義縣農(nóng)村河道水環(huán)境治理及效果評(píng)估

王 爽

(遼寧省義縣老龍口水庫(kù)管理處，遼寧 義縣 121100)

0 引 言

廣泛分布或流經(jīng)農(nóng)村地區(qū)，發(fā)揮著生態(tài)環(huán)境、居民生活、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等公共服務(wù)功能的農(nóng)村(村莊)河塘溝渠、鄉(xiāng)級(jí)和縣級(jí)河道，統(tǒng)稱為“農(nóng)村河道”。農(nóng)村河道是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的生命線以及農(nóng)村大地的脈管系統(tǒng)，也是農(nóng)村水環(huán)境與生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)載體，承擔(dān)著船舶運(yùn)輸、調(diào)蓄分洪、農(nóng)業(yè)灌溉、防洪排澇等重要功能。近年來，隨著農(nóng)村工業(yè)產(chǎn)業(yè)的聚集及其經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，加之不合理的用水活動(dòng)、河道淤積，生活直排、禽畜養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)面源等污染物的排放，造成水生態(tài)功能和水環(huán)境質(zhì)量明顯下降，部分河段的水污染程度已明顯超出水體納污的極限水平。此外，因農(nóng)村投入與管理的滯后，垃圾堆積、雜草叢生的臭水溝普遍分布于農(nóng)村地區(qū)，這給廣大農(nóng)村居民的生活健康、生產(chǎn)生活環(huán)境帶來極大的不利影響，使得河流生態(tài)功能明顯退化[1-5]。義縣地處遼寧省西南部，境內(nèi)河網(wǎng)水系密布，大小河流20余條，其中較大的有細(xì)河、大定河、大凌河等，現(xiàn)狀河流水環(huán)境形勢(shì)嚴(yán)峻，特別是農(nóng)村河道水環(huán)境治理勢(shì)在必行。

1 水環(huán)境現(xiàn)狀

1.1 區(qū)域概況

大凌河在義縣頭道河鄉(xiāng)九關(guān)臺(tái)門入境，左岸流經(jīng)頭臺(tái)鄉(xiāng)、城關(guān)鄉(xiāng)、九道嶺鎮(zhèn)，大榆樹堡鎮(zhèn)、張家堡鄉(xiāng)5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，右岸流經(jīng)頭道河鄉(xiāng)、聚糧屯鄉(xiāng)、白廟子鄉(xiāng)、七里河鎮(zhèn)4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)后，于張家堡鄉(xiāng)的木廠堡村流入凌海市境內(nèi)。境內(nèi)全長(zhǎng)66.4km，流域面積2262km2，主槽寬300m，平水期主槽寬度約150m，水深0.2-1m，坡度為1%左右。枯水季節(jié)有時(shí)斷流，多年平均徑流量1.57億m3，年平均輸沙量1370萬t，年侵蝕模數(shù)1340t/km2。義縣屬于大陸性季風(fēng)性氣候，多年平均氣溫8.2℃，年均蒸發(fā)量1881.1mm，年降水量534.1mm，平均風(fēng)速3.1m/s，最大凍土深130cm。現(xiàn)狀大凌河河道水面狹窄，枯水期水面寬度不足60m，河道灘地絕大部分都已沙化，生活污水、工業(yè)廢水的大量排入造成河道水體的污染。河流沿岸植被種類單一，水體中魚類和數(shù)量都很少，生物多樣性比較單一，無珍稀保護(hù)動(dòng)植物[6]。

1.2 污染特征分析

根據(jù)采樣監(jiān)測(cè)站點(diǎn)準(zhǔn)確揭示大凌河污染特征，并對(duì)布設(shè)的6個(gè)采樣點(diǎn)于枯水期(2017年8月)和豐水期(2018年3月)取樣監(jiān)測(cè)。結(jié)果顯示，治理前大凌河水環(huán)境中氨氮、CODMn、TP、TN的質(zhì)量濃度為1.58mg/L、7.61mg/L、0.22mg/L、4.76mg/L，綜合水質(zhì)達(dá)到劣Ⅴ類，其主要污染因子有氨氮、TP。

1.3 污染負(fù)荷調(diào)查

結(jié)合調(diào)查結(jié)果，降雨徑流污染、禽畜養(yǎng)殖糞尿、生活垃圾、居民生活污水和底泥釋放等屬于大凌河主要污染源類型。其中，利用輸出系數(shù)模型計(jì)算禽畜養(yǎng)殖糞尿、生活垃圾和居民生活污水，應(yīng)用水文模型計(jì)算降雨徑路污染，經(jīng)靜態(tài)釋放試驗(yàn)計(jì)算底泥污染。結(jié)果表明，氨氮、CODMn、TP、TN污染物輸入大凌河義縣段的量為4.35t/a、89.02t/a、0.69t/a、10.86t/a，污染負(fù)荷如表1。農(nóng)村生活污染和農(nóng)業(yè)面源對(duì)大凌河污染的影響顯著，農(nóng)村生活污水、農(nóng)業(yè)水間接或直接的排入河流，為引起河流水污染的關(guān)鍵因素，這也是義縣農(nóng)村河道污染的典型特征。另外，義縣大凌河內(nèi)源污染負(fù)荷較高，河岸坍塌、河道淤積、渠系老化等問題突出，加之農(nóng)村居民環(huán)保意識(shí)薄弱、居民居住地不集中以及污染源空間分散等，使得農(nóng)村河道水環(huán)境治理難度較高。

表1 大凌河義縣段污染負(fù)荷 t/a

2 水環(huán)境治理措施

2.1 外源治理

1)控制農(nóng)業(yè)面源污染。針對(duì)大凌河附近的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，實(shí)行輪作制度調(diào)整、有機(jī)肥替代、緩控肥替代、化肥投入減量等源頭減量技術(shù)。監(jiān)測(cè)顯示，在減少20%化肥氮用量的情況下，純化肥減氮技術(shù)、有機(jī)無機(jī)配施技術(shù)以及緩控肥一基一追技術(shù)仍能保證經(jīng)濟(jì)效益和農(nóng)業(yè)產(chǎn)量，有利于面源控制和水環(huán)境保護(hù)，其推廣普適性較強(qiáng)。

2)原位凈化與污水截污。通過沿河截污納管工程整治社區(qū)排污口和生活污水，在集中處理堤段引流生活污水，并對(duì)其實(shí)行凈化治理。充分利用廢棄低洼溝塘和生活污水明渠溝塘，以建設(shè)的氧化塘原位處理生活污水。為有效解決大凌河義縣段氮素較高的問題，尤其是脫氮能力不足、反硝化速率偏低和總氮偏高的問題，運(yùn)用蘆葦秸稈、天然沸石作為反硝化固體碳源和生物濾池填料，創(chuàng)建就地處理生活污水的后置反硝化生物濾池，從而減少大凌河氮素污染負(fù)荷[7]。

3)生活垃圾資源化利用與分類回收。綜合治理前簡(jiǎn)易垃圾池和旱廁設(shè)置于大凌河沿岸，大量垃圾、糞便未經(jīng)達(dá)標(biāo)處理就排入河流，由此導(dǎo)致嚴(yán)重的水質(zhì)污染。對(duì)此，將原有的沿河垃圾池和旱廁實(shí)行撤除處理，并按照一定間距投放不可回收和可回收塑料垃圾箱。另外，通過環(huán)保宣教引導(dǎo)分類回收工作，對(duì)餐廚廢棄物、生活垃圾分類回收，將有毒有害垃圾、可回收的垃圾分別送至垃圾站和廢品收購(gòu)站，實(shí)施分類處置。

2.2 生態(tài)清淤

大凌河義縣段河道坡度較緩，該段為河谷平原區(qū)河道，縱坡1‰-1.4‰。近年來，大凌河上游泥沙大量淤積于此，應(yīng)綜合考慮河道水生動(dòng)、植物生存需要、河道枯水期最大洪水過流、枯水期河道生態(tài)需水量以及地下水補(bǔ)給河水的補(bǔ)給量等因素，對(duì)河道實(shí)行清淤整治。河道清淤土方經(jīng)處理后就近平整，河道清淤土方無需外運(yùn)至工程區(qū)以外。污染物室內(nèi)釋放和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)表明，清淤疏浚工程去除NH4+-N、TN的效果較差，而對(duì)TP釋放通量的消減發(fā)揮著明顯成效，這與水體污染嚴(yán)重、底泥淤積過厚等因素密切相關(guān)。總體而言，清淤整治工程未能從根本上徹底消除河底污染物，其改善水質(zhì)的能力有限。對(duì)此，未來仍需治理和控制底泥污染。

2.3 生態(tài)修復(fù)

2.3.1 兩島工程

1)星月島：島面平均高程68.1m，地面平坦、中部稍高，枯水水位以上露地面積1.5hm2，可供水陸兩棲動(dòng)物休憩繁衍，對(duì)島面少量補(bǔ)植野花而不開展土石方工程。規(guī)劃野花補(bǔ)種面積239m2(約為島上綠地面積的5%)，播種以散播為主，人工翻土整地，施基肥、澆水，以確保成活率，達(dá)到點(diǎn)綴島面草叢顏色的目的。

2)宜州島：總面積37.8hm2，四周水道環(huán)繞，地形稍有起伏，島上最高和最低點(diǎn)高程66.9m、65.8m，總體呈西高東低地形變化。此外，島嶼地表形成天然辮狀細(xì)流，水流自河道主槽流入島嶼南端河汊內(nèi)，水系交錯(cuò)，具有典型的平原區(qū)寬淺河道匯流特征。調(diào)查顯示，兩島工程有利于改善河流水生態(tài)功能，增加水生物種多樣性，對(duì)恢復(fù)水環(huán)境具有重要作用[8]。

2.3.2 河汊濕地工程

根據(jù)地形地貌特征及河道生態(tài)環(huán)境建設(shè)需要，對(duì)河汊進(jìn)行局部削坡整治，規(guī)劃為河汊濕地。依據(jù)河道枯水設(shè)計(jì)流量推算的水面線計(jì)算成果，對(duì)樁號(hào)5+250-7+800斷面河汊濕地實(shí)施削坡工程，對(duì)水深大于0.2m的水域?qū)嵤┲参镅a(bǔ)植，經(jīng)核算補(bǔ)植水生植物面積120350m2，其中蘆葦種植100290 m2，千屈菜、香蒲種植20060.0 m2。考慮到工程投資，對(duì)規(guī)劃區(qū)蘆葦種植區(qū)面積確定為27322.5 m2，位置臨近現(xiàn)狀汊河主槽兩側(cè)；千屈菜、香蒲按照1:2比例混種面積4012 m2(其中香蒲2675m2，千屈菜1337m2)，位置盡量靠近汊河主槽。未補(bǔ)植水生植物部分，由濕地地表水量控制自行繁衍，如地方能籌措部分資金，補(bǔ)植水生植物范圍可適當(dāng)擴(kuò)大。河汊口附近局部地形開闊，現(xiàn)狀為疏林地，規(guī)劃對(duì)1820m2范圍進(jìn)行草、灌補(bǔ)植，形成林、灌、草結(jié)合的林間休憩小境。補(bǔ)植灌木為紫穗槐，灌木以“孔子鳥”輪廓線為補(bǔ)植軌跡，灌木區(qū)內(nèi)補(bǔ)植野花組合、區(qū)外補(bǔ)植草坪，與現(xiàn)狀幼林(主要為楊樹)形成較好的組合，為蝶類、鳥類及陸生小動(dòng)物的生息繁衍提供生態(tài)環(huán)境。

河汊濕地系統(tǒng)成熟后，由于大量微生物的生長(zhǎng)植物根系與填料表面形成生物膜，而徑流生物膜時(shí)植物根系和填料阻擋截留大量的SS，通過生物膜的同化、異化、吸收作用有機(jī)物被除去。由于對(duì)氧的傳遞釋放濕地生態(tài)系統(tǒng)中，植物根系使其周邊環(huán)境出現(xiàn)厭氧、缺氧、耗氧狀態(tài)，保證了微生物和植物對(duì)廢水中氮磷的營(yíng)養(yǎng)吸收，以及反硝化、硝化作用的去除，通過栽種植物收割或調(diào)料更換濕地生態(tài)系統(tǒng)最終除去污染物。

2.3.3 生態(tài)護(hù)坡工程

將自然環(huán)境與人工生態(tài)護(hù)岸相結(jié)合，提升河道生態(tài)治理及生態(tài)修復(fù)功能，拆除原有硬質(zhì)式護(hù)岸，將其改造成防自然狀態(tài)適合生物生長(zhǎng)的護(hù)坡，護(hù)坡材料滿足親水性、透水性、抗沖性、耐久性、抗侵蝕性等要求，較為常用的材料有生態(tài)磚、卵石、木樁和竹籠等天然材料。為有效控制水土流失和解決河道塌陷問題，常采用人工生態(tài)護(hù)岸措施，而天然護(hù)岸改善生態(tài)環(huán)境、固結(jié)土壤和保護(hù)河岸的根本途徑是充分發(fā)揮植物根系固結(jié)作用。河道治理初期，為有效降解和吸納污染物常常選用自然生態(tài)護(hù)岸的方式，若河流泄洪、排澇量大且水流速度較快，通過對(duì)兩岸間狹窄區(qū)域的及時(shí)調(diào)整達(dá)到河道管理效果；河流整治后期，綜合考慮嵌入式生態(tài)模塊、生態(tài)網(wǎng)絡(luò)和人工生態(tài)護(hù)岸等方案，全面提升河流的整治效果。水陸交界區(qū)、水生和濕生植物發(fā)揮著沉淀、絮凝、氧化、吸收、滲透、還原、滯留、吸附等生物和化學(xué)功能，有利于提高河道自凈能力。岸坡結(jié)構(gòu)還具有消減洪峰流量的功能，通過降低河水流速實(shí)現(xiàn)滯洪枯補(bǔ)、涵養(yǎng)水分的目標(biāo)。

調(diào)查顯示，土石籠護(hù)坡的生態(tài)性良好，有利于恢復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng)，促進(jìn)水生、陸地生態(tài)系統(tǒng)的能量及物質(zhì)的交換，在一定程度上提升大凌河水質(zhì)及河流自凈功能。

2.4 治理效果評(píng)價(jià)

監(jiān)測(cè)顯示，水環(huán)境治理措施能夠顯著降低氨氮、CODMn、TP、TN等指標(biāo)值，對(duì)改善河流水質(zhì)具有積極作用，如圖1。水環(huán)境治理明顯消減了大凌河氮素含量，氨氮、TP總體呈波動(dòng)減少的變化特征，而下降幅度最為明顯的為氨氮，截止2019年7月氨氮、TN質(zhì)量濃度小于3mg/L和1mg/L，河流達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)。對(duì)消減TP含量水環(huán)境治理具有明顯成效，TP水質(zhì)類別在治理前達(dá)到Ⅳ類，截止2019年2月TP下降趨勢(shì)較為明顯，隨后期有所上升但仍然未超過0.2mg/L，河流符合Ⅲ類水質(zhì)要求。在控制CODMn方面水環(huán)境治理成效顯著，工程治理初期CODMn有短暫低值的出現(xiàn)，從Ⅳ類水質(zhì)迅速提升至Ⅲ類水，而后有所反彈，由此表明CODMn質(zhì)量濃度于前期階段有效降低，但這種較低質(zhì)量濃度無法長(zhǎng)期得以保持，隨著時(shí)間的推移呈上升趨勢(shì)。因此，為有效控制CODMn濃度、逐步降低有機(jī)物濃度建議后期增加曝氣裝置。

3 結(jié) 論

根據(jù)大凌河義縣段治理工程，提出改善大凌河水環(huán)境的措施：農(nóng)業(yè)面源和農(nóng)村生活污染為農(nóng)村河道的主要污染源，生活垃圾資源化利用與分類回收、原位凈化與生活污水截污、農(nóng)業(yè)面源源頭控制等措施，在很大程度上決定了水環(huán)境治理的成敗；考慮到沿河溝塘較多的實(shí)際情況，解決農(nóng)村河道外源污染入河的有效方法為結(jié)合溝塘生態(tài)改造外源污染攔截技術(shù)；農(nóng)村自然河岸較多，維護(hù)河流水生態(tài)系統(tǒng)的有效方法是實(shí)行河岸整治與生態(tài)清淤相結(jié)合的水生態(tài)修復(fù)措施。