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        義縣農(nóng)村河道水環(huán)境治理及效果評(píng)估

        2020-11-05 09:52:16
        黑龍江水利科技 2020年10期
        關(guān)鍵詞:污染生態(tài)農(nóng)村

        王 爽

        (遼寧省義縣老龍口水庫管理處,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??菟竟?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?,F(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??;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。

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