多塘系統在巢湖山丘區面源污染控制中的應用

吳若靜，謝三桃

（安徽省水利水電勘測設計院，安徽合肥230038）

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多塘系統在巢湖山丘區面源污染控制中的應用

吳若靜，謝三桃

（安徽省水利水電勘測設計院，安徽合肥230038）

摘要：農業面源是影響巢湖水質的主要因素之一。文章以巢湖流域湯河作為山丘區小流域典型，結合區域地形和水系特征，按照 因地制宜、就地消減、減少外排 的總體思路構建多塘系統。結果表明，系統對氮、磷有較好的截留效果，系統TN和TP平均去除率分別為57.3%和75.6%，出口TN和TP濃度分別為1.48mg/L和0.014mg/L，基本達到地表水Ⅳ類水水質標準，是一種效果穩定、簡單經濟、生態友好的面源污染控制系統。

關鍵詞：巢湖流域；山丘區；面源污染；多塘系統

巢湖流域位于長江中下游左岸，安徽省中部，流域總面積13486km2，其中山丘區面積占71%，平垸圩區面積占23%，湖泊面積占6%。隨著社會經濟的發展，自上世紀80年代以來，巢湖水體開始呈現富營養化狀態，90年代后，藍藻滋生，富營養化加劇，并逐漸演變成為全國富營養化最為嚴重的淡水湖泊之一［1］。根據2013年巢湖湖區9個常規檢測點監測數據，劣Ⅴ類3個，V類1個，Ⅳ類3個，Ⅲ類2個，主要超標因子為TN、TP 和COD。

研究表明，進入巢湖的TN和TP分別有69.54%和51.71%來源于地面徑流、水土流失等面源污染［2］；而COD約有63.2%來源于工業廢水和城鎮生活污水等點源排放。隨著流域點源污染逐步得到有效控制和管理，面源污染治理成為流域治污的關鍵。巢湖流域耕地面積約5016km2，其中山丘區耕地面積約2930km2，占總耕地面積的58.4%［3］，山丘區農業面源的氮、磷污染對巢湖總體污染負荷的貢獻不可小覷。本文選擇巢湖主要支流裕溪河的左岸二級支流湯河作為山丘區小流域典型區域，結合區域地形特征和自然水系分布，按照“因地制宜、就地消減、減少外排”的總體思路構建多塘系統，對農業面源污染進行有效控制，并為巢湖流域其他山丘區小流域面源污染控制提供參考。

1　區域概況

湯河位于巢湖流域東北部，是巢湖通江河道裕溪河的二級支流，流域面積63.8km2。流域北部為低山丘陵，南部為平垸圩區，地面高程6～404m，其中山丘區面積42.5km2，約占整個流域的67%。流域多年平均降雨量1058mm，降雨主要集中在6～8月，約占年降水量的65%。區域土壤以黃棕壤和水稻土為主，其中山崗地以黃棕壤為主，崗沖和下游圩區主要為水稻土。流域內水塘星羅棋布，上游山丘區水塘眾多，共有大小水塘106口，多散落于山旁、田間和村莊附近，多數水塘有溝渠連接，但大多渠段由于疏于管理，淤積嚴重，雜草叢生。

根據污染源調查分析，湯河流域內面源污染主要來源于農田流失和農村生活。流域內現有耕地20498畝，農村人口18708人，其中山丘區耕地12508畝，相應人口7701人。初步估算，流域上游山丘區面源污染年入河量TN和TP分別為2.27t/a 和0.139t/a，其中農田流失產生的TN和TP分別為1.47t/a和0.083t/a，占面源污染的64.7%和59.7%，農業面源是上游地區主要污染源。根據2013年水質監測，湯河上游河道水質為Ⅴ～劣Ⅴ類，其中TN濃度為1.58～4.28mg/L，TP濃度為0.31～0.92 mg/L。

2　面源污染防治思路與策略

農業面源污染起因于土壤的擾動而引起農田中土粒、氮磷、農藥及其他有機或無機污染物質，在降雨或灌溉過程中，伴隨地表徑流、農田排水和地下滲漏等進入水體［2］。鑒于農業面源污染產生和遷移特征，除了在源頭控制減少產生和排放，做好流域水土保持減少流失等防治措施外［4-5］，對于既發的面源污染，可按照“因地制宜、就地削減、減少外排”的治理思路，根據區域地形地貌特征，水系分布情況，布置適宜的工程措施，攔截面源污染，就地削減、減少污染物的排放，改善河道水質。

針對區域地形特征和水系分布情況，工程措施擬利用區域現有溝渠塘壩，輔以生態化改造，構成多塘系統，分區削減，達到控制農業面源污染的目的。工程總體布置詳見圖1。

圖1　工程總體布置示意圖

多塘系統面源控制的核心是多級穩定塘，根據工程需要可按照不同水深構建好氧塘、兼性塘或厭氧塘，或輔以人工強化方式，如構建曝氣塘等，并配置適當的水生動植物，達到凈化水質的目的；系統另一組成要素是連通溝渠，暴雨徑流或農田排水中的氮磷、顆粒物和農業等污染物經溝渠緩沖帶初步截留、吸收后［6］，進入穩定塘，經穩定塘凈化后，再由連通溝渠進入下級塘或河道內。

多塘系統對污染物的去除途徑包括沉淀吸附、植物吸收和微生物降解等。暴雨徑流和農田排水進入水塘后流速降低，顆粒態污染物質在重力作用下逐漸沉積，形成具有強吸附能力的塘底沉積物，同時系統內植物對氮、磷同化吸收，微生物通過合成、轉化、分解等微生物過程，達到脫氮除磷、去除有機污染物的目的。系統通過資源循環利用，促進綠色植物生長，實現污染物的資源化和無害化［7-9］。

3　系統設計

為發揮多塘系統削減面源污染的功效，對現狀水塘進行清淤，并對溝渠梳理、連通。經水系整理后的多塘系統，以主干河道為干，分為2支（1、2號系統），呈樹狀向上游伸展，基本覆蓋上游區域，實現對上游地區農業面源污染就地削減，減少對下游河道的污染物輸出。

3.1 連通溝渠

根據現場地形和水塘分布情況，疏浚現有溝渠，對未連通水塘進行溝通。溝渠斷面以維持現狀斷面為主，溝渠岸坡構建植被緩沖帶，以當地濕生物種蘆葦、香蒲為主，實現徑流攔截，對于局部較寬的溝渠，可在較高高程處種植千屈菜、再力花等觀花植物。

對水面開闊、水流平緩的村莊溝渠段，以及水塘上游建設跌水堰壩，一方面可以保持一定水面和水深，提供生態和景觀水面，另一方面水流經過跌水堰壩，形成曝氣復氧，提高水體的溶解氧，加速溝渠和水塘的污染物降解。

3.2 多塘系統

結合地形地貌特征對匯水較集中的水塘進行清淤、改造；對面積較大，水深較深，岸坡較陡的水塘進行水下地形改造，要求常水位0.5m以下邊坡不陡于1∶5，以為水生植物提供適宜的水深和生長繁殖條件。水生植物重點考慮植物去污、凈化水質的能力，水深處種植蘆葦、香蒲等高桿水生植物；淺水區種植慈姑、燈芯草等低桿水生植物；同時適當配置沉水植物，如竹葉眼子菜和菹草等，在吸收營養鹽、凈化水質同時，起到抑制了藻類生長的作用。

4　實施效果評價

湯河上游地區多塘系統及配套溝渠、水生植物配置工程于2013年11月開始施工，至2014年5月基本完工。為確定系統對面源污染的控制效果，自2014年7月～2014年12月對1號和2號系統TN和TP進行監測。監測成果詳見表1和表2。

表1　多塘系統節點TN指標及去除率

表2　多塘系統節點TP指標及去除率

從表中可以看出，多塘系統對TN和TP有著顯著的去除效果。TN經農田溝渠至系統入口濃度為1.87～5.14mg/L，平均濃度為3.77mg/L，至系統出口節點濃度為1.02～1.78mg/L，平均濃度為1.48mg/L，去除率為38.1%～67.5%，平均去除率為57.3%。TP經農田溝渠至系統入口濃度為0.24～1.24mg/L，平均濃度為0.65mg/L，至系統出口節點濃度為0.06～0.26mg/L，平均濃度為0.14mg/L，去除率為68.7%～82.3%，平均去除率為75.6%。經多塘系統凈化處理后的出水TN和TP指標基本滿足地表水Ⅳ類水質標準。

同時，從表中可以看出，系統對TN的凈化能力受季節影響較為明顯，在夏季平均去除率約為64.1%，在冬季僅有41.8%；而對TP的影響并不顯著，在夏季和冬季平均去除能力分別為80.9% 和74.5%。分析認為，這主要與系統對氮磷的去除機理有關，系統對氮的去除主要靠微生物降解和植物吸收，而在冬季，挺水植物大部分死亡，僅有部分沉水植物繼續發揮水質凈化功效，同時低溫致使微生物活性大大降低，系統凈化效果明顯下降；而系統對P的去除主要是沉積吸附，在底泥吸附未達到飽和的情況下，系統能持續表現出強大的吸附能力，這也說明，為保證多塘系統的凈化能力，對水塘底泥清理并循環利用，是十分必要的。鑒于多塘系統的凈化機制，系統受季節溫度影響顯著，可結合水質目標需求和工程實際情況，采取塘體表面保溫覆蓋、人工增氧、投加仿生水草、系統邊界布置植被緩沖帶等措施，提高冬季低溫條件下系統的處理效果。

5　結論

多塘系統是一種簡單經濟、生態友好及管理便利的面源污染控制系統，能有效截留徑流中的氮、磷污染物，減少對游水體的污染，而其自身截留的污染物，一方面通過對水塘底泥沉積物的定期清淤，作為肥料，返還于農業生產；另一方面通過對水生植物的定期收割，作為肥料、飼料、食材或是造紙原料等，循環利用，維持了多塘系統的穩定性。

為保障多塘系統的生態健康和長效運行，要求在維護管理過程中：定期對溝渠進行清淤疏導，清除淤泥中的營養物質，加快徑流下泄；定期對水塘清淤還田，維持系統對污染物的可持續吸附容量；在秋冬季節對植物進行收割，防止植物死亡分解造成二次污染；加強民眾維護管理意識，合理開發利用其灌溉、養殖等效益。

參考文獻

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作者簡介：吳若靜（1983年—），女，工程師。

收稿日期：2016-01-12

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.03.008

中圖分類號：X37

文獻標識碼：B

文章編號：1672-2469（2016）03-0018-04