 443002）

1 農(nóng)村小型水庫現(xiàn)狀分析

我國是一個嚴(yán)重缺水的農(nóng)業(yè)大國。農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展受水資源短缺限制和農(nóng)村生態(tài)環(huán)境愈發(fā)脆弱已成為新常態(tài)，隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)多樣化、規(guī)?；r(nóng)村集鎮(zhèn)城市化及農(nóng)民住宅小區(qū)化的逐步推進(jìn)，農(nóng)村水資源的利用格局發(fā)生了根本性變化。灌溉用水比例從建國初期的97%逐步降至2005年的64%，農(nóng)業(yè)用水面臨工業(yè)與生活用水?dāng)D占的壓力越來越大，年供水缺口已超過300億m3［1］。長江、黃河、海河與松遼4大流域超過70%的村莊存在水資源短缺，缺水導(dǎo)致我國農(nóng)村年均8 000萬人飲水困難，60%耕地?zé)o水灌溉，糧食減產(chǎn)達(dá)350億～400億t［2］。除水資源量的短缺外，大量工業(yè)廢物、生活廢物、畜禽養(yǎng)殖排放廢物和農(nóng)村面源污染等造成了水質(zhì)惡化與污染加劇，農(nóng)村用水安全和生態(tài)環(huán)境安全受到極大威脅。雖然國家采取了一系列的污染治理措施，但重點(diǎn)放在了工業(yè)集中和人口稠密的城市，廣大農(nóng)村地區(qū)被忽略，截至2013年，我國城市污水處理率接近80%，而農(nóng)村僅為7%［3］。因此，隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)、農(nóng)村和農(nóng)民的水資源利用程度和需求不斷擴(kuò)大，如何利用小型水庫保障當(dāng)?shù)赜盟踩珮O為重要。

化解農(nóng)村水資源利用沖突的一個有效方式是確保村莊擁有足夠數(shù)量和可靠質(zhì)量的水資源。目前，對于我國山區(qū)和丘陵地區(qū)的多數(shù)村莊而言，雨洪資源豐富，往往并不缺乏水資源和儲蓄水資源的塘壩、水庫等基礎(chǔ)設(shè)施，而是缺乏對雨洪的有效儲蓄及高效利用，以確保雨水能夠“留得住，用得好”。要想徹底扭轉(zhuǎn)廣大農(nóng)村和生態(tài)脆弱地區(qū)基本生計(jì)靠天的問題，既要重視大型水利工程，更要重視和利用好田間地頭的農(nóng)村小型水庫。截至2012年，我國已建成庫容10萬m3及以上水庫工程98 002座，其中小型水庫93 308座，總庫容703.51億m3，占全國水庫總數(shù)的96.2%，超過7.5萬座為庫容100萬m3以下的?。?）型水庫；小型水庫在我國分布廣泛但并不均勻，湖南省、廣東省、四川省、山東省、湖北省和云南省的小型水庫數(shù)量均超過5 000座，合計(jì)占全國小型水庫總數(shù)的61.9%［4］。然而，因先天建設(shè)不足、后期管理不善等原因，我國小型水庫普遍存在老化失修、設(shè)施不全、管理薄弱、投入不足等問題，病險(xiǎn)水庫近3萬座，約占小型水庫總數(shù)的36%［5］。除病險(xiǎn)問題外，蓄水不足、泥沙淤積、水質(zhì)污染等問題也屢見不鮮，導(dǎo)致農(nóng)村雨水資源的儲蓄與有效利用等日益困難，灌溉、養(yǎng)殖與生活飲用等用水成本急劇上升，不安全飲水導(dǎo)致人畜患病造成的農(nóng)村致貧和返貧人口數(shù)量居高不下。

作為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)用水、生活用水、生態(tài)用水等主要供水水源，農(nóng)村小型水庫具有不可替代的作用。即便是在經(jīng)濟(jì)相對發(fā)達(dá)的廣東省，小型水庫在供水保障方面也發(fā)揮了舉足輕重的作用，截至2013年，廣東省已解決的760萬人口供水主要來自中小型水庫，待解決的1 600萬人口的飲用水安全也主要依靠中小型水庫的供水能力建設(shè)［6］。隨著農(nóng)村城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，很多小型水庫還要充當(dāng)應(yīng)急或備用供水水源。因此，對保障農(nóng)村地區(qū)供水、灌溉、生態(tài)等用水安全而言，我國農(nóng)村小型水庫數(shù)量眾多、分布廣泛，功能恢復(fù)的基礎(chǔ)扎實(shí)，潛力巨大，有必要開展農(nóng)村小型水庫功能退化分析，提出相應(yīng)的恢復(fù)對策，支撐區(qū)域水資源分配和高效利用。

2 農(nóng)村小型水庫功能退化特點(diǎn)

小型水庫庫容小，集水面積也小，一般為幾平方千米至幾十平方千米，屬于小流域或特小流域。小型水庫蓄水主要通過坡面匯流或干流集水，但有些小型水庫沒有明顯干流。我國自解放之初開始建設(shè)小型水庫，主要功能涉及灌溉、防洪、供水、養(yǎng)殖、發(fā)電和生態(tài)環(huán)境保護(hù)等［7］。因財(cái)政投入不足和疏于管護(hù)，很多小型水庫病險(xiǎn)問題突出，不僅不能防洪，還存在嚴(yán)重的潰壩風(fēng)險(xiǎn)。伴隨著農(nóng)村供電能力提升和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級，小型水庫的發(fā)電功能也被逐漸弱化或廢止。灌溉、供水和養(yǎng)殖由此上升成為小型水庫的現(xiàn)存主要功能。在西非，庫容1萬～1 000萬m3的農(nóng)村水庫可收集流域內(nèi)24%的降雨，全面保障偏遠(yuǎn)地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水和農(nóng)戶生活用水［8］，對糧食安全生產(chǎn)和提高農(nóng)民收入具有重要貢獻(xiàn)［9］。在我國小型水庫數(shù)量最多的湖南省，51.2%的山地和15.4%的丘陵地區(qū)的灌溉問題全部依靠14 089座小型水庫解決［10］。在廣東省，中小型水庫的供水能力高達(dá)130.75億m3，占全省的75%，對保障飲用水安全至關(guān)重要［6］。然而，隨著氣候變化加劇，環(huán)境污染增加和經(jīng)濟(jì)社會結(jié)構(gòu)調(diào)整，農(nóng)村小型水庫的灌溉、供水和養(yǎng)殖等功能也出現(xiàn)了退化，具體表現(xiàn)為蓄水不足、水質(zhì)污染和功能單一等特點(diǎn)。

2.1 蓄水不足

蓄水量下降是影響小型水庫灌溉、供水和養(yǎng)殖等興利功能發(fā)揮的首要瓶頸。造成蓄水不足的主要原因包括如下幾個方面。

（1）蓄水容量?。盒⌒退畮旒娣e小，坡面匯流量低，先天蓄水容量小。

（2）有效蓄水期短：受降水季節(jié)性分布的影響，小型水庫枯水期無水可蓄，洪水期出于防洪考慮，有水不能蓄，有效蓄水期較短，不確定性因素多。

（3）可蓄水量減少：受氣候變化等影響，流域來水減少，小型水庫的可蓄水量有所降低，Yoo等［11］預(yù)測發(fā)現(xiàn)，到2025年，韓國農(nóng)村小型水庫的可蓄水量因氣候變化將比2010年下降19.1%。

（4）水庫滲漏：小型水庫滲漏十分嚴(yán)重，滲漏導(dǎo)致的庫容損失甚至接近總庫容的70%［12］；埃塞俄比亞提格省1995年以來修建了500座小型水庫，灌溉面積達(dá)5萬hm2，但因疏于管理，造成滲漏，導(dǎo)致灌溉效益嚴(yán)重受損［13］。

（5）泥沙淤積：以陜西省為例，小型水庫已淤積庫容達(dá)到2.55億m3，占總庫容27%以上［14］。人類活動是水庫淤積發(fā)生發(fā)展的主導(dǎo)驅(qū)動力，水庫運(yùn)行方式、淤積泥沙的粒徑與組成、水庫形態(tài)和淤積泥沙的重度均與水庫淤積密切相關(guān)［15］。田海濤等［16］分析了115座具有代表性的中國內(nèi)地水庫淤積資料，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，中小型水庫比大型水庫淤積嚴(yán)重，黃河中下游地區(qū)水庫淤積比例最大，西南地區(qū)水庫年均淤積率最大，小型水庫庫容淤積比例為29%，年均損失1.18%的庫容（表1）。

表1 中國內(nèi)地不同類型水庫淤積狀況［16］Table1 Sediment ation in different types of reservoirs in mainland China［16］

（6）排沙設(shè)施匱乏：大中型水庫大多設(shè)置排沙孔等排沙設(shè)施，可采用“蓄清排渾”和異重流等方式排沙，小型水庫一般無專門設(shè)置排沙構(gòu)筑物，導(dǎo)致很多水庫直接淤廢。

2.2 水質(zhì)污染

水質(zhì)污染極大影響了小型水庫供水、養(yǎng)殖等功能發(fā)揮。以重慶市為例，水質(zhì)污染造成的農(nóng)村飲水不安全人口占總數(shù)的41.86%，集中分布在961處農(nóng)村水庫型水源地［17］。與大中型水庫不同，小型水庫蓄水量低，水體交換周期長，水環(huán)境容量小，自凈能力與生物多樣性低，水質(zhì)污染后不容易恢復(fù)。值得關(guān)注的是，小型水庫大多位于山區(qū)或丘陵地區(qū)，較少受到工業(yè)影響，水體污染物主要為營養(yǎng)物質(zhì)，具體包括COD，BOD，TN，TP等，藻類生物量高，有些甚至已水體富營養(yǎng)化。小型水庫水體污染的主要來源包括如下幾個方面。

（1）面源污染：小型水庫集水區(qū)域內(nèi)一般分布著面積較廣的農(nóng)田，大量剩余農(nóng)藥化肥（如40%的氮肥）溶于地表徑流或附著于土壤顆粒，隨著水土流失匯集入庫，造成水體富營養(yǎng)過剩。

（2）過度養(yǎng)殖：小型水庫養(yǎng)魚養(yǎng)鴨十分普遍，投餌養(yǎng)魚過程中，25%～35%的魚餌用于增加魚體質(zhì)量，65%～78%的餌料將直接或間接污染水體；此外，每生產(chǎn)1 kg魚類生物量還要排泄162 g糞便，釋放22 g NH4－N，30 g TN，7 g TP［18］；在東莞，水庫養(yǎng)殖業(yè)的過度發(fā)展導(dǎo)致22%的小型水庫富營養(yǎng)化，主要超標(biāo)項(xiàng)目為 TP，COD，TN等［19］；相似的現(xiàn)象國外也有報(bào)道，水產(chǎn)養(yǎng)殖造成斯洛伐克西部6個農(nóng)村小型水庫嚴(yán)重富營養(yǎng)化，BOD5和NH3－N濃度分別達(dá)到4.60 mg／L和0.19 mg／L［20］。

（3）生活污水及景點(diǎn)污水：隨著農(nóng)家樂和鄉(xiāng)村旅游的興起，生活污水及景點(diǎn)污水是部分小型水庫的主要污染源。在雅安，受面源污染、生活污水和景點(diǎn)污水排放等影響，小型水庫TN，TP，CODMn的超標(biāo)率分別為65.6%，40.5%，61.1%［21］。

（4）內(nèi)源污染：小型水庫淤積速度快，內(nèi)源污染嚴(yán)重，對于富營養(yǎng)化水庫，底泥釋放的氮磷在整個水體污染負(fù)荷中具有較高比例。

（5）引調(diào)水：為提高供水能力，部分小型水庫集中從河流抽水增加蓄水量，河水的外源輸入和底泥的內(nèi)源釋放造成珠海調(diào)水水庫的葉綠素a濃度均值14.4μg／L顯著高于非調(diào)水水庫的10.7μg／L［22］。

2.3 功能單一

隨著防洪、灌溉、發(fā)電、供水等功能逐漸的退化，水產(chǎn)養(yǎng)殖淪為很多農(nóng)村小型水庫的唯一功能，造成該局面的主要原因包括如下幾個方面。

（1）灌溉需求弱化：受農(nóng)民工進(jìn)城后土地閑置、農(nóng)村種植結(jié)構(gòu)改變、灌溉系統(tǒng)老化失修等影響，水庫周邊區(qū)域的灌溉用水需求弱，甚至不再灌溉。

（2）供水條件不合格：蓄水不足、水質(zhì)污染和管網(wǎng)缺失等造成小型水庫的供水水量與水質(zhì)保障程度低，不適宜建設(shè)成供水水源地。

在上述背景下，水庫出租養(yǎng)魚十分普遍，農(nóng)村小型水庫規(guī)模小，水質(zhì)好，通過精養(yǎng)或半精養(yǎng)鰱鳙及配養(yǎng)其他魚類，容易獲得較高的魚產(chǎn)量。農(nóng)村小型水庫養(yǎng)魚和高密度養(yǎng)鴨加速了水體富營養(yǎng)化進(jìn)程，李西云等［23］研究了施用生物肥料和化肥養(yǎng)魚對農(nóng)村小型水庫水體理化性質(zhì)的影響，結(jié)果表明：施化肥后，水體COD濃度明顯增高，分別比施生物肥料與不施肥水體高29.57%和73.38%，高出漁業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)3.31 mg／L。農(nóng)村小型水庫養(yǎng)殖往往以短期經(jīng)濟(jì)利益最大化為原則，盲目大面積肥水或精養(yǎng)，導(dǎo)致水庫水質(zhì)快速“增肥”，進(jìn)而富營養(yǎng)化和缺氧，造成魚類大量死亡和生態(tài)承載力大幅下降，最終導(dǎo)致水庫的養(yǎng)殖功能廢止。投餌養(yǎng)魚不僅造成了水質(zhì)污染，養(yǎng)魚的低水位與灌溉、供水、防汛等水庫的日常水位管理之間存在一定程度上的激烈沖突。水庫養(yǎng)魚講究水位控制，水太滿，怕魚逃走；水太淺，則怕魚養(yǎng)不活，因此，養(yǎng)魚直接造成了農(nóng)村小型水庫功能的弱化與單一化。

3 農(nóng)村小型水庫功能恢復(fù)對策

3.1 明確功能恢復(fù)目標(biāo)

小型水庫功能較多，涉及防洪、發(fā)電、供水、灌溉和養(yǎng)殖等，其退化功能的恢復(fù)需要依據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，特別是水文、水質(zhì)、水生態(tài)和安全監(jiān)測數(shù)據(jù)。目前，小型水庫的監(jiān)測隊(duì)伍和儀器條件等方面力量薄弱，很多小型水庫缺乏基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料，有必要建立小型水庫水文、水資源、水質(zhì)、水生態(tài)和水工建筑物等數(shù)據(jù)檔案，通過定期監(jiān)測評估，分析小型水庫功能利用現(xiàn)狀與退化趨勢，針對小型水庫服務(wù)區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境、生態(tài)等用水需求，確定小型水庫功能恢復(fù)優(yōu)先順序與預(yù)期目標(biāo)。比如，用水緊張地區(qū)的水庫適宜恢復(fù)為應(yīng)急和備用供水水源地；而生態(tài)資源稀缺地區(qū)的小型水庫宜恢復(fù)為生態(tài)緩沖帶或水庫型濕地等。

3.2 興利庫容恢復(fù)與保持

明確恢復(fù)目標(biāo)后，應(yīng)著重解決小型水庫蓄水不足的問題。首先應(yīng)做好防滲堵漏，其次需根據(jù)小型水庫所在區(qū)域降水和產(chǎn)匯流等情況，考慮防洪要求，合理儲蓄雨洪，提高小型水庫蓄水能力和供水保障能力。針對泥沙淤積造成的興利庫容損失問題，應(yīng)在做好流域水土保持工作的基礎(chǔ)上，采取以下技術(shù)措施進(jìn)行淤損庫容恢復(fù)與保持。

（1）汛期降低水位運(yùn)行，增大庫內(nèi)水流的流速，將水流挾帶的部分泥沙排出庫外。

（2）定期泄空沖刷，恢復(fù)有效庫容，依據(jù)淤積情況和沖刷強(qiáng)度，泄空沖刷的周期一般2～3 a／次。

（3）人工或機(jī)械清淤，通常采用引水沖灘、兩棲挖泥機(jī)排沙、水力挖塘機(jī)組排沙、水力吸泥排沙、挖泥船、抽沙船等排沙和人工清淤等措施［24］。其中，水力挖塘機(jī)技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢明顯（表2），具有清淤排沙效率高、排沙耗水少、排沙耗資低等特點(diǎn)。

3.3 污染控制及水質(zhì)改善

污染控制及水質(zhì)改善對小型水庫功能恢復(fù)至關(guān)重要，根據(jù)農(nóng)村小型水庫的污染來源，應(yīng)著重從以下方面系統(tǒng)考慮。

表2 各小型水庫清淤措施經(jīng)濟(jì)技術(shù)參數(shù)對比［12］Table2 Technical and economic parameters of dredging measures for small reservoirs［12］

（1）面源污染防治：利用水土保持措施減少水土流失和化肥農(nóng)藥等輸入，其次是建設(shè)前置庫或沉沙池等設(shè)施，減少泥沙及污染物入庫，然后在庫濱帶布設(shè)陸生植物帶、自然濕地、水域植物帶等，攔截與削減入庫面源污染。

（2）生活污水和景點(diǎn)污水處理：結(jié)合新農(nóng)村建設(shè)，采用化糞池＋土地處理等工藝，將生活污水和景點(diǎn)污水處理達(dá)標(biāo)后外排。

（3）底泥內(nèi)源污染控制：優(yōu)先考慮清淤，然后對不適宜疏浚的污染底泥采用紅土、活性氧化鋁等進(jìn)行原位覆蓋，控制底泥營養(yǎng)鹽釋放，改善水底厭氧環(huán)境［25］。

（4）發(fā)展生態(tài)養(yǎng)殖：分析小型水庫的水環(huán)境容量與水生態(tài)承載力，確定養(yǎng)殖容量，鼓勵發(fā)展生態(tài)養(yǎng)殖模式，對水體營養(yǎng)鹽濃度、葉綠素a濃度、溶解氧含量、透明度等水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行限值管理［26］，平衡水庫養(yǎng)殖與水質(zhì)保護(hù)。

（5）水體凈化：采用生態(tài)浮島、沉水植物修復(fù)等措施修復(fù)已污染水庫水體，削減污染物濃度，重建和恢復(fù)水庫生態(tài)系統(tǒng)。

3.4 鼓勵投入與科學(xué)監(jiān)管

目前，小型水庫的建設(shè)主要依靠財(cái)政資金投入，缺乏固定和專職的維護(hù)人員，監(jiān)管主體缺失，造成小型水庫處于自生自滅狀態(tài)。在搞好除險(xiǎn)加固、堵漏防滲和清淤排沙的基礎(chǔ)上，還應(yīng)建立日常維護(hù)機(jī)制，由小水庫所在地的行政主管機(jī)構(gòu)（如鄉(xiāng)、鎮(zhèn)政府）負(fù)責(zé)落實(shí)管護(hù)責(zé)任、籌措管理資金、組建管理隊(duì)伍、保護(hù)水質(zhì)與生態(tài)環(huán)境，搞好水資源綜合利用。從長遠(yuǎn)來看，有必要調(diào)動利益相關(guān)者的積極性，構(gòu)建政府補(bǔ)助、市場主導(dǎo)、村鎮(zhèn)集體組織監(jiān)管等相結(jié)合的小型水庫運(yùn)行和維護(hù)機(jī)制，逐步恢復(fù)防汛、供水、灌溉和養(yǎng)殖等興利功能，開展多目標(biāo)管理，發(fā)展減災(zāi)惠民的農(nóng)村小型水庫（圖1）。統(tǒng)籌考慮小型水庫服務(wù)區(qū)域的防汛抗旱、灌溉、養(yǎng)殖與生活供水等水資源管理需求，開展水量分配與水質(zhì)管理，協(xié)調(diào)防汛、供水與養(yǎng)殖的水位矛盾，控制底泥內(nèi)源污染和保護(hù)水庫水質(zhì)［27］。形成“投入者受益”、“使用者擔(dān)責(zé)”和“污染者受罰”等相結(jié)合的小型水庫管理機(jī)制。

圖1 綜合效益優(yōu)化的農(nóng)村小型水庫Fig.1 Small rural reservoir with optimized comprehensive benefits

4 結(jié)語及展望

我國農(nóng)村小型水庫數(shù)量眾多，在保障當(dāng)?shù)赜盟踩c提高用水效益方面基礎(chǔ)扎實(shí)，潛力巨大。因歷史欠賬及疏于管理等原因，絕大多數(shù)農(nóng)村小型水庫出現(xiàn)了蓄水不足、水質(zhì)污染和功能單一等退化現(xiàn)象。為此，有必要開展系統(tǒng)調(diào)查監(jiān)測，確定功能恢復(fù)目標(biāo)，逐步恢復(fù)并保持興利庫容，控制水體污染與改善水質(zhì)，鼓勵政府與市場多元投入，加強(qiáng)科學(xué)監(jiān)管與日常維護(hù)，優(yōu)化水庫調(diào)度運(yùn)行，促進(jìn)小型水庫水資源綜合利用和功能效益的最大化。

未來，農(nóng)村小型水庫在做好除險(xiǎn)加固、防滲堵漏和清淤排沙的基礎(chǔ)上，還應(yīng)拓寬資金投入渠道，強(qiáng)化日常監(jiān)管維護(hù)；并順應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，城鎮(zhèn)化和新農(nóng)村建設(shè)等新形勢，因地制宜調(diào)整與轉(zhuǎn)變農(nóng)村小型水庫的興利功能，使之適應(yīng)其服務(wù)區(qū)域內(nèi)的人口數(shù)量、土地利用與經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)等調(diào)整與變化，通過綜合管理最大限度發(fā)揮其雨水儲蓄與調(diào)節(jié)作用，保障水資源的高效與可持續(xù)利用。

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