备用水源地流域内水环境问题及治理措施

摘要：某水库为备用水源地，但水质长期处于Ⅳ类水平，目前达不到备用水源地Ⅲ类水质标准要求。本文分析了备用水源地流域内水环境现状，然后提出了达标整治措施。经过方案比选分析，在水库上游及缓冲区建设人工湿地与生态隔离带工程，既可以削减水源地污染物，提升水质，还可以优化库岸植物布局，达到近自然修复的目的。

关键词：备用水源地;污染源;水环境;整治思路;方案比选;

备用水源地为中型水库，主要功能为防洪、灌溉和供水，控制径流面积为652 km2，总库容为5 102.5万m3。该水库流域内支流较多，河道两岸分布较多乡镇和农田。一方面，大量村庄分散布局，污水、垃圾收集基础设施配备不足;另一方面，居民的环境保护意识较差，村镇生活污水直排现象突出，生活垃圾随意倾倒在河道两侧及河道内，大量使用农药、化肥使得农业面源污染物对入库水质造成严重的污染，但治理效果微弱。水库建设初期，工程任务为农田灌溉，近年来，由于研究区干旱少雨，该水库成为备用水源地，但水库自2005年建成后，水质一直处于Ⅳ类状态，目前达不到备用水源地Ⅲ类水质标准要求。本文通过分析备用水源地流域内水环境现状，提出了水环境治理措施，以期为水库水质达标整治提供方法依据。

1 备用水源地流域内水环境现状

1.1 污染源种类及核定

如表1所示，水库上游流域内，主要污染源包括农村生活污染源、城镇生活污染源、农业生产污染源和畜禽养殖污染源等[1]，这些污染物产生后随雨水等进入水库。研究区现状污染源的点源和面源污染负荷年产生量、入河量[2]如表2所示。主要监测指标有化学需氧量(COD)、总氮(TN)和总磷(TP)。

注：城镇生活污染源和农村生活污染源属于点源，畜禽养殖污染源与农业生产污染源属于面源。

该水库流域内现状污染负荷年产生量与入河量大，若不有效防治，则无法作为备用水源地使用。

1.2 水质现状分析

下面对水库进行水质监测，监测项目主要包括pH、溶解氧、氨氮、石油类等27种，监测时间分丰水期(5-9月)、枯水期(12月至次年2月)和平水期(3-4月和10-11月)三个阶段。以每个阶段的代表月份为例，该水库水质监测结果如表3所示。

注：pH为无量纲，其他参数单位均为mg/L。

监测结果表明，2020年，该水库总磷、总氮、COD、粪大肠菌群等指标时有超标，达到Ⅳ类标准，其余指标均介于Ⅰ类至Ⅲ类水质标准，造成水质超标的主要原因仍为上游农业面源、村镇生活污水和生活垃圾、养殖废水等污染源随雨水进入水体。

2 方案分析

2.1 方案比选

本研究考虑在库区周围建设人工湿地处理系统和生态隔离系统来达到环境和景观效果的统一，提出了两种总体布置方案[3]，如表4所示。

经充分考虑两个方案的资金投入与实施难度，推荐采用方案二。

2.2 人工湿地

2.2.1 人工湿地场址选择论证

人工湿地场址选于水库库尾的河道两岸，地形相对平坦的地方作为表面流人工湿地选址，坡度较大的地方作为生态隔离带选址。人工湿地工程拟建于库岸缓冲区，在高程范围内的高处设置生态隔离带，低处设置人工湿地。隔离带建设场址选于高处，主要目的是截流泥沙及大块垃圾漂浮物[4]。

2.2.2 湿地引水系统方案论证

(1)引水系统方案。

方案一是在河道上恰当修建混凝土滚水坝1座，达到引水高程，然后在滚水坝两旁设闸，通过沟渠引水进入人工湿地。方案二是在原有大沟上修建5座溢流坝或挡水闸坝，满足引水高程，然后通过管渠系统(钢筋混凝土管或生态沟渠)，将水引至各分区的人工湿地。方案三是在原大沟上湿地附近修建1座溢流坝或挡水闸坝，满足引水高程，然后通过管渠系统(钢筋混凝土管或生态沟渠)，将水引至其他人工湿地。

经研究，方案一需要修筑混凝土坝，将上下游阻隔，可能会影响水库下游的行洪能力，甚至可能出现断流而影响水库蓄水，并且修筑混凝土坝的费用较高;方案三虽然只修建1座浆砌石溢流坝，但增加了大量的输水管道成本。因此，本次人工湿地工程引水方案推荐方案二，该方案人工湿地水处理规模为10 295 m3/d，即0.12 m3/s，原大沟的渠首设计流量为8.56 m3/s，完全能满足人工湿地用水需求，同时不会影响原大沟水量。

(2)原大沟挡水方案选择。

根据以上比选，总体引水方案采用方案二，即在原大沟上修建5座溢流坝或挡水闸坝，满足引水高程，然后通过管渠系统(管道或生态沟渠)将水引至人工湿地[5]。为确保经济适用、管理方便，现对原大沟挡水方案进行比选。方案A是在原大沟上修建5座溢流坝进行挡水。方案B是在原大沟上修建5座挡水闸坝进行挡水，以上两个方案的技术与经济指标比较如表5所示。

方案B在工程量、施工难度、管理和造价等方面都具有明显优势，因此原大沟上的挡水方案推荐方案B。挡水闸坝设计如下：挡水坝采用浆砌石重力坝。挡水闸坝初步设计基础开挖深度1.0 m(即闸坝底高程-1.00 m)，两边开挖以1.0∶0.3放坡。

(3)管渠系统方案选择。

在原大沟上修建5座挡水闸坝，满足引水高程，然后通过管渠系统(管道或生态沟渠)将水引至人工湿地。为实现经济适用、管理方便、生态环保，现对管渠系统进行比选，具体方案如下：一是采用钢筋混凝土管(过路断面)+生态沟渠方式引水至人工湿地;二是采用钢筋混凝土管引水至人工湿地。前者采用钢筋混凝土管+生态沟渠，施工难度小，造价低，生态环保性好，与人工湿地的周围环境相符合，因此管渠引水系统方案选择前者，即采用钢筋混凝土管(过路断面)+生态沟渠方式引水至人工湿地。

2.2.3 人工湿地植物选择

人工湿地植物选择美人蕉、芦苇、灯心草和旱伞竹等，既可以与周围环境相适应，也可以使污水浓度降低。

3 结论

当前，备用水源地流域内水环境不容乐观，有必要采取水环境治理措施。研究表明，水库上游及库区可以建设人工湿地与生态隔离带工程，改善水库流域内的生态环境，使得水库满足备用水源地的水质要求。

参考文献

[1] 班章雨，姚天宝.“一河一策”下的水污染预测及治理措施[J].水利发展研究，2019(12)：49-53.

[2] 陈启金.街面水库流域污染源现状调查及治理措施[J].绿色科技，2019(18)：100-102.

[3] 梁康，王启烁，王飞华，等.人工湿地处理生活污水的研究进展[J].农业环境科学学报，2014(3)：422-428.

[4] 于宗绪，马东春.形势下水库水质治理对策：以官厅水库为例[J].水利发展究，2019(10)：57-61.

[5] 李艳艳，程智龙，刘龙志.东风水库径流区污染负荷分布特征及治理措施分析[J].中国给水排水，2019(12)：7-12.