广州市白云区南湖水库管理所 510000
摘要：为加快解决水污染问题，逐步解决污水排放造成水污染的问题，根据大金钟水库的基本资料以及现场勘查，进行方案的设计，以达到改善库区的生态环境的目的。
关键词：大金钟水库；水质；改善
一、工程概况
大金钟水库位于广州白云大道南，白云山西麓的广州鸣泉居度假村内，呈东北向的U字型。该水库兴建于上世纪五十年代，总面积9.8万平方米，总库容约56.6万立方米。西面为长约560米的土坝，坝高10米；东面从南到北分别有4个集水汇入口，基本上都是源自白云山的山谷溪流，水质较好。其中有3个穿过度假村，1个未经建筑区，从水库东北角汇入库区，但水流较小常断流，水库北面有一条泄洪道。水库集雨面积1.16平方公里，集水范围内除度假村外基本都是林地，无其他工农业污染源。水库大坝下游50米是广州市的公路交通大动脉白云大道。
二、水库现状及存在问题
由于受到气候变化和外源污染等因素的影响，近年来大金钟水库水面出现了类似油膜状的水华，尤其是水库南部区域，水流缓带，由于风力作用常积聚大量漂浮杂物及油污，严重影响景观功能的发挥，成为水华易发区。
针对此种情况，2007年3月该水库采用阿科曼技术实施了水质改善综合治理工程，并取得一定的效果，但是由于时隔已久，阿科曼材料已基本消失，残留部分亦无水质净化功能，甚至可能对水体带来二次污染；同时，随着度假村的发展及旅游景区的开发，水库周围餐饮业的规模不断扩大，造成水库部分指标超过Ⅳ类水标准，导致富营养化加剧，水华现象再次出现。
2.1水质现状
2013年1月，分别在大金钟水库进水口、缓流区和出水口设置3个采样点进行了水质检测，次日用哈希DR2800分光光度计及BOD分析仪等仪器对部分水质指标进行了测试，根据结果初步分析大金钟水质主要超标因子为总磷和总氮，分别超过Ⅴ类和Ⅳ类标准限值，其余各指标均达到Ⅰ类水质标准。可见氮磷过剩是造成水库水体富营养化的主要原因，也是导致蓝藻水华时有发生的主要根源。
2013年3月和7月，再次对大金钟水库的水质进行取样，并送检测机构进行化验，根据检测结果可发现，随着气温的升高，水体中氮磷的浓度也逐渐升高，在水质受到影响较大的东区、南区和北区，TN、TP已上升到Ⅳ类，个别点位甚至达到了Ⅴ类，进一步加剧了富营养化的风险，从有机物中可以看到，大金钟水库的水质改善已是当务之急。
2.2存在问题分析
大金钟水库及水生态存在以下主要问题：
（1）水体交换能力较弱，水体置换率低
现阶段，大金钟水库入库溪流较小，断流情况时有发生，且水流缓慢，水动力不足，在南区相对滞缓区域逐渐形成污染物汇集带，污染物难以及时交换出库，引起水体污染，再加上水体景观要求高，水位变化幅度不能太大，一系列因素都极大限制了水体的交换能力。
（2）水质持续恶化
自2013年7月首次监测以来，大金钟水库水质呈逐渐恶化的趋势，进入夏季后，由于气温不断升高，更为水体富营养化的加剧提供了可能，且经过暴雨冲刷后，径流带来的污染物也进入水体，进一步使水质恶化。最近一次现场调查结果也可以明显反映水质的恶化，南部水体已开始呈黄色，水体的修复迫在眉睫。
（3）存在一定的污染源
通过现场调查和水质监测，可以判断大金钟水库存在外部污染源。水库水体主要污染指标为氮、磷，水面上也有一定程度的浮油。
三、水质改善措施
要改善大金钟水库水质，必须消减大金钟水库中过多的氮磷，降低营养盐浓度，以解决富营养化问题，降低水华爆发的风险，使水库水体变得更为清澈。欲解决此问题，就必须合理调整水库生态系统的内部结构，恢复大型水生植被特别是沉水植物群落，使氮磷在水体中的迁移能够得到良性循环，从而实现水库生态系统的平衡。本设计在科学分析水库水华形成机制的基础上，采用生态学的方法逐步改善水库的水环境和水生态，并兼顾水景观的设计构建。
目前国内外在水体修复中所采用的措施有物理修复、化学修复、生物修复、生态修复等。
（1）物理修复
物理修复是指通过机械或工程的手段降低水体中污染物的浓度，减少或控制底泥中污染物的释放而引起的二次污染的影响，收集藻类以减轻水体富营养化的危害，改善水体水质。
物理修复措施主要有：①引水冲污和综合调水；②曝气充氧；③底泥疏浚；④底泥覆盖；⑤机械/人工除藻。
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物理修复局限性：
① 在直排生活污水的情况下，无法从根本上解决问题，治标不治本；
②视整体施工时间而定，工程实施完毕，引水调水后只能在一定相对的时间内维持河道状况，水体会反复恶化，须重复施工；
③需大规模工程施工，操作复杂、人力物力消耗大，故综合治理费用较高；
④可造成沉积物再悬浮，产生污染物转移及二次污染，降低水体透明度，对水体水质无持续性效果；
⑤在面积大、水域深的湖库中难以进行全面、彻底的实施，如只局部清淤，剩余污泥仍会向水体释放污染物；
⑥护砌方法破坏了底栖生物的生境，隔断了水体所需生物链，严重破坏生态平衡，人为加大了水体恢复自净能力的难度；
⑦如施工不当，将对底质造成极大破坏，增加水生植被重建难度。
（2）化学修复
进入水体中的污染物，在水环境中发生复杂的化学反应，污染物的形态、化学性质不断变化。化学修复就是根据水体中主要污染物的化学特征，通过向污染水体投加化学药剂，使之与污染物发生化学反应，改变污染物的形态，达到去除的目的。
化学修复措施主要有：①化学沉淀；②酸碱中和；③浮油处置；④化学除藻。
化学修复局限性：由于化学絮凝处理的效果必须顾及化学药物对水生生物的毒性及生态系统的二次污染，这种技术的应用有很大的局限性，一般作为临时应急措施使用。
（3）生物修复
生物修复是强调人为地、有意识地利用生物的生命代谢活动减少存在于水体中有毒有害物质的浓度或使其完全无害化，使污染水体能部分或全部恢复到原来的洁净状态。其定义包含广义和狭义两种。
广义的生物修复是利用特定的生物（植物、动物、微生物等）吸收、转化、清除或降解环境污染物，使污染物的浓度降低到可接受的水平，或有毒有害的污染物转化为无害的物质，实现环境净化，生态效应恢复的生物措施。为此生物修复又可分为植物修复、动物修复和微生物修复。
狭义的生物修复是指引入外来微生物菌的作用将环境中污染物降解、转化为无害物质的过程。
（4）生态修复
原位生物-原生态修复是指根据生态学基本原理，充分考虑生物与环境之间的相互关系及其作用机理，通过恢复水体的自净功能，达到降解去除污染物质的一种方法。原位生物-原生态修复是将受损害的生态系统恢复到接近于污染前的自然状态，即重建该系统在受污染前的结构与功能及有关的物理、化学和生物学特征，恢复该区域历史上曾有的植物和动物群落，保持生态系统与人类的诸方面活动持续的和谐统一。
四、大金钟水库水质改善措施
大金钟水库水质质改善系统工程遵循生态学的基本原理，以科学化、现代化的标准和理念，根据大金钟水库实际特点，选择必要的技术来治理水华和控制藻类生物量。主要运用低成本、低能耗、运行维护简单、生态效果明显的技术与组合，以生态结构调控为关键，以水文和水动力调节为辅，结合日常生态管理，实现水质持续改善与稳定的目标。主要通过底质控制、沉水植物种植、挺水植物重建和太阳能水生态修复系统相结合的工程措施。
4.1底质控制
原位覆盖技术又称封闭、掩蔽或帽封技术，其技术核心是利用一些具有较好的阻隔作用的材质覆盖于污染底泥上，将底泥中的污染物与上覆水分隔，大大减少底泥中污染物向水体的释放能力。
作为水库污染的重点区域，水库南部由于水流缓滞和风力的作用，常年积聚大量漂浮杂物，而在水深相对较浅的情况下，污染物向底质迁移，有可能形成内源污染，另外，沉水、挺水植物的正常生长需要有底泥条件和水深的保证，且被覆盖后的底质还可向种植的植物提供生长所需的营养。因此，有必要进行一定的底质改善措施以达到控制污染和提供植物生长条件的目的。
覆盖区选取水深较浅且污染情况相对较重的南部区域进行示范，初步设计应用面积为5000m2，采用清洁细砂。根据不同的水深情况，覆盖填料不同厚度铺设在底质上层，具体设计为：近岸1m以下水深约2000m2区域铺设厚度为20cm，1～2m水深约3000m2区域铺设厚度为50cm。共需细砂约2000m3。
4.2沉水植物种植
沉水植物是指植物体全部位于水层下面营固着生活的大形水生植物。它们的根有时不发达或退化，植物体的各部分都可吸收水分和养料，通气组织特别发达，有利于在水中缺乏空气的情况下进行气体交换。这类植物的叶子大多为带状或丝状，如苦草、金鱼藻、狐尾藻、黑藻等。
大金钟水库水质主要超标因子为总氮和总磷，根据水库及其周围地区的生态环境特征，初步选取吸收氮磷效果好、耐污程度高的轮叶黑藻作为先锋种，以期初步改善水质，为其他水生植物种植提供基础。然后根据各水生植物生长的季节差异，优选喜温性的苦草、狐尾藻、金鱼藻、竹叶眼子菜等除污能力强的沉水植物来组建人工水生植被，构建长效优势沉水植被群落。待各沉水植物成活以后，适当控制和清理生长过快过密的植物。
鉴于大金钟水库鱼类种群密度过大，首先要在实施深水植物种植的区域进行鱼类种群控制，捕捞过多、不利于水生植物生长的鱼类。
根据国内外研究成果显示，湖泊内沉水植物的种植面积约为湖面面积的15～30％，以大金钟水库水面面积8万m2为计，可设计沉水植物种植面积为12000～24000m2，再根据现场实测地形条件，水深3m以下的区域约20000m2，因此，综合考虑，设计大金钟水库沉水植物种植面积为20000m2。这与上述计算的种植面积基本吻合，可以达到目标污染物削减量的理论值。
4.3挺水植物重建
近年来，研究者采用种植大型挺水植物构建生物修复系统的方法治理湖泊藻类水华频繁发生的现象，取得了一定的成果。
首先清除水库沿岸疯狂生长的外来入侵物种蟛蜞菊，保留天然生长的其他挺水植物物种，并清除死亡或濒临死亡的植物，以免残枝败叶等进入水体造成污染；然后结合景观需求和环境需求重新种植草皮以及芦苇、花叶芦竹等降氮除磷效率高的本地植物，栽植过程中特别注意植株高低和花色搭配，营造错落有致的魅力岸边植物景观带。
4.4太阳能水生态修复系统
通过太阳能水生态修复系统的设置，在循环作用下，可解决因为表层水与底层水的温度和密度之间的差异而引起水库的季节性翻层问题；另一方面，能破坏藻类所喜好的温暖、静止的生长环境，抑制藻类的生长，水体的透明度将能够大幅提高，丰富生物多样性和生态系统的稳定性。
由于水体表面微生物的光合作用和混合，好氧生物的活性增强，加速了水底淤泥的分解反应，从而防止了底泥淤积。针对大金钟水库南部区域水体长期不能交换、自净能力差的现状，拟在南区北侧安装一台太阳能水生态修复系统，促进上层与下层水体交换的同时也能让南区水体与水库中心水体进行循环。
五、小结
大金钟水库水质改善系统工程是为了更好的发挥大金钟水库防洪、水生态景观和水产养殖等综合利用的功能。该工程建成运行后将有效改善现有水质，其社会经济效益显著。
参考文献：
[1]黄红，陈晓思.阿科曼生态基技术在改善大金钟湖水质中的应用.人民珠江.2008
[2]周子振，黄廷林.扬水曝气器对水源水库水质改善及沉积物控制.中国环境科学.2017
论文作者:张景景
论文发表刊物:《防护工程》2018年第22期
论文发表时间:2018/11/22
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