洱海灌區農業面源污染末端攔截治理研究

陳 凱，張 珅

（1.黃河勘測規劃設計研究院有限公司，鄭州 450003；2.水利部黃河流域水治理與水安全重點實驗室（籌），鄭州 450003；3.河南省城市水資源環境工程技術研究中心，鄭州 450003）

洱海位于云南省大理白族自治州， 是云南省第二淡水湖。在1996 年及2003 年，洱海先后爆發兩次藍藻，2003 年時洱海水質急劇惡化，透明度不足1 m，局部區域水質下降到地表水Ⅳ類。近年來通過“雙取消”“三退三還”“三禁”“洱海保護治理六大工程”“2333 行動”“洱海保護治理七大行動”“洱海保護治理及流域轉型發展八大攻堅戰”等一系列組合拳［1-4］，洱海水質現狀得到了明顯改善。 但洱海周邊農田面積大，灌溉退水量多，農灌退水水質較差，水質情況仍不容樂觀。

1 研究現狀

1.1 水質現狀

2014—2018 年，洱海29 條主要入湖河流中羅時江、永安江、莫殘溪、清碧溪、黑龍溪、白鶴溪、中和溪、桃溪、玉龍河、鳳尾箐、白塔河、金星河、金星后河等13 條河流的劣Ⅴ類水質占比超過50%。2019 年以來，入湖河流水質有了較大幅度的提升，海北的彌苴河、羅時江和永安江等3 條河流，由歷年的Ⅴ類和劣Ⅴ類水質，提升到Ⅲ類以上；其他河流除了金星河仍為劣Ⅴ類，中和溪為Ⅳ類外，大部分河流均穩定保持在Ⅱ～Ⅲ類之間［5-7］。

1.2 主要入湖污染物來源

根據《洱海保護治理規劃（2018—2035）》，畜禽養殖、農村生活、農田面源、城鎮生活（含服務業）是主要的入湖污染來源，其中農田面源污染排放最高。總磷污染負荷中4 類污染源比例分別為22.2%、20.5%、26.8%和13.3%，總氮污染負荷中4 類污染源比例分別為23.4%、19.9%、23.6%和12.2%。

2 治理方法

2.1 已實施工程

農業面源污染主要來源為汛期初期洪水攜帶的污染物及枯水灌溉回歸水攜帶的污染物。 洱海周邊農業面源已初步建成污染防治體系， 如使用有機肥代替含氮磷化肥、 禁止種植以大蒜為主的大水大肥農作物、推行畜禽標準化養殖的“三禁四推”工作。

2.2 末端攔截工程

為進一步削減農業面源污染入洱海量， 洱海灌區農業面源污染可通過構建末端攔截工程， 將污染物收集在攔截帶中， 并通過在攔截帶中構建水質凈化措施，對污染物進行進一步削減，處理后的水質達到農田灌溉用水要求，用于農田灌溉。

末端攔截工程主要以攔截灌區初期雨水為主。由于洱海灌區范圍內雨季前降雨主要集中在5—6月，本次將灌區面源污染控制轉化為5—6 月降雨場次控制， 通過控制區域內中小降雨的徑流污染來削減進入洱海的徑流污染物量［8-9］。

（1）降雨場次控制。根據吊草溝站1989—2018 年1 日降雨場次統計資料，5—6 月1 日降雨量、降雨場次累計關系如圖1。

圖1 5—6 月降雨量/場次累積占比圖

在5—6 月統計降雨場次中，95.5%的降雨場次1 日降雨在100 mm 以下， 僅有3 次1 日降雨超過100 mm，相對占比較小。因此，按照P=2%、P=3.33%和P=5%確定的攔截工程規模較大，存在多數時間有效庫容閑置的問題。

按照P=33.3%和P=50%確定攔截工程規模，由于其能夠攔截的1 日降雨場次占比較低， 分別為77.01%和54.78%，難以滿足面源污染削減的目標。

根據圖1，當1 日降雨量超過70 mm 以后，場次控制率的增幅變緩， 即增加設計1 日降雨量對降雨場次控制率的提高是有限的， 相反會進一步增加攔截工程占地規模和投資。

因此， 結合洱海灌區初期降雨特點與不同頻率對應的規模， 同時為提高工程攔截面源污染能力、增加調蓄回用規模，本次設計根據5—6 月P=20%計算末端攔截工程規模，其對應的1 日降雨量為72.7 mm，1 日降雨場次控制率為91.85%， 能夠有效控制降雨初期的污染。

（2）工程規模確定。根據設計降雨量計算各分區24 h 洪量， 末端攔截工程總有效庫容521.74 萬m3，其中海西片區大理鎮梅溪至白鶴溪、下關鎮黑龍溪至莫殘溪間末端攔截工程已納入《洱海流域農業面源污染末端攔截消納及灌溉綜合利用試點工程實施方案》， 規模56.70 萬m3， 相關工程已先行實施，本次可直接采用其成果。綜上，本次研究可新增末端攔截工程規模為465.04 萬m3，其中海西片區416.52 萬m3，海東片區48.52 萬m3。研究擬建規模如表1 及表2。

表1 海西片區研究擬建末端攔截規模

表2 海東片區（挖色、海東）研究擬建末端攔截規模

（3）水質保障。由于末端攔截工程為新開挖連通的水系，新開挖水系內除種植水生農作物外無其他強化濕地水質凈化措施，水生動物較少，自凈能力較弱。 雖然灌溉回用工程能夠加強水體流通，減少其在攔蓄水系中的停留時間，但污染物仍較易在攔截工程內部沉降，從而導致水質惡化。因此，水環境設計目標是提高末端攔截工程內部水系自凈能力。通過強化末端攔截工程內部濕地生境，構建完善的水體生態系統，打造生態廊道，增強水質凈化功能。

3 效果分析

為進一步分析末端攔截工程攔蓄效果， 對多年降雨量統計結果進行排頻，按照豐年（P=25%）、平年（P=50%）和枯年（P=75%）選擇典型年。經分析降雨主要集中在5—10 月， 約占全年降雨量的85.48%～92.86%，降雨集中度較高。通過對典型年逐日降水數據進行分析（如圖2），95.12%～96.73%的日降雨量較小，難以形成地面徑流，進而驅動污染物通過徑流進入末端攔截工程。 能夠產生有效降雨形成徑流進入末端攔截工程的降雨場次中， 枯年全部場次的降雨將會被攔截， 平年和豐年90%場次的降雨將會被全部攔截。分析結果與規模論證結論基本一致。

圖2 典型年日降雨分布

圖3 有效降雨量累積分布情況

進一步分析典型年降雨量積累分布情況（>30mm），在設計降雨量條件下（67.78 mm）,能夠控制年有效徑流的72.19%～100%。

考慮到末端攔截工程水量直接應用于灌區灌溉，不再進入洱海，而超標準洪水通過湖濱緩沖帶進入洱海。因此，末端攔截工程污染物削減量可依據末端攔截工程年降雨總量控制率進行估算。

由于典型年2004 年，降雨較為集中，日最大降雨量較高，末端攔截工程年可攔截總量占比較少，屬于相對不利工況。因此，以2004 年降雨總量控制率（72.19%）估算末端攔截工程污染物削減量。

在末端攔截工程治理實施后［10］，COD 削減1042.74 t/a，占總削減量的30.18%；TN 削減409.95 t/a，占總削減量的53.37%；TP 削減127.92 t/a，占總削減量的24.03%；NH3-N 削減126.41 t/a， 占總削減量的61.28%，其中海西片區削減的污染總削減量最多。末端攔截工程對灌區農業面源污染物的削減治理力度較大。

4 結語

（1）對農業面源的攔截已實施3 個試點，主要在喜洲鎮龍湖片區、 大理鎮梅溪至白鶴溪片區和下關鎮黑龍溪至莫殘溪片區，治理效果明顯，在末端攔截工程實施后對面源污染攔截量效果顯著， 可進一步推動其他區域的末端攔截治理。

（2）本次末端工程削減根據降排頻攔截初期雨水，對去除率進行確定， 下一步可根據不同的來水頻率對比分析末端攔截對污染物的削減量。