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他山之石，可以攻玉。
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本文参考文献：李枞林,李俊,张鸿涛,等.沙河水库水环境改善及水生态修复示范工程设计.原文于2023年发表于《中国给水排水》。
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沙河水库概况
沙河水库是北京市北运河上游的重要节点，其汇水主要来源于东沙河、北沙河和南沙河，流域面积1125 km2，总库容2045万m3。
沙河水库水量充足，主要补水水源为降雨和再生水厂退水，库区水质月变化明显。由于该区域处于城乡接合部，其排水分区人类活动较为集中，区域排水体制仍以合流制为主，溢流污染严重。
△沙河水库概况
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库区特征及问题解析
沙河水库一直以来面临着多源污染汇集、生态系统脆弱、水动力缺乏等问题，呈现非常规水源补给的缓滞水体特征。
①水质特征
随着近两年昌平区截污纳管和污水治理工作的强化推进，沙河水库水质状况出现明显好转，对比库区2015年—2020年水质变化可以看出，主要变化为氨氮、总磷显著下降，COD存在波动，工程实施前水质不能稳定满足地表水Ⅴ类。
②点源污染
点源污染主要来自沙河再生水厂退水。沙河再生水厂目前分为两期工程，一期工程处理水量3万 m3/d，出水执行一级A标准；二期工程处理水量6万 m3/d，出水执行地表水Ⅳ类标准。经计算，沙河再生水厂输入污染负荷：COD排放量为876 t/a，氨氮排放量为 71.2 t/a，TP排放量为8.8 t/a。
③面源污染
水体两岸土地类型主要为林地、农田和草地，其中林地面积1891 hm2、农田面积5214 hm2、草地面积135 hm2。采用累积指数法对目标区内的面源污染物产生量进行计算，得到城市面源产生的污染物COD排放量862.94 t/a，氨氮排放量 16.29 t/a，TP排放量10.29 t/a。
④合流制溢流污染
水库周边污水直排现象基本杜绝，但降雨溢流污染仍较严重。项目区内原有排口共31处，其中流量>50 m3/d的典型排口有24个。根据城市建设用地情况、排水分区划分、降雨等资料，评估年溢流水量为1067.7万 m3，计算溢流污染负荷，COD排放量为1558.8 t/a，氨氮排放量为126 t/a，TP排放量为17.1 t/a。计算方法如下：
⑤内源污染
库区底泥污染物释放对水质影响是一个动态过程，为简化计算过程，假定库区各点底泥污染物释放量一致，计算内源污染负荷：COD释放量为 181.7 t/a，氨氮排放量为79.4 t/a，TP排放量为13.4 t/a。计算方法如下：
⑥综合问题解析
对入库污染源进行综合分析，数据见表：
可以看出，合流制管网降雨溢流污染影响在各指标中占比最高，是库区水质的一个重要影响因素；其次是面源污染和点源污染。
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治理方案和措施
3.1 方案思路
针对沙河水库面临的合流制溢流污染、面源污染、水生态系统脆弱等一系列问题，结合沙河水库库区特征，示范工程采用了“溢流污染防控、面源污染削减、库区生态修复”为主的技术路线，治理水质目标为V类。
△技术路线
3.2 合流制排口初雨截留及溢流污染控制
针对6处入库口进行整治优化，以“增大初雨截流+溢流污染净化”为治理思路，通过截流井优化、排口闸门改造、排口生态净化及导流调控等设施建设，减轻降雨溢流入库污染影响，削减进入库区水体的污染负荷。
3.2.1 排口截流优化
拟对排水支管（或干渠）与截流干管相交的6处排口截流井进行优化改造。
小排口降雨溢流量不大，主要通过改造截流堰和加大截流管管径提升截流倍数，基本可消除雨天溢流污染。
针对大排口，现状主要为截流坎或闸门控制。除了加大截流管管径，还需对排口闸门进行改造，将旧有截流堰改造为可调堰，小雨期间可通过提升堰板高度，利用管道空间进行初雨调蓄，减少雨天溢流流量，降低入库溢流污染负荷。
△排口截流优化改造
3.2.2 排口生态净化
在溢流水量较大的排口处设置生态净化设施，当溢流超出闸门控制流入水体，可通过设置板桩导流边沟，将排口溢流雨水导入近自然湿地进行调蓄净化；对于距离湿地较远且排口附近空间较大的，可通过在排口附近建设末端生态调蓄净化设施，实现进一步的处理。在不影响行洪过流能力前提下，利用现状河湾、边滩空间，围隔形成排口滞留、导流边沟，并局部设火山岩渗滤段，促进排口溢流初雨滞留净化。塘内种植水生植物，选择景观效果好、水质净化能力强的品种，进行景观设计，营造湿地景观，在促进水质改善的同时，恢复岸线水生态环境。
3.3 面源污染防控植被缓冲带
水库滨岸带主要有“路面-防洪堤-植被型缓坡” 和“路面-植被型缓坡”两种类型。
针对前者，在防洪堤雨水口设置雨水消能池，并在斜坡面设置截流植草沟，开展雨水束流和坡面消能，减缓坡面造成的加速冲刷；同时在裸露边坡补种灌木和地被，减缓雨水冲刷形成的面源污染；
针对后者，在斜坡面设置截流植草沟，同时在裸露边坡补种灌木和地被，增强地块水土保持能力。
△ 库滨缓坡改造
△ 雨水消能池、截留植草沟设计
3.4 湿地水域生态修复工程
在库区北岸、南岸边滩处建设近自然湿地，重构库区生态，利用南北岸边滩近自然湿地分别净化南、北沙河来水，重点消除初雨期间南、北沙河水质隐患，保障清水入库，提高库区水环境质量。
3.4.1 北岸边滩近自然湿地工程
① 平面布置
北岸边滩近自然湿地总占地面积46.3万m2，其中有效净化面积26万m2，附属区面积20.3万m2；由前置塘-水生生物塘-渗滤堤-水生生物塘-湿地出水组成，分为一、二两个并联运行的湿地净化区。
② 工艺流程
雨天湿地承接北沙河初雨截流工程水量和部分北沙河来水，设计处理规模12万m3/d；旱天湿地主要承接再生水厂退水，设计处理规模9万m3/d。具体工艺流程如下：
△ 北岸边滩近自然湿地工艺流程
③主要设计参数
设计水位35.6（常水位）~36 m（高水位），淹没水位36.5m，平均水深1.7~2 m。旱天停留时间约5.1d，水力负荷0.35m3/(m2·d)；雨天停留时间3.8d，水力负荷0.46m3/(m2·d)。
3.4.2 南岸边滩近自然湿地工程
①平面布置
南岸边滩近自然湿地总占地面积26.6万m2，该湿地主要由多级生态景观塘组成。其中大岛南侧河汊面积7.9万m2，起前置生态塘作用，边滩近自然湿地区面积18.7万m2，平面布置如下：
②工艺流程
雨天，调蓄、净化由初雨截流工程导入的排水管渠初雨或南沙河河道初雨来水，设计流量为10万m3/d；旱天，调节净化南沙河富营养化的再生水厂退水，设计水量为10万 m3/d。
△ 南岸边滩湿地工艺流程
③主要设计参数
湿地设计水位为34.6（常水位）～35.4 m（高水位），平均水深1.2~2 m。常水位停留时间约2.3d，高水位停留时间3.9d，表面水力负荷为0.53 m3/（m2·d）。
湿地中通过基质、微生物和水生植物的共同作用对来水进一步净化后入库；湿地中种植以荷花为主的观赏性水生植物，也提升了水库景观。
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目标可达性分析
4.1水环境容量分析
水环境容量是指在保持水环境功能用途前提下，水体所能容纳的污染物的量或自身调节净化并保持生态平衡的能力。水环境容量可划分为自身容量和自净容量两部分。
自身容量的计算方法：
自净容量的计算方法：
经过计算，沙河水库水环境自身容量COD为4928t/a，氨氮为308t/a，TP为61.6t/a；自净容量COD为394.2t/a，氨氮为24.6t/a，TP为4.9t/a。
4.2 整治措施削减量分析
库区整治措施包括面源污染防控、合流制溢流 污染削减、湿地水域净化和原位生态净化等。
其中，库滨植被缓冲带能削减20%的面源污染，削减负荷COD为198.7t/a、氨氮为20.2t/a、TP为2.6t/a（文章根据削减率计算，编者按）；
合流制溢流污染削减措施能削减41%的溢流水量，削减负荷COD为639.1t/a、氨氮为51.7t/a、TP为7.0t/a；
湿地水域净化效果模拟比较复杂，参考较为通用的k-C*模型进行推算，计算公式如下：
计算得出湿地削减负荷COD为464.7t/a、氨氮为 78.8t/a、TP为11.5t/a。
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水质达标分析
5.1 水质预测分析
通过沙河水库入库污染量、上游客水转输量、水环境容量、措施削减污染量等数据，对比削减后的入库污染量和库区水环境容量，分析水质目标可达性：
▽水质指标达标分析
由表可以看出，削减后的入库污染量全面低于库区水体环境容量，可实现水质达标。
5.2 实际监测分析
目前工程还在实施中，库区生态系统得到初步改善。2021年4月—9月期间对沙河水质数据进行监测，COD稳定在25~ 33 mg/L，氨氮稳定在0.85~1.6 mg/L，TP稳定在 0.09~0.2 mg/L。水质已达到预期目标。
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结论及建议
对沙河水库面临的多源污染汇集、生态系统脆弱、区域水动力差等问题，示范工程采用了 “溢流污染防控、面源污染削减、库区生态修复”的技术路线，治理措施包括面源污染防控库滨植被缓冲带、合流制排口初雨截流及溢流污染控制、湿地水域生态修复等。工程实施前预测入库污染量、水环境容量、工程措施污染削减量等指标，评估目标可达性，对设计参数进行纠偏，工程阶段实施后沙河水库外源污染已得到控制，水环境质量明显改善。该系统化分析方法在沙河水库治理中应用效果较好，可为类似库湖水环境治理工程实施提供参考。
(环境生态网)