北票市涼水河水質評價及環境綜合整治研究

高 杰

(沈陽市鵬展建筑工程有限公司，遼寧 沈陽 110000)

近年來，農村中小河流水環境問題逐漸受到高度重視，已從單純的河道防洪治理轉變成水景觀、水生態、水環境、水安全的綜合整治；河道治理要在保證水安全的情況下，重建與恢復生態系統功能結構，以生態、文化、景觀理念改造河道及其岸坡的結構形態，從而增加物種數量與多樣性，提升水循環利用率及河道的自我調節、自凈功能，配合生態建設與河道景觀實現區域經濟可持續發展、人水和諧的目標[1]。

由于農村基礎設施不完善，如缺乏市政污水設施、垃圾收運設施等，使得流域范圍內的污水直排。其中，引起河道水質惡化的關鍵因素有農田化肥流失和農村面源污染，所以控源截污是改善河道水質、從源頭上消滅污染的根本任務[2]?？紤]到現狀農村河道多自然邊坡，其景觀效果和生態環境整體較差的實際情況，文章以實例工程，提出水環境、水生態、水安全、水景觀的整治策略，以期為恢復潔凈耗氧的河道生態系統提供參考。

1 水安全

水安全是確保河流防洪排澇功能以及沿河居民安全的根本保障，一般農村河道防洪規劃較少且大多數并不完整，河道多不規則的自然邊坡，經水流沖刷普遍存在坍塌現象。因此，為了增強河道的滯洪補枯、消減能量和調蓄洪水功能，必須科學的設計水安全。

1.1 設計洪峰流量

首先，防洪標準的確定要全面考慮耕地面積、人口規模等因素，并對河長、平均坡降、流域面積等特征按照大比例地形圖測算。然后，按照有、無水文資料兩種情況計算防洪設計流量，即利用歷史洪水資料和當地暴雨圖集、水文手冊確定設計洪峰流量。

1.2 現狀過流能力復核

采用一維恒定流HEC -RAS模型，結合實測跨河建筑物(橋梁、閘等)尺寸和河道橫、縱斷面資料計算水面線，以該運算結果作為后續設計及河道現狀過流能力評判依據。

1.3 河道設計

綜合考慮河道農田灌溉要求、上下游邊界高程、沿程跨河建筑物及現狀河底高程等因素合理設計縱斷面，應遵循的原則為：(1)河道縱坡走向要最大程度的與現狀縱坡相一致，結合現狀實際情況分段擬定縱坡；(2)盡量實現枯期形成水景觀、汛期排泄暢通，保證洪水水面線不受下游洪水頂托且上下游平順連接；(3)河勢穩定且不出現河道游蕩的情況。

充分考慮現狀地形條件、生態景觀要求等因素科學設計河道的橫斷面及其形式，在達到防洪要求的基礎上最大限度的減少土方開挖，應將生態景觀與設計流速相結合綜合確定護岸型式，同時合理設計護腳。

2 水環境

受人類活動影響農村中小河流水環境問題日趨突出，加之農村基礎設施薄弱、環保投資力度不足，致使內源、點源和面源污染不斷加劇，河流水質呈持續惡化的趨勢。

2.1 污染源分析

(1) 點源污染。這種污染源主要有工業、餐飲服務業及規模禽畜養殖產生的污水，經明渠暗涵部分污水流入河道。

(2) 面源污染。此類污染源包括水土流失、農田耕作、農村徑流和生活污水散排等，因基礎設施薄弱缺少必要的垃圾收運設施，在降雨徑流作用下地面垃圾流入河道；此外，隨天帝澆灌退水農田化肥、農藥流入河道。

(3) 內源污染。在各種生物、化學和物理作用下，流入河道內的營養物逐漸沉降至河底表層，從特定的化學和物理條件下從底泥中釋放再次進入水中，由此產生的內源污染。

2.2 基礎資料搜集

首先，收集整理流域內的各類污染源數據資料，其中點源污染資料收集應包括工業污染廠房位置、餐飲業規模、禽畜養殖數量、污染物濃度和污水排放量等；面源污染資料收集要包括禽畜規模養殖數量、禽畜種類、養殖點位置、化肥施用量、農田面積、散養家禽種類與數量、農村位置及人口等數據。

2.3 污染源解析

河道污染源解析就是分析各類污染源的貢獻率，通過調查分析流域內的污染源確定每個污染物的總量。

一般地，點源污染是指工業、餐飲服務業和規模禽畜養殖所產生的污水。對于工業污水，各工業單位提供污染物含量和污水量監測數據；針對餐飲服務業，要分區、分城市類別按照第二分冊查得流域所在地區的垃圾產生量、污水量、TN、TP、COD量；對規模禽畜養殖的TN、TP、BOD5、COD等污染物年排放量，按排放標準規定的污染物濃度和排水量計算。

面源污染一般涉及水土流失、農田耕作、農村徑流和生活污水散排等。其中，水土流失所產生的污染物總量應考慮過程滯留量系數、土壤內營養物質含量及當地土壤侵蝕模數等參數確定；農田徑流污染物量應利用標準農田源強系數，經降雨量、化肥施用量以及地形坡度修正合理計算；由于農村缺少必要的垃圾收運設施，加之污水管網系統不夠完善，散養家禽及農村生活垃圾是徑流面源污染主要來源，所以農村面源污染可按照污染物排放系數、散養家禽數量、人均產生垃圾指標、農村人口數量來計算；分區、分城市類別，按第一手冊確定流域所在地區的生活污水量及產排污系數，并確定TP、TN、BOD5及COD濃度，鑒于該數據僅適用于城鎮居民而沒有具體的農村生活污水量標準，可結合文獻資料、地方排污系數及標準用水定額綜合確定。

內源污染是污染物從河道底泥中向水體釋放所產生的污染，其中最常見的內源污染有難降解的有機物、重金屬和氮磷營養鹽等。pH值、溫度、溶解氧等河底環境因子擾動與內源釋放量有關，可借鑒同區域有關研究資料確定底泥釋放系數和內源污染負荷量。

綜上分析，結合各污染源產生的污染物量可以計算對污染污染的貢獻程度。

2.4 水環境治理措施

以解析的污染物量為基礎分析造成污染的主、次要原因，在此基礎上實施有效的治理措施。例如，將餐飲服務業及農村生活產生的污廢水納入村系污水收集與處理系統，同時實施控源截污整治；對于生活垃圾、人畜糞便及散養家禽造成的面源污染，要加快完善垃圾收運系統和農村旱廁改水廁進程，要求規模養殖廢水達標處理，嚴禁未達標廢水隨意排放；對于農田面源污染要減少農藥胡斐的施用量，積極推進節水灌溉、科學種植和生態灌渠建設，并采用發酵技術循環利用廢棄的農作物秸稈；對于內源污染可采取清淤疏浚措施，考慮河道的縱坡降實行河內農業垃圾清理。

3 水生態與水景觀

水生態是指微生物、動物、植物在河道范圍內形成的小型生態系統，隨著城鎮化的快速推進，河道治理過于強調其防洪功能，而對過流能力的考慮較少，河道過流斷面不斷縮小，岸坡硬化、裁彎取直、“三面光”等現象普遍存在，不僅加劇了河流水質和水生態的惡化，極大地降低了水環境容量，而且對水生、濕生動植物的生存發展造成不利影響。因此，分析水生態時，應全面考慮棲息地、生物類型、水環境及水文水資源等因素，對水環境現狀進行合理評價；然后，通過挖河增水、建設翻板閘、人為營造脈沖，以多孔材質建設生態岸坡等，確保沿河串接濕地、池塘、沼澤得以恢復，形成河流時緩時急、河道深灘-階梯、河水經常漫過河岸的結構形式，創造適于各生物生存的環境，為水生動植物棲息及水生、濕生植物生長提供適宜的空間，增加生境復雜多樣性。

依據規劃定位合理設置景觀節點，通過建設親水平臺、濱水景觀等提高河道的親水性，為實現凈水目標還可加入海綿設施，在為居民提供休憩場所的同時還可形成良好的生態景觀效果。

4 實例分析

4.1 河流概況

涼水河位于北票市西北部，屬大凌河一級支流，流經西官營鎮、大三家鄉、臺吉鎮和涼水河鄉等地后匯入白石水庫，河道總長51 km，流域面積731 km2，平均比降7.2‰，年徑流量3 435萬 m3。該河流屬性為淺丘、季節性河流，徑流量多以洪水方式下泄，非汛期時河道徑流很小，基本斷流。

涼水河流域內山多坡陡，石質山較多，植被較差，水土流失比較嚴重，河水含沙量較大。該流域屬于中溫帶季風氣候，一年四季變化明顯，冬、春少雨干燥，夏季炎熱多雨。年均氣溫8.5℃，平均相對濕度38%～82%，無霜期130～150 d，日照時數為2 500～2 900 h。涼水河流域的降水主要受華北氣旋、臺風及低氣壓影響，年降雨為450 mm左右，降雨在年內、年際之間變化較大，分配極不均勻，多集中在7、8兩個月，占全年降雨70%。

結合涼水河水質監測資料，2010-2020年流域內TP、TN、BOD5、COD的平均濃度值，如圖1。

圖1 涼水河月尺度水質監測數據

由圖1可知，涼水河TP、TN、BOD5、COD的濃度值整體處于Ⅲ類水、劣Ⅴ類水、Ⅲ類～Ⅴ類水、Ⅲ類～Ⅳ類水之間，并且3-6月枯水期水質相對較差。根據收集的流域內化肥施用量、農田種植面積、服務業統計、牲畜及人口數量等數據資料，按照文中所述流程開展污染源解析，如表1。

表1 涼水河流域污染負荷量 t/a

從表1看出，涼水河年COD入河量可以達到3 158.73 t，其中人畜糞便、生活污水和服務業為主要來源，三者的貢獻率基本相當；年BOD入河量可以達到1 458.12 t，其中人畜糞便和生活污水對BOD的貢獻率為57.36%、42.64%；年TN入河量可以達到874.02 t，其中化肥流失和人畜糞便為主要來源，兩者所占比例為44.22%、19.13%；年TP入河量可以達到231.69 t，其中水土流失與化肥流失為主要來源，二者所占比例為20.12%、37.75%。

研究表明，涼水河主要污染源包括農業化肥、人畜糞便、生活污水和餐飲服務業，所以面源與電源污染應作為控制的重點。為提升涼水河水景觀、保證水安全以及解決水環境問題，可以采取生態護岸建設、水環境整治、景觀提升和生態治理等綜合整治措施[3-5]。

4.2 生態護岸建設

生態護岸建設主要是將原混凝土、塊石結構拆除，將其改造成適于水生動植物生長的近自然生態護坡，護坡材料符合抗侵蝕性、抗沖性、耐久性、親水性和滲透性要求，常用卵石、竹籠、木樁等天然材料，也可選用“生態磚”。為防止土壤侵蝕及維護河岸穩定，可將濕生或水生植物種植于護岸上，植物根系在土壤介質中交錯分布有利于提高河岸的表層強度及其穩定性，有利于降低岸坡的重力侵蝕；水生植物種植于河岸與護岸交錯的生態活躍區，可以減緩水流速度，為生物棲息創造適宜空間；水陸過渡帶的水生、濕生植物，通過沉淀、絮凝、還原、氧化、支流、吸附、吸收、滲透等生物和物理化學作用，增強河流的凈化功能。此外，生態護岸還具有涵養水分、滯洪補枯、減緩流速和消減洪水能量等作用。

4.3 水環境整治

依據污染源解析結果，化肥流失、人畜糞便以及生活污水是涼水河的主要污染源。因此，化肥流失污染源控制和農村污水整治應作為水環境整治的重點。

流域內多旱廁且村落較分散，無系統的排水管網且排水體系以雨、污混合流為主，生活污水及雨水經路邊暗溝或明渠進入田間灌溉渠，從路面隨意自流至低洼處并最終排入河道。涼水河流域大部分自然村都沒有污水處理設施與污水管網系統，對此亟需實行截污治理，其總體思路為：將農村污水利用新建的截污管引流至污水處理系統，鑒于人口稀少、村落分散的特點推薦選用一體化污水處理系統，經反復論證和比選確定污水處理設施為一體化A2/O系統。

為解決枯水期水質較差的問題擬建設5萬 t/d處理規模的人工濕地，通過設堰將中下游河水引入濕地，達標處理后排入河流。結合涼水河逐月枯水期徑流資料，該規模能能夠保證河道枯水期90%以上河水的處理率。

4.4 景觀提升

結合城鄉規劃，將以文化為載體的景觀帶設置于河道兩岸5～15 m范圍內，并考慮生態景觀要求和現狀地形條件，引入海綿城市理念把“快排”系統轉變為“慢排”，從而達到后排水先滲透的目的，設置雨水濕地、生物滯留帶、下沉綠地、生態溝和面源污染隔離帶等，在消減面源污染的基礎上滿足生態景觀需求。

4.5 生態措施

將千屈草、水生美人蕉、花葉蘆竹和蘆葦等挺水植物，栽植于常水位線以下30～10 cm范圍內；涼水河河流存在流速快、流量大、坡降陡等特點，因此不宜種植沉水或浮水植物。

5 結語

農村基礎設施薄弱，加之過去環保意識淡薄、農藥化肥施用過量等，農村河流水體污染問題突出。隨著經濟的發展和生態環保意識的增強，農村環境整治及黑臭水體治理逐漸引起人們的重視，以涼水河為例提出了包括水景觀、水生態、水環境、水安全整治的對策，研究成果可為農村河流生態修復方案設計提供參考，為實現河道防洪排澇、農田灌溉、生態保護等目標提供保障。