節(jié)水灌溉在防治農(nóng)村面源污染中的應(yīng)用研究

(1.山東省水利勘測設(shè)計院，山東 濟南 250013；2.山東省農(nóng)業(yè)對外經(jīng)濟合作中心，山東 濟南 250013)

隨著我國人口不斷增加，經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展和對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量要求的不斷提高，水資源短缺和污染成為瓶頸制約。解決水資源危機，要堅持“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的治水新思路，加快實施東北節(jié)水增糧、西北節(jié)水增效、華北節(jié)水壓采和南方節(jié)水減排等區(qū)域規(guī)?；咝Ч?jié)水灌溉工程。南方地區(qū)節(jié)水減排是節(jié)約水資源、保護生態(tài)環(huán)境、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。

1 工程概況

合肥市長豐縣龍門寺節(jié)水灌溉示范區(qū)位于合肥市環(huán)城高速以北15km、長豐縣城以南30km處。項目區(qū)總面積43.72km2，以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主，農(nóng)林用地32.3km2，經(jīng)調(diào)查，項目區(qū)化肥施用量超過650kg/km2，農(nóng)藥施用量7.9kg/km2，由于過量不合理施用，其殘留經(jīng)雨水沖刷排入溝渠、坑塘，最終匯入龍門寺水庫，造成水體污染，影響長豐縣供水安全。

2 建設(shè)思路

工程建設(shè)以面源污染防治為主線，緊密結(jié)合龍門寺現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園總體規(guī)劃和現(xiàn)狀基本情況，針對園區(qū)大水漫灌，農(nóng)藥、化肥流失嚴(yán)重，水源地水質(zhì)惡化等問題，綜合采取工程措施和非工程措施，建設(shè)高效節(jié)水灌溉、渠系路網(wǎng)改造、灌溉尾水處理循環(huán)回用、生態(tài)緩沖帶等工程，達到節(jié)水減排、過程消減、末端凈化、基礎(chǔ)設(shè)施提升、生態(tài)環(huán)境改善等目的(見圖1)。發(fā)展高效節(jié)水灌溉，減少用水量和農(nóng)藥化肥使用量，相應(yīng)減少了排水量和排污量；通過完善路網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，加快土地流轉(zhuǎn)，引進規(guī)?；?、現(xiàn)代化生產(chǎn)，促進農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和種植方式調(diào)整，高效集約綠色生產(chǎn)，減少面源污染排放；通過生態(tài)溝渠治理、尾水回用等工程實現(xiàn)過程消減；通過建設(shè)生態(tài)緩沖帶、生態(tài)坑塘治理工程等進行末端降解。同時，提出產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、種植方式調(diào)整、水肥藥一體化技術(shù)應(yīng)用和后期加強運行管護等非工程措施，以達到上述綜合目標(biāo)。建立污染排放監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，定期開展動態(tài)監(jiān)測，實現(xiàn)監(jiān)測預(yù)警常態(tài)化和規(guī)范化，摸清污染物入庫負(fù)荷。

圖1 長豐縣龍門寺節(jié)水灌溉示范片建設(shè)思路

3 建設(shè)目標(biāo)

以龍門寺現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和水源地保護為抓手，打造示范區(qū)山、水、林、田、庫、渠等生命共同體，實現(xiàn)污染綜合防治，控制消減面源污染，有效保護龍門寺水源地水質(zhì)；優(yōu)化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展高效節(jié)水農(nóng)業(yè)，示范帶動周邊區(qū)域，使項目區(qū)各項指標(biāo)滿足農(nóng)業(yè)農(nóng)村部現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)、科技部農(nóng)業(yè)科技園區(qū)、水利部節(jié)水灌溉示范區(qū)、生態(tài)環(huán)境部生態(tài)建設(shè)示范區(qū)要求，將項目區(qū)建設(shè)成為全省乃至全國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)開發(fā)建設(shè)典范工程。

4 工程設(shè)計

節(jié)水灌溉工程體系包括高效節(jié)水灌溉、生態(tài)溝渠治理、生態(tài)坑塘治理、水庫上游生態(tài)緩沖帶、配套路網(wǎng)工程五部分。

4.1 高效節(jié)水灌溉工程

龍門寺節(jié)水灌溉示范區(qū)耕地面積2100畝，規(guī)劃發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)，主要作物為蔬菜、草莓等，水源為龍門寺水庫，通過一級電灌站(現(xiàn)有)提水至牌碑村西郢氧化塘，然后經(jīng)西郢電灌站(新建)二次提水，通過低壓管道輸水至田塊，并預(yù)留分水口，為后期發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)、實施微噴灌打下基礎(chǔ)。此次規(guī)劃設(shè)計主要包括新建西郢電灌站和至田間的主干管網(wǎng)，西郢電灌站設(shè)計流量431m3/h，設(shè)計揚程36.41m，裝機功率75kW；鋪設(shè)PE管道6.2km。

4.2 生態(tài)溝渠治理工程

對園區(qū)未治理溝渠進行清淤、邊坡整治，建設(shè)植被過濾帶，起到緩流攔污、凈化水質(zhì)的作用。在修整后的岸坡上種植根系發(fā)達的草本及濕生植物進行固土護岸，如狗牙根、紫羊茅等，在溝渠底種植凈化效果好的沉水植物，有效降解排入溝渠的農(nóng)田尾水中的COD、NH3-N等污染物，如黑藻、金魚藻。為減輕澇水對溝渠坡腳的淘刷，防止岸坡垮塌，采取松木樁護腳。松木富含松脂，防腐能力良好，有“水上千年杉，水下萬年松”之說。松木樁護岸具有施工周期短、抗沖能力強、經(jīng)濟可行、生態(tài)效果顯著等優(yōu)點，在全國生態(tài)護岸建設(shè)中獲得了廣泛的應(yīng)用。沿溝渠坡腳打入兩排松木樁，梢徑15cm，長1.2m，打入地下至少80cm，樁身刷防腐漆，緊密排列。在松木樁內(nèi)側(cè)鋪設(shè)300mm厚粒徑10～50mm的卵石，外覆300g/m2土工布，形成生態(tài)保護膜。

4.3 生態(tài)坑塘治理工程

為增加調(diào)蓄能力，對園區(qū)未治理坑塘進行清淤擴容和岸坡修整護砌；護岸型式采用C25預(yù)制混凝土帶孔植草磚護砌。植草磚規(guī)格為300×300×100mm(邊長×邊長×厚度)，要求孔隙率不小于35%，下設(shè)300g/m2土工布作為反濾層。鋪裝完畢后用營養(yǎng)土填充磚孔，再植草，常水位以上混播狗牙根、紫羊茅；常水位下0.3m范圍內(nèi)，種植水生植物千屈菜、黃花鳶尾、水蔥，沉水植物選擇黑藻、金魚藻。

為方便管護，改善周邊環(huán)境，沿塘非臨路側(cè)修建環(huán)塘道路，寬3.0m，其中硬化路面2.0m，采用C25預(yù)制混凝土透水磚結(jié)構(gòu)，兩側(cè)各0.5m路肩。為構(gòu)筑沿坑塘生態(tài)綠化帶，近坑塘側(cè)種植花灌木迎春，另一側(cè)種植彩籬紅葉石楠。

4.4 水庫上游生態(tài)緩沖帶工程

在龍門寺水庫上游建設(shè)生態(tài)緩沖帶，占地面積約70hm2，設(shè)計形成“一環(huán)、三區(qū)”的總體布局結(jié)構(gòu)：“一環(huán)”指生態(tài)緩沖環(huán)；“三區(qū)”指生態(tài)核心保護區(qū)、生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)、生態(tài)參與區(qū)，既能夠起到削減污染物、凈化水質(zhì)的作用，更是一處具有獨特魅力、環(huán)境優(yōu)美的生態(tài)游覽地。

緩沖帶植物根據(jù)不同的水位選取凈化能力強、景觀效果好的土著品種。陸地以水杉、香樟、銀杏為骨干樹種，點綴廣玉蘭、女貞、楓楊、烏桕、黃山欒等；灌木可采用迎春、連翹、紅葉石楠等；地被植物可選擇白三葉、二月蘭、紅花酢醬草等。濕地內(nèi)淺水區(qū)以種植蘆葦、茭白、香蒲為主；深水區(qū)種植黑藻、苦草、眼子菜等沉水植物及睡蓮、芡實等浮葉植物；濕地邊坡種植黃花鳶尾、菖蒲、千屈菜等濕生植物。

4.5 配套路網(wǎng)工程

示范區(qū)內(nèi)道路寬窄不一，路面高低不平，雨天路面泥濘；部分硬化道路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)普遍較低，路面較窄且多有破損，大型農(nóng)用機械通行困難，嚴(yán)重影響項目區(qū)機械化生產(chǎn)的發(fā)展，給較大規(guī)模的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)企業(yè)引進帶來了很大困難，嚴(yán)重制約了園區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展。

此次規(guī)劃設(shè)計在既定的路線走廊內(nèi)，結(jié)合沿線地形、地質(zhì)、水文等條件，合理、靈活運用技術(shù)指標(biāo)，線形設(shè)計在安全性原則前提下，順勢而為，平滑舒順，注重生態(tài)和環(huán)保。管護路網(wǎng)道路等級參照四級公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計速度20km/h，標(biāo)準(zhǔn)路基寬度6.5m，雙向兩車道，其中行車道6m、雙側(cè)土路肩各0.25m。路面結(jié)構(gòu)層自上而下為：40mm細(xì)粒式瀝青混凝土(AC-13)、乳化瀝青黏層、60mm中粒式(AC-20)瀝青混凝土、乳化瀝青下封層、150mm水泥穩(wěn)定碎石(5%水泥)、150mm水泥穩(wěn)定碎石(3%水泥)。

5 預(yù)期效益評價

5.1 節(jié)水效益

高效節(jié)水灌溉工程實施后，示范區(qū)灌溉水利用系數(shù)可達到0.9，目前僅為0.6，根據(jù)《安徽省行業(yè)用水定額》(DB/T 679—2014)和灌溉經(jīng)驗，地面灌溉定額為230mm，微灌灌溉定額為150mm。經(jīng)計算，項目實施后可節(jié)約水資源30.33萬m3，節(jié)水效益達到56.52%。

5.2 生態(tài)環(huán)境效益

按照“源頭減量、過程消減、末端凈化”的過程控制體系，通過綜合措施控制灌溉尾水污染，減少了污染物外排，預(yù)計綜合減排效益(見表1)為：每年可削減污染物總量為COD約11.17萬t、NH3-N約0.92萬t、TN約3.34萬t、TP約0.23萬t。

表1 工程減排效益

5.3 經(jīng)濟社會效益

通過節(jié)水灌溉工程建設(shè)，區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件明顯提高，農(nóng)村生活環(huán)境明顯改善，片區(qū)農(nóng)業(yè)逐步由現(xiàn)狀農(nóng)戶的分散經(jīng)營，發(fā)展為規(guī)模化經(jīng)營、產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營等模式的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，極大地提高農(nóng)田單位面積產(chǎn)出，能有效增加當(dāng)?shù)剞r(nóng)民收入，促進經(jīng)濟社會和諧發(fā)展。