三峽庫區草堂河流域“三水”系統治理體系研究

馬志剛　陳莎莎　李明　程來鋒　朱俊霞

摘要：針對三峽水庫重要支流及局部區域存在的水資源短缺、水環境污染、水生態損害等問題，提出了流域“三水”系統治理體系。以三峽庫區草堂河流域為研究對象，分析了影響水環境質量的突出問題，圍繞農村安全飲水、農村生活污水處理、柑橘種植區水土流失治理、消落區生態修復等方面提出關鍵技術方案，探索三峽庫區重要支流“三水”系統治理可行路徑。研究表明：農村飲水安全推薦采用混凝沉淀過濾消毒技術的一體化設備。農村生活污水應選擇處理效果好、建設運行成本低的改良型生物接觸氧化工藝作為核心技術。柑橘種植區水土流失治理應考慮與面源污染治理相結合，推薦納米碳添加肥減量化技術和智慧化監測管理技術。消落區生態修復應采取梯級濕地塘修復模式、近自然模式、庫岸環境綜合治理模式等。

關鍵詞：水資源； 水環境； 水生態； “三水”系統治理； 生活污水處理； 三峽庫區； 草堂河流域

中圖法分類號：X52;TV213.4

文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.12.015

文章編號：1006-0081（2023）12-0088-06

0引言

深入學習貫徹習近平總書記關于治水的重要論述，要按照“節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力”的治水方針，統籌做好水災害、水資源、水生態、水環境治理［1］。《長江經濟帶發展規劃綱要》明確提出，保護長江生態環境，要切實保護和改善水環境、大力保護和修復水生態、有效保護和合理利用水資源、有序利用長江岸線資源、加強生態環境協同保護。《重點流域水生態環境保護規劃》提出了以水資源、水環境、水生態“三水”統籌的水生態環境保護框架思路［2］。水利部三峽后續規劃實施工作會議提出，三峽庫區生態環境建設與保護重點支持庫區支流系統治理，堅持“三水共治”和“系統治理”理念，統籌山水林田湖草，以保留保護和自然修復為主、工程治理措施為輔，促進人水和諧。“三水”系統治理思路是“十四五”時期實現高質量發展的重要路徑［3］。新時期水生態環境保護要強化對“山水林田湖草是一個生命共同體”的系統認識，強調用系統思維統籌水的全過程治理，維持水域生態系統的完整性［2，4］。

“三水”是相互聯系、相互影響的一個整體。健康的流域生態具有涵養水源、調蓄洪水等功能，穩定的適生生物群落可增加水環境容量，保護水資源和水環境［2］。現階段水生態環境保護也從水污染防治向水資源、水環境、水生態“三水”統籌轉變［2，5］。在流域環境治理方面，不少學者開展了研究和實踐。王菲菲等從水資源、水環境、水生態3個方面凝練水專項關鍵技術，構建了京津冀地區“三水”統籌的流域水質目標管理集成技術體系框架［6］。成都市探索“三水統籌”系統治理錦江取得突破，黃龍溪水質從劣Ⅴ類變為Ⅱ類［7］。江蘇鹽城鹽都區通過加強水資源保護、水環境治理和水生態修復一系列措施，對“三水共治”進行了有益探索，著力推進水生態文明建設［8］。張萬順等［3］分析研究了長江流域三水問題與挑戰，提出了三水協同調控關鍵技術體系的創新及應用。三峽庫區開展了大量的環境保護工作，云陽、巴東以系統觀念統籌推進長江流域水資源保護、水生態修復、水環境治理，實現“三水共治”。但對三峽庫區“三水”系統實踐研究的報道仍較為少見。

三峽水庫是國家戰略淡水資源庫，庫區44條重要支流涉及庫區20個縣（市、區）217個鄉鎮，流域面積4.08萬km²，占庫區總面積的70.34%。支流流域作為三峽庫區范圍重要組成部分和移民安置的重點區域，普遍具有人口密度高、土地利用強度大、經濟生產活動劇烈、排污總量大等特點，是保障三峽水庫水質安全最為敏感的區域，但支流和局部區域水資源調控復雜、水環境污染頻發、水生態風險突出問題仍然存在［2］。其中，草堂河流域覆蓋奉節縣的草堂、白帝、汾河和巖灣四鄉鎮，是“奉節臍橙”原發地和主產區，奉節縣國家現代農業產業園重要組成部分，同時也是奉節縣未來最重要的經濟增長極。受三峽水庫蓄水影響，草堂河變為水庫型河流，是庫區重要支流中生態環境問題比較集中、相對復雜、較為突出的代表性流域。因此，有必要開展草堂河流域“三水”系統治理體系研究，探索三峽庫區重要支流“三水”系統治理的可行路徑。

1“三水”系統治理體系

流域是多層次、多目標的結構整體，水資源保護、水環境治理、水生態修復是流域保護治理的重要內容。從系統完整性出發，以“三水”為框架構建目標指標體系、分析問題和設計技術方案，實現對流域水生態系統的整體保護、系統修復和綜合治理。

本文按照山水林田湖草系統治理理念，遵循生態學原理和系統論方法，與三峽后續工作規劃及規劃優化完善意見、湖北省和重慶市主體功能區劃、區縣相關規劃的目標和任務銜接，考慮流域空間布局和功能，根據流域特征、現狀，從水資源、水環境、水生態3個維度，設計流域“三水”系統治理體系，見圖1。

1.1水資源保護

堅持以水而定、量水而行，強化水資源剛性約束，優化水資源配置，持續推動用水方式向節約集約轉變，提升農村飲水安全保障水平，加強流域防洪保安，保障流域人民群眾生命財產安全。水資源保護從水資源配置、防洪保安、飲水安全等3個方面考慮，具體包括用水總量、用水效率、水功能區水質等“三條紅線”指標落實情況，防山洪和防河洪情況，集中式飲水和分散式飲水水量、水質、方便程度、供水保障等。

1.2水環境治理

在落實省、市水污染防治行動計劃實施方案的基礎上，突出強調上下游、支流連片區域水污染聯防聯治，實現流域水環境治理水平持續改善。圍繞“重點區域”發力，控制源頭減排污染。重點考慮點源污染控制、面源污染控制、內源污染控制、流動源污染控制等4個方面。加大農村生活污水治理力度，逐步實施城鎮污水處理提質增效，強化集中畜禽養殖污染治理，有效控制農業面源污染。同時，持續做好船舶流動源污染防治及重點河段清淤疏浚等工作。

1.3水生態修復

重點考慮流域水生態系統的結構以及功能的層次性、尺度性和流域性，轉變治理模式，從流域的角度分析水生態保護及修復的總體布局。努力向事前保護和自然恢復的方向轉變，提高水生態系統的自然修復能力，把人工修復和自然修復策略相互融合。水生態包括水域岸線保護和利用、消落區保護與修復、水生態系統修復、生態流量保障、水土流失及石漠化治理等5個方面。

2草堂河流域概況

草堂河屬長江左岸一級支流，發源于奉節與巫溪二縣交界處山岡，全長33.3 km，流域面積394.8 km²。2020年奉節縣全縣用水總量1.01億m³，水功能區達標率100%，農田灌溉有效利用系數0.537，通過開展防洪工程建設，已基本形成以河道綜合治理工程及防洪非工程措施相結合的防洪減災體系。草堂河流域場鎮及周邊集中式飲水水質達標率100%，流域現狀水質總體為Ⅱ～Ⅲ類，處于中營養-輕度富營養水平，流域內農村生活污水基本直排，收集較為困難。草堂河流域坡度較大，干支流沿岸種植有臍橙840.67 hm²（12 610畝），面源污染依然存在。通過實施岸線環境綜合整治項目，消落區生態環境、水生生境及水生生物多樣性逐步改善。

3主要問題

對草堂河流域開展現狀調查表明，經過前期治理，流域在城鎮生活污水垃圾、集中畜禽養殖廢水、工業廢水等方面的問題已基本得到解決，但仍存在以下薄弱環節。（1） 水資源方面。主要是飲水安全問題，尤其是農村飲水安全和供水保障率需進一步鞏固提升。草堂河流域農村分散式飲水主要存在供水短缺、蓄水池供水水質較差等問題。流域上游僅有13個農

村飲用水源地，數量不足，農村飲水便利性較低；山坪塘、山洪溝等水源水質較渾濁，暴雨天污染尤為嚴重。同時，為保證供水水量，蓄水池容積較大，停留時間過長，造成水中細菌超標，水質不達標，飲水安全問題突出。因此，亟需找到適合草堂河流域農村分散式供水的凈水工藝和設備，對水質進行凈化，保障居民飲水安全。

（2） 水環境方面。農村生活污水和面源污染威脅依然存在。目前，農村生活污水基本為直排，污水通過溝渠匯流最終匯入草堂河，對河流水質造成較大影響。流域內多為坡地，房屋分布高差較大，管網收集難度大。調查結果顯示：70.7%的生活污水未經處理排放（直排入溝渠或水體或經簡易化糞池）。污染源解析結果顯示：農村生活污水對COD的貢獻最大，貢獻率達38.66%；農業種植對NH3-N，TP的貢獻最大，貢獻率分別為51.89%和67.97%。

（3） 水生態方面。主要聚焦流域大面積柑橘種植造成的水土流失治理和草堂湖消落區生態恢復。柑橘種植區水土流失隱蔽性高。草堂河流域土壤侵蝕以中度和強烈侵蝕為主，水土流失類型主要為水力侵蝕，水土流失率為65.83%，白帝、汾河、巖灣、草堂4個鄉鎮為重慶市水土流失重點治理區。流域內柑橘種植規模達4 800 hm²（7.2萬畝），占流域總面積的12.09%，主要分布在三峽庫區緩坡地帶。大面積柑橘林的水土流失隱蔽性高，流失面積大，流失強度高。

消落區生態修復仍需加強。三峽水庫水位周期性變化，消落區長期裸露，植被稀少，生態系統極其脆弱。水庫蓄水造成回水頂托，使草堂湖水體流速變緩，自凈能力下降，營養物質富集，有水質下降和爆發水華的重大風險。草堂河流域消落區涉及岸線全長26.24 km，面積1.89 km²。主要治理難點包括：① 草堂河作為白帝城旅游景區和奉節縣全域旅游打造的重點景區，生態修復應體現景觀最大效益；② 草堂河大部分消落區地勢坡度較大，生態緩坡縱深小，區域環境負荷高，為解決流域陸上污染排放和水土流失問題，應在該區域形成有效的攔截和阻隔。

4草堂河“三水”系統治理關鍵技術方案

結合“三水”系統治理關鍵技術集成，針對影響草堂河流域水環境質量的農村飲水安全、農村生活污水、柑橘種植區水土流失、消落區生態修復等問題，提出技術方案設計。

4.1農村飲水安全

根據目前草堂河流域農村飲水現狀，按集中飲水和分散飲水，分別提出相應的方案。

（1） 集中飲水。采取新建管網延伸供水和聯片集中供水2種集中式供水工程。

（2） 分散飲水。興建單戶或聯戶的分散式供水工程。有淺層地下水的區域，采用淺井供水工程；有泉水的區域，建設引泉設施；水資源缺乏或開發利用困難的區域，建設雨水集蓄飲水工程。

針對流域農村飲用水濁度高、微生物菌群超標等問題，選擇適宜農村水質特點的性價比高、運行維護簡單、持續穩定運行的凈水工藝、裝置和技術，采用混凝沉淀過濾和消毒的技術集成方法。對于水質較好井水水源，可只進行消毒處理。對于泉水和水庫水源，可采取生物慢濾+消毒方式處理。對于受污染較嚴重，濁度較大的堰塘和江河水水源，可采取加藥混凝+一體化凈水處理+消毒方式處理。對于水質較差的雨水集蓄水源，可采取預沉+生物慢濾+消毒方式處理。

4.2農村生活污水處理

結合廁所革命，因地制宜地采用分散處理或納入城鎮系統等措施。① 對于有條件接入城鎮污水系統的農村，污水收集后就近納入城鎮污水系統。② 對于無條件納入城鎮污水系統的農村地區，根據人口集聚程度，采用單戶處理或多戶集中處理的方式，結合草堂河流域農村生活污水特點，選擇處理效果好、占地較小、建設運行成本較低、耐久性好的農村生活污水處理技術，如改良型生物接觸氧化工藝［9-10］。③ 對于分散單戶生活污水處理，采用一體化污水處理罐；對于相鄰多戶集中生活污水處理，采用地埋式一體化污水處理設備。處理出水水質滿足GB 18918-2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級B標準（TP除外）。

4.3柑橘種植區水土流失治理

根據草堂河流域水土流失現狀，將水土資源保護與面源污染防治相融合，采取源頭減量、過程控制、末端收集的全過程治理思路。同時，通過改良柑橘品種，減少化肥施用量，增加水土保持工程措施和水資源保護措施，強化田間精細化管理，在保障農民增收的前提下，提出納米碳添加肥減量化和智慧化監測管理技術，因地制宜開展柑橘種植區水土流失和面源污染防治示范。

（1） 納米碳添加肥減量化技術。將納米碳添加到作物肥料中，不僅能減少肥料施用，提高作物產量，還能降低土壤中肥料的流失［11-12］。綜合考慮草堂河流域水土流失重點治理區的劃分和水土流失現狀、土壤類型及地形坡度情況，以清潔小流域治理模式為指導，提出水土保持工程措施和化肥減量化技術相結合的納米碳添加肥減量化技術。同時，增加水土保持工程措施，包括治坡工程、治溝工程和小型水利工程，保護水土資源，提高水土資源利用效率，減少化肥等面源污染殘留物進入長江水體。

（2） 田間智慧化監測管理技術。以全面收集草堂河流域柑橘種植區生態環境相關數據和空間信息數據為基礎，構建田間智慧化監測管理平臺，采用土壤、水質、水文氣象等各類傳感器對柑橘種植區柑橘生長狀態、水土流失情況、污染物殘留情況進行實時監測和發布，并以大數據為手段分析預測柑橘生長趨勢、水土流失趨勢、水質變化趨勢，為柑橘種植區管理員及時調整施肥方式、防治病蟲害、節約水資源提供有效的技術支撐。

4.4消落區生態修復

結合白帝城旅游景區的打造和污染排放、水土流失攔截和阻隔的功能需求，因地制宜采取梯級濕地塘修復模式、近自然模式、庫岸環境綜合治理模式等生態修復措施。

（1） 緩坡地帶消落區水塘濕地和梯級濕地塘修復模式。水塘濕地模式即在地勢平坦、低洼地帶建設小型濕地的模式，小型濕地可以攔截、利用消落區上游的營養物質，增加庫區的生境及生物多樣性［13-14］。該模式主要應用于消落區尚處于植被退化期、冬漲夏落型的水庫［15］。可以應用在坡度小于15°的消落區［16］，但由于水位漲落易重塑、侵蝕消落帶地形，造成基塘系統破壞，比較推薦在水流速度較小的庫灣、河口、湖盆等泥沙淤積地帶推廣，且建議通過石籠網等措施進一步加強塘基的結構穩定性。水塘內可種植荷花、鳶尾、千屈菜等濕地植物。

梯級濕地塘修復模式是在消落區平坦、低洼匯水地帶，結合原有梯級臺地的地形結構，進行地形改造，形成梯級濕地塘的技術。根據地勢條件構建4層不同高差生態帶，即臺地帶、梯田帶、水田帶和入水緩坡帶。此類模式在枯水季節能提供優質的覆綠景觀，豐水季節全淹沒的狀況下也不會造成大面積的生態破壞［17］。同時，該技術還能防止水土流失，為植被的恢復提供良好的條件。

（2） 陡坡地帶近自然模式。近自然模式是在消落區水淹較深的下部區域或土壤貧瘠地帶種植草本，在水淹較淺的中、上部區域土壤肥沃地帶種植喬木的一種模式，可應用于植被退化期和土壤流失期的消落區［15］。自然河濱帶、植被退化期消落區上生長的植物是重要的適生物種來源。草本宜選用耐水淹時間長的狗牙根、扁穗牛鞭草等植物，喬木宜選用耐寒、耐熱、耐旱的中山杉和水樺樹等植物。

（3） 景區城鎮庫岸環境綜合治理模式。對于旅游景區、城鎮周邊的消落區，應根據功能需求，采用生態修復、工程治理和景觀打造的庫岸環境綜合治理模式。在生態護岸的基礎上，利用水位變化展開“彈性的生態修復設計”。依據不同的水位線，通過增加游憩、教育、休閑等功能，創建不同的主題體驗區，讓消落區隨時間和水環境的變化呈現出多樣的效果。

（4） 植物配置。根據最新科技成果［18-20］，考慮不同海拔生境條件以及不同物種耐淹性的差異，沿海拔從低到高依次選擇草本、灌木和喬木構建復合群落。

海拔165 m以下的消落區下部，全年淹水時間長，且土層較薄，可構建低矮的多年生草本植物群落。如以耐水淹時間長的狗牙根、雙穗雀稗、鐵線草等多年生草本植物作為建群種進行配置，形成低矮的多年生禾草群落。海拔155 m以下可適當配置一年生草本植物群落。海拔165～175 m的消落區上部，全年淹水時間較短，可構建灌叢、灌-草或喬-灌-草的多層次復合群落。如選擇耐水淹能力較強的中山杉、水樺或南川柳為建群種，合理配置小梾木、狗牙根等灌草，構建喬-灌-草復合群落。考慮到行洪安全，應在173 m海拔位以上栽植喬木樹種。

5結語

本文以水資源保護為核心、水環境治理為重點、水生態修復為保障，從流域尺度，分水資源、水環境、水生態3個維度提出“三水”系統治理體系，分析影響三峽庫區草堂河流域水環境質量的關鍵突出問題，提出4項“三水”系統治理關鍵技術方案。農村飲水安全推薦采用混凝沉淀過濾消毒技術的一體化設備。農村生活污水應選擇處理效果好、建設運行成本低的改良型生物接觸氧化工藝作為典型流域農村生活污水處理核心技術。兩者均需因地制宜，分級處理。柑橘種植區水土流失治理應考慮與面源污染治理相結合，推薦納米碳添加肥減量化技術和智慧化監測管理技術。消落區生態修復應因地制宜采取梯級濕地塘修復模式、近自然模式、庫岸環境綜合治理模式等生態修復措施。植物配置方面，應考慮沿海拔梯度構建低矮草本、灌叢、灌-草及喬-灌-草群落。

用“三水”系統思維進行草堂河流域治理，在分析現狀問題的基礎上，綜合考慮流域內空間分布，分級分類，因勢合理布管，從飲水使用到污水利用，結合柑橘區水土流失防治、消落區生態修復相關工程及植物措施，盡可能做到污水資源利用，實現飲水、污水及污水利用閉環，為三峽庫區重要支流開展“三水”系統治理提供技術示范和案例借鑒。

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（編輯：李慧）

Research on "Three Waters" system governance in Caotang River Basin of Three Gorges Reservoir area

MA Zhigang，CHEN Shasha，LI Ming，CHENG Laifeng，ZHU Junxia

（Chang Jiang Ecology （Hubei） Technology Development Co.，Ltd.，Wuhan 430014，China）

Abstract：In view of the problem of water resources shortage，water environment pollution and water ecological damage in the important tributaries and local areas of the Three Gorges Reservoir，the "Three Waters" governance system was put forward.Taking the Caotang River Basin in the Three Gorges Reservoir area as the research object，key prominent issues affecting the quality of water environment were analyzed，the technical solutions were proposed from the aspects of safe drinking water in rural areas，rural domestic sewage treatment，soil erosion control in citrus planting areas，and ecological restoration in water-lever-fluctuating zone，to explore feasible paths of "Three Waters" system governance in important tributaries of the Three Gorges Reservoir area.The research showed that the integrated equipment of coagulation，sedimentation，filtration and disinfection technology was recommended for rural drinking water safety.The improved biological contact oxidation process with good treatment effect and low construction and operation cost should be selected as the core technology of rural domestic sewage.Soil erosion control in citrus planting areas should be combined with non-point source pollution control.Nano-carbon fertilizer reduction technology and intelligent monitoring and management technology were recommended.The ecological restoration model of cascade wetland pond，near-nature model，and comprehensive management model of reservoir bank environment should be adopted in water-lever-fluctuating zone．

Key words：water resources； water environment； water ecology； "Three Waters" system governance； domestic sewage treatment； Three Gorges Reservoir area； Caotang River Basin