水生植物種植對小啞叭河洪水入庫水質(zhì)影響研究

程 程 鄭海龍 佟 玲

(北京市南水北調(diào)大寧管理處，北京 102442)

1 水庫基本情況

大寧水庫是原永定河滯洪水庫之一，為調(diào)蓄南水北調(diào)來水、提高北京城市供水保證率，在設(shè)計北京市南水北調(diào)配套工程時，考慮將原大寧水庫進行改造，使其在承擔(dān)原設(shè)計防洪任務(wù)的基礎(chǔ)上，增加調(diào)蓄的功能。大寧調(diào)蓄水庫于2011年底改造完成，總庫容4611萬m3，非汛期最大可調(diào)蓄庫容3753萬m3，汛期最大可調(diào)蓄庫容為1006萬m3，現(xiàn)水域面積約200萬m2[1]。

大寧調(diào)蓄水庫庫北入庫河流為小啞叭河、小清河。小清河河道常年干涸，小啞叭河發(fā)源于豐臺區(qū)廊坡頂一帶淺山區(qū)，上游分南北兩支，兩支在下營村東匯合后稱小啞叭河，河道流經(jīng)東河沿、張郭莊等村莊，匯入大寧調(diào)蓄水庫，總流域面積約20km2。小啞叭河上游地處山區(qū)、半山區(qū)地帶，下游地處平原區(qū)，屬季節(jié)性行洪河道，在汛期常有雨洪水匯流入庫，是大寧調(diào)蓄水庫水質(zhì)保護的潛在風(fēng)險[2]。

在水庫改造工程設(shè)計時，已考慮到了小啞叭河入庫河水可能引起的水庫水質(zhì)風(fēng)險，原設(shè)計方案中包含了小啞叭河新挖河道工程，但在建設(shè)過程中，由于征地、拆遷等原因，工程未能實施，且未來實施的難度仍然較大。因此，需考慮使用非工程措施解決入庫河水水質(zhì)問題。運用生態(tài)的辦法解決入庫水質(zhì)問題，工程難度低，實施方便，且能豐富生物多樣性，具備多種使用功能。在水陸交錯帶建立植被緩沖區(qū)是大寧調(diào)蓄水庫解決河水入庫水質(zhì)問題的首選[3]。

2 水生植物的選取和種植

為實現(xiàn)防止水土流失、涵養(yǎng)水源、阻隔污染物入庫、凈化水質(zhì)、美化環(huán)境的目的，在植被緩沖區(qū)種植水生植物時需充分考慮水生植物的不同特點。攔蓄地表徑流、涵養(yǎng)水源需要根系較為發(fā)達的植物，濃密的冠幅和較大的種植密度也有利于防止降雨直接沖擊地表。美化環(huán)境和凈化水質(zhì)的要求需要考慮植物不同季節(jié)的生長狀態(tài)和耐水性。在配置過程中也要充分考慮挺水植物與沉水植物的交錯配置，營造錯落有致的景觀，遵循因地制宜原則。植物種類以鄉(xiāng)土植物為主，既可避免“外來物種”入侵的風(fēng)險，同時具有易于管理、價格較低等優(yōu)勢。選取的水生植物特征見表1。

表1 已選水生植物的特性

2019年5月，在庫北小啞叭河出口水陸交錯帶(水深在0.5～1.5m之間)種植沉水植物約500m2，種植挺水植物600m2，見圖1。

圖1 種植位置示意圖

3 效果分析

3.1 水質(zhì)監(jiān)測情況

相關(guān)研究結(jié)果顯示，雨洪入庫水的五日生化需氧量、氨氮、總氮等指標(biāo)變化較大[4]。因此，檢測指標(biāo)選取總氮、總磷、氨氮、溶解氧等6項，監(jiān)測及評價依據(jù)為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)。水質(zhì)分析嚴格按照水和廢水監(jiān)測分析方法進行,取樣日期為汛期小啞叭河發(fā)生匯流入庫當(dāng)日，取樣點選擇小啞叭河入庫口處，庫區(qū)取樣點為近庫中心位置。2019年7月和8月共進行4次匯水水質(zhì)檢測，詳細情況見表2。根據(jù)表3中數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)分析表2中數(shù)據(jù)可知，匯水水質(zhì)中總氮數(shù)值較高，已超過地表水Ⅴ類限值，化學(xué)需氧量、五日生化需氧量超過地表水Ⅳ類限值，其余項目數(shù)值未超過地表水Ⅳ類限值，但也應(yīng)重點關(guān)注入庫河水中總氮、化學(xué)需氧量、五日生化需氧量等主要污染項目變化情況。

表2 小啞叭河入庫水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)

表3 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅳ類、Ⅴ類基本項目標(biāo)準(zhǔn)限值

3.2 結(jié)果分析

將7月14日、7月22日、8月9日、8月20日的入庫水質(zhì)檢測情況與大寧調(diào)蓄水庫的8月、9月水質(zhì)檢測值進行對比(見圖2～圖7)，結(jié)果顯示，小啞叭河入庫水中的總氮含量在9.95～11.40mg/L之間，總磷含量在0.25～0.29mg/L之間，氨氮含量在0.49～0.63mg/L之間，溶解氧含量在2.98～4.87mg/L之間，化學(xué)需氧量在30.00～33.60mg/L之間，五日生化需氧量在3.30～6.20mg/L之間；但8月、9月大寧調(diào)蓄水庫的庫區(qū)水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果顯示，總氮含量未超過0.50mg/L、總磷含量未超過0.025mg/L、氨氮含量未超過0.50mg/L、溶解氧大于6.00mg/L、化學(xué)需氧量小于15.00mg/L、五日生化需氧量小于3.00mg/L。說明在匯流后，水庫的水質(zhì)并未有大幅度的波動情況，匯水經(jīng)生態(tài)種植區(qū)凈化截留后進入水庫，去除了部分污染物，同時，水生植物本身發(fā)揮了一定的凈化的效果，匯水在植物區(qū)經(jīng)過吸收、沉淀、凈化后流入水庫，對水庫水質(zhì)指標(biāo)影響較小。

圖2 總氮監(jiān)測對比

圖3 總磷監(jiān)測對比

圖4 氨氮監(jiān)測對比

圖5 溶解氧監(jiān)測對比

圖6 化學(xué)需氧量監(jiān)測對比

圖7 五日生化需氧量監(jiān)測對比

2019年和2018年水庫調(diào)度運行情況較為規(guī)律，蓄水量沒有大幅變化，相關(guān)環(huán)境因素影響較低，可以認為兩年環(huán)境條件接近。2019年種植水生植物后，與2018年未種植水生植物相比，庫區(qū)水質(zhì)在總氮(TN)、總磷(TP)、氨氮等指標(biāo)方面的變化見圖8～圖13。2019年的總氮值普遍低于2018年，其他指標(biāo)兩年變化趨勢不顯著，說明水生植物對氮的吸收作用較強，但在水質(zhì)較好的情況下，水生植物沒有明顯消除水體中有機物的效用。

圖8 庫區(qū)總氮變化

圖9 庫區(qū)總磷變化

圖10 庫區(qū)氨氮變化

圖11 庫區(qū)化學(xué)需氧量變化

圖12 庫區(qū)五日生化需氧量變化

4 討論和建議

4.1 增加水生植物的種植面積

種植水生植物，可以在一定程度上削減、截留、凈化雨洪污染物，有利于水庫的水質(zhì)保護[5]。在庫區(qū)小啞叭河匯流入口處持續(xù)開展水生植物種植，有條件的情況下，可于小啞叭河入庫口斷面向河道上游種植吸附營養(yǎng)鹽能力強的水生植物，利用河道內(nèi)水生植物去除河水中污染物，延長徑流和生活污水在河道中的停留時間，使泥沙等顆粒態(tài)污染物沉降[6]。同時，增加庫區(qū)種植水生植物的面積，利用植物吸收水體中氮磷等營養(yǎng)成分；再利用培育的植物和土壤微生物轉(zhuǎn)化、降解和吸收水體中污染物，進一步加強庫區(qū)水質(zhì)的保護。

4.2 進一步研究水生植物對有機物的去除效果

水生植物可以直接吸收水體中有機污染物。以往的大量實驗數(shù)據(jù)表明，水生植物對有機污染物有削減作用。親水性有機污染物易被植物直接吸收，疏水性有機污染物則被根系表面吸附，由根系膜或微生物降解有機污染物。2019年小啞叭河入庫口種植水生植物后大寧水庫水質(zhì)COD、BOD5數(shù)值并未比2018年未種植水生植物時明顯降低，說明種植水生植物后并未產(chǎn)生明顯的去除有機污染物作用[7-9]。因此建議：一是對大寧調(diào)蓄水庫有機污染物進行化學(xué)分析，針對有機污染物種類種植水生植物；二是研究水體有機污染物濃度與植物去除效果的關(guān)系，以往相關(guān)文獻中進水或原狀水COD、BOD5數(shù)值至少是本文數(shù)值的5倍，在較低COD、BOD5數(shù)值的水體中，水生植物對有機污染物的轉(zhuǎn)化、降解是否存在作用減弱、效率降低的問題，還有待進一步研究。

4.3 研究水生植物對庫區(qū)藻類的影響

水庫水體相對靜止，在溫度適宜、營養(yǎng)鹽豐富的情況下，浮游植物容易大量生長，從而降低了水體透明度，存在發(fā)生水華的風(fēng)險[10]。種植水生植物，通過不同水生植物的化感作用，可抑制藻類生長。建議下一步庫區(qū)水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)中加入葉綠素含量這一指標(biāo)，分析水生植物對庫區(qū)藻類的影響。

5 結(jié) 語

用生態(tài)方法解決水質(zhì)問題，是對水環(huán)境改善方法的有益探索，是未來全面實現(xiàn)水生態(tài)修復(fù)的重要手段。用生態(tài)的手段提升河湖的環(huán)境質(zhì)量，保護、改善和修復(fù)區(qū)域水生態(tài)，也是實現(xiàn)城市水源地有效保護的重要路徑之一。逐步恢復(fù)河濱帶、庫濱帶等自然生態(tài)系統(tǒng)，改善湖庫、河岸生態(tài)微循環(huán)，提高水體自凈功能，統(tǒng)籌岸線景觀建設(shè)，打造功能復(fù)合、開合有致的濱水空間，提升河道的親水性，以滿足市民休閑、娛樂、觀光等多種需求，也將成為城市河湖未來發(fā)展的方向。