一种用于改善水库生态环境的水库脱氮方法与流程

本发明涉及水库生态环境保护领域，特别涉及一种用于水库生态环境改善的水库调度脱氮和工程脱氮方法。

背景技术：

水库在为人类带来经济与社会效益的同时，也对河流生态系统产生了一定的负面影响。例如，建库会导致河流断流、水质恶化等问题。当前，解决建库对生态影响的主要措施是进行人工调控泄水流量，以满足河流的基本用水需求。但是这种方法，却不能解决随建库时间推移产生的水库水质恶化现象。

水库水体中的氮污染是水库水体中最普遍的一种污染形式，水库水体中的氮污染达到一定程度后，很可能造成水库富营养化，进而促进藻类的生长并爆发水华。水库水体中的氮主要来源于外源污染和内源污染，目前，在一系列环保政策的驱动下，大多水库周边的外源污染得到了排查和控制，但已进入水库中的氮却没有很好的排除措施，这些物质极有可能随着水库环境的变化产生一系列的转化而造成湖泊富营养化或更加严重的污染。现有研究已经证实，水库建设与运行过程中，消落带的产生是水库水体中脱氮的重要场所，这些研究为水库水体的脱氮调控提供了依据。

目前大多数的生态调度着重于生态水量的调度，使水库调度在满足发电、灌溉用途的同时，满足生态的生态需水要求(专利cn103088783a、cn106096147a、cn104047258a等)。然而，随着水库的运行，水库逐渐成湖化后引起的水质问题却很少得到考虑。现有的水体脱氮技术方法中，主要的方法仍是工程措施(专利cn107758867a、cn105967456a、cn103125163a等)，包括建立浮动的脱氮生物床，安装人工净化装置等。但是这些工程都耗资巨大且需要大量人工劳动协助实施，对于类似水库这种大面域水体，很难大面积开展实施。

技术实现要素：

发明目的：针对现有技术工程投资大、劳动消耗大等问题，本发明提供一种用于改善水库生态环境的水库脱氮方法，该方法通过工程措施增加水库的淹没落干面域，从而增加了水库本身具有的厌氧面域，通过调控水库水位波动频率增强了水库岸边带的反硝化速率，进而提高了水库自身的脱氮能力，达到了净化水库水环境的目的。本发明的水库环境保护的生态调度方法和工程措施，操作简单方便可行，且能够很好的使水库水体中的氮素排出。

技术方案：为了实现上述目的，如本发明所述一种用于改善水库生态环境的水库脱氮方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)水库周边地形地貌调查：

水库周边地形进行地貌详细勘察，了解水库周边的地形地貌特征，在水库正常蓄水位以下区域选择林草覆盖率小于30％的区域为水库脱氮工程可实施区域；

(2)水库工程脱氮：

在水库脱氮工程可实施区域，对原有岸边带进行改造，降低岸边带的坡度，进而增加水库淹没落干环境的交替环境面域，实现水库水体的脱氮反应床面积的增加；

(3)水库调控水位脱氮：

在水库常年水位调控范围基础上，增加水库水位的波动频率，进而增加水库淹没落干环境交替，实现水库脱氮速率的增加；

其中，步骤(1)所述水库正常蓄水位是指水库在正常运行情况下所蓄到的最高水位，又称正常高水位。

其中，步骤(1)所述水库正常蓄水位以下区域是指水库常年蓄水水位以下可以施工的区域，可以在水位波动时淹没落干交替覆盖到的岸边区域，正常蓄水位以下区域是指水库满足发电、调洪需求的正常高水位以下区域，防洪限制水位以上区域。

其中，步骤(1)所述林草覆盖率小于30％是指水库蓄水过程中岸边能够实施工程脱氮措施区域的林草覆盖率小于30％，即水库蓄水过程中岸边水淹造成的林草不能完全覆盖，且林草覆盖率小于30％区域。选择林草覆盖率低的区域进行工程脱氮，可以最大限度的降低工程措施对水库自然环境的影响。

其中，步骤(2)所述的脱氮可实施区域是指步骤(1)所述的正常蓄水位以下，植被覆盖率小于30％的可施工区域，该工程区域选择时，应考虑具体水库的水位波动特点。

步骤(2)所述的对原有岸边带进行改造，降低岸边带的坡度。是指在脱氮工程可实施区域，对原有岸边带进行机械或人工开挖，降低岸边带坡度，延长岸边带长度，增加工程脱氮的反应床面积。

其中，步骤(3)所述水库水位调控范围内为水库常年水位波动区域，其上限为正常蓄水位，其下限为防洪限制水位，即现有的为满足发电需求和洪水调控的水位波动区域。

其中，步骤(3)所述增加水库水位波动频率，是指在保证水库安全、满足水库发电需求、调洪需求和下游生态需求的基础上，增加水库水位的波动频率。

进一步地，步骤(3)所述增加水库水位波动频率为在水库常年水位波动区域基础上，通过改变水库水位调节规律，增加水库水位波动，进而增强水库岸边带的脱氮速率，实现水库脱氮的快速实现。即水库在发电过程中，通过调度方式的改变增加水库岸边带的淹没落干交替频率，增加岸边带的脱氮速率。

水生境一直是硝化反硝化过程进行的重要场所，其中反硝化过程是湖库环境自身脱氮的重要途径，反硝化过程的快慢取决于水体环境的改变和反硝化反应床的大小，一般情况下，淹没落干交替越频繁，反硝化作用越强。本发明就在于提供一种方法，增加水库自身的淹没落干频率，进而提高水库岸边带的脱氮速率，增加岸边带反硝化反应床面积，扩大水库脱氮通量，两种方式联用来增加水库自身的脱氮效率。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明相较于传统生态调度方法，考虑了水库水环境因子，通过实施本发明方案，在水库内构筑工程脱氮措施后联用人为水位调控措施，可以很好的扩大水库本身的脱氮反应床面积，增加水库的脱氮效率，达到既满足水库调度需求，又改善水库水质的功效，即该方法通过工程措施和调控水库蓄水水位波动频率增加水库的淹没落干交替面域，提高水库自身的脱氮能力，达到净化水库水环境的目的。相对于传统的水体工程脱氮方法，本发明通过工程措施与人工调控措施更加简易可行，成本较低，构建系统后，无需人工现场操作即可实现人工室内控制处理，无需再现场施工。

附图说明

图1是水库水体脱氮工程措施方法的示意图；

图2是水库水体脱氮生态调度方法的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

对库区地形地貌特征进行勘察，选择水库正常蓄水位以下，林草覆盖率小于30％的区域为水库脱氮工程可实施区域进行工程脱氮措施的构筑。

如图1所示，在选定的工程脱氮区域对岸边带坡度进行改造，具体改造方式为采用机械或人工施工方式，降低岸边带坡度，延长岸边带长度，增加脱氮反应的反应床。改造范围根据具体水库脱氮需求具体设定。

如图2所示，在构筑水库岸边带脱氮工程措施后，人为调控水库实际蓄水位，增加工程脱氮措施在水体中的淹没落干交替频率，提高工程脱氮措施的反硝化速率，增加脱氮效率，进一步达到水库脱氮的目的。

上述步骤完成后，只需调控水库实际蓄水位，即可调控水库脱氮反应床面域大小和脱氮速率大小。相比于现在长周期的蓄水放水的调控措施，该方法可以达到很好的脱氮效果。

实施例2

选择漫湾水库为实施研究区域，漫湾水库运行期间，常年最高运行水位标高992.99m，最低运行水位标高986.63m，水库水位频繁波动，最大振幅为6.36m，是理想的专利验证区域。

对漫湾水库周边地形进行详细勘察，选择漫湾水库岸边带植被覆盖率小于30％的2米宽、13米长的岸边带区域为专利验证区域。在原始状态下，从常年淹没区依次到常年落干区等间距采样，常年淹没区2016年落干次数为17，常年落干区域2016年淹没次数为6，中心地带淹没落干胶体次数为126，实验发现不同淹没落干交替次数区域反硝化速率表现出很好的差异性，结果表明水库岸边带常年淹没区反硝化速率为21.37～82.26μmolnm²h^-1，水库淹没落干交替频繁交替区反硝化速率为150～314.03μmolnm²h^-1，水库常年落干区反硝化速率为7.06～39.86μmolnm²h^-1，该实验说明淹没落干环境的频繁交替有利于脱氮速率的增加，现有措施中可通过改变水库水位调控措施增加水库的脱氮效率。现有岸边带的平均脱氮速率为102.43μmolnm²h^-1，对现有岸边带进行人为改造，采用机械开挖方式降低其岸边带坡度，改造完成后岸边带长度由原有的13米增加至现有的18米，淹没落干交替区域比原有增加4.6m²；人为调控实验区域水位波动频率至初始频率的一倍，在原有实验点位进行反硝化实验，原有实验点位反硝化速率分别提升至24.58～97.42μmolnm²h^-1，184.44～380.02μmolnm²h^-1，19.84～60.65μmolnm²h^-1，改造后岸边带平均反硝化速率提升至127.83μmolnm²h^-1，岸边带脱氮反应面域增加了4.6m²，该措施的实施后水库的脱氮效果增加了24.8％。

本发明利用湖库中岸边带反硝化速率随水库水位波动造成淹没落干环境交替频度增强而增加的特性，提出两项联用措施帮助湖库脱氮，一是如图1所示，通过降低水库天然岸边带的坡度，增加湖库在一定水位工况下的淹没落干面域，增加反硝化热点区域的反应床；二是如图2所示，通过人为调控水库水位波动频率，使工程脱氮措施在水下的淹没落干交换频度增强，增强工程脱氮措施的脱氮速率，使湖库反硝化通量得到增强。