遼西低山丘陵區(qū)水庫(kù)污染水生態(tài)修復(fù)研究

袁曉奇

(遼寧宇鑫建設(shè)有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110000)

0 引言

遼西低山丘陵區(qū)生態(tài)環(huán)境惡劣、經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)滯后，近年來(lái)一系列開發(fā)政策的提出與落實(shí)明顯加快了當(dāng)?shù)匕l(fā)展速度[1]。然而，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不斷提高的同時(shí)，必須高度重視遼西低山丘陵區(qū)環(huán)境質(zhì)量，歷史上因忽視生態(tài)環(huán)境保護(hù)而導(dǎo)致森林生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴(yán)重破壞，主要表現(xiàn)為水土流失、河流嚴(yán)重污染、樹木被肆意砍伐等。遼西低山丘陵區(qū)水庫(kù)水體污染，不僅會(huì)制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，降低遼西整體生態(tài)水平，還會(huì)給下游防洪安全構(gòu)成潛在威脅[2]。因此，改善遼西地區(qū)整體生態(tài)環(huán)境的關(guān)鍵是修復(fù)水庫(kù)污染水體。國(guó)內(nèi)學(xué)者從不同角度研究了水生態(tài)修復(fù)技術(shù)[3-5]，如楊非等[6]提出生態(tài)修復(fù)研究區(qū)水體的工程技術(shù)措施，主要有水生植物修復(fù)、生態(tài)護(hù)坡、組合型生態(tài)浮床和截污圍隔裝置等，經(jīng)6個(gè)月穩(wěn)定運(yùn)行有效去除了水體中的氮磷等污染物，有效提升和修復(fù)了水生態(tài)系統(tǒng)功能與結(jié)構(gòu)；張瑞等[7]以北京市陶然亭湖為例，應(yīng)用群組決策的層次分析法綜合評(píng)價(jià)了水生態(tài)修復(fù)工程，結(jié)果顯示該工程達(dá)到良好等級(jí)。

為生態(tài)修復(fù)遼西低山丘陵區(qū)水庫(kù)污染水體，以大凌河干流閻王鼻子水庫(kù)為例，考慮污染水體實(shí)際情況提出合理的修復(fù)技術(shù)，并對(duì)污染水體修復(fù)效果利用實(shí)地監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以驗(yàn)證修復(fù)技術(shù)的可行性與有效性。然后結(jié)合實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)制定生態(tài)修復(fù)措施，保證生態(tài)環(huán)境的明顯改善以及水庫(kù)污水的有效控制。

1 遼西低山丘陵區(qū)水庫(kù)水體污染特征

水庫(kù)開發(fā)通常以解決生產(chǎn)生活問(wèn)題和旅游、漁業(yè)、防洪、發(fā)電等獲取經(jīng)濟(jì)利益為目的，因缺少水環(huán)境保護(hù)措施水庫(kù)水源極易受到污染[8]。大凌河流域是遼西地區(qū)的重要水系，近年來(lái)因盲目開發(fā)、水環(huán)境保護(hù)滯后等使得水庫(kù)水源受到嚴(yán)重污染，其主要特征如下：(1)點(diǎn)源污染長(zhǎng)期存在：水庫(kù)周邊發(fā)展速度快、開發(fā)力度大，但管網(wǎng)建設(shè)滯后導(dǎo)致污水與降雨無(wú)法合理分流；此外，水庫(kù)截污支管高于干管管底高程致使周邊廢水、污水難以排放到截污干管，水庫(kù)接受大量污廢水使得點(diǎn)源污染長(zhǎng)期存在。(2)面源污染不斷加?。航涤旰偷乇韽搅髯饔孟滤畮?kù)沿岸露天堆放的生活垃圾、裸露的土地等流入水體，從而加劇了水庫(kù)面源污染。(3)內(nèi)源污染逐漸顯露：因未及時(shí)有效地清理水庫(kù)底部長(zhǎng)期積累的垃圾沉積物、淤泥等，氮、磷等污染物不斷從沉積物中釋放出來(lái)，從而導(dǎo)致河庫(kù)水體嚴(yán)重富營(yíng)養(yǎng)化。

2 遼西低山丘陵區(qū)水庫(kù)水體污染修復(fù)方法

2.1 修復(fù)理念

通過(guò)對(duì)遼西低山丘陵區(qū)水系狀況的全面分析提出水生態(tài)修復(fù)理念，具體如下：(1)水庫(kù)的協(xié)同治理，水庫(kù)水源生態(tài)修復(fù)涉及因素多、覆蓋范圍廣，這是一項(xiàng)高難度、系統(tǒng)性復(fù)雜治理工程，修復(fù)過(guò)程中必須有效銜接水庫(kù)-流域之間的關(guān)系，最大程度地消除因水庫(kù)水體污染而對(duì)整個(gè)流域造成影響的現(xiàn)象。(2)生態(tài)修復(fù)與污染控制有機(jī)結(jié)合，水庫(kù)污水治理過(guò)程中要綜合利用生態(tài)修復(fù)與污染控制技術(shù)，盡量減少人為干擾，最大程度地發(fā)揮水體自凈功能?？傮w上，可將修復(fù)過(guò)程劃分成3個(gè)階段：第一階段，通過(guò)截污干管整修、河庫(kù)清淤等，從根本上防止外界污染物流入水體有效控制流域污染物比重；第二階段，考慮到氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素會(huì)引起“水華”，所以嚴(yán)格控制氮、磷濃度非常關(guān)鍵，為了減少水體中的氮磷含量可采取種植水生植物的措施；第三階段，通過(guò)水生生物優(yōu)化充分利用水體自凈功能，逐步達(dá)到水體自凈功能穩(wěn)定發(fā)揮的目的。(3)人工循環(huán)與自然補(bǔ)水相結(jié)合，針對(duì)遼西地區(qū)水庫(kù)補(bǔ)給水源不足的問(wèn)題要合理利用自然降水，通過(guò)設(shè)置循環(huán)式排水管道等人工干預(yù)措施提高干旱季節(jié)的水體流動(dòng)性，從而實(shí)現(xiàn)換水周期有效縮短以及水庫(kù)水生態(tài)環(huán)境明顯改善的目標(biāo)。

2.2 修復(fù)技術(shù)

本文綜合考慮流域?qū)崿F(xiàn)功能、污染程度、水文特征和水庫(kù)環(huán)境狀況，結(jié)合現(xiàn)有研究成果制定水生態(tài)修復(fù)技術(shù)體系如表1，生態(tài)修復(fù)關(guān)系如圖1。

圖1 水生態(tài)修復(fù)技術(shù)原理表1 水庫(kù)污染水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)體系

分區(qū)庫(kù)區(qū)入庫(kù)段水文特征水庫(kù)補(bǔ)給方式以雨水為主,匯水面積大,水位變化小干旱季節(jié)易干枯,河道比降大,同水面間河岸高差4.0m,匯水面積大污染程度污水入庫(kù),淤泥中營(yíng)養(yǎng)鹽比例高,水庫(kù)水體發(fā)黑發(fā)臭河庫(kù)底部受沖刷破壞,部分污水直接入流實(shí)現(xiàn)功能優(yōu)化周邊生態(tài)景觀與環(huán)境防洪為主,輔助景觀效果改善修復(fù)技術(shù)將水體自修復(fù)與人工修復(fù)相結(jié)合,防治污染物流入,凈化水體水質(zhì)對(duì)入庫(kù)污水截流,考慮流域降水量大的特點(diǎn)修筑雨水滲濾溝等

1)污水截流。遼西低山丘陵區(qū)水庫(kù)嚴(yán)重淤積，加之年久失修、長(zhǎng)期管理不善等庫(kù)區(qū)水體受到污染；此外，隨著遼西地區(qū)開發(fā)速度不斷加快，水庫(kù)周邊部分項(xiàng)目排污不達(dá)標(biāo)，未經(jīng)達(dá)標(biāo)處理污水被直接排入河庫(kù)，從而導(dǎo)致水體受到污染[9]。為解決以上問(wèn)題，將溢流井安置于污水排放終端以達(dá)到污水截流的作用。

2)底泥清淤。庫(kù)區(qū)水域具有水體置換周期長(zhǎng)、水流速度慢、成庫(kù)時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，水庫(kù)長(zhǎng)期接納外界排入的污水，底部大量沉積物淤積，為了減輕水庫(kù)水體受污染程度應(yīng)及時(shí)清除底部的淤泥等[10]。

3)雨水滲濾溝。由于地表污染物隨降雨徑流極易進(jìn)入水庫(kù)，所以有效處理雨水就顯得非常重要。為了解決該問(wèn)題可以修筑雨水滲濾溝，根系茂盛的植物能夠吸收滲濾溝中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而降雨徑流中的懸浮物能夠被大根系有效截留；多點(diǎn)滲濾能夠有效避免雨水沖刷庫(kù)岸的情況，這也是創(chuàng)建生物凈化帶的重要環(huán)節(jié)，滲濾溝的剖面形式如圖2。

圖2 滲濾溝剖面圖

4)人工循環(huán)管道。該項(xiàng)措施能夠明顯改善水體的循環(huán)效果，有效促進(jìn)水庫(kù)水體流動(dòng)。針對(duì)水庫(kù)轉(zhuǎn)彎處水體流動(dòng)緩慢問(wèn)題可以利用循環(huán)水泵抽取并排入雨水滲濾溝過(guò)濾，完成過(guò)濾后再排入水庫(kù)，從而增強(qiáng)水體的流動(dòng)性及其自凈化功能，保證水質(zhì)惡化得到有效控制。

3 遼西低山丘陵區(qū)水庫(kù)水體修復(fù)效果

大凌河干流上共有宮山咀、閻王鼻子和白石三座控制性水庫(kù)，其中宮山咀至閻王鼻子水庫(kù)段屬上游段，該段具有顯著的山區(qū)型河流特征，河道比降平緩，河長(zhǎng)156.8 km，匯入有第二牤牛河、大凌河西支、老虎山河等支流。以大凌河干流閻王鼻子水庫(kù)為例，監(jiān)測(cè)分析水庫(kù)水體修復(fù)效果，主要污染物有BOD5、TN、TP、COD、NH3-N。

3.1 水體修復(fù)監(jiān)測(cè)

1)水質(zhì)監(jiān)測(cè)。采取修筑雨水滲濾溝、清理河底淤泥、設(shè)置截留溢流井等生態(tài)修復(fù)措施，有效治理水庫(kù)污染水體。完成修復(fù)后，對(duì)支溝進(jìn)入水庫(kù)的水質(zhì)按每半個(gè)月及穩(wěn)定運(yùn)行半年的頻次定期監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)指標(biāo)有五日生化需氧量BOD5、TN(硝酸鹽氮、無(wú)機(jī)氮、有機(jī)氮)、TP(懸浮性磷、溶解性磷)、化學(xué)需氧量COD、溶解氧DO、氨氮NH3-N。修復(fù)運(yùn)行期和修復(fù)運(yùn)行初期數(shù)據(jù)取修復(fù)結(jié)束后第二年及修復(fù)結(jié)束當(dāng)年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，考慮不同時(shí)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)判水質(zhì)修復(fù)效果。

2)計(jì)算方法。受污染水體生態(tài)修復(fù)效果利用污染物降低率進(jìn)行評(píng)價(jià)，即污染物降低率越大則生態(tài)修復(fù)效果越好，可采用式(1)計(jì)算污染物降低率C，即：

C=(C1-C2)/C1×100%

(1)

式中：C1、C2代表生態(tài)修復(fù)前、后的污染物濃度。

3.2 水體修復(fù)效果

選取采樣點(diǎn)A(老虎山河匯入大凌河干流處)和采樣點(diǎn)D(閻王鼻子水庫(kù)壩下)為入口、出口，生態(tài)修復(fù)完成后分析各河段匯入水庫(kù)的水質(zhì)，以運(yùn)行半年后(修復(fù)運(yùn)行期)和運(yùn)行半個(gè)月后(修復(fù)初期)作為采樣時(shí)間。生態(tài)修復(fù)運(yùn)行期、修復(fù)初期和修復(fù)前3個(gè)月研究區(qū)域水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，如表2。

表2 研究區(qū)域水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù) mg/L

由表2可知，生態(tài)修復(fù)后河庫(kù)水質(zhì)發(fā)生明顯變化，從采樣點(diǎn)1到采樣點(diǎn)4水體BOD5、TN、TP、COD、NH3-N濃度下降，而DO濃度上升，并且修復(fù)初期的污染物濃度下降幅度略高于修復(fù)運(yùn)行期。

各河段對(duì)生態(tài)修復(fù)水質(zhì)凈化的貢獻(xiàn)如圖3，結(jié)果顯示A-B河段以消除DO、COD為主，B-C河段以消除TN、NH3-N為主，C-D河段以消除BOD5、TP為主。

圖3 各河段的水質(zhì)凈化貢獻(xiàn)率

3.3 水生態(tài)修復(fù)對(duì)策

1)及時(shí)實(shí)施生態(tài)修復(fù)。為有效解決水體變異問(wèn)題制定完善的水生態(tài)修復(fù)計(jì)劃，對(duì)流域周邊的生產(chǎn)、生活布局及時(shí)調(diào)整，以保證受污染水體的及時(shí)修復(fù)。

2)實(shí)行循環(huán)發(fā)展模式。合理設(shè)計(jì)各類生產(chǎn)、生活設(shè)施，貫徹執(zhí)行遼西地區(qū)污染物控制指標(biāo)和工程建設(shè)管理流程。將綠化隔離帶建設(shè)于水庫(kù)附近，逐步實(shí)現(xiàn)地表徑流攜帶污染物入庫(kù)的有效控制以及河庫(kù)周邊水土涵養(yǎng)功能的提升。合理劃分水功能區(qū)以及設(shè)置保護(hù)區(qū)，河庫(kù)區(qū)域環(huán)境管理嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)法規(guī)，減少污染物直接入庫(kù)概率，為保護(hù)水域生態(tài)環(huán)境提供可靠保障。

3)積極探索新的開發(fā)模式。完成生態(tài)修復(fù)后，應(yīng)充分考慮河庫(kù)環(huán)境特點(diǎn)積極探索新的河流開發(fā)模式，注重恢復(fù)河庫(kù)泄流自凈功能。在河庫(kù)開發(fā)過(guò)程中以恢復(fù)水自凈功能為目標(biāo)，兼顧水庫(kù)與河流的自凈效率預(yù)留充足的泄流恢復(fù)段，從根本上有效控制入庫(kù)污染物和水環(huán)境的變異。

4 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合遼西低山丘陵區(qū)大凌河流域水庫(kù)污染水體特征，為有效解決水庫(kù)污染水體問(wèn)題制定行之有效的生態(tài)修復(fù)對(duì)策。根據(jù)河庫(kù)功能劃分、地質(zhì)地貌特征、水體污染程度和研究區(qū)水質(zhì)條件，通過(guò)采取有效措施生態(tài)修復(fù)水庫(kù)污染水體。結(jié)果顯示，修復(fù)前部分采樣點(diǎn)污染物濃度有所增大，水質(zhì)總體保持不變；生態(tài)修復(fù)實(shí)施后，污染物濃度(運(yùn)行初期)明顯下降，且污染物濃度下降幅度隨運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)有所下降。