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高海拔淡水湖泊群生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究——以寧武天池高山湖泊群為例

文檔作者：白鈺，程靚，劉倩文檔來源：中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計研究院有限公司		更新日期： 2026年05月28日	點(diǎn) 擊數(shù)：
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生態(tài)環(huán)境《資源節(jié)約與環(huán)保》　 2024 年第 3 期
94
摘要：山西省忻州市寧武天池高山湖泊
群是我國北方罕見的高海拔湖泊群，具有獨(dú)
特的地質(zhì)和自然資源特性。近年來，由于氣
候和人類活動擾動，寧武天池湖泊群水量減
少，甚至有逐漸干涸趨于沼澤化的現(xiàn)象，使
得其植物種群結(jié)構(gòu)發(fā)生退化。本研究通過分
析高海拔湖泊群流域生態(tài)基底特征和資源環(huán)
境條件，以生態(tài)保護(hù)和自然恢復(fù)為前提，針
對寧武天池湖泊群提出綜合性的修復(fù)技術(shù)措
施，從保護(hù)湖區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的角度出發(fā)，為我
國高山湖泊生態(tài)修復(fù)提供了寶貴的工程經(jīng)驗。
關(guān)鍵詞：汾河流域； 寧武天池； 高山
湖泊群；水量減少；種群退化；生態(tài)修復(fù)
引言
高海拔淡水湖泊群的形成歷史悠久，其
位于高山之中，樹木環(huán)繞、湖水清澈，是珍
貴動植物的棲息地與保護(hù)地、高山淡水生態(tài)
系統(tǒng)的主要載體，也是河流的重要發(fā)源地與
水源涵養(yǎng)區(qū)。高海拔淡水湖泊群生態(tài)環(huán)境獨(dú)
立性強(qiáng)，生物群落特征明顯，保留了大量的
原始生態(tài)環(huán)境信息，生物群落單一，環(huán)境承
載力低，對外界氣候環(huán)境變化適應(yīng)能力較弱，
針對其開展的保護(hù)與研究具有極高價值。高
海拔淡水湖泊群與平原湖泊相比，受到環(huán)境
的綜合影響較弱，生物多樣性指數(shù)低，群落
結(jié)構(gòu)較為簡單，穩(wěn)定性不高[1]，面對水量減少、
氣候變化、人為干擾等外界環(huán)境變化時，適
應(yīng)性與自我調(diào)節(jié)修復(fù)能力較弱[2]。高海拔淡水
湖泊的水源多依賴于降水與徑流，水源穩(wěn)定
和水量保障是維護(hù)其生態(tài)環(huán)境的基本前置條
件，過度開采提取與非正常下滲，對于高海
拔天然淡水湖泊群影響甚大。由于自身的脆
弱性，目前我國淡水湖泊生態(tài)系統(tǒng)污染與退
化問題嚴(yán)重，在一定程度上失去了系統(tǒng)活力
與自我調(diào)節(jié)能力[3]。
山西省忻州市寧武天池高山湖泊群是具
有高海拔天然湖泊獨(dú)特地質(zhì)、氣候、水文條
件的特殊生態(tài)系統(tǒng)，經(jīng)長期自然演替形成了
和湖泊群水情動態(tài)相適應(yīng)的非地帶性生境。
寧武天池高山湖泊群形成于300 萬年前，是
具有獨(dú)特性的珍貴動植物的棲息地與保護(hù)地。
以寧武天池高山湖泊群為例，開展對高海拔
淡水湖泊群生態(tài)修復(fù)技術(shù)的研究，可為我國
高山湖泊的生態(tài)保護(hù)和自然恢復(fù)提供寶貴的
工程經(jīng)驗。
1 寧武天池高山湖泊群概況
寧武天池高山湖泊群位于晉西北高原東
部邊緣，山巒疊嶂，挺拔高峻，山區(qū)面積達(dá)
90% 左右。該湖泊群發(fā)育在一個大型向斜核
部西緣的NNE 向斷裂帶邊緣，由于小型斷層
以及構(gòu)造擠壓、拉張作用，導(dǎo)致流水巖石裂隙、
節(jié)理和砂巖巖體向下滲透, 在透水性差的砂質(zhì)
泥巖層頂形成含水層補(bǔ)給湖泊的現(xiàn)象[4]，又由
高海拔淡水湖泊群生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究
——以寧武天池高山湖泊群為例
白鈺，程靚，劉倩
（中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計研究院有限公司，陜西 西安　710000）
生態(tài)環(huán)境《資源節(jié)約與環(huán)保》　 2024 年第 3 期
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于斷裂帶附近形成了低洼地帶，并在基巖之
上出現(xiàn)砂礫石沉積物的堆積，隨著積水不斷
增加, 最終形成了湖泊[5]。通過對寧武天池高
山湖泊群的科學(xué)勘探，發(fā)現(xiàn)湖區(qū)沉積物主要
以草炭、泥炭、粘土及砂層為主，反映了全
新世湖相沉積地層序列[6]，在湖泊演化、地質(zhì)
構(gòu)造、古生物等方面具有極高的研究價值。
寧武天池高山湖泊群地處蘆芽山風(fēng)景區(qū)，
以蘆芽山天池（別稱“馬營海”）為中心，
是中國北方珍貴的高山淡水湖泊群和地質(zhì)歷
史遺跡自然資源。曾發(fā)育了15 個以降水補(bǔ)給
為主的天然大小湖泊，包括天池、元池、琵
琶海、鴨子海、老師傅海、干海、暖海等，
總面積約4km2，處于海拔1771～1849m 之間，
蓄水量達(dá)800 萬m3[7]。近年來，受降水、地
下水等補(bǔ)給要素的影響，寧武天池高山湖泊
群水面面積逐漸縮小，水量衰減明顯，多個
中小湖泊已干涸，床底沼澤化，僅天池、公
海和琵琶海常年有水，生態(tài)屏障脆弱，自然
資源流失，亟需科學(xué)地進(jìn)行生態(tài)保護(hù)及修復(fù)。
2 寧武天池高山湖泊群生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀
2.1 水量減少
寧武天池高山湖泊群的水量年內(nèi)受降水
豐枯調(diào)節(jié)的影響較為明顯，年際水量總體呈逐
年減少趨勢。湖泊群水量的主要補(bǔ)給途徑是
降水、地表徑流及地下水，主要排泄途徑有水
面蒸發(fā)、湖水滲漏。據(jù)統(tǒng)計，1980～2000 年
寧武天池高山湖泊群年滲漏損失量為15 萬～
30 萬m3，年蒸發(fā)損失為1100～1200mm，地下
水補(bǔ)給量為48.9 萬～75.9 萬m3，徑流補(bǔ)充量
為11.8萬～15.8萬m3[8]。對比分析2008～2012 年
寧武天池高山湖泊群水量監(jiān)測數(shù)據(jù)（見表1），
降雨量的變化對于湖泊水量的影響并不明顯，
蒸發(fā)量也不存在明顯變化，因而寧武天池高
山湖泊群水量的衰竭并非降水蒸發(fā)量變化引
起的。通過對寧武天池高山湖泊群滲漏量和
地下水補(bǔ)給量的統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，由于礦業(yè)開
發(fā)、隧道施工等人類活動造成天池底部隔水
底板產(chǎn)生不同程度的裂隙，導(dǎo)致寧武天池水
沿基巖裂隙下滲排出，滲漏量大幅度增加。
同時，人為工程的擾動破壞了區(qū)域地下水的
補(bǔ)給通道，使得地下水補(bǔ)給量減少，湖泊補(bǔ)
給能力降低明顯。另外，通過對寧武天池高
山湖泊群附近隧道、隧洞和排渣洞的實地
調(diào)查發(fā)現(xiàn)，隧道、隧洞有多處出水量較大，
甚至有幾處出現(xiàn)涌水嚴(yán)重的現(xiàn)象，導(dǎo)致湖泊
群總水量逐年減少。
2.2 植被退化
人類頻繁活動擾動造成的水資源流失，
以及自然補(bǔ)給降低造成的水源涵養(yǎng)能力下降，
使得大多湖泊面臨干涸缺水的狀態(tài)，自然環(huán)
境變遷很大。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，寧武天池
表1　2008～2012 年寧武天池高山湖泊群水量監(jiān)測統(tǒng)計表
年份
降水量
（mm）
蒸發(fā)量
（mm）
地下水補(bǔ)給量
（萬m3）
滲漏量
（萬m3）
年末湖泊群總水量
（萬m3）
滲漏量占年水量的比例
（%）
2008 582.2 1094.9 62.4 / 220.00 /
2009 555.5 1327.4 54.7 45.32 213.10 21.27
2010 492.1 1268.5 49.6 31.12 216.32 14.39
2011 616.0 1136.0 42.9 59.29 210.06 28.22
2012 563.5 1146.5 39.4 87.10 176.80 49.27
生態(tài)環(huán)境《資源節(jié)約與環(huán)保》　 2024 年第 3 期
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高山湖泊群水生植物群落共55 種（含變種和
變型），分別屬于24 個科42 個屬，包括蕨
類植物、雙子葉植物、單子葉植物等。寧武
天池高山湖泊群水生植物在特殊的高山環(huán)境
下具有鮮明特征，植物區(qū)系的溫帶性質(zhì)主要
體現(xiàn)在屬種水平上，屬在科中的分布表現(xiàn)不
均勻，種在科中的分布也不均衡，湖泊群中
植物種群結(jié)構(gòu)畸化，穩(wěn)定性差，自然恢復(fù)能
力差。
寧武天池高山湖泊群水生植物按種群的生
活型可劃分為濕生植物、挺水植物、浮葉植物
和沉水植物4 種類型。近年來，湖泊群水量減
少，大多湖泊面臨干涸缺水的危機(jī)，水生植物
總量逐漸減少，濕生植物在數(shù)量上占據(jù)了絕對
優(yōu)勢，植物群落與植物生態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變。隨
著生境變化，有部分沉水植物在水體較淺處表
現(xiàn)為浮葉植物、挺水植物類型，還有挺水植物、
沉水植物、浮葉植物轉(zhuǎn)化為濕生植物（見表2），
甚至一些常年得不到水源補(bǔ)充的湖泊邊緣區(qū)域
逐漸演化成旱生草地。在湖泊群水量減少的情
況下，高山湖泊原始植被退化，植物群落結(jié)構(gòu)
也受到了極大影響，傳統(tǒng)的保護(hù)保育已不能滿
足自然恢復(fù)要求，需要遵循湖泊群的歷史生態(tài)
輔助再生。
3 寧武天池高山湖泊群生態(tài)修復(fù)實踐
為保護(hù)寧武天池高山湖泊群的原生環(huán)境，
治理應(yīng)以生態(tài)保護(hù)為前提，采用針對性強(qiáng)、
擾動小的治理措施，在尊重原生環(huán)境的前提
下，按照“修復(fù)生境條件→恢復(fù)水生生物→
調(diào)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”的總體修復(fù)思路，通過治
理滲漏、補(bǔ)給水源、生態(tài)修復(fù)、自然保育來
修復(fù)高海拔淡水天然湖泊群。本研究擬通過
同位素監(jiān)測技術(shù)確定滲漏位置及流量數(shù)據(jù)，
根據(jù)不同的滲漏裂隙特征，實施具有針對性
的治理方案。通過對寧武天池高山湖泊群進(jìn)
行綜合分析與修復(fù)，制定水源補(bǔ)給方案，維
持湖泊水深，強(qiáng)調(diào)物種多樣性的自然選擇
和適應(yīng)進(jìn)化的生物學(xué)屬性，制定科學(xué)的植
被修復(fù)策略等，最終實現(xiàn)豐富湖泊生物多
樣性，穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng)，提高生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)出率
的效果。
3.1 針對巖體特性采取滲漏治理措施
以生態(tài)保護(hù)為前提，通過同位素監(jiān)測技
術(shù)確定滲漏位置及流量數(shù)據(jù)，根據(jù)不同的滲
漏裂隙特征，實施具有針對性的治理方案。如，
針對影響巖體結(jié)構(gòu)的滲漏裂隙，采用水下“壁
可”注漿堵漏技術(shù)；針對水下巖體裂縫，通
過橡膠管或注入器向裂縫內(nèi)低壓（0.3MPa）
注入高強(qiáng)度樹脂膠，使膠液注入到裂縫深處，
既可解決巖體滲漏問題，又可穩(wěn)固巖體結(jié)構(gòu)
的整體性；針對細(xì)小滲漏部位，采用天然防
滲材料拋擲方案，為避免污染擾動水質(zhì)，用
可水解牛皮紙袋裝填粘土在滲漏區(qū)域多層拋
擲，形成0.8～1.0m 的粘土防滲層，拋擲完成
表2　寧武天池高山湖泊群水生植物現(xiàn)狀統(tǒng)計表
植物種類濕生植物挺水植物沉水植物浮葉植物
生長環(huán)境淺水、沼澤地水岸水中水底
種類占比74.5% 7.3% 16.4% 1.8%
常見類型
禾本科、燈心草科、
藜科等
蘆葦、水蓼、
浮毛莨、菖蒲等
光葉眼子菜、篦齒眼子菜、穿葉眼子菜、
荇菜、川蔓藻、黃花貍藻、黑藻、
杉葉藻和狐尾藻等
水葫蘆苗
生態(tài)環(huán)境《資源節(jié)約與環(huán)保》　 2024 年第 3 期
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后用草木灰和細(xì)砂均勻拋灑嵌縫，待牛皮紙
袋降解后，經(jīng)過天然沉降，即可形成一層生
態(tài)的防滲層，阻止湖水下滲損失。
3.2 確定經(jīng)濟(jì)可行的水源補(bǔ)給方案
為解決寧武天池高山湖泊群水量減少
問題，考慮采用人工補(bǔ)水，維持湖泊水深。
根據(jù)湖泊群的各海水量情況，經(jīng)過綜合分析
和現(xiàn)場尋訪，決定對公海、干海、老師傅海、
鴨子海、小海進(jìn)行水源補(bǔ)給，總體方案是通過
建設(shè)提水設(shè)施泵站和引水管網(wǎng)向各海補(bǔ)水。
據(jù)測算，公海需每年人工補(bǔ)水20.5 萬m3，
鴨子海、老師傅海、小海和干海每年人工補(bǔ)水
31.5 萬m3。根據(jù)湖泊群的地理位置和需水量
來選擇水源是補(bǔ)給的關(guān)鍵。經(jīng)充分考慮附近水
源的水文、水質(zhì)、水量及地質(zhì)情況，設(shè)計水源
兩處，一處為暖泉溝水庫，另一處為中馬坊河
修筑雍水壩，滿足本項目取水需求。通過修筑
引水渠將河水引至泵房簡易集水池，配備水泵
房及配套設(shè)施2 座，提引水管線8.39km，補(bǔ)
水面積可達(dá)0.91km2。公海海拔較高，規(guī)劃單
設(shè)一條輸水線路，配備提升能力較強(qiáng)的設(shè)備，
從泵房提水至公海；鴨子海、老師傅海、小海
和干海整體地形平緩，可直接從泵房提水至各
海。公海由一號泵站供水，一號泵站引水口高
程1778m，提水管線最大地形揚(yáng)程111m，提
水管線長4438m，單次供水量4.1 萬m3。鴨子
海、老師傅海、小海和干海由二號泵站供水，
二號泵站引水口高程1769m，提水管線最大地
形揚(yáng)程41m，最遠(yuǎn)提水管線長3949m，單次供
水量6.3 萬m3。
3.3 科學(xué)修復(fù)湖區(qū)生態(tài)系統(tǒng)
寧武天池高山湖泊群獨(dú)特的、相對獨(dú)立
的生態(tài)系統(tǒng)具有重要研究價值，在其植被修
復(fù)過程中應(yīng)綜合分析水生植物物種數(shù)量、科
屬種的組成特征，探索生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展過程，
并以此作為區(qū)域植物物種多樣性保護(hù)和生態(tài)
植物修復(fù)的基礎(chǔ)。同時，應(yīng)考慮當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)
環(huán)境，以及區(qū)域生物多樣性進(jìn)化歷史，基于
物種多樣性的自然選擇和適應(yīng)進(jìn)化的生物學(xué)
屬性，來制定科學(xué)的植被修復(fù)策略。
植被修復(fù)的植物選擇和植被配置應(yīng)盡量
選用湖泊群的鄉(xiāng)土植物，審慎引進(jìn)外來植物。
在現(xiàn)有植被豐富的區(qū)域，要進(jìn)行原狀保護(hù)，
不破壞原有生境。結(jié)合湖面補(bǔ)水后的設(shè)計水
面位置，科學(xué)配置濕生植物、挺水植物、沉
水植物、浮葉植物，注重配置比例、栽植密度，
預(yù)留植物伸展空間。湖泊群水體較淺，水面
較為平靜，基質(zhì)較厚，可按挺水區(qū)和沉水區(qū)
進(jìn)行植物配置，如挺水區(qū)可栽培蘆葦、菖蒲、
水蓼、花葉蘆竹、木賊等；沉水區(qū)可栽植眼
子菜、荇菜、川蔓藻、黃花貍藻、黑藻、杉葉
藻、狐尾藻等。湖體里天然的浮水植物水葫
蘆自身繁殖能力很強(qiáng)，應(yīng)進(jìn)行有效的監(jiān)控與
無害化處理。另外，應(yīng)適當(dāng)補(bǔ)植，豐富湖泊
生物多樣性，提高生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)出率，為魚類
的自然繁殖和水禽的遷徙越冬提供基礎(chǔ)，并在
湖泊岸邊種植蘆葦、荻、柳、水杉等大型植物，
使陸地與濕地連成一體，為鳥類繁衍和逃避
敵害創(chuàng)造條件。
結(jié)論
寧武天池高山湖泊群具有獨(dú)特的地質(zhì)和
自然資源特性，對其生態(tài)環(huán)境的保護(hù)與修復(fù)
研究具有極高的價值與意義。建議針對寧武
天池高山湖泊群提出綜合的修復(fù)技術(shù)措施，
保護(hù)湖區(qū)生態(tài)系統(tǒng)，通過治理滲漏、補(bǔ)給水源、
修復(fù)植被，恢復(fù)寧武天池盛景。
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（下轉(zhuǎn)第134 頁）
觀察研究《資源節(jié)約與環(huán)保》　 2024 年第 3 期
134
而導(dǎo)致的堆肥效果不好的問題，同時大大提高
了尾端產(chǎn)品的熱值，并為污泥產(chǎn)品的商品化奠
定了基礎(chǔ)。另外，分離出來的各種鹽和砂等無
機(jī)質(zhì)可以經(jīng)過分選進(jìn)行利用，如可將鹽類提取
后投入到污水廠生產(chǎn)的再循環(huán)當(dāng)中，大大降低
了鐵鹽、鋁鹽的消耗；分離出來的砂等則可作
為建筑材料實現(xiàn)資源的循環(huán)利用。
結(jié)論
伴隨著環(huán)保技術(shù)的發(fā)展和限制污泥填埋政
策的施行，污泥的資源化利用將會作為污泥處
置的第一選擇得到長足發(fā)展，污泥資源化是污
泥處置的根本出路。當(dāng)然，無論什么樣的污泥
處置技術(shù)路線，都需要結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H進(jìn)行綜合
分析判斷，因地制宜地采用合適的污泥處理技
術(shù)，更好地將污泥進(jìn)行提取利用，從而服務(wù)人
類生產(chǎn)生活。
在污泥處置技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和不斷完善當(dāng)
中，做好污泥的有機(jī)質(zhì)無機(jī)質(zhì)分離成為關(guān)鍵步
驟。分質(zhì)分離為污泥高效率利用提供了非常有
效的2 條路徑，1 條是有機(jī)質(zhì)的富集，另1 條
是無機(jī)質(zhì)的富集，這2 條路徑可通過不同的提
取技術(shù)做出不同的產(chǎn)品原料。因此，分離技術(shù)
將會促進(jìn)污泥處置的優(yōu)化和提速，為實現(xiàn)污泥
變廢為寶提供了一把鑰匙。
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作者簡介
李如剛（1981—），男，漢族，陜西大荔人，
本科，工程師，主要從事污泥處置與資源化
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作者簡介
白鈺（1983—），女，漢族，甘肅蘭州人，
碩士研究生，高級工程師，研究方向為城鄉(xiāng)規(guī)
劃、生態(tài)規(guī)劃。
程靚（1996—），女，漢族，陜西西安人，
碩士研究生，工程師，研究方向為生態(tài)景觀規(guī)
劃、水敏感城市設(shè)計。
劉倩（1993—），女，漢族，陜西榆林人，
碩士研究生，工程師，研究方向為城市規(guī)劃。
（上接第97 頁）

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