山西汾河流域生态修复技术与对策探讨_王健

山西汾河流域生态修复技术与对策探讨

王健１陈晓东２

（１．山西省水利厅汾河中下游水务管理局，山西太原０３０００２；２．沈阳环境科学研究院，辽宁沈阳１１００１６）

摘要：汾河流域近年来污染严重，其污染治理和生态修复已引起高度重视。通过对汾河中下游流域存在问题的分析和以人

工湿地为主的生态修复技术的概述，提出汾河流域的污染治理和生态修复的对策。

关键词：污染治理；生态修复；汾河流域Abstract ：The pollution of Fenhe river basin becomes more and more serious in recent years,the comprehensive

treatment and ecological restore has attracted highly attention.The problems of middle and down of Fenhe River basin are analyzed and the methods of ecological recovery especially the method of manual wetland is introduced.Fi －nally,some countermeasures are put forward.

Key words:pollution treatment;ecological restoration;Fenhe river basin

中图分类号：X52

文献标识码：A

文章编号：1674-1021（2012）03-0047-04

收稿日期：2012－02－21；修订日期：2012-03-09。

作者简介：王健，女，１９７５年生，工程师，主要从事水务工程管理工作。

1引言

汾河是黄河第二大支流，也是山西省境内最大的河流。汾河流域地处山西省中部和西南部，自北向南，纵贯大半个山西，流域面积３９４７１ｋｍ２。汾河孕育了灿烂的三晋文明，被山西人民亲切地誉为“母亲河”。

随着社会经济的快速发展和经济结构的不断调整，汾河流域面临着人口、资源、环境与经济社会发展的巨大压力，经济社会的可持续发展和和谐社会的构建必须依托于水资源可持续利用和汾河的

生态健康。因此，

山西省委、省政府提出了“千里汾河，清水复流”的生态修复与保护战略工程。

从“生态治河”的理念出发，汾河生态修复应立足河流生态系统现状，建设必要的辅助人工措施，最大限度地发挥生态系统自我修复功能，使其具有健康性和可持续性的综合设计理念。

2流域概况

汾河发源于山西省宁武县东寨镇管涔山脉楼子

山下水母洞，汇聚源自吕梁、

太行两大山区的支流，穿越太原、临汾两大盆地，至运城市新绛县境急转西行，于禹门口下游万荣县荣河镇庙前村附近汇入黄河。其流域地处山西省腹部，东西宽１８８ｋｍ，南北长

４１２．５ｋｍ，呈带状分布；按其自然纵坡可分为河源至兰村、灵石至洪洞赵城河、兰村以下至介休义棠、赵城以下至河口４段。

汾河上游河道生态状况及水体质量相对较好，中下游流域的污染和生态环境问题较为突出，是生态修复的重点流域。汾河中下游流域自汾河二库坝下至万荣县庙前入黄口，全长约５００ｋｍ。流经太原、晋中、吕梁、临汾、运城５个城市。

3汾河中下游流域主要生态问题

3.1河水污染严重

汾河中下游流经太原、临汾等大中城市和古交、介休、霍州等工矿城市，每年接纳的污废水量达３．３３亿ｔ，占山西省排污量的４８％。２０００年山西省水环境监测中心对汾河水质进行了评价，评价的河长为６６２ｋｍ，评价结果符合Ⅱ，Ⅲ类水质标准的河长占评价河长的１５．４％，

超Ⅲ类污染河长占８４．６％，其中严重污染超Ⅴ类水质的河长占７１．８％。汾河水库以上河段水质较好，符合Ⅲ类水质标准；汾河水库以下河段均受到不同程度污染，２１处评价断面有１７处水质为超Ⅴ类。影响汾河水质的主要污染物为氨氮、ＣＯＤ、挥发酚等。寨上以下河段氨氮几乎全部超标，其中太原市控制断面小店桥河段的氨氮超标最高为

７０．１倍；挥发酚超标河段８处，其中临汾断面挥发酚超标４３．２倍。水质污染严重的原因是汾河中下游流经太原、临汾盆地的城市、工业密集区，大量工业、城市生活污废水排入汾河。据统计，汾河干流ＣＯＤ年纳污量７３６２８ｔ，氨氮年纳污量１１５７９ｔ，加上支流输送量，汾河ＣＯＤ年纳污量达８６２０６ｔ，氨氮量年纳污量达１２３９９ｔ。据２００６年《山西水资源公报》，汾河干流评价河长２７７．５ｋｍ，全部为超Ⅲ类污染河长，其中严重污染超Ⅴ类河长占８１．８％。

3.2水源短缺加剧

导致汾河水源短缺情况加剧的主要原因一是降水减少、经济社会发展对水资源需求量增加等，引起汾河中下游干流河道断流；二是工业和城市生活严重依赖地下水开采，以及农业用水增加，致使地下水严重超采，造成水位急剧下降；三是污水垃圾处理水平低，中水价格不合理，回用规模小，加剧水资源的短缺；四是植被被破坏，土壤储存水分能力下降；五是煤炭等矿产资源的过度开采，造成水资源的严重破坏。

3.3生物多样性急剧减少

汾河中下游流域的生物多样性在人为因素影响下急剧减少，主要是河道乔灌木的过度砍伐，造成了大量动物、植物、微生物受到威胁；其次是为了提高粮食产量和加大畜牧业的发展，人们过度开垦和过度放牧，造成生物所需的食物大大减少；三是捕捞业的发展，人工过度的捕捞使得生物数量大大降低，很多种类已经绝迹；四是山西工业化的发展造成环境污染，很多不能适应环境的生物被很快淘汰。

4生态修复技术概述

水环境生态修复技术是通过调控水生态环境中相互制约又相互促进的各环境影响因子，促使其形成平衡和稳定的生态系统为目标。生态修复技术包括利用培育的高等植物或培养、接种的微生物的生命代谢活动，对水体中污染物进行富集、转化、吸收及降解，使水质得到净化的相关技术。该技术具有修复效果稳定、低耗能或不需耗能、工程造价相对较低、运行成本低廉以及不形成二次污染等特点，主要用于受污染而失衡的自然水生系统的修复。这类水生态修复技术在发达国家已经得到较为成功的应用，在我国也开始大量的应用，主要有土地处理、高效微生物固定化和人工湿地等技术。4.1土地处理技术

废水的土地处理，是将一、二级处理出水用于农田、牧场或林木灌溉，或将原废水经土壤渗滤后回注于地下水等处理技术的总称。废水中通常含有农作物需要的各种营养成分。据我国一些城市污水的测定结果表明，污水中含Ｔ－Ｎ为３０￣９０ｍｇ／Ｌ，ＮＨ３－Ｎ为２０￣５０ｍｇ／Ｌ，Ｐ为３￣４ｍｇ／Ｌ，Ｋ为５￣４０ｍｇ／Ｌ。上述养分经一级或二级处理后只有少量被除去，而大部分随出水排出。利用废水灌溉，不仅解决了农牧林业对水、肥两大要素的需求，并通过其中的腐植性提高土壤肥力和地温，可获得十分显著的增产效果，而且能除去人工生化处理难以除去的Ｎ，Ｐ营养物和难生化降解有机物，进一步降低ＣＯＤ，ＳＳ和病原菌，使废水资源得到再生［1］。

4.2高效微生物固定化技术

高效微生物固定化技术是近年来随着废水处理的不断完善和需求而发展起来的新型技术。是指将经过培养的高效微生物、酶或菌藻共生群限制在特定的材料区域内部，达到提高微生物或酶的浓度，创造有利于生物代谢的环境，有效减少微生物流失，并使固液容易分离的目的。该类技术主要用于治理富营养化水体［2］。

4.3人工湿地技术

人工湿地是在土地处理、稳定塘和生物滤池等污水处理技术基础上发展起来的一种人工构建并控制的、主要利用天然净化能力的污水处理和生态修复技术。它利用了微生物、湿生植物和动物等一系列生物的代谢活动，综合了物理的、化学的和生物的复杂过程，使污水中污染成分得以降解，并将其无害化或转化为可利用的物质［3］。

5人工湿地技术的可行性分析

5.1人工湿地水质净化机理

人工湿地床基具有巨大表面积、特定的化学组成和无数的植物根系及其代谢产物（氧、生物活性物质），为污染物的过滤截留、物理和化学吸附、化学分解和沉淀、生物摄取和氧化分解、矿化等提供了很好的条件［4］。污水中的有机物主要依靠人工湿地床基内的物理和生物、化学的综合过程去除；不溶性有机物被过滤截留、水解、生物摄取和氧化分解；溶解有机物直接被水解、生物摄取和氧化分解；氨氮在床基中大部分通过硝化—反硝化生化过程被去除，部分

氨氮和硝氮通过植物吸收而去除；有机氮主要呈悬浮状，被床基过滤截留，并通过生化作用矿化为氨氮、硝氮，进而通过植物吸收和硝化—反硝化过程去除；污水中磷大多以正磷酸盐形式存在，并主要通过人工湿地床基中的钙、铁、铝离子沉淀固着，以及植物的吸收过程去除，沉淀固着在床基中的磷可通过床基料更换而移出；污水中一些微量的金属通过人工湿地床基的吸附或沉淀作用去除，被湿地植物吸附、吸收去除［5］。污水中大部分病原菌和病毒被人工湿地床基好氧微生物摄食分解，部分被植物根系分泌物杀灭。

5.2人工湿地的类型分析

从工程设计的角度出发，按照系统布水方式的不同或水在系统中流动方式不同划分为表面流人工湿地（自由表流湿地和构筑表流湿地）、潜流人工湿地（水平潜流人工湿地、垂直潜流人工湿地和复合式潜流湿地）。不同类型的人工湿地对特征污染物的去除效果不同，具有各自的优缺点。

表面流人工湿地和自然湿地类似，污水从湿地表面流过，在流动的过程中得到净化。这种类型的人工湿地具有投资少、操作简单、运行费用低等优点，但占地面积较大，水力负荷率较小，去污能力有限。

垂直潜流人工湿地是指污水从湿地表面纵向流向填料床的底部，床体处于不饱和状态，氧可通过大气扩散和植物传输进入人工湿地系统。其硝化能力高于水平潜流人工湿地，可用于处理氨氮含量较高的污水。其缺点是对有机物的处理能力不如水平潜流人工湿地系统，落干／淹水时间较长，控制相对复杂，夏季有孳生蚊蝇的现象。水平潜流人工湿地因污水从一端水平流过填料床而得名，它由一个或多个填料床组成，床体填充基质，床底设有防渗，防止污染地下水。与表面流人工湿地相比，水平潜流人工湿地的水力负荷较大，对ＢＯＤ５、ＣＯＤｃｒ、ＳＳ、重金属等污染指标的去除效果好，而且很少有恶臭和孳生蚊蝇现象，有利于在北方地区的冬季运行。

沈阳环境科学研究院开发的复合流式潜流人工湿地技术（以水平流为主，与垂直流结合）中的复合流湿地结构由底至上分别为防渗区、导淤区、主控区及种植区。与其他类型人工湿地相比，复合流式潜流人工湿地的水力负荷大，对ＢＯＤ５、ＣＯＤｃｒ、ＳＳ、氮磷等污染指标的去除效果好，而且很少有恶臭和孳生蚊蝇现象，特别是能有效地解决湿地系统的淤堵问题和北方地区的冬季运行问题。

5.3人工湿地生态修复适用性分析

从汾河流域亟待解决的主要生态环境问题来看，主要是水污染的治理、生物多样性的恢复以及水资源的保护和利用问题。而人工湿地的技术特点正是以不同类型的湿地系统的营建和组合来实现河流水质的净化、生物栖息地的营建和水源涵养与保护，这从形式到内容都与汾河生态修复的总体目标相一致。再从该技术的经济可行性和技术成熟性来看，人工湿地技术是目前水质净化与生态修复技术中投资较低，且便于维护管理的实用技术。目前，我国已经颁布实施了《人工湿地污水处理工程技术规范》，使人工湿地生态治污技术进入到标准化、规范化的阶段，在河道与湖泊水体净化和生态修复方面已有很多成熟应用的经验。

从人工湿地类型特点的适用性来看，水平潜流人工湿地和复合流式潜流人工湿地的选用有利于处理污染负荷较高的水体，适宜净化目前汾河中下游严重污染的水质。表面流人工湿地处理负荷虽然较低，但便于在汾河滩地应用，对河水水质有较好的缓冲调整作用［6］，有利于汾河流域生物多样性的改善与营建。因此，可根据汾河及其支流的不同河道特点、河床与滩地的可利用性、不同河段的水质污染状况和生态修复目标，在不同河段将潜流湿地与表流湿地优化组合，合理布设。对于汾河太原出境处的严重污染河段还可考虑适当的预处理措施，以保证水质达标及湿地系统的入水要求。

综上，结合汾河流域的生态环境问题和人工湿地生态修复的技术特点，以人工湿地为主要技术手段实施该流域的生态修复是可行的。

6汾河流域污染治理和生态修复的对策

6.1源头治理调整布局和优化结构

对生活污水及工业废水要进行源头治理，坚决杜绝未经处理直接向汾河排污。在沿岸几个重点排污城市应增扩建污水厂，扩大处理规模，中小城市也应因地制宜地建设合适规模的污水处理厂或污水处理设施。工业废水应当根据各个企业的产品及所产废水性质区别对待，经过处理的废水，有回用条件的应该回用，不能回用的也要实行达标排放，应坚持“谁污染，谁治理”的原则，从污染源上治理汾河水污染。

３月２２日，辽宁省环保产业管理办公室主任暨辽宁省环境保护

产业协会、辽宁省环境科学学会秘书长工作会议在沈阳召开。会议总结了产业办、协会、学会２０１１年工作，部署了２０１２年工作。图为大会会场。

对于汾河中下游流域的污水治理，应结合实际情况，建议污水先通过城市污水厂处理，再通过湿地系统处理后排放入河，这样对于水环境容量较低、自净能力较弱的汾河来讲是十分必要的，有利于汾河的断面达标。特别是人工湿地技术，

不但成本低，而且植物根系土壤可以涵养水分，大量植被的形成有利于生物数量与种类增多，同时可营建生态景观，恢复人与自然和谐相处的生态环境。6.2加快汾河支流流域治理

汾河支流是汾河全流域的重点水源补充，直接影响着汾河流域的水生态环境，与其生态修复息息相关，故针对汾河支流应采取有效的治理措施。第一，对汾河支流流域内的污染源进行治理，从源头上对排入汾河支流的污水进行治理，降低入河的水质指标，为汾河支流的生态修复做准备；第二，以人工湿地技术为主，在汾河支流干线实施生态修复，提高水环境容量；第三，在汾河支流入汾河河口处营建河口人工湿地，利用潜流湿地、功能表流湿地和景观表流湿地相结合的方式进一步改善汾河的支流水质，同时营造湿地景观环境，提高汾河流域河口环境质量。

6.3落实汾河流域干流人工湿地生态修复工程

以汾河流域干流中特殊区域重点段生态修复为基础，以人工湿地生态修复技术为依托，加快落实汾河整个流域干流人工湿地生态修复工程，改善汾河水水质指标，增强汾河的自净能力。通过湿地工程的营建，流域内的植被系统逐渐得到修复，野生动物系统也会随之得到恢复，有效地提高了生物多样性，从而使汾河流域生态环境从根本上得到修复。6.4

提高全民水忧患意识，依法保护水资源

水是生命的源泉，是人类生存的命脉。水利，

是农业的命脉，也是工业和整个国民经济的命脉，是国民经济的基础产业和基础设施。因此，必须加大宣传力度，增强全民水忧患意识，强化水利基础产业的重要地位。加大环保宣教力度，提高环保法律法规的普及，提高全民的环境意识和法制观念。公众要通过扩展环境权益来提高环境意识，把个人的环境意识的提高过程与对人们切身利益的保护和改善联系起来，自觉参与环境管理。

7结语

汾河流域存在的主要生态环境问题是河水污染

严重、水源短缺突出和生物多样性急剧减少，实施流域生态修复势在必行。人工湿地具有较强的应用特点和技术优势，可作为汾河流域生态修复的重要技术手段。实施从源头到支流和干流的全流域综合治理，合理制定汾河流域各区段的生态修复方案与规划，针对性的落实各阶段生态修复工程措施，有效组织和协调各相关部门和单位积极配合，以及全社会的共同参与，是最终实现汾河流域生态修复总体目标的关键。

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