典型農(nóng)村河道水環(huán)境治理及效果評估
——以宗家橋河為例

蔣 詠， 張 民， 胡曉雨， 蓋永偉， 閆人華

(1.江蘇省水資源服務(wù)中心， 江蘇 南京 210029;2.中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所， 江蘇 南京 210008)

農(nóng)村河道通常指流經(jīng)或分布在廣大農(nóng)村地區(qū)，具有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活、生態(tài)等公共服務(wù)功能的縣級、鄉(xiāng)級河道及農(nóng)村(村莊)河塘溝渠的總稱。農(nóng)村河道是農(nóng)村大地的脈管系統(tǒng)，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的生命線，承擔(dān)著農(nóng)業(yè)灌溉排澇、調(diào)蓄分洪、船舶運(yùn)輸?shù)然A(chǔ)性功能，同時(shí)又是農(nóng)村地區(qū)生態(tài)和環(huán)境的重要載體[1]。近年來，隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，農(nóng)業(yè)面源、畜禽養(yǎng)殖、生活直排等污染物大量排放，加之河道淤積嚴(yán)重，造成農(nóng)村河道水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量急劇下降。同時(shí)，由于管理和投入滯后，農(nóng)村河道逐漸退化成雜草叢生、垃圾堆積的臭水溝，極大削弱了農(nóng)村河道功能，嚴(yán)重影響農(nóng)村的生產(chǎn)生活環(huán)境和廣大農(nóng)村群眾的健康生活[2-3]。江蘇省地處江、淮、沂沭泗諸河下游，河網(wǎng)密布，特別是農(nóng)村河道眾多，鄉(xiāng)鎮(zhèn)級河道多達(dá)2萬余條，但農(nóng)村河道水環(huán)境現(xiàn)狀不容樂觀，水環(huán)境治理迫在眉睫。本文以宗家橋河為典型農(nóng)村河道，分析診斷水環(huán)境問題、總結(jié)水環(huán)境治理措施、評估治理效果，以期為江蘇省農(nóng)村河道水環(huán)境治理提供借鑒與參考。

1 宗家橋河水環(huán)境問題診斷

1.1 區(qū)域概況

宗家橋河位于江蘇省宜興市新莊街道新塍社區(qū)，河道長1.5 km。該區(qū)域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)性氣候區(qū)，全年溫暖濕潤，年平均氣溫15.7℃，夏季最熱月平均氣溫28.3℃。日照較足，7～8月日照時(shí)數(shù)最多。降水豐沛，年均雨日136.6 d，年均降水量1 177 mm，春夏雨水集中。區(qū)域河流水系流向?yàn)樽晕鞅毕驏|南，同時(shí)受風(fēng)向、風(fēng)速影響，偶爾出現(xiàn)下游太湖水倒灌現(xiàn)象。區(qū)域經(jīng)濟(jì)主要以農(nóng)業(yè)種植為主，農(nóng)作物一年可2～3熟，以水稻和小麥(一年2季)為主，油菜、蔬菜為輔。

1.2 污染特征分析

為分析宗家橋河污染特征，在河道上共布設(shè)6個(gè)采樣監(jiān)測站點(diǎn)(圖1)，分別于豐水期(2016年8月)和枯水期(2017年3月)對宗家橋河進(jìn)行采樣調(diào)查。經(jīng)分析，宗家橋河水環(huán)境治理前，TN平均質(zhì)量濃度為4.77 mg/L，TP平均質(zhì)量濃度為0.21 mg/L，CODMn平均質(zhì)量濃度為7.68 mg/L，氨氮平均質(zhì)量濃度為1.57 mg/L(圖2)。TN和氨氮是河道的首要污染因子，直接導(dǎo)致宗家橋河水質(zhì)綜合評價(jià)為劣Ⅴ類。

圖1 宗家橋河位置及采樣點(diǎn)位圖

1.3 污染負(fù)荷調(diào)查

據(jù)實(shí)地調(diào)查，宗家橋河污染源主要包括居民生活污水、生活垃圾、畜禽養(yǎng)殖糞尿、降雨徑流污染和底泥釋放等5大類型。其中居民生活污水、生活垃圾和畜禽養(yǎng)殖糞尿采用輸出系數(shù)模型法計(jì)算[4-5]，降雨徑流污染采用圩區(qū)水文模型計(jì)算[6]，底泥釋放通過靜態(tài)釋放試驗(yàn)確定。經(jīng)計(jì)算，宗家橋河區(qū)域范圍內(nèi)污染物TN、TP、CODMn、氨氮入河量分別為10.87 t/a、0.69 t/a、88.99 t/a、4.38 t/a。各類污染負(fù)荷，見表1。宗家橋河污染以農(nóng)業(yè)面源和農(nóng)村生活污染為主，農(nóng)業(yè)退水、農(nóng)村生活污水直接或間接排入河流水體，成為該河道水體污染的主要原因，這也是江蘇省眾多農(nóng)村河道典型的污染特征。同時(shí)，宗家橋河多年來淤積嚴(yán)重，內(nèi)源污染負(fù)荷也較高。污染源空間分散，居民居住地不集中，農(nóng)村居民環(huán)保意識薄弱，導(dǎo)致了農(nóng)村河道污染防治難度較大。

表1 宗家橋河污染負(fù)荷及來源解析單位：t/a

圖2 宗家橋河水環(huán)境治理前水體主要污染物質(zhì)量濃度

2 宗家橋河水環(huán)境治理措施

2.1 外源治理

(1)農(nóng)業(yè)面源源頭控制

選取宗家橋河附近農(nóng)田作為集中示范區(qū)域。針對區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，開展化肥投入減量、緩控肥替代、有機(jī)肥替代、輪作制度調(diào)整等4類源頭減量技術(shù)應(yīng)用。試驗(yàn)監(jiān)測結(jié)果表明，緩控釋肥一基一追技術(shù)、有機(jī)無機(jī)配施技術(shù)以及純化肥減氮技術(shù)均能在減少化肥氮用量20%以上的基礎(chǔ)上保證農(nóng)戶產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)收益，并減少環(huán)境排放量，可以在本區(qū)域內(nèi)進(jìn)行推廣。

(2)社區(qū)生活污水截污與原位凈化

針對社區(qū)生活污水和排污口，實(shí)施沿河截污納管工程，將生活污水引流至集中處理地段凈化處置。針對部分生活污水明渠溝塘，在居民區(qū)利用廢棄低洼溝塘建設(shè)3處氧化塘，原位處理生活污水?？紤]到宗家橋河水體氮素偏高的問題，特別是總氮偏高，反硝化速率偏低，脫氮能力不足等問題，主要采用天然沸石作為生物濾池填料、蘆葦秸稈作為反硝化固體碳源構(gòu)建后置反硝化生物濾池(Post-DBF工藝)就地處理生活污水，削減宗家河水體氮素的污染負(fù)荷。

(3) 生活垃圾分類回收和資源化利用

水環(huán)境治理前，宗家橋河沿河兩側(cè)設(shè)置有大量的旱廁和簡易垃圾池，大量未經(jīng)任何處理的糞便、垃圾進(jìn)入河道，造成河道水質(zhì)惡化。為此，撤除了沿河原有的旱廁和垃圾池，并在沿岸投放36個(gè)塑料垃圾箱，包括18個(gè)可回收垃圾箱、18個(gè)不可回收垃圾箱。同時(shí)，加強(qiáng)環(huán)保宣教，引導(dǎo)生活垃圾、餐廚廢棄物分類回收工作?？苫厥盏牟糠炙椭翉U品收購站；有毒有害垃圾送至垃圾站焚燒和填埋處置。

2.2 生態(tài)清淤

2.3 水生態(tài)修復(fù)

2.3.1 生態(tài)塘(氧化塘)工程

為控制農(nóng)業(yè)面源污染，利用宗家橋河兩岸多處已經(jīng)廢棄的溝塘，建設(shè)8處生態(tài)凈化塘(氧化塘)，充分發(fā)揮釋污納污的效果。在基本不占用居民區(qū)及農(nóng)田的前提下，因地制宜，對廢棄溝塘采取雜物清理、岸坡整修，水生植物種植等生態(tài)凈化改造措施，構(gòu)建生態(tài)塘，將農(nóng)業(yè)面源污染引流至生態(tài)塘及自然濕地，以削減氮磷營養(yǎng)鹽負(fù)荷。此舉不僅有效控制了宗家河農(nóng)業(yè)面源污染，還增加了河岸景觀效果。跟蹤監(jiān)測結(jié)果表明，氧化塘可有效削減農(nóng)田面源TN、TP污染量分別約32%和40%。

2.3.2 生態(tài)護(hù)岸與挺水植物凈化工程

河道堤岸及其基底是水生態(tài)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)要素的承載體，堤岸形式與基底形態(tài)及高低在很大程度上決定了系統(tǒng)生物要素成分和組成結(jié)構(gòu)。因此要修復(fù)河流濕地，首先要進(jìn)行堤岸改造與基底修復(fù)，營造適合各種濕地植物生長的生境條件。宗家橋河多數(shù)堤岸為崩岸帶，沖刷較為嚴(yán)重，岸邊斷斷續(xù)續(xù)生長茭草和蘆葦，但由于岸坡陡直，且水深超過1 m，挺水植物難以發(fā)展、擴(kuò)增。宗家橋河基底改造主要利用臨近河道疏挖的底泥進(jìn)行邊坡修整，最大限度實(shí)現(xiàn)土方平衡。在宗家橋河核心區(qū)實(shí)施生態(tài)護(hù)岸與挺水植物凈化工程，完成木樁生態(tài)護(hù)岸510 m，共使用木樁5 240根，并將河道清淤的底泥填入木樁護(hù)岸中，木樁內(nèi)墊土520 m3；非打樁部分岸坡完成垃圾雜物清理2 100 m，共計(jì)完成堆土及邊坡修整2 220 m3。同時(shí)，沿岸種植黃菖蒲、再力花、美人蕉、千屈菜等多種挺水植物，種植面積達(dá)3 000 m2。木樁生態(tài)護(hù)岸建立了陸地生態(tài)系統(tǒng)與水生生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)及能量交換通道，有利于恢復(fù)健康生態(tài)系統(tǒng)，此外，挺水植物有利于凈化水質(zhì)，強(qiáng)化宗家橋河水質(zhì)提升。

2.3.3 組合生態(tài)浮床工程

為改善與修復(fù)水體環(huán)境，在宗家橋河示范區(qū)實(shí)施生態(tài)浮床工程，共布置生態(tài)浮床196個(gè)，浮床面積5 650 m2，鋪設(shè)尼龍網(wǎng)1 568 m2，固定鐵錨196個(gè)，懸掛彈性填料350 m3，并在浮床上種植粉綠狐尾藻5 t。植物浮床由PVC管制作成面積為11.46 m2和20.37 m22種規(guī)格的圓形浮床，中間利用織網(wǎng)固定水生植物，防止植物因水體流動或者風(fēng)力等原因隨意飄散。以綠狐尾藻作為浮床植物，綠狐尾藻屬多年生挺水或沉水植物，其適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)，生長速度快，除具觀賞性外，綠狐尾藻對污水具有較強(qiáng)的凈化能力，既能增強(qiáng)硝化和反硝化的除氮作用，又能夠產(chǎn)生化感物質(zhì)抑制藻類的生長。水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果顯示，在浮床生長旺盛的季節(jié)，生態(tài)浮床對宗家橋河水質(zhì)改善作用較為明顯。

3 宗家橋河治理效果評估

宗家橋河水質(zhì)監(jiān)測跟蹤結(jié)果顯示，水環(huán)境治理措施能有效改善河道水質(zhì)，TN、TP、CODMn、氨氮等各項(xiàng)指標(biāo)均呈現(xiàn)下降趨勢(圖3)。水環(huán)境治理對宗家橋河氮素削減明顯，TN和氨氮均呈現(xiàn)波動式下降趨勢，其中氨氮下降最為明顯，至2018年7月，氨氮質(zhì)量濃度小于1 mg/L，水質(zhì)類別達(dá)到Ⅲ類，TN質(zhì)量濃度小于3 mg/L。水環(huán)境治理可以有效削減TP含量，治理前TP水質(zhì)類別為Ⅳ類，至2018年2月TP質(zhì)量濃度明顯下降，后期雖有上升，但均低于0.2 mg/L，水質(zhì)類別提升至Ⅲ類。水環(huán)境治理對CODMn有明顯的控制效果，2017年10月CODMn出現(xiàn)短暫低值，水質(zhì)類別從Ⅴ類躍升至Ⅲ類，而后出現(xiàn)反彈，說明前階段的治理措施能快速有效降低CODMn質(zhì)量濃度，但CODMn不能長期保持在較低質(zhì)量濃度，甚至有上升趨勢。建議后期增加曝氣裝置，逐步降低有機(jī)物濃度，控制CODMn。

圖3 宗家橋河治理效果跟蹤監(jiān)測結(jié)果

4 結(jié) 語

結(jié)合宗家橋河水環(huán)境治理案例，摸索提煉出江蘇省農(nóng)村河道水環(huán)境治理路徑：(1)農(nóng)村河道多以農(nóng)村生活和農(nóng)業(yè)面源污染為主，農(nóng)業(yè)面源源頭控制、社區(qū)生活污水截污與原位凈化、生活垃圾分類回收和資源化利用等截污控污措施是治理成敗的關(guān)鍵；(2)農(nóng)村河道周邊溝塘較多，結(jié)合溝塘生態(tài)改造的外源污染攔截技術(shù)是解決農(nóng)村河道外源污染入河的有效手段；(3)農(nóng)村河道自然岸段較多，結(jié)合生態(tài)清淤和河岸整治的水生態(tài)修復(fù)措施是構(gòu)建健康河道水生態(tài)系統(tǒng)的有效方法。