基于乡村振兴的水环境生态修复技术方法体系研究——以长田湾水库为例

吴万刚

(湖南农业大学东方科技学院，湖南 长沙 410128)

1 引言

生态修复是在生态学原理指导下，以生物修复为基础，结合各种物理修复、化学修复及各工程技术措拖，通过最佳组合，使之达到最佳效果和最低耗费的一种污染环境综合修复方法[1]；水环境生态修复技术是生态修复的核心内容之一，其以生态修复理论为研究基础，并通过一系列的技术措施，将欲退化或已经损坏的水环境生态系统修复与恢复，使其基本恢复原有水平或超过原有水平，且保持其长久稳定性；植物修复是按照生态学规律，利用植物自然演替、人工种植或两者兼顾，使受到人为破坏、污染或自然毁损而产生的生态脆弱区重新建立植物群落，恢复生态功能的技术体系[2]。

当前，国内外有关学者针对湖泊库区水环境生态修复技术方面的研究较少，且主要集中于研究湖泊的生态风险的评价方面[3～5]，但针对于湖泊水生态风险评估、应急处理及水生态风险管理等方面研究报道鲜见[6，7]，多集中于水环境事故的风险评估和应急处理等方面研究[8～10]。因此，本文以长田湾库区为研究对象，试图找出运用生态修复技术方法，对该库区水环境进行生态修复，建立库区水环境生态修复体系，以期为安全保障该域水环境提供技术支撑参考，在振兴乡村的水环境、水生态及饮用水安全保障等方面具有重要的现实战略意义。

2 库区概况

长田湾水库位于湖南省辰溪县长田湾乡，系锦江河一级支流龙门溪河流域内的一座以灌溉为主，兼有防洪、发电、养殖等综合效益的中型水利工程。其集水面积为10.6 km2，总库容量为2270万m3，灌区主次渠道总长达300 km，库区周边农村常居人口约3200人，灌区面积惠及周边8个乡镇，共计5.5万亩稻田，长田湾水库运行40多年来，由于缺乏有效维护，安全隐患也十分突出。为确保灌溉效益的正常发挥及新型农村经济发展对水库库区水资源保护的迫切需求，水库库区的水环境保护已成为其水资源保护的最核心任务之一。

根据“中央一号文件”“中央水利工作会议”和《湖南省水功能区划》等精神，长田湾水库水环境功能系村民生活用水和农业灌溉用水区，该域水质的保护目标为Ⅲ类标准值(《地表水环境质量标准》(GB3838-2002))。经调查表明，长田湾水库库区周边2km范围内，既没有大型煤矿企业、规模化养殖场(区)等，也没有明显的点源污染[11]。近年来，辰溪县政府出台了禁止在各类型水库区内网箱养鱼等的相关规定，并对库区水环境进行综合整治，其基本没有养鱼投料等对库区水体的污染。

3 分析数据来源

本研究分析数据主要分为两部分：一是来自于本研究课题组设在该域库区监测点的水环境年度监测数据(2020年1～12月)；二是通过中国知网(CNKI)查询获得的文献检索和相关资料(见参考文献)。

4 库区污染源调查及分析

4.1 库区农村生活污染调查

4.1.1 生活污水的排放量

水库区内农村生活污水污染物的排放量，根据库区自然村的人口数量、人均需水量和人均排污系数，测算自然村村民的生活污水及污染物的排放量[12]，该库区内的自然村村民的生活污水污染物排放系数和排放量如表1和表2所示。

表1 库区村民生活污水污染物排放系数

表2 库区村民生活污水污染物排放量

4.1.2 生活垃圾的排放量

根据自然村村民人口数量和人均垃圾产生量0.6～1.0 kg/(人·d)，测算自然村的生活垃圾产生量[12]；库区村民生活垃圾和固体废弃物的排放量，按0.9 kg/(人·d)测算，则该库区内村民产生的垃圾总量约为1051.2 t/a；该域内的村民所有生活垃圾，按期集中收运至定点垃圾压缩中转处理站进行预处理，较有效解决生活垃圾的污染问题，从而减少生活垃圾水环境污染；该域村民生活垃圾排放系数和排放量如表3和表4所示。

表3 库区村民生活垃圾排放系数 kg/(人·d)

表4 库区村民生活垃圾排放量

4.1.3 禽、畜污染物的排放量

经调查表明，该水库区周边有2个自然村，该2个村内养殖的禽、畜存栏数为：鸡存栏数约为1000羽/a，饲养期约为55 d；鸭和鹅存栏数约为1000羽/a，饲养期约为210 d；猪存栏数约为1000头/a，饲养期约为199 d[13]；该域内未设禽、畜的粪便预处理站，其粪便污染物非常容易随雨水径流至库区水体内，影响水环境水体质量；禽、畜污染物的排放量(t/a)=个体日产粪、尿量(kg/d·羽.头)×饲养期(d)×养殖数(羽.头)×禽、畜粪便污染物平均含量(kg/t)×l0-6；；测算该库区禽、畜污染物排放系数[13，14]和排放量如表5和表6所示。

表5 禽、畜污染物排放系数

表6 禽、畜污染物排放量

4.2 点源污染调查

经调查表明，长田湾水库库区周边自然村2 km范围内，无大型工业、煤矿、养殖场(区)等污染源；2年前，辰溪县政府拟建库区温泉农庄休闲度假村的规划方案，但其位于水库区核心水域约1～1.5 km的地方，能否修建需经政府相关部门环境影响评价测评论定。因此，该库区周边没有明显的点源污染。

4.3 农业面源污染调查及分析

经调查表明，测算得水库区的农业用地面积为6.81 km2，约为681 hm2，在此681 hm2农业用地中，其中果园约为164.68 hm2，旱地约为140.32 hm2，水田约为376 hm2，主要分布在水库区沿岸河滩周边；应用农作物种植面积和经修正的源强系数[14]，对该库区果园、旱地、水田等面源污染进行测算：根据用地类型，旱地修正系数取1.1，果园取1.4，水田取1.0；根据农作物类型，旱地修正系数取1.5，果园地取0.7，水田取1.2；根据土壤类型，修正系数取1.0；根据化肥施用量，修正系数取1.3；根据降雨量，流失系数取1.2；经测算，该库区的农业面源污染物负荷如表7所示。

表7 库区农业面源污染负荷

可见，农业面源污染物负荷中，按污染因子分类，TN负荷最大，其次为TP和COD，最小为NH3-N；按用地类型，水田负荷最大，其次为因果园，最小为旱地。

4.4 库区总污染负荷调查及分析

根据历年学者研究的相关入库系数[15]，综合分析确定长田湾水库的库区污染物入库系数，即：村民生活污染物入库系数取0.6；禽、畜污染物入库系数取0.2；农业面源污染的COD、TN、NH3-N入库系数取0.25，TP入库系数取0.035；该库区入库污染物总负荷如表8所示。

表8 入库污染物总负荷 t/a

可见，在入库污染物总负荷中，库区村民生活中的禽、畜污染物占负荷总量比最大，其次为农业面源污染，最小为村民生活污水污染物。

5 库区生态修复技术体系探析

5.1 入库水源生态修复技术

5.1.1 建立水源保护区

控制外源性营养盐输入，是解决湖泊水体富营养化的首要步骤[16]，其输入途径主要包括生活与工业的点源排放及湖泊农业面源输入等[16]。因此，在该入库源头的各溪流，建立水源保护区，严禁在各溪流周边开采煤矿、建工厂、建养殖场(区)等；对入库各溪流河道进行清淤工程，恢复自然河道植被的生态环境，酌情利用生态袋护理河床，组成多层吸附体，改善入库各溪流河道水生态环境条件，运用涵蓄降水、减少地表径流和保护水资源等多种措施，实现库区水资源可持续利用；在水库区的主要入库处(口)，建立拦沙坝、沉沙缓冲池等综合防护措施，以防雨、洪等因素导致的各类污染物流入库区。

5.1.2 建立生态修复区

有学者认为，削减农业面源污染，积极调整种植结构，大力发展有机农业、生态农业，建设有机农业生态圈，构建生态屏障[17]。因此，在该水库源头的溪流域内，根据坡地植被实际情况，采取退耕还林、修建梯田、坡面整治等技术方法进行生态修复。坡度小于8°的小山坡，建立防洪抗旱区，根据实情，酌情退田还湖；在8～25°之间的陡山坡，建立涵水缓冲区，种植油茶、李、梨、板栗等经济林树木，涵养水源；坡度大于25°的峭山坡，建立山地保护区，全面禁止垦、砍伐林木，退耕还林，保持水土，必要时封育治理，恢复水库区周边生态环境。

5.2 库区生态修复技术

5.2.1 库区驳岸生态修复

为改善湖泊等水体生态环境，需完善生态修复技术，进一步强化水土保持、绿化等技术措施，提高植被覆盖度、涵养水源、防治水土流失[18]。因此，该水库区驳岸的生态修复，主要分为库区滨带地貌修复和库岸植被修复，其中，库区滨带地貌修复以种植水生植物为主要修复方法，建立滨带生态保护带；库岸植被修复则根据山坡梯度性，种植灌木进行配置，提高库区滨带生物多样性和改进库岸景观层次性；在库区周边农田与滨带水体之间，建立植被带，缓冲减少农业面源污染物汇入库区水体。根据“资源化、生态化”总体要求，经过物理、化学、生物等方面多重综合作用，吸附、吸收农业面源污染物排放物质，起到净化水质、保护生物多样性等多重作用，进一步增强库区滨带抵御雨洪侵蚀的能力，其生态效益可期。

5.2.2 库区水域生物群落修复

无论大型或小型湖泊水体[19]，水生植物法被认为是有效的生物控制方法[20]。利用植物根、茎、叶对湖泊水体悬浮物的捕获及吸收作用，控制营养盐释放与浮萍过渡繁殖[21]。因此，应用生态系统食物链的原理，营造库区周边多样性生物群落条件，从而改良库区水域生物群落。主要措施：其一，将水生植物延伸至库区滨带水中，创造水生微生物生存、繁衍的必要条件；其二，投放适量的鱼类、虾类、螺蛳、河蚌等底栖动物，构建水生植物-微生物-藻类-水生动物的生态食物链，改善水域水质；其三，在库区深水区选用沉水植被进行修复，“水下森林”净化水质，为水生动植物提供良好的生境。

5.2.3 库区农业面源污染生态修复

5.2.3.1 建立坡耕地生态拦截带

针对库区径流流失较大的坡耕地区域，应根据坡度大小，沿等高线方向种植抗旱强、耐贫瘠具有一定经济效益的经济林果树，如枣树等，控制山坡耕地表径流量；在缓坡耕地，可采用种植多种类的多年生草本植物带为主体，减少农田氮、磷等元素的流失；在陡坡耕地，可采用种植“多年生灌木—多年生草本植物”等复合植物带为主体，减少农田土、肥流失。以此为步骤，建成生态梯田，建立生态拦截带。

5.2.3.2 建立农田氮磷净化生态设施

针对库区平缓型农田区域，加强整理和改造存在分布散乱、结构不甚合理、底泥淤积严重、水生植物缺失等现象的农田；对化肥、农药施用量较大的农田区域，规范设计农田排水沟或排水渠，及时清挖淤泥，加固边坡，合理配置农田水生植物群落；在农田周边，根据实情每隔一定距离设置生态格栅或透水栏，以延长出入农田的水滞留时间，保证农田灌溉和排水安全，提升农田氮磷净化的生态功能。

5.2.3.3 建立库区面源污水生态净化工程

在不占用农业耕地资源的前提下，利用库区流域周边废弃池塘、低涝洼地等，整理清挖底泥，建造浅滩、沟壑、深水等多样性塘底结构，建立串联的人工湿地生态系统；在人工湿地的周边种植柳树等湿生树木，地表配置三叶草、黑麦草、狗牙根等草本植物；在人工湿地的浅、中、深水区，根据实情，合理配置挺水、浮水和沉水植物；在人工湿地周边，选择适宜地点建水泵站，建设农田用水净化循环利用的生态工程。

6 结语

库区水环境生态修复技术，是一项与流域的水文、生物、化学等学科密切相关的复杂工程技术体系，相关理论研究和实践工作尚处于研究发展阶段，生态袋、护理吸附体等须待继续研讨。

库区水环境生态修复技术，坚持以构建生物多样性的复合生态系统，以维护库区环境逐步促进向水源保护和水资源调控转变，以期增强生态调控与修复技术措施的研究与应用。

库区水环境生态修复技术工程的实施，旨在改善长田湾库区水环境，振兴该库区的生态效益、经济效益和社会效益。