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高海拔淡水湖泊群生態修復技術研究——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：中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司		更新日期： 2026年05月28日	點擊數：
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生態環境《資源節約與環?！贰?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
特的地質和自然資源特性。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象，使
得其植物種群結構發生退化。本研究通過分
析高海拔湖泊群流域生態基底特征和資源環
境條件，以生態保護和自然恢復為前提，針
對寧武天池湖泊群提出綜合性的修復技術措
施，從保護湖區生態系統的角度出發，為我
國高山湖泊生態修復提供了寶貴的工程經驗。
關鍵詞：汾河流域； 寧武天池； 高山
湖泊群；水量減少；種群退化；生態修復
引言
高海拔淡水湖泊群的形成歷史悠久，其
位于高山之中，樹木環繞、湖水清澈，是珍
貴動植物的棲息地與保護地、高山淡水生態
系統的主要載體，也是河流的重要發源地與
水源涵養區。高海拔淡水湖泊群生態環境獨
立性強，生物群落特征明顯，保留了大量的
原始生態環境信息，生物群落單一，環境承
載力低，對外界氣候環境變化適應能力較弱，
針對其開展的保護與研究具有極高價值。高
海拔淡水湖泊群與平原湖泊相比，受到環境
的綜合影響較弱，生物多樣性指數低，群落
結構較為簡單，穩定性不高[1]，面對水量減少、
氣候變化、人為干擾等外界環境變化時，適
應性與自我調節修復能力較弱[2]。高海拔淡水
湖泊的水源多依賴于降水與徑流，水源穩定
和水量保障是維護其生態環境的基本前置條
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系統污染與退
化問題嚴重，在一定程度上失去了系統活力
與自我調節能力[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特地質、氣候、水文條
件的特殊生態系統，經長期自然演替形成了
和湖泊群水情動態相適應的非地帶性生境。
寧武天池高山湖泊群形成于300 萬年前，是
具有獨特性的珍貴動植物的棲息地與保護地。
以寧武天池高山湖泊群為例，開展對高海拔
淡水湖泊群生態修復技術的研究，可為我國
高山湖泊的生態保護和自然恢復提供寶貴的
工程經驗。
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，山區面積達
90% 左右。該湖泊群發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
以及構造擠壓、拉張作用，導致流水巖石裂隙、
節理和砂巖巖體向下滲透, 在透水性差的砂質
泥巖層頂形成含水層補給湖泊的現象[4]，又由
高海拔淡水湖泊群生態修復技術研究
——以寧武天池高山湖泊群為例
白鈺，程靚，劉倩
（中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，陜西 西安　710000）
生態環境《資源節約與環?！贰?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
山湖泊群的科學勘探，發現湖區沉積物主要
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
構造、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景區，
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歷
史遺跡自然資源。曾發育了15 個以降水補給
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800 萬m3[7]。近年來，受降水、地
下水等補給要素的影響，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，生態屏障脆弱，自然
資源流失，亟需科學地進行生態保護及修復。
2 寧武天池高山湖泊群生態環境現狀
2.1 水量減少
寧武天池高山湖泊群的水量年內受降水
豐枯調節的影響較為明顯，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、湖水滲漏。據統計，1980～2000 年
寧武天池高山湖泊群年滲漏損失量為15 萬～
30 萬m3，年蒸發損失為1100～1200mm，地下
水補給量為48.9 萬～75.9 萬m3，徑流補充量
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測數據（見表1），
降雨量的變化對于湖泊水量的影響并不明顯，
蒸發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
地下水補給量的統計分析發現，由于礦業開
發、隧道施工等人類活動造成天池底部隔水
底板產生不同程度的裂隙，導致寧武天池水
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域地下水的
補給通道，使得地下水補給量減少，湖泊補
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
調查發現，隧道、隧洞有多處出水量較大，
甚至有幾處出現涌水嚴重的現象，導致湖泊
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，
以及自然補給降低造成的水源涵養能力下降，
使得大多湖泊面臨干涸缺水的狀態，自然環
境變遷很大。經過現場調研發現，寧武天池
表1　2008～2012 年寧武天池高山湖泊群水量監測統計表
年份
降水量
（mm）
蒸發量
（mm）
地下水補給量
（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
生態環境《資源節約與環保》　 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境
下具有鮮明特征，植物區系的溫帶性質主要
體現在屬種水平上，屬在科中的分布表現不
均勻，種在科中的分布也不均衡，湖泊群中
植物種群結構畸化，穩定性差，自然恢復能
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，水生植物
總量逐漸減少，濕生植物在數量上占據了絕對
優勢，植物群落與植物生態結構發生轉變。隨
著生境變化，有部分沉水植物在水體較淺處表
現為浮葉植物、挺水植物類型，還有挺水植物、
沉水植物、浮葉植物轉化為濕生植物（見表2），
甚至一些常年得不到水源補充的湖泊邊緣區域
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，植物群落結構
也受到了極大影響，傳統的保護保育已不能滿
足自然恢復要求，需要遵循湖泊群的歷史生態
輔助再生。
3 寧武天池高山湖泊群生態修復實踐
為保護寧武天池高山湖泊群的原生環境，
治理應以生態保護為前提，采用針對性強、
擾動小的治理措施，在尊重原生環境的前提
下，按照“修復生境條件→恢復水生生物→
調控系統結構”的總體修復思路，通過治
理滲漏、補給水源、生態修復、自然保育來
修復高海拔淡水天然湖泊群。本研究擬通過
同位素監測技術確定滲漏位置及流量數據，
根據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
行綜合分析與修復，制定水源補給方案，維
持湖泊水深，強調物種多樣性的自然選擇
和適應進化的生物學屬性，制定科學的植
被修復策略等，最終實現豐富湖泊生物多
樣性，穩定生態系統，提高生態系統產出率
的效果。
3.1 針對巖體特性采取滲漏治理措施
以生態保護為前提，通過同位素監測技
術確定滲漏位置及流量數據，根據不同的滲
漏裂隙特征，實施具有針對性的治理方案。如，
針對影響巖體結構的滲漏裂隙，采用水下“壁
可”注漿堵漏技術；針對水下巖體裂縫，通
過橡膠管或注入器向裂縫內低壓（0.3MPa）
注入高強度樹脂膠，使膠液注入到裂縫深處，
既可解決巖體滲漏問題，又可穩固巖體結構
的整體性；針對細小滲漏部位，采用天然防
滲材料拋擲方案，為避免污染擾動水質，用
可水解牛皮紙袋裝填粘土在滲漏區域多層拋
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狀統計表
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
生態環境《資源節約與環保》　 2024 年第 3 期
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后用草木灰和細砂均勻拋灑嵌縫，待牛皮紙
袋降解后，經過天然沉降，即可形成一層生
態的防滲層，阻止湖水下滲損失。
3.2 確定經濟可行的水源補給方案
為解決寧武天池高山湖泊群水量減少
問題，考慮采用人工補水，維持湖泊水深。
根據湖泊群的各海水量情況，經過綜合分析
和現場尋訪，決定對公海、干海、老師傅海、
鴨子海、小海進行水源補給，總體方案是通過
建設提水設施泵站和引水管網向各海補水。
據測算，公海需每年人工補水20.5 萬m3，
鴨子海、老師傅海、小海和干海每年人工補水
31.5 萬m3。根據湖泊群的地理位置和需水量
來選擇水源是補給的關鍵。經充分考慮附近水
源的水文、水質、水量及地質情況，設計水源
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
房及配套設施2 座，提引水管線8.39km，補
水面積可達0.91km2。公海海拔較高，規劃單
設一條輸水線路，配備提升能力較強的設備，
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
形揚程41m，最遠提水管線長3949m，單次供
水量6.3 萬m3。
3.3 科學修復湖區生態系統
寧武天池高山湖泊群獨特的、相對獨立
的生態系統具有重要研究價值，在其植被修
復過程中應綜合分析水生植物物種數量、科
屬種的組成特征，探索生態系統的發展過程，
并以此作為區域植物物種多樣性保護和生態
植物修復的基礎。同時，應考慮當地的生態
環境，以及區域生物多樣性進化歷史，基于
物種多樣性的自然選擇和適應進化的生物學
屬性，來制定科學的植被修復策略。
植被修復的植物選擇和植被配置應盡量
選用湖泊群的鄉土植物，審慎引進外來植物。
在現有植被豐富的區域，要進行原狀保護，
不破壞原有生境。結合湖面補水后的設計水
面位置，科學配置濕生植物、挺水植物、沉
水植物、浮葉植物，注重配置比例、栽植密度，
預留植物伸展空間。湖泊群水體較淺，水面
較為平靜，基質較厚，可按挺水區和沉水區
進行植物配置，如挺水區可栽培蘆葦、菖蒲、
水蓼、花葉蘆竹、木賊等；沉水區可栽植眼
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，應進行有效的監控與
無害化處理。另外，應適當補植，豐富湖泊
生物多樣性，提高生態系統產出率，為魚類
的自然繁殖和水禽的遷徙越冬提供基礎，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
敵害創造條件。
結論
寧武天池高山湖泊群具有獨特的地質和
自然資源特性，對其生態環境的保護與修復
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技術措施，
保護湖區生態系統，通過治理滲漏、補給水源、
修復植被，恢復寧武天池盛景。
參考文獻
[1] 張俊芳,馮佳,謝樹蓮,等.山西寧武亞高山湖群
浮游植物群落結構特征[J].湖泊科學,2012,24
（下轉第134 頁）
觀察研究《資源節約與環保》　 2024 年第 3 期
134
而導致的堆肥效果不好的問題，同時大大提高
了尾端產品的熱值，并為污泥產品的商品化奠
定了基礎。另外，分離出來的各種鹽和砂等無
機質可以經過分選進行利用，如可將鹽類提取
后投入到污水廠生產的再循環當中，大大降低
了鐵鹽、鋁鹽的消耗；分離出來的砂等則可作
為建筑材料實現資源的循環利用。
結論
伴隨著環保技術的發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展，污泥資源化是污
泥處置的根本出路。當然，無論什么樣的污泥
處置技術路線，都需要結合當地實際進行綜合
分析判斷，因地制宜地采用合適的污泥處理技
術，更好地將污泥進行提取利用，從而服務人
類生產生活。
在污泥處置技術的持續發展和不斷完善當
中，做好污泥的有機質無機質分離成為關鍵步
驟。分質分離為污泥高效率利用提供了非常有
效的2 條路徑，1 條是有機質的富集，另1 條
是無機質的富集，這2 條路徑可通過不同的提
取技術做出不同的產品原料。因此，分離技術
將會促進污泥處置的優化和提速，為實現污泥
變廢為寶提供了一把鑰匙。
參考文獻
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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
利用技術研究工作。
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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，研究方向為城鄉規
劃、生態規劃。
程靚（1996—），女，漢族，陜西西安人，
碩士研究生，工程師，研究方向為生態景觀規
劃、水敏感城市設計。
劉倩（1993—），女，漢族，陜西榆林人，
碩士研究生，工程師，研究方向為城市規劃。
（上接第97 頁）

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