CN112340932B - 一种集雨型水库水质提升治理的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集雨型水库水质提升治理的方法，该方法发挥水利、环境、生态、农业、管理等多专业联合优势，综合考虑集雨型水库的污染来源与营养盐时空分布特征，采用“外源截污‑水体净化‑底泥控污‑生态修复‑管理维护”系统治理方法，因地制宜地对集雨型水库水体污染进行分类定向施策和分区精准治污。该方法包括：(1)水库污染特征调查分析；(2)库周面源径流拦截；(3)水体营养盐原位削减；(4)底泥营养盐原位控制；(5)水生植物恢复重建；(6)水生动物优化调控；(7)水库系统治理后的运行管理维护。本发明可快速高效改善水库水质，同时在一定程度上重建自然生态，提升水库自净能力，实现生态景观良好和水环境质量长效维持。

Description

一种集雨型水库水质提升治理的方法

技术领域

本发明涉及一种有效治理湖库水体富营养化、改善水域水质的技术体系及方法，属于湖库生态治理领域。

背景技术

作为重要的水利基础设施，水库在防洪灌溉、供水养殖、旅游生态等方面发挥着重要作用，为我国农业发展和经济建设作出了巨大贡献。但由于过去几十年的高强度肥水养鱼(又称投肥养鱼)，许多中小型水库水质受到严重污染。作为一种重要水库类型，集雨型水库无支流汇入，其水源主要是水库流域内的自然降雨汇流，生态水文特点为补水率低、换水周期长、水体更新缓慢、自净能力差，水质受肥水养鱼污染影响极为显著。当前，集雨型水库普遍存在的肥水养鱼污染水质问题，严重影响了我国中小水库水质安全及其功能发挥。加强集雨型水库水体污染治理，保障中小水库水质安全，已成为水生态环境保护的重点任务之一。

本专利申请的发明人近年来对国内集雨型水库水体污染开展了大量现场调研和分析，总结了其污染特征、致污原因及治理需求：

集雨型水库水体污染一般特征是：(1)水库水质多为劣V类，主要表现为氮、磷营养盐超标。(2)水库营养盐时空分布差异明显，汛期和非汛期营养盐浓度存在波动变化，夏季高温时底层水体营养盐浓度高于表层；水库坝前区营养盐浓度较高，且以溶解态为主；库湾、库尾营养盐浓度较低，且以颗粒态为主；坝前区底泥营养盐含量较高，内源释放风险较大。(3)水库周边的农村生活污水、农田化肥、畜禽粪便等通过降雨径流入库，不断加大水库中营养盐负荷。(4)集雨型水库的换水补水率低，水体更新缓慢，自净能力差，系统自我恢复能力较弱。

造成集雨型水库水体污染的主要原因是：(1)库周面源径流污染(主要是农业农村面源污染)；(2)内源污染累积释放；(3)养鱼过量投放的粪肥、饵料；(4)水生植物退化和水生动物失衡，水库生态系统受损，自我恢复能力弱。

集雨型水库水体污染治理的主要需求：(1)通过全面治理实现水质提升，即由劣V类水质提升至Ⅴ类及以上的标准(具体提升水质标准与水库功能有关)；(2)生态修复，即重建水库自然生态，实现水库生态景观良好和水环境质量长效维持。

中国发明专利“治理天然水体的生物、工程复合生态调控方法” (申请号：200710020137.3)公开了一种适用于天然水体的系统治理方法。所述治理方法包括：(1)围拦水域：用隔离材料将水体围成若干的单元水域；(2)清野：在单元水域中驱赶清除底层鱼类；(3) 灭藻：在清野后的单元水域用遮盖物布满水面，使藻类因缺少光合作用死亡；(4)在灭藻后透明度高的单元水域种植沉水植物。该方法主要针对天然水体灭藻处理及沉水植物种植，未考虑外源径流污染入库和内源污染释放，水质改善及植物恢复效果难以保证，另外，该方法未考虑后期管理维护，生态治理效果亦难以长效维持。

中国发明专利“一种水库深水水体富营养化治理的方法”(申请号：201410062615.7)公开了一种以生态学理念为治理核心的水库富营养化治理方法，所述治理方法包括：(1)流域内控制污染源；(2) 水库水体流向合理设置；(3)浮床上种植水生高等植物或草本植物； (4)种植沉水植物；(5)改变水体鱼类结构，以肉食性鱼类和滤食性鱼类为主；(6)放养和挂养蚌类和螺类底栖动物；(7)水中悬挂生物网膜，为微生物提供附着基；(8)在库尾较浅处修建人工湿地； (9)在消落带种植耐旱耐淹的草本植物。该方法整合外源截污、内源治理、生态恢复等多种技术手段，对于治理和修复水库水体具有良好效果。然而，由于未考虑水体和底泥中营养盐的形态和分布特征，该方法对水库不同区域的营养盐治理，都是采用同一种治理方法，缺乏技术针对性，可能致使事倍功半。富营养化水库，尤其是集雨型水库中营养盐的分布差异明显，库湾、库尾与坝前区域水体的营养盐浓度和形态有较大差别，若采用同一种治理方法，不仅难以实现水库中营养盐的高效削减，还会增加治理成本。

综上，目前水库治理技术存在以下问题：①缺乏全面治理和分类施策的技术，难以满足水库系统治污与水质长效维持的治理要求；②现有技术局限于水体富营养化和灭藻处理，缺乏根据集雨型水库污染特征进行分区域、精准化治理的技术方案。因此，亟需围绕系统治污、水质长效维持等需求，根据集雨型水库污染物的来源及其时空分布差异性，采取“外源截污-水体净化-底泥控污-生态修复-管理维护”技术体系，提出分类定向施策和分区精准治污的技术方案。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种集雨型水库水质提升治理的方法，在停止或取缔肥水养鱼的前提下，采用“外源截污- 水体净化-底泥控污-生态修复-管理维护”技术体系，依据水库污染来源与营养盐时空分布特征，因地制宜地进行分类定向施策和分区精准治污，实现水库营养盐高效削减、生态恢复和水质长效维持等多重目标。

为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种集雨型水库水质提升治理的方法，采用“外源截污-水体净化-底泥控污-生态修复-管理维护”技术体系，所述方法包括如下步骤：

步骤1、对水库进行调查分析，获得水库污染来源和营养盐的时空分布特征，所述水库污染来源包括外源径流入库量、水体营养盐存量、底泥营养盐释放量，所述营养盐的时空分布特征包括水体营养盐浓度和形态分布特征；

步骤2、根据调查分析获得的水库污染来源，采取生态沟渠、生态缓冲带和人工湿地技术进行库周面源径流拦截；

步骤3、结合库区各部位水体营养盐浓度和形态分布特征，采取投加环保型絮凝材料、布设生态网膜、曝气增氧、构建移动式生物浮岛技术，分区域实施水体营养盐削减；

步骤4、结合库区各部位底泥营养盐分布特征与库区地形，采取原位覆盖、原位钝化技术分区域实施底泥营养盐控制；

步骤5、水生植物恢复重建：在水库水质改善后，逐步恢复重建水体及岸坡水生植物群落，依靠水生植物的自然生长繁殖，提高水体溶解氧含量，并对水体及底泥中营养盐进行持续净化；

步骤6、水生动物优化调控：在精准治污基础上实施水生动物优化调控技术，通过食物链调控水体中营养盐循环；

步骤7、水库治理后的运行管理维护：对系统治理后的生态工程进行管理维护，确保治理效果能够长期稳定保持。

进一步的，步骤1具体包括：通过调查走访和实地观测，分析确定水库的污染来源；通过对水库坝前、库湾和库尾等不同区域水体和底泥的采集分析，确定营养盐的时空分布特征，并结合特定水库的功能和对水质提升治理的目标要求，明确不同来源营养盐负荷削减指标。

进一步的，步骤2中所述库周面源径流拦截是对库周水田、坡耕地、鱼塘、村镇径流入库的营养盐进行拦截，拦截技术为生态缓冲带、生态沟渠和人工湿地的一种或多种组合，步骤2具体实施步骤包括：

(1)针对径流入库重点部位建设生态沟渠，采用土渠或格宾基脚+土坡、混凝土基脚+土坡的形式放坡修建生态拦污渠，边坡根据放坡长度考虑设置生态砖或采用铰接式护坡，并在入库口设置拦污栅；护坡植物以各种乔木、灌木、草本植物为主要材料，根据原有河岸的植被状况，水生植物选择以芦苇、荷花土著植物种类为主；

(2)在库区与农田交界区域建设乔灌草相结合的生态缓冲带或人工湿地，减少来自农业区的氮、磷等营养物质进入水库；

(3)在村镇污水排放处构建表面流人工湿地。

进一步的，步骤3中，水库水体溶解态营养盐较高的坝前区域，喷洒环保型絮凝材料；颗粒态营养盐较高的库尾区域，采取生态网膜技术；溶解氧较低的库湾区域实施曝气复氧；水体较深、透明度较低、沉水植物种植困难的库中区域构建移动式生物浮岛。

进一步的，所述移动式生物浮岛由水面漂浮平台、固载微生物材料、动力推进系统组成，固载微生物材料选择碳纤维、聚氨酯纤维、人工水草、包埋微生物凝胶小球中的一种或几种的组合，将固载微生物材料浸泡于微生物菌剂溶液中进行预挂膜，微生物菌剂选择硝化细菌、反硝化细菌、聚磷菌、光合细菌、芽孢杆菌、类球红细菌和植物乳杆菌等任意一种或者复合而成，待挂膜成熟时，将其固定于水面漂浮平台底部，在动力推进系统带动下，利用固载微生物材料表面的生物膜对水体中的营养盐进行净化。

进一步的，步骤4中，所述水库底泥营养盐原位控制是采取原位覆盖、原位钝化技术，分区精准控制底泥营养物质释放，坝前底泥营养盐高释放区采取原位覆盖技术，库尾或库湾底泥营养盐低释放区或难以实施原位覆盖区域，采取原位钝化技术，投加环保型絮凝材料。

进一步的，步骤5中，所述水生植物恢复重建中涉及的水生植物为美人蕉、菖蒲、芦竹、梭鱼草、浮叶眼子菜、荇菜及睡莲的一种或多种组合，挺水植物在岸坡正常水位线上下50cm左右范围内种植，其中，水生美人蕉的种植密度为10-15株/m²，菖蒲种植密度为20-25株/m²，芦竹和梭鱼草的种植密度为30-40株/m²；浮叶植物的种植密度为20～30丛/m²水面。

进一步的，步骤6中，所述水生动物优化调控包括放养铜锈环棱螺、背角无齿蚌、三角帆蚌中的一种或多种组合，同时减控水库中草鱼、鲤鱼和青鱼的数量，放养滤食性鱼类。

进一步的，放养铜锈环棱螺、背角无齿蚌、三角帆蚌时，投放面积为浅水区河岸带植物恢复区的15％，投放规格为50～80个/m²；放养滤食性鱼类用于捕食水体中的浮游植物，滤食性鱼类包括鲢鱼、鳙鱼，放养规格控制在20～50g/尾为宜，放养鱼类的捕捞时间为1～5龄后，捕捞规格为鲢鱼2000g/尾，鳙鱼4000g/尾。

进一步的，步骤7具体包括：对生态沟渠、生态缓冲带、生物浮岛、人工湿地生态工程在运行过程中存在的淤堵、植被死亡、碎屑残留问题，进行人工疏淤、补栽、收割、清理管理维护工作。

本发明的优点及效果：

(1)本发明采用“外源截污-水体净化-底泥控污-生态修复-管理维护”水库水质提升治理技术体系，可高效、快速削减水体营养负荷，同时，有效控制面源径流污染入库和内源污染释放，达到标本兼治。

(2)本发明根据集雨型水库的污染来源与营养盐时空分布特征，因地制宜地进行分类定向施策和分区精准治污，综合利用物理、化学和生物等组合技术，提高治理效果，并且降低治理成本。

(3)本发明通过水库系统治理后的管理维护措施，对生态修复工程进行及时和有效管理，实现了水环境质量长效维持。

本发明具有治理高效快速、技术实施环境影响小、日常维护成本低、确保水质长效维持等优点。

附图说明

图1为本发明一种集雨型水库水质提升治理的方法其中一个实施例的路线图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种集雨型水库水质提升治理的方法，其中一个实施例的系统治理技术路线如图1所示，采用“外源截污-水体净化-底泥控污-生态修复-管理维护”技术体系，依据水库时空污染特征与治理需求，分类定向施策和分区精准治污，因地制宜地应用物理、化学和生物等多种组合技术，实现水库营养盐高效削减、生态恢复和水质长效维持等多重目标，所述方法包括如下步骤：

步骤1、对水库进行调查分析，获得水库污染来源和营养盐的时空分布特征，所述水库污染来源包括外源径流入库量、水体营养盐存量、底泥营养盐释放量，所述营养盐的时空分布特征包括水体营养盐浓度和形态分布特征。

具体的，通过调查走访和实地观测，分析确定水库的外源径流入库量、水体营养盐存量、底泥营养盐释放量等污染来源；通过对水库坝前、库湾和库尾等不同区域水体和底泥等环境样品的采集分析，确定营养盐的时空分布特征(例如水体营养盐浓度和形态分布特征)，并结合特定水库的功能和对水质提升治理的目标要求，明确不同来源营养盐负荷削减指标。

步骤2、根据调查分析获得的水库污染来源，采取生态沟渠、生态缓冲带和人工湿地技术进行库周面源径流拦截。所述库周面源径流拦截是对库周水田、坡耕地、鱼塘、村镇等径流入库的营养盐进行拦截，拦截技术为生态沟渠、生态缓冲带和人工湿地的一种或多种组合。

具体实施步骤如下：

(1)针对径流入库重点部位建设生态沟渠，采用土渠或格宾基脚+土坡、混凝土基脚+土坡的形式放坡修建生态拦污渠，边坡根据放坡长度考虑设置生态砖或采用铰接式护坡，并在入库口设置拦污栅；护坡植物以各种乔木、灌木、草本植物为主要材料，根据原有河岸的植被状况，水生植物选择以芦苇、荷花等土著植物种类为主。

(2)在库区与农田交界区域建设乔灌草相结合的生态缓冲带或人工湿地，减少来自农业区的氮、磷等营养物质进入水库；

(3)在村镇污水排放处构建表面流人工湿地等。

人工湿地植物的选择应从因地制宜的角度出发，优选当地本土植物，选取耐污能力强、根系发达、茎叶茂密、抗病虫害能力强的植物，人工湿地适宜栽种的植物种类和种植密度如表1所示：

表1人工湿地适宜栽种的植物种类与种植密度

步骤3、结合库区各部位水体营养盐浓度和形态分布特征，采取投加环保型絮凝材料、布设生态网膜、曝气增氧、构建移动式生物浮岛技术，分区域实施水体营养盐削减

具体实施步骤如下：

(1)水体营养盐浓度较高且以溶解态为主的坝前区喷洒环保型絮凝材料，所需的絮凝材料按照比例与水混合成均匀的悬浊液，用投加泵将悬浊液喷洒到水体表面；

(2)对营养盐浓度较低且以颗粒态为主的库尾区，采取生态网膜技术，将生态网膜垂向悬挂于水体中，沿库周布设若干道，生态网膜的高度为1～5m，依据水库水深进行调整；生态网膜一方面吸附和拦截颗粒态营养盐，另一方面在其表面富集微生物形成生物膜，利用生物膜净化水体中的营养。

(3)投加絮凝材料后，对溶解氧浓度较低的库湾区域实施曝气增氧，使上层水体中还原性物质得到氧化或降解，形成以兼性菌为主、并具备好氧菌群生长潜能的环境，从而在较短时间内降低水体中营养盐的含量，增强水体的自净能力，改善和维持水体环境。曝气方式根据需要和现场条件，可选择固定式曝气或移动式曝气(固定式曝气适用于表层或深层曝气；移动式曝气适用于表层曝气)，其中，固定式曝气方式：曝气机固定安装于岸上，通过在表层或深层铺设曝气管网，进行曝气，电源供应采用交流电。移动式曝气方式：在可移动漂浮平台上搭载曝气机在水体表层进行曝气，电源供应选择蓄电池或太阳能，曝气方式采用间歇曝气。曝气强度和曝气间隔时间的选择：通过定期监测水体中溶解氧含量，调整曝气强度和曝气间隔时间，即当溶解氧含量低于3mg/L时，开始曝气或提高曝气强度、缩短曝气间隔时间；

(4)在水体较深、透明度较低、沉水植物种植困难的库中区域，构建移动式生物浮岛。移动式生物浮岛由水面漂浮平台、固载微生物材料、动力推进系统等组成，主要利用微生物对水体中的营养盐进行净化，固载微生物材料可选择碳纤维、聚氨酯纤维、人工水草、包埋微生物凝胶小球等。

治理前，首先将固载微生物材料浸泡于微生物菌剂溶液中进行预挂膜，微生物菌剂(针对性除氮、除磷或除有机物等)可根据水质污染特征，选择硝化细菌、反硝化细菌、聚磷菌、光合细菌、芽孢杆菌、类球红细菌和植物乳杆菌等任意一种或者复合而成。待挂膜成熟时，将其固定于水面漂浮平台底部，在动力推进系统带动下，利用固载微生物材料表面的生物膜对水体中的营养盐进行净化。根据微生物的处理效率，设置移动式生物浮岛的移动速度。

步骤4、结合库区各部位底泥营养盐分布特征与库区地形，采取原位覆盖、原位钝化技术分区域实施水库底泥营养盐原位控制

具体实施步骤如下：

(1)坝前底泥营养盐高释放区水面较开阔，隔堰、人行桥等障碍物较少，采取原位覆盖技术，通过深水施工设备在表层底泥上铺设覆盖材料，并用不锈钢锚四周固定，在原位覆盖材料上投加碎石压实，将污染底泥与上覆水分隔，降低污染底泥中的营养盐向上覆水释放；

(2)库尾或库湾底泥营养盐低释放区或难以实施原位覆盖的区域，采用原位钝化技术抑制底泥磷的释放，在泥/水界面投加环保型固磷材料，针对表层约5cm底泥中的有效态营养盐进行固定，将环保型固磷材料与水混合配制成悬浊液，通过投加泵均匀喷洒在表层底泥上。

为防止底层鱼类对底泥的扰动，根据草鱼、青鱼等底层鱼类在春、秋季喜欢在岸边草丛中产卵的生活习性，在近岸草丛中围捕或采用渔网地笼、电击、鱼药的方式进行捕捞。

步骤5、水生植物恢复重建

在水库水质改善(尤其是水体透明度增加)后，逐步恢复重建水体及岸坡水生植物群落，依靠水生植物的自然生长繁殖，提高水体溶解氧含量，并对水体及底泥中营养盐进行持续净化，进而改善底栖动物、浮游动物等水生生物的生存环境，维持健康的水生态系统。

水库部分浅水区及缓坡库岸边上配置适合当地自然环境和生存条件的水生植物(挺水植物和浮叶植物)。拟选取的水生植物种类包括水生美人蕉、菖蒲、芦竹、梭鱼草、浮叶眼子菜、荇菜及睡莲等一种或多种组合。挺水植物在岸坡正常水位线上下50cm左右范围内种植，其中，水生美人蕉的种植密度为10-15株/m²，菖蒲种植密度为 20-25株/m²，芦竹和梭鱼草的种植密度为30-40株/m²，浮叶植物的种植密度为20～30丛/m²水面。

步骤6、水生动物优化调控

在精准治污基础上实施水生动物优化调控技术，通过食物链调控水体中营养盐循环。具体的，定期调查水库中的鱼类群落结构，采取“放草诱捕法”和“鱼笼装捕法”对草鱼、鲤鱼和青鱼进行捕捞；放养铜锈环棱螺、背角无齿蚌、三角帆蚌等底栖动物，投放面积为浅水区河岸带植物恢复区的15％，投放规格为50～80个/m²；放养鲢、鳙等滤食性鱼类，捕食水体中的藻类等浮游植物，放养规格控制在20～50g/ 尾为宜，放养鱼类的捕捞时间为1～5龄后，捕捞规格为鲢鱼约2000g/ 尾，鳙鱼约4000g/尾。

在水库中适当放养铜锈环棱螺、背角无齿蚌、三角帆蚌和青虾等底栖动物，通过滤食水体中的藻类、悬浮物质和有机碎屑净化水质；减控水库中的草鱼、青鱼和鲤鱼等鱼类数量，一方面，避免其对水生植物和底栖动物的捕食，另一方面，减少对底泥的扰动，降低内源营养盐的释放；放养鲢、鳙等滤食性鱼类，通过其对浮游藻类的捕食，增加水体透明度和控制蓝藻水华。

步骤7、水库治理后的运行管理维护

对生态沟渠、生态缓冲带、人工湿地等部分生态工程在运行过程中可能存在淤堵、植被死亡、碎屑残留等问题，及时进行人工疏淤、补栽、收割、清理等管理维护工作。同时，对库区鱼类进行适时捕获，调控鱼类种群结构，一方面通过增加滤食性鱼类数量，滤食水体中的藻类、悬浮物质和有机碎屑，从而净化水质；另一方面减控底层鱼类数量，避免其对水生植物和底栖动物的捕食，以及减少对底泥的扰动。

实施例

在本发明的一个实施例中，选取西南地区某集雨型水库开展水质提升治理，该水库正常库容107万m³，集雨面积4km²，水域面积 0.3km²，坝前水体较深(10m左右)，库湾或库尾水体较浅(低于2 m)。该水库功能为农业灌溉供水，其水体应满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)规定的Ⅴ类及以上水质标准。受肥水养鱼、面源污染等影响，该水库水体为劣Ⅴ类，超标指标为总磷。本发明人围绕总磷污染治理需求，对污染来源进行调查，分析不同污染源特征，采用“外源截污-水体净化-底泥控污-生态修复-管理维护”技术体系，因地制宜地实施分类定向施策和分区精准治污，以期实现系统治污和水质长效维持。

步骤1、水库污染源及其特征分析

(1)面源径流磷：该水库周边农村生产、生活等产生的面源径流磷直排入库问题突出，入库的面源磷总负荷约335kg/a，其中种植业面源磷入库负荷达301kg/a，是库区水体磷的主要来源之一。

(2)水体磷：水体总磷浓度范围为0.24～1.39mg/L，全部超过Ⅴ类水质标准，其中，70％的点位水体磷浓度在1.0mg/L以上，且这些点位多处于水库主体区域。坝前区域水体总磷浓度范围1.29～1.39 mg/L，溶解态磷占89.6％。库湾、库尾水体总磷浓度范围0.24～0.44 mg/L，颗粒态磷占70.7％。经核算，库区水体总磷平均浓度为1.2 mg/L，水体磷负荷为1235kg。

(3)底泥磷：底泥总磷含量范围为842～2835mg/kg，且78％的点位底泥总磷含量超过1500mg/kg。底泥有效态磷含量范围为 44.4～85.6mg/kg，且67％的点位有效态磷含量超过50mg/kg，尤其坝前区域底泥中有效态磷含量较高(66.6～85.6mg/kg)，释放风险较大。经核算，底泥磷向水体释放负荷约792kg/a，这是造成水体磷浓度超标的另一个主要来源。

(4)治理目标：该水库总体治理目标是将水体由劣Ⅴ类治理至Ⅴ类及以上，即将水体中总磷(超标指标)平均浓度值由1.2mg/L降至0.2mg/L(Ⅴ类水标准限值)以下。为实现治理目标，按污染来源分解治理任务：①拦截面源磷入库100kg(拦截率30％)以上；②水体磷负荷削减1021kg(削减率83％)以上；③抑制底泥磷向水体释放238kg(抑制率30％)以上。

步骤2、库周面源径流拦截

在停止肥水养鱼后，对面源径流磷进行分区拦截：

(1)在入库面源污染较严重的库岸坡耕地部位，建设了生态缓冲带，共计长约1110m，宽约2m，辐射影响面积约2220m²。护坡植物以各种乔木、灌木、草本植物为主，水生植物以芦苇、荷花等土著植物为主。

(2)在农村径流入库沟渠处，建设了2条生态沟渠(分别长150 m和200m)，采用格宾基脚+土坡、混凝土基脚+土坡的形式设置生态拦污渠，边坡根据坡比设置生态砖或采用铰接式护坡，根据比降设置1～2处跌水，设置沉沙池，并在入库口设置拦污栅，截留农村外源径流污染物。

(3)在乡镇污水处理厂尾水出口处，建设了人工湿地面积约800 m²，充分利用阶地地形与地貌特征，由进水区、处理区和出水区组成。人工湿地植物以芦苇、香蒲、美人蕉、香根草、灯心草等耐污能力较强的植物为主，并辅以当地土著植物。

在治理期(12个月)内，采用生态缓冲带、生态沟渠和人工湿地技术对面源磷入库进行分区拦截控制，减少面源磷入库负荷约 150.5kg，达到了拦截面源磷入库100kg(拦截率30％)以上的治理目标。

步骤3、分区域实施水体营养盐削减

结合库区各部位水体磷赋存特征，分区域实施治理技术：(1) 磷浓度相对较低且以颗粒态磷为主的库尾区域，沿库周垂向布设了3 道生态网，生态网长约3万m²，宽约1.5m；(2)总磷浓度较高且以溶解态磷为主的坝前区域，投加环保型水体絮凝材料，共投加2次 (2次间隔3个月)，共投加约210吨水体絮凝材料。(3)对溶解氧浓度较低的库湾区实施曝气增氧，曝气方式选择固定式曝气，曝气机固定安装于岸上，通过在水体表层铺设曝气管网，进行间隔曝气(每天曝气6h)。(4)对水体较深、透明度较低、沉水植物种植困难的库中区域，构建移动式生物浮岛，将固载微生物材料在除磷微生物菌剂溶液中挂膜7d后，固定于移动式生物浮岛底部，移动式生物浮岛的移动速度约为1.0m/s。

在治理期内，采用生态网膜、絮凝材料、曝气增氧和生物浮岛技术对水体中的磷负荷进行分区削减，对水体磷负荷削减约1070kg，超过了削减1021kg磷负荷(削减率83％)的目标值。

步骤4、分区域实施底泥营养盐控制

结合库区各部位底泥磷赋存特征，分区域实施削减技术：(1) 底泥有效态磷高释放风险的坝前区，采用原位生态覆盖技术抑制底泥磷的释放，通过深水施工设备在表层底泥上铺设覆盖材料，并用不锈钢锚将覆盖材料的四周固定，在其表面投加碎石压实，原位覆盖区域为180亩；(2)底泥有效态磷低释放区或难以实施原位覆盖的库湾或库尾区域，采用原位钝化技术抑制底泥磷的释放，在泥/水界面投加环保型固磷材料，将固磷材料与水混合配制成悬浊液，通过投加泵均匀喷洒在表层底泥上，共投加约80吨固磷材料。

在治理期内，采用原位覆盖和原位钝化技术对底泥磷释放进行分区控制，抑制底泥磷释放量257kg，完成了抑制底泥磷向水体释放 238kg(抑制率30％)以上的目标。

步骤5、水生植物恢复重建

根据调查发现，该水库库湾及库尾浅水区具有净化能力的水生植物种类和数量较少，库区水生植物总体上退化严重，其拦截面源污染、净化库区水体、维持水生态系统稳定的作用缺失，不利于水库水环境质量的持续改善。因此，在水库部分浅水区及缓坡库岸边上配置了适合当地自然环境和生存条件的水生植物(挺水植物及浮叶植物)。栽种挺水植物800m²，浮叶植物300m²。选取的水生植物种类包括挺水植物(水生美人蕉、菖蒲、芦竹、梭鱼草)和浮叶植物(浮叶眼子菜、荇菜及睡莲)等，挺水植物在岸坡正常水位线下30cm种植，其中，水生美人蕉的种植密度为12株/m²，菖蒲种植密度为25株/m²，芦竹和梭鱼草的种植密度为35株/m²。浮叶植物的种植密度为25丛 /m²水面。

在治理期内，通过实施水生植物恢复重建措施，确保了水库水质稳定达标，同时，提升了水库的生态景观。

步骤6、水生动物优化调控

该水库中现存较多鲤鱼等底层杂食性鱼类，这些鱼喜好松软底质，其活动扰动底泥，加速底泥磷的释放和降低水体透明度，从而导致水体磷浓度进一步升高。因此，在治理前和治理过程中，本发明人捕捞了大量鲤鱼等底层杂食性鱼类，减少了由于底层鱼类扰动造成的内源磷释放。在实施水生植物恢复重建之前，进行了草鱼等草食性鱼类的减控，减少了其对水生植物的摄食。此外，放养铜锈环棱螺、背角无齿蚌、三角帆蚌等底栖动物，投放面积为浅水区河岸带植物恢复区的15％，投放规格为50个/m²，放养鲢、鳙等滤食性鱼类，捕食水体中的藻类等浮游植物，放养规格为30g/尾。

在治理期内，通过实施水生生物优化调控技术，一方面降低了内源磷释放，另一方面，提高了水生植物成活率和浮游植物去除率，增强了水库水体自净能力。

步骤7、水库治理后的运行管理维护

水库系统治理后，定期(每年1次)对生态沟渠、生态缓冲带、人工湿地等部分生态工程在运行过程中存在的淤堵、植被死亡、碎屑残留等问题进行人工疏淤、补栽、收割、清理等管理维护工作。同时，对库区鲤鱼、草鱼等鱼类进行适时(两年1次)捕获，调控鱼类种群结构，实现了水环境质量长效维持。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种集雨型水库水质提升治理的方法，其特征在于：采用“外源截污-水体净化-底泥控污-生态修复-管理维护”技术体系，所述方法包括如下步骤：

步骤1、对水库进行调查分析，获得水库污染来源和营养盐的时空分布特征，所述水库污染来源包括外源径流入库量、水体营养盐存量、底泥营养盐释放量，所述营养盐的时空分布特征包括水体营养盐浓度和形态分布特征；

步骤2、根据调查分析获得的水库污染来源，采取生态沟渠、生态缓冲带和人工湿地技术进行库周面源径流拦截；

步骤3、结合库区各部位水体营养盐浓度和形态分布特征，采取投加环保型絮凝材料、布设生态网膜、曝气增氧、构建移动式生物浮岛技术，分区域实施水体营养盐削减；

步骤4、结合库区各部位底泥营养盐分布特征与库区地形，采取

原位覆盖、原位钝化技术分区域实施底泥营养盐控制；

步骤5、水生植物恢复重建：在水库水质改善后，逐步恢复重建水体及岸坡水生植物群落，依靠水生植物的自然生长繁殖，提高水体溶解氧含量，并对水体及底泥中营养盐进行持续净化；

步骤6、水生动物优化调控：在精准治污基础上实施水生动物优化调控技术，通过食物链调控水体中营养盐循环；

步骤7、水库治理后的运行管理维护：对系统治理后的生态工程进行管理维护，确保治理效果能够长期稳定保持；

步骤1具体包括：通过调查走访和实地观测，分析确定水库的污染来源；通过对水库坝前、库湾和库尾不同区域水体和底泥的采集分析，确定营养盐的时空分布特征，并结合特定水库的功能和对水质提升治理的目标要求，明确不同来源营养盐负荷削减指标；

步骤2中所述库周面源径流拦截是对库周水田、坡耕地、鱼塘、村镇径流入库的营养盐进行拦截，拦截技术为生态缓冲带、生态沟渠和人工湿地的一种或多种组合，步骤2具体实施步骤包括：

（1）针对径流入库重点部位建设生态沟渠，采用土渠或格宾基脚+土坡、混凝土基脚+土坡的形式放坡修建生态拦污渠，边坡根据放坡长度考虑设置生态砖或采用铰接式护坡，并在入库口设置拦污栅；护坡植物以各种乔木、灌木、草本植物为主要材料，根据原有河岸的植被状况，水生植物选择以芦苇、荷花土著植物种类为主；

（2）在库区与农田交界区域建设乔灌草相结合的生态缓冲带或人工湿地，减少来自农业区的氮、磷营养物质进入水库；

（3）在村镇污水排放处构建表面流人工湿地；

步骤3中，水库水体溶解态营养盐较高的坝前区域，喷洒环保型絮凝材料；颗粒态营养盐较高的库尾区域，采取生态网膜技术；溶解氧较低的库湾区域实施曝气复氧；水体较深、透明度较低、沉水植物种植困难的库中区域构建移动式生物浮岛；

步骤4中，所述水库底泥营养盐原位控制是采取原位覆盖、原位钝化技术，分区精准控制底泥营养物质释放，坝前底泥营养盐高释放区采取原位覆盖技术，库尾或库湾底泥营养盐低释放区或难以实施原位覆盖区域，采取原位钝化技术，投加环保型絮凝材料；

步骤7具体包括：对生态沟渠、生态缓冲带、生物浮岛、人工湿地生态工程在运行过程中存在的淤堵、植被死亡、碎屑残留问题，进行人工疏淤、补栽、收割、清理管理维护工作。

2.根据权利要求1所述的一种集雨型水库水质提升治理的方法，其特征在于：所述移动式生物浮岛由水面漂浮平台、固载微生物材料、动力推进系统组成，固载微生物材料选择碳纤维、聚氨酯纤维、人工水草、包埋微生物凝胶小球中的一种或几种的组合，将固载微生物材料浸泡于微生物菌剂溶液中进行预挂膜，微生物菌剂选择硝化细菌、反硝化细菌、聚磷菌、芽孢杆菌、类球红细菌和植物乳杆菌任意一种或者复合而成，待挂膜成熟时，将其固定于水面漂浮平台底部，在动力推进系统带动下，利用固载微生物材料表面的生物膜对水体中的营养盐进行净化。

3.根据权利要求1所述的一种集雨型水库水质提升治理的方法，其特征在于：步骤5中，所述水生植物恢复重建中涉及的水生植物为美人蕉、菖蒲、芦竹、梭鱼草、浮叶眼子菜、荇菜及睡莲的一种或多种组合，挺水植物在岸坡正常水位线上下50 cm内种植，其中，水生美人蕉的种植密度为10-15株/m²，菖蒲种植密度为20-25株/m²，芦竹和梭鱼草的种植密度为30-40株/m²；浮叶植物的种植密度为20~30丛/m²水面。

4.根据权利要求1所述的一种集雨型水库水质提升治理的方法，其特征在于：步骤6中，所述水生动物优化调控包括放养铜锈环棱螺、背角无齿蚌、三角帆蚌中的一种或多种组合，同时减控水库中草鱼、鲤鱼和青鱼的数量，放养滤食性鱼类。

5.根据权利要求4所述的一种集雨型水库水质提升治理的方法，其特征在于：放养铜锈环棱螺、背角无齿蚌、三角帆蚌时，投放面积为浅水区河岸带植物恢复区的15%，投放规格为50~80个/m²；放养滤食性鱼类用于捕食水体中的浮游植物，滤食性鱼类包括鲢鱼、鳙鱼，放养规格控制在20~50 g/尾为宜，放养鱼类的捕捞时间为1~5龄后，捕捞规格为鲢鱼2000 g/尾，鳙鱼4000 g/尾。

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