水庫型水源地保護與防治策略研究

呂 輝，簡鴻福，游文蓀，鄧 偉

(江西省水利科學院，江西 南昌 330000)

1 研究背景

水庫型水源地作為城鄉居民重要飲用水水源地之一，其水質安全關乎到人民身體健康和社會發展穩定。但近年來，隨著經濟社會的發展，人類活動產生的生產生活污水、水土流失等造成的污染物隨之增加。由于水庫水體流速緩慢，污染物入庫后容易沉淀到庫底，增加底泥污染物的含量，同時低流速水面降低了水復氧作用和庫區潛流交換的作用，水體對有機質的自凈效果減弱，當水體中氮、磷等營養元素過剩時，一些藻類大量繁殖使水庫呈現富營養化的狀態[1]，造成水庫水質惡化，影響下游供水居民的身體健康。近年來，對水庫型水源地受污染的原因分析、保護與防治策略、治理設計等方面有一定的研究成果[2- 4]，但當前的研究多是通過一些工程措施和非工程措施對庫區范圍內的污染物進行有針對性的防治，而對于入庫河道、陸地及庫區進行“岸-河-庫”一體化的系統防治策略的研究尚不多見。文中以江西省樂豐水庫水源地為例，在區域現狀及污染源分析的基礎上，提出了從岸上、河道到庫區構建“岸-河-庫三道防線”的防治思路及防治措施，為水庫型水源地保護與防治提供了有益建議。

2 現狀分析

樂豐水庫位于江西省崇仁縣巴山鎮西部樂豐村，壩址座落于撫河流域崇仁河寶塘水支流園背水主流上。樂豐水庫總庫容為978萬m3，水庫一般水面面積約65萬m2，平均水深約10～13m，是一座以供水為主，兼顧防洪、灌溉等綜合利用的小(1)型水利樞紐工程，設計供水人口14.4萬人，是崇仁縣主要飲用水源地。

樂豐水庫水源地保護區內藻類過度生長現象較為嚴重，其中，藍藻成為庫區主要優勢種，藍藻水華的風險不僅在于其將大量增加自來水廠對飲用水處理的成本，還會產生水質異味問題，造成供水水質的安全隱患。

通過現場摸查，該區域主要由村莊、農田、林地構成，無工業、規模化養殖業等污染源輸入，其主要污染源主要來自內源污染和外源污染。

2.1 內源污染

(1)藍藻成為庫區主要優勢種

通過對樂豐水庫水質進行檢測，發現樂豐水庫飲用水中上層發生了比較典型的藍藻水華，部分點位甚至有大量微囊藻出現。世界衛生組織推薦的飲用水中微囊藻毒素安全標準為不超過1μg/L，當微囊藻水華成為庫區主要藻類水華時，將大量分泌致癌類藍藻毒素[5]，極大地威脅著附近居民健康安全。

(2)水庫底泥釋放污染物

底泥具有污染物儲存和釋放的雙重功能，當污染物不斷進入水體并沉積至水庫底泥中，底泥儲存、轉化、分解部分污染物，當生境發生變化時，底泥開始釋放污染物，引起水生態系統發生物質循環及能量流動過程，底泥污染物的儲存和釋放2個過程的動態平衡造成了水體中氮、磷等元素含量的變化[6- 7]，引起“二次污染”。有研究結論表明，湖庫底泥中氮、磷的含量與水體富營養化程度呈正相關關系[8]。前期調查發現，樂豐水庫的底泥中總氮和總磷均超標，且底泥有機質主要來自于外源污染物，表明外源污染輸入是樂豐水庫水質問題的主要因素。

2.2 外源污染

(1)水庫北岸大量農田面源污染直排進庫區

調查發現樂豐水庫北部區域存在多片農田，耕地面積約1565畝，其中，水庫北岸大概有4處梯田造成農田面源污染直排進庫區，合計約600畝。根據江西地區施肥強度計算，樂豐水庫北部區域直接入庫氨氮2.2t，COD18t，總磷0.12t，對水庫局部區域的水體營養鹽濃度影響較為顯著。在擴散條件差、水體流速緩慢的季節，該片區水體甚至有可能發生局部區域藍藻水華現象，產生的藻類會逐步擴散進入下游的水源地，進而威脅飲用水安全。

(2)入庫河流沿河村莊的生活污水排放入庫

入庫河道為寶塘水支流園背水，沿河村落包括巴山鎮永勝村5個村小組和白陂鄉座陂村1個村小組，共6個居民點，約230戶905人。村民正常生活產生的生活污水、垃圾以及散養家禽產生的糞便容易隨雨水流入河道，進而匯入水庫，污染水體。

3 總體思路

3.1 防治區劃分

本次防治區域面積為18.1km2，主要為樂豐水庫流域內居民生活、生產等活動影響的區域，按治理對象劃分為生活污染防治區、生產污染防治區、河道污染凈化區及庫體生態修復區4個區域，主要采取工程措施與非工程措施并行防治。生活污染防治區主要為園背水沿河村落，包括6個村小組；生產污染防治區主要為流域內耕地；河道污染凈化區主要為入庫河道的寶塘水支流園背水，水庫上游3km長入庫河道為本次重點防治河段；庫體生態修復區主要為庫區水體。

3.2 防治思路

樂豐水庫水源地保護與防治工程以構建“岸-河-庫三道防線”為主要思路。第一道防線為岸上污染防治工程，主要針對生活污染防治區、生產污染防治區，包括：①農村生活區生活污水濕地凈化工程，對農村生活污水進行生態化深度處理后再讓其流入庫區河道；②建設垃圾中轉站和回收系統等；③庫岸隔離凈化工程，通過對生產區設置防護隔離網、生態溝，在庫區岸線區域建立污染物植被緩沖帶，將庫區周邊的面源污染攔截和消除在植被緩沖帶以外。第二道防線為入庫河道污染凈化工程，主要針對河道污染凈化區，包括在入庫河道修建生態滾水堰、前置庫。第三道防線為水庫水體生態修復工程，主要針對庫體生態修復區，包括在庫區部分庫汊及取水口附近布置生態浮島等。水庫“三道防線”布置如圖1所示。通過構筑三道防線，控制上游污染物質排放量，尤其是總氮磷的排放量，使水庫的水質問題，特別是藻類過度生長達到控制或不再全面性爆發，保障樂豐水庫的供水水源安全。

圖1 樂豐水庫水源地“三道防線”布置示意圖

4 保護與防治策略

根據工程區現狀和設計思路，通過生活污水人工濕地處理工程、生活垃圾處理工程、庫岸隔離凈化工程、生態滾水堰及前置庫建設工程、生態浮島、管理措施等工程措施和非工程措施，共同構筑樂豐水庫水源工程的三道防線，保障水庫供水安全。

4.1 人工濕地及生活垃圾處理系統

在工程區內的6個村小組分別建設一套處理生活污水的人工濕地凈化系統，將農村各住戶的生活污水，通過管網排到集水井進行收集，自流入高效厭氧池，污水在無分子氧條件下，通過厭氧微生物(包括兼氧微生物)的繁殖與代謝活動，將污水中的各種復雜有機物分解轉化；厭氧出水自流到人工濕地，污水從濕地布水管均勻垂直流過填料的底部，然后通過給集水管均勻排走，達到生活污水無公害處理的效果。人工濕地工藝流程如圖2所示。

圖2 人工濕地工藝流程圖

在6個村小組分別建設生活垃圾處理系統，設立垃圾桶和生活垃圾收集站，由村委會負責監督管理垃圾收集站的運作，將農村居民生活垃圾集中收集、轉運、處理，減少生活垃圾對沿流河道的影響。

4.2 庫岸隔離凈化工程

主要包括植被緩沖帶、生態溝和防護欄。以水庫正常蓄水位水面線至水面線外延50m區域構建植被緩沖帶，面積約0.75km2，植被緩沖帶區域內禁止耕種、減少人類活動，讓區域內植物自然生長。區域內林地、灌木林等植被相對茂盛、密集的地帶讓其自然生長，荒草地、泥沙地等植被相對稀薄的地帶可人工種植濕地植物，如蘆葦植物帶，形成一道生態植物屏障。水庫北岸有大量梯田，面源污染容易直接排入庫區，為進一步削減農田面源污染和人類活動對庫區水體的影響，擬在梯田近河岸帶位置開挖生態溝并植草，吸收和降解地表徑流中的N、P等污染物，阻隔面源污染物直接進入水體，減少進入水體的污染負荷，并在與河岸交界處設置防護欄(圍網)，減少人類活動對進水河的干擾。

4.3 生態滾水堰工程

生態滾水堰的主要作用是通過河道中建壩適當提高水位，增加來水停留時間及與河道的濕生、挺水植物等的接觸時間，攔截、凈化上游村莊及農田排入河道的污染物，增強上游入庫河道的水質凈化能力[9]。生態滾水堰所選位置應盡量避開農田區，同時利用堰體構造出梯級擋水、跌水的效果。選擇的堰體材料應具有一定透水性，既能起到擋住一部分水體造成一定回水面積的作用，又能夠讓水體透過堰體流入下游，常選用格賓石籠作為主體材料。

4.4 前置庫工程

水庫生態前置庫是水生態系統修復的主要措施之一。實踐證明，水庫前置庫生態工程可見顯著減輕水庫水質污染，減少總氮、總磷入庫量，為水庫生態系統多樣性提供淺水區、產卵場、育幼場和種子庫，是水庫水生態系統良性發展的重要措施[10]。前置庫透水堤壩結構型式與生態滾水堰類似，利用透水性材料構筑壩體。壩頂高程應高于水庫常水位，保障在較長時期內壩頂位于水面以上，最大程度的利用好前置庫的生態修復功能。為有效利用河道水體增大前置庫水域面積，可設置多座前置庫，保障在庫水位達到正常蓄水位時仍有未淹沒的前置庫正常運行。根據流域水文特征和地形特點，在樂豐水庫庫尾處設置2座前置庫。另外，可通過生物修復措施增強前置庫的生態修復功能，如在前置庫兩岸水邊采用置石、拋石等方式構筑生物槽和人工濕地，在下游兩側河岸帶植被覆蓋率較低區域種植高等水生挺水植物，在庫區種植沉水植物，培育底棲動物，放養羅非魚等底層吃食性魚類等。

4.5 生態浮島

生態浮島技術[11]即在浮體材料上種植植物，通過植物自身的同化作用吸收水源水中氮、磷，依靠附著于植物根系上的微生物去除一部分氨態氮、COD，使得水體的營養得到轉移，減輕水體由于封閉或自循環不足帶來的水體腥臭、富營養化現象；同時由于浮島的遮光效應、接觸沉淀作用等，可在一定程度上控制有害藻類的增殖。生態浮島能使水體透明度提高，同時水質指標也得到有效的改善，特別是對藻類有很好的抑制效果。結合水庫測量和衛星遙感資料，可在庫區流速相對緩慢的庫灣及取水口附近布設8處生態浮島。

4.6 其他工程措施

為進一步提高飲用水水源地水質監測水平，選取水庫取水口附近建設一套水質在線監測系統。在水庫飲用水取水口、主壩、副壩、辦公區、門衛室(進庫公路入口)、釣魚密集區等區域設置攝像頭監控系統及語音警告系統，提升水庫管理效率和保護力度。

4.7 非工程措施

(1)強化水庫管理力度

禁止在水庫上游河道及庫區釣魚、野炊等活動，杜絕垃圾、糞便等污染物直接拋入庫區，嚴禁水產、畜禽養殖等產生的污水直接進入河道及庫區，強化巡檢力度，保障庫區水體處于自然安全狀態。

(2)減少農田、林地等面源污染

建議有關部門通過一定的補償措施，讓庫區周邊及河道兩側的農田、林地進行生態耕種，減少農藥、化肥的使用。

(3)加強水源地保護宣傳

農村居民對生態保護與修復措施的保護意識較淡薄，農村散養式的家禽養殖習慣以及采用農家肥施肥的耕種方式在短時間內較難改變，這也容易對入庫河道的水體造成污染，建議加強水庫水源地保護意識的宣傳，讓農民主動參與到水源地保護中來。

5 結語

文章提出了從岸上、河道到庫區構建“岸-河-庫三道防線”的防治思路，利用人工濕地及生活垃圾處理系統、植被緩沖帶、生態溝和防護欄、生態滾水堰、前置庫、生態浮島等工程措施及非工程措施，為水庫型水源地保護和防治工作提供了一種“源頭控制-過程消減-末端凈化”的防治策略，對保障城鄉居民用水安全具有重要意義。