生態(tài)濕地削減水庫(kù)型水源地非點(diǎn)源污染的應(yīng)用

(北京中水新華國(guó)際工程咨詢(xún)有限公司，北京　100070)

我國(guó)城鎮(zhèn)大多以水庫(kù)作為飲用水水源地，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中，水源地的生態(tài)環(huán)境受到了破壞，許多城市供水水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題也日益突出，嚴(yán)重威脅飲水安全，因此防治水庫(kù)水源污染已成為關(guān)系國(guó)計(jì)民生的重大問(wèn)題。當(dāng)前在全國(guó)范圍內(nèi)正在全面開(kāi)展飲用水水源地環(huán)境保護(hù)工作，在點(diǎn)源污染得到有效控制的前提下，非點(diǎn)源污染已經(jīng)成為水庫(kù)水環(huán)境污染的首要問(wèn)題。非點(diǎn)源污染的形成過(guò)程隨機(jī)性大，影響因子復(fù)雜，分布范圍廣，其控制措施的研究已成為當(dāng)前的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一。生態(tài)濕地在蓄洪防旱、調(diào)節(jié)氣候，尤其在有效攔截和降解氮、磷及有機(jī)污染負(fù)荷等方面的重要作用得到廣泛認(rèn)可。

大房郢水庫(kù)濕地建設(shè)工程以生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)性為原則，在盡量減少人為干預(yù)和地形改造的前提下，針對(duì)農(nóng)田、雨水徑流和農(nóng)村生活污水等非點(diǎn)源污染，以近自然的方式，結(jié)合現(xiàn)狀地形采用不同的生態(tài)濕地類(lèi)型和工藝來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)建設(shè)，并利用不同的植物搭配形式，盡可能在有限的條件下最大限度的截留非點(diǎn)源污染物。建成后大房郢水庫(kù)水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)達(dá)標(biāo)率100%[1]，為綜合利用生態(tài)濕地削減水庫(kù)型飲用水源地非點(diǎn)源污染提供借鑒。

1　工程概況

大房郢水庫(kù)位于巢湖西北岸的南淝河支流四里河上，合肥市廬陽(yáng)區(qū)和長(zhǎng)豐縣境內(nèi)。水庫(kù)集水面積184km2，總庫(kù)容為1.84億m3，興利庫(kù)容0.626億m3，為大(2)型水庫(kù)，正常蓄水位28.0m。2009年底正式開(kāi)始供水，2010年供水量達(dá)3535萬(wàn)m3，至2020年供水量為1.5億m3，是合肥市的重要飲用水源。根據(jù)規(guī)劃大房郢水庫(kù)水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)：2010年水質(zhì)為地表水Ⅱ～Ⅲ類(lèi)，達(dá)標(biāo)率為97.0%；到2015年為地表水Ⅱ～Ⅲ類(lèi)；到2020年為地表水Ⅱ類(lèi)。

至2013年初，水庫(kù)一級(jí)保護(hù)區(qū)內(nèi)居民全部拆遷，水庫(kù)周邊城鎮(zhèn)生活污水及企業(yè)污水基本納入污水管網(wǎng)，基本實(shí)現(xiàn)點(diǎn)源污染的治理，但庫(kù)周一級(jí)保護(hù)區(qū)內(nèi)仍存在大量農(nóng)田、大棚和魚(yú)塘。根據(jù)調(diào)研，水庫(kù)周邊非點(diǎn)源污染產(chǎn)生主要包括農(nóng)村生活污染、養(yǎng)殖散養(yǎng)源和農(nóng)田徑流，其中入庫(kù)非點(diǎn)源污染物主要是農(nóng)田徑流[2]。此外大房郢水庫(kù)入庫(kù)河流較多，河道兩側(cè)缺乏植被覆蓋，水土流失嚴(yán)重，河道兩側(cè)農(nóng)田徑流中的污染物直接進(jìn)入河流和水庫(kù)。因此對(duì)非點(diǎn)源污染物攔截成為水庫(kù)最重要的工作之一。

2　生態(tài)濕地削減系統(tǒng)建設(shè)

2.1　生態(tài)涵養(yǎng)林濕地削減系統(tǒng)

本系統(tǒng)有兩種形式，包括：用于削減庫(kù)周污染的濕生涵養(yǎng)林+林下自然濕地系統(tǒng)和用于削減入庫(kù)河道污染的濕生涵養(yǎng)林+草坪護(hù)坡+河流自然濕地系統(tǒng)。結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究表明，坡面森林可使固體污染物流失減少60%以上，林地的營(yíng)養(yǎng)元素?fù)p失減少30%～50%，針對(duì)散在的非點(diǎn)源污染，生態(tài)涵養(yǎng)林濕地具有較好的效果[3-5]。

水庫(kù)周邊高程在29.7～28.5m之間的退耕、退棚后的旱地、園地、草地等地勢(shì)相對(duì)較高的位置建設(shè)水源涵養(yǎng)林，用以攔截外圍農(nóng)田徑流并削減徑流水體中的污染物。根據(jù)植物耐旱或耐濕程度的不同，地勢(shì)較高的區(qū)域選取意楊、臭椿、楝樹(shù)等喬木種類(lèi)；地勢(shì)適中的區(qū)域選取垂柳、楓楊、烏桕等喬木種類(lèi)；地勢(shì)相對(duì)較低的區(qū)域選用水杉、池杉、濕地松等喬木種類(lèi)；林下濕生地被植物僅在受損嚴(yán)重的區(qū)域少量種植，種類(lèi)有白三葉、堇菜、南荻、紫花地丁、中華結(jié)縷草等；因濕地有大量續(xù)存的種子庫(kù)，在不受干擾的情況下，能夠較快地自我恢復(fù)[6]，對(duì)林下大部分區(qū)域只進(jìn)行隔離保護(hù)，讓濕地植被自我修復(fù)生態(tài)自然，同時(shí)也減少了工程的投資。工程共建設(shè)庫(kù)周涵養(yǎng)林56.21hm2。

在大房郢14條入庫(kù)河流及其支流河道兩側(cè)構(gòu)建濕地涵養(yǎng)林帶，在河道邊坡構(gòu)建草坪護(hù)坡，對(duì)部分河道底部進(jìn)行清淤后自然恢復(fù)河道內(nèi)濕地植物，形成從兩側(cè)河岸→河道邊坡→河流內(nèi)部的河流緩沖削減系統(tǒng)。河道兩側(cè)外圍布置意楊、楝樹(shù)；內(nèi)側(cè)布置水杉、池杉；林下地被采用狗牙根、南荻、紫花地??；草坪護(hù)坡采用生長(zhǎng)能力、固坡能力和耐水旱能力均較強(qiáng)的狗牙根；河道內(nèi)部經(jīng)清淤后，加強(qiáng)管理，禁止人為干擾，其水生植物可較快自行恢復(fù)。工程共建設(shè)河道涵養(yǎng)林191.76hm2，林下地被189.69 hm2，草坪護(hù)坡1.05hm2，恢復(fù)河道濕地25.80hm2。

2.2　自然濕地塘削減系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用水流引導(dǎo)渠+自然濕地塘的形式來(lái)削減非點(diǎn)源污染物質(zhì)。自然濕地塘削減系統(tǒng)是一種完備的生態(tài)系統(tǒng)，對(duì)降雨匯流及農(nóng)田退水進(jìn)入的非點(diǎn)源污染具有顯著的凈化和截留效應(yīng)，自然濕地塘削減系統(tǒng)對(duì)農(nóng)田退水產(chǎn)生的氮的截留率大于70%，對(duì)磷的截留率約93.3%[7-8]。水庫(kù)水源地一級(jí)保護(hù)區(qū)內(nèi)有大量退漁的魚(yú)塘，可充分利用，結(jié)合周邊現(xiàn)場(chǎng)條件，改造成自然濕地塘系統(tǒng)，可將農(nóng)田退水、雨水徑流等引入濕地塘進(jìn)行截留凈化，充分削減污染物。

對(duì)水庫(kù)水源地一級(jí)保護(hù)區(qū)內(nèi)退漁后的魚(yú)塘進(jìn)行一定的整理，種植水生植物，形成自然濕地塘，根據(jù)地形將附近區(qū)域的農(nóng)田徑流通過(guò)自然溝渠引入濕地塘進(jìn)行緩沖處理，出水經(jīng)庫(kù)濱自然濕地后再進(jìn)入水庫(kù)。濕地塘內(nèi)植物布置根據(jù)水深從淺到深為：千屈菜、香蒲→藕、荇菜；茭白、水蔥→菱等組合，形成挺水植物→浮葉→敞水面的自然濕地塘凈化系統(tǒng)。工程共建設(shè)濕地塘面積17.82hm2，水生植物種植面積12.85hm2。

2.3　自然表流濕地削減系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用水流引導(dǎo)渠或河道入庫(kù)口+自然表流濕地的形式來(lái)削減入庫(kù)水體污染物。自然表流濕地指自然界原本存在的、可以直接利用或者通過(guò)一定的恢復(fù)程序后用來(lái)凈化污水的濕地，在退化濕地的原址恢復(fù)自然濕地，使其水質(zhì)凈化功能得到發(fā)揮。自然表流濕地系統(tǒng)對(duì)非點(diǎn)源徑流的污染物具有良好的去除效果，其中顆粒物的去除率約33.3%～47.4%，對(duì)有機(jī)污染物的去除率約29.3%～44.4%，對(duì)總氮的去除率約46.5%，對(duì)總磷的去除率約35%～70%[9-11]。

水庫(kù)周邊高程在29.7～27.4m之間的退耕、退棚后的水稻田、園地、草地等地勢(shì)相對(duì)較低處，建設(shè)和恢復(fù)自然表流濕地。根據(jù)位置、地形的不同，分別將農(nóng)田退水、地表徑流和入庫(kù)河水引入自然表流濕地進(jìn)行凈化，以削減水體中的污染物；并配置不同的植物，庫(kù)周地勢(shì)較高處選擇地筍、燈芯草、酸模葉蓼等濕生植物；地勢(shì)較低處選擇蘆葦、香蒲、旱傘草、千屈菜等水生植物；淺水處選擇雨久花、黑三棱、水蔥等水生植物。河流入庫(kù)口處選取再力花、黃花鳶尾、水生美人蕉、水蔥、蘆葦?shù)人参?。工程共建設(shè)恢復(fù)自然濕地面積29.20hm2，其中建設(shè)恢復(fù)庫(kù)周自然表流濕地面積24.6hm2，建設(shè)恢復(fù)河道入庫(kù)口自然表流濕地面積4.60hm2。

2.4　復(fù)合人工濕地削減系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用生活污水→化糞池→一級(jí)表流濕地→二級(jí)表流濕地→庫(kù)濱自然濕地的工藝形式來(lái)削減凈化生活污水。該系統(tǒng)在處理污染較重或水量較大的污水時(shí)效果會(huì)受到影響，而用于水量相對(duì)較小或有足夠的濕地處理面積時(shí)能達(dá)到較好的處理效果。

位于庫(kù)周一級(jí)保護(hù)區(qū)外圍的范小郢村，因離水庫(kù)較近，短期內(nèi)該村生活污水無(wú)法收集接入市政污水管網(wǎng)，生活污水經(jīng)溝渠直接排入水庫(kù)，該村有居民50多戶(hù)，約250人，排放污水量約為20m3/d。采用復(fù)合人工濕地系統(tǒng)進(jìn)行凈化。設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)采用典型農(nóng)村生活污水水質(zhì)指標(biāo)，設(shè)計(jì)出水主要污染物指標(biāo)達(dá)到地表水源地一級(jí)保護(hù)區(qū)要求的《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)中的Ⅱ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)項(xiàng)目區(qū)的特點(diǎn)，選擇耐污能力強(qiáng)、凈化效果好、根系發(fā)達(dá)、自然性較好、適宜當(dāng)?shù)厣L(zhǎng)的濕地植物，包括再力花、蘆葦和水生美人蕉。建成后需定期對(duì)化糞池進(jìn)行清掏，保證系統(tǒng)運(yùn)行；入冬前對(duì)枯萎植物進(jìn)行收割，以防止二次污染。

3　工程應(yīng)用討論

工程設(shè)計(jì)共采用4種類(lèi)型生態(tài)濕地系統(tǒng)，特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)是：?近自然，對(duì)于較大面積的水庫(kù)水源地保護(hù)來(lái)說(shuō)，既降低了建設(shè)保護(hù)成本，又符合自然可持續(xù)的生態(tài)規(guī)律；?對(duì)非點(diǎn)源污染的攔截削減效果好，實(shí)現(xiàn)了工程的建設(shè)目的，充分發(fā)揮了本工程的效能；?不同生態(tài)濕地削減系統(tǒng)的應(yīng)用，為水庫(kù)型飲用水源地保護(hù)，尤其是對(duì)非點(diǎn)源污染削減措施提供了參考借鑒。

生態(tài)濕地的處理水量相對(duì)于本流域徑流量的比例是很小的，為了更好地保護(hù)水庫(kù)飲用水源地，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)水庫(kù)飲用水源地的保護(hù)和管理工作，包括加強(qiáng)水庫(kù)周邊保護(hù)宣傳和管理來(lái)減少污染源。此外，在應(yīng)用生態(tài)濕地削減非點(diǎn)源污染的工程建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)先用SWAT 模型對(duì)非點(diǎn)源污染進(jìn)行模擬研究，準(zhǔn)確地分析非點(diǎn)源污染的形成及分布；其次加強(qiáng)對(duì)涵養(yǎng)林和自然濕地建設(shè)布局方面的研究和探索，在條件允許的情況下，通過(guò)對(duì)農(nóng)田、涵養(yǎng)林、自然濕地的優(yōu)化比例搭配，來(lái)實(shí)現(xiàn)更高效的凈化削減；最后通過(guò)妥善管理，及時(shí)將濕地植物收割，能最大限度地移除系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，使得系統(tǒng)發(fā)揮更大的效益。

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