官厅水库湿地公园水质保护工程

冯嵩 赵洪喜 袁康宁

（亿利生态修复有限公司，北京 100020）

官厅水库湿地公园水质保护工程

冯嵩 赵洪喜 袁康宁

（亿利生态修复有限公司，北京 100020）

官厅水库对首都供水安全具有重大意义，目前湿地水质呈微污染、富营养化的趋势。官厅水库湿地公园建设应以水质保护为核心，兼顾生态环境与科普教育。按照点源、面源和内源污染的控制途径，提出源头控制、过程拦截和生态修复的水质保护措施。根据项目特点，因地制宜地提出了库滨带修复与重建、水生态群落修复与重建、生态浮岛布设及人工湿地优化改造4种典型的生态修复措施。湿地公园整体建设、保育和后期运行管理可显著改善水质，建议开展水质大数据采集，便于规划设计阶段GIS分析与今后水质发展趋势研究。

湿地公园；水质保护；污染控制；生态修复

官厅水库位于北京和张家口的交界，是新中国成立以来修建的第一座大型水库，也是北京市主要供水水源地之一。20世纪80年代后期库区受到严重污染，被迫退出饮用水体系。由于水库对首都供水安全具有重大意义，2007年划为北京饮用水备用水源地。近年来，随着经济发展，湿地周边畜禽养殖、滩涂开垦、旅游等需求旺盛，无序的人类活动造成该湿地流域污染呈上升趋势，湿地生态系统破坏严重。为此，当地政府准备成立湿地公园，划定保护区，对湿地进行有效的保护和管理。本文从水污染控制与生态修复的角度，探讨了官厅水库的湿地问题和拟采取的保护措施，为我国湿地公园的建设和水源地保护提供借鉴。

1 官厅水库湿地水质及生态问题

官厅水库湿地属内陆滩涂人工水域湿地，总面积约130 km2，河北段上游包括永定河及其支流桑干河、洋河等河流（图1)。

1.1 水质现状与污染源分析

1.1.1 湿地水质现状 据环保部统计数据显示，2015年官厅水库主要断面水质均为地表水IV类，主要污染指标为化学需氧量、氟化物和总磷，2013年富营养化指数（EI）值为52.5。据孙寓娇等（2015）调查，库区水质超过地表湖库V类水标准，夏季和秋季均存在大量的水华。

1.1.2 污染源分析 官厅水库主要污染源为上游洋河和桑干河（杨喆等,2015），湿地周边和内部也存在点源、面源和内源污染。点源污染主要为沿河环库工业企业、城镇居民、民俗接待等排放的污水。面污染源主要为周边农田农药化肥、畜禽粪便、生活及建筑垃圾等废弃物。内源污染主要为水产养殖、枯枝落叶、秸秆等杂物腐败及河库内淤泥、腐殖质等。

图1 官厅水库湿地公园范围Fig. 1 Guanting Reservoir Wetland Park range

1.2 生态环境破坏问题

1.2.1 沿岸植被退化严重 由于湿地范围大，湿地管理机制不健全，居民环保意识淡薄，造成原生植被生态破坏严重。如卧牛山区域挖山采土取石导致山体裸露，京西草原跑马放牧植被退化，永定河河道盗砂，周边林木乱砍乱伐，游客垃圾随意丢弃，临建侵占湿地空间等现象严重。

1.2.2 水土流失问题突出 当地自然条件和气候特点造成官厅水库流域成为水土流失重点区域（孙艳红等,2010）。据怀来县林业局提供数据，目前仍有约500 km2的流失面积亟待治理，年水土流失量约170万t。水土流失不仅吞食农田、降低肥力、淤积塘坝、引发洪涝和泥石流，而且造成库底淤积难以控制，水体调节能力下降，对官厅水库的行洪和供水造成巨大压力。

1.2.3 滨水带侵占现象明显 由于建国初期鼓励农民开荒种地，目前河滩、库滨带开垦情况非常普遍，导致玉米地等农作物侵占大量河道、湿地空间，同时河流和水库岸线还存在生活垃圾和建筑垃圾堆积现象。

1.2.4 部分河段水生态失衡 湿地内永定河部分水域，由于水体污染、当地居民电鱼、拉网捕捞，鱼虾基本绝迹，水体内无高级水生植物，动物缺少隐蔽栖息地，藻类泛滥。

2 官厅水库湿地水质保护原则

官厅水库湿地公园作为首都备用水源，应以水质保护为核心，兼顾生态环境和科普教育。保护治理应优先进行源头控制和过程拦截，保护措施应简单有效且易于维护，避免使用化学药剂、机械设备等易产生二次污染和噪声的手段，生物引进以本土植物为主，适当兼顾景观，防止生物入侵及不可预测风险发生。

3 水污染控制思路和措施

3.1 明确湿地管理机构并划定保护区

成立“湿地公园管理委员会”作为湿地公园具体的管理机构。由当地政府主要领导负责，协调林业、国土、水利、旅游、环保、农业、交通等相关部门开展湿地公园建设、保护和管理工作。为防止湿地进一步破坏行为，对官厅水库湿地公园边界进行范围划定，以水库淹没线为边界，设置界桩、界碑，警示牌、宣传栏以便于管理游人活动。

3.2 点源污染控制措施

严禁污、废水直排入库，对现有污水厂进行扩容和提标改造，管理部门应监督现有环保处理设施运行达标排放情况。对没有环保设施，废水又无法纳网的工业企业限期整改，对不达标排放又长期得不到解决的企业，实行挂牌督办，坚决淘汰落后产能。

流域内城乡生活污水，应遵循“雨污分流”建立完善的污水收集管网，通过建设集中式污水处理厂集中处理。在集中式污水处理设施服务范围以外的区域，建设分散式污水处理设施处理污水。农村地区充分利用天然洼塘和自然地形条件建设生物净化塘，处理出水水质达到相应标准后，用于周边林地浇灌或农灌。湿地保护区域内新建的管理设施及科普设施，必须全部采取污水收集处理措施，达标后就地消纳或回用，不新增污水排放口。

3.3 面源污染控制措施

流域内畜禽养殖场应具备综合利用和无害化设施，对饮用水源保护区内养殖场进行引导转型、清退和必要补偿。农村地区面源污染严重，应推广测土配方施肥和高效低毒易降解农药，控制化肥和农药的过量使用。

湿地保护区内开展清退工程。清除湿地范围内的垃圾、残留农作物秸秆，退耕还湿、清退果树经营，停止使用化肥、喷洒农药带来的人为面源污染。对面源污染严重及水土流失区域，设置多级库滨帯防治。

图2 典型库滨带构成Fig. 2 Typical riparian zone band structure

3.4 内源污染控制措施

上游洋河、桑干河等开展河流综合治理，减少河流携带有机污染物、氮磷营养盐、重金属等进入水库。湿地保护区内河道进行生态清淤，在水流缓慢富营养化区域设置生态浮岛，对水生态破坏严重区域构建植物群落，对污染严重的河口设置人工湿地，改造鱼塘为塘坝系统。

4 生态修复措施

4.1 库滨带的修复和重建

库滨带是陆地生态系统与水域生态系统之间重要的生态交错带，是污染物进入水体的最后一道屏障（唐浩等,2012)。库滨带可通过拦截、过滤、沉积、吸附、植物同化、微生物分解作用，削减地表径流进入水体的泥沙、悬浮物、氮磷营养盐和有机污染物等。库滨带是控制水土流失、消减面源污染、改善水环境的关键措施（孙金伟等,2017)。

库滨带修复主要是植被恢复，典型应用地点在植被退化、水土流失、面源污染严重的卧牛山区域和京西草原区域。完整的库滨带应包括陆向缓冲带、水位变幅带、水向辐射带3个部分（图2）。

陆向缓冲带由绿篱隔离带、自然乔草带、生态透水带、灌草复合带组成。其中绿篱隔离带用于隔绝人为干扰、阻止人畜进入。自然乔草带用于增强固土、保水能力，减少水土流失，调节气候，为禽类等提供栖息地。生态透水植被带为强化缓冲带对地表径流、面源污染等截留和过滤功能而设置，采用下凹式绿地、生态碎石床、生态拦截带等多种生态透水净化技术，对低污染水进行净化过滤。灌草复合带以灌木为主，草本植物为辅，对地表径流起到较好的净化作用。

根据水深和水生植物生存条件的变化情况设置水位变幅带和水向辐射带，通常按水深由浅入深分为湿生植物带、挺水植物带、浮叶植物带和沉水植物带多个功能带来进行复育。

4.2 水生态群落修复与重建

水生态群落修复与重建是通过人工引入或定向培养有益微生物、藻类、浮游动物、栖底动物、鱼类等，重建退化水生态系统结构中缺失的生物种群及结构，修复和强化生态系统的主要功能，从而使水下生态系统中生产者、消费者、分解者三者有机统一，促进整个生态系统自我维持、自我演替的良性循环。

水生态群落修复应当遵循从低等向高等的进化缩影修复原则，针对永定河水生态系统退化段，具体操作步骤为：①激活土著微生物→②种植高等水生植物→③投加栖底动物→④投加鱼类→⑤水生生物多样性培养和操纵→⑥藻型水体向草型水体演替→⑦水域自净。为防止生物入侵，应避免向水体投加外源微生物、酶制剂，不引进水葫芦等易于泛滥的植物，栖底动物和鱼类应选择本土种类。

4.3 生态浮岛布设

生物浮岛为一种综合现代农艺和生态工程的水面无土种植技术，主要是通过水生植物吸收及根系微生物分解作用，削减水体中的氮、磷等营养元素，降解有机污染，达到水质净化的目的（何勇凤等,2016)（图 3)。

生态浮岛具有造价低、无二次污染、无需占地并能美化环境等优点。针对洋河末端水流缓慢，水质差的问题，在河道两侧布置生态浮岛，有效改善区域生态环境，为鱼类、鸟类、昆虫提供修养生息的场所，增加生物多样性。浮岛下设置有人工仿生水草，增加微生物附着面积，提高水质净化效果。

4.4 人工湿地优化改造

图3 生态浮岛示意图Fig. 3 Sketch map of ecological f l oating island

在洋河与桑干河汇入永定河后，河道两侧地势较为平缓，水面、滩涂、农田广为分布，为了净化上游河道来水、河道范围内污水厂排水及河道两侧径流汇水，选择在永定河源头河道及周边区域建设人工湿地。

优化改造人工湿地应充分利用现有地形，形成预处理区、表流湿地区、潜流湿地区、河流岸线湿地区、景观塘、后处理区和附属设施建设区7个区域。

（1）预处理区。深挖现场水塘，沉淀泥沙，当来水有机负荷高（CODcr≥200 mg/L）且可生化性较差（BOD5/CODcr≤0.3）时，可延长停留时间，达到调节水质和水解酸化功能。

（2）表流湿地。考虑地貌因素，建设浅滩湿地、岛屿湿地、稻田湿地、森林湿地等表流湿地形态，集净化功能、观赏功能、宣教功能于一体。

（3）潜流湿地区。以净化水体为主要功能，内部填充基质、工程化运行。该湿地类型依靠砾石基质的吸附过滤，植物的吸收、固定、转化、代谢以及微生物的分解、利用，形成对污染物的高效去除，净化效率高于其他类型湿地（图4）。

（4）河流岸线湿地区。包括永定河河道及河滩沿线区域，种植挺水、浮叶、沉水植物，形成河流生态岸线湿地区，为鸟类提供栖息场所。

图4 潜流人工湿地示意图Fig. 4 Sketch map of subsurface f l ow constructed wetland

（5）景观塘。围绕湿地景观打造适合于休闲、娱乐的场所，内部设有木栈道，便于亲近自然和科普宣教。

（6）后处理区。主要是为了满足地表III类水的出水标准，在人工湿地后增加的处理工艺，如石英砂过滤、活性炭过滤或膜过滤等深度处理手段，用于科普宣教展示。

（7）附属设施建设区。包括管理用房、公厕、鸟类观测设施、取样、植物收割道路或栈道及道路绿地等。

5 结论及展望

（1）官厅水库湿地水质保护是一项系统工程，涉及防洪排涝、水资源、水生态、水环境、水景观和水文化等诸多因素，在现有工程手段中生态修复是最简单、有效、可行的方法之一，应优先采用。

（2）本文对污染源提出点源、面源、内源的分类方式，强调源头控制、过程拦截，并通过改善生境、营造生物多样性等措施提高水体自净能力。

（3）除工程措施外，湿地公园整体建设、保育和后期运行管理可显著改善水质。

（4）目前国内对于水污染控制研究和实践应用已有成熟的经验，但水生态研究尤其是生态修复措施对污染物削减量分析尚缺乏成熟的模型及数据支撑。建议尽快开展库区水质大数据采集，为规划设计阶段GIS技术分析和今后研究水质发展趋势提供理论基础。

何勇凤, 王亚龙, 王旭歌, 等．2016．生物浮岛对长湖水质和浮游植物的影响[J]．环境工程, 34(12):58-63

孙金伟, 许文盛．2017．河岸植被缓冲带生态功能及其过滤机理的研究进展[J]．长江科学院院报,34(3):40-44

孙艳红, 石健, 田玉柱．2010．官厅水库库滨带建设初探[J]．中国水土保持(1):19-20

孙寓娇, 陈程, 丁爱中, 等．2015．官厅水库水质特征及水体微生物多样性的响应[J]．中国环境科学, 35(5):1547-1553

唐浩, 熊丽君, 鄢忠纯, 等．2012．缓冲带截除农业面源强污染的效果[J]．农业工程学报, 28(2):186-190

杨喆, 程灿, 谭雪, 等．2015．官厅水库及其上游流域水环境容量研究[J]．干旱区资源与环境, 29(1):164-167

Guanting Reservoir Wetland Park Water Quality Project

FENG Song ZHAO Hong-Xi YUAN Kang-Ning
（Elion Ecological Restoration Co.Ltd., Beijing 100020）

The Guanting reservoir is of great signif i cance to the water supply security of the capital．At present,the water quality of the wetland shows the trend of micro-pollution and eutrophication. The construction of Guanting reservoir wetland park should be centered on the protection of water quality, taking into account both the ecological environment and the public science education．Water quality control measures should be targeted on point sources,area source and internal sources of pollution, in order to establish a holistic approach to controlling origin of pollution, process interception and ecological restoration．According to the characteristics of the project and local conditions, four typical measures of ecological restoration，riparian restoration and rehabilitation, the aquatic community restoration and rehabilitation, the deployment of ecological f l oating islands and artif i cial wetland optimization and improvement．The overall construction, maintenance and post operation management of the wetland park can signif i cantly improve water quality．It is recommended to carry out big data collection of water quality in order to use GIS analysis for the design stage and studies of future trend of water quality.

Wetland Park; Water quality control; Pollution control; Ecological restoration

10.3969/j.issn.1673-3290.2017.04.01

2017-07-07

冯嵩（1986—），男，北京市顺义人，工程师，从事水处理、生态修复技术研发及工程调试工作。

E-mail：283734901@qq.com