北票市涼水河水質(zhì)評(píng)價(jià)及環(huán)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(nóng)村中小河流水環(huán)境問題逐漸受到高度重視，已從單純的河道防洪治理轉(zhuǎn)變成水景觀、水生態(tài)、水環(huán)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(fù)生態(tài)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)，以生態(tài)、文化、景觀理念改造河道及其岸坡的結(jié)構(gòu)形態(tài)，從而增加物種數(shù)量與多樣性，提升水循環(huán)利用率及河道的自我調(diào)節(jié)、自凈功能，配合生態(tài)建設(shè)與河道景觀實(shí)現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展、人水和諧的目標(biāo)[1]。

由于農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施不完善，如缺乏市政污水設(shè)施、垃圾收運(yùn)設(shè)施等，使得流域范圍內(nèi)的污水直排。其中，引起河道水質(zhì)惡化的關(guān)鍵因素有農(nóng)田化肥流失和農(nóng)村面源污染，所以控源截污是改善河道水質(zhì)、從源頭上消滅污染的根本任務(wù)[2]?？紤]到現(xiàn)狀農(nóng)村河道多自然邊坡，其景觀效果和生態(tài)環(huán)境整體較差的實(shí)際情況，文章以實(shí)例工程，提出水環(huán)境、水生態(tài)、水安全、水景觀的整治策略，以期為恢復(fù)潔凈耗氧的河道生態(tài)系統(tǒng)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(nóng)村河道防洪規(guī)劃較少且大多數(shù)并不完整，河道多不規(guī)則的自然邊坡，經(jīng)水流沖刷普遍存在坍塌現(xiàn)象。因此，為了增強(qiáng)河道的滯洪補(bǔ)枯、消減能量和調(diào)蓄洪水功能，必須科學(xué)的設(shè)計(jì)水安全。

1.1 設(shè)計(jì)洪峰流量

首先，防洪標(biāo)準(zhǔn)的確定要全面考慮耕地面積、人口規(guī)模等因素，并對(duì)河長(zhǎng)、平均坡降、流域面積等特征按照大比例地形圖測(cè)算。然后，按照有、無水文資料兩種情況計(jì)算防洪設(shè)計(jì)流量，即利用歷史洪水資料和當(dāng)?shù)乇┯陥D集、水文手冊(cè)確定設(shè)計(jì)洪峰流量。

1.2 現(xiàn)狀過流能力復(fù)核

采用一維恒定流HEC -RAS模型，結(jié)合實(shí)測(cè)跨河建筑物(橋梁、閘等)尺寸和河道橫、縱斷面資料計(jì)算水面線，以該運(yùn)算結(jié)果作為后續(xù)設(shè)計(jì)及河道現(xiàn)狀過流能力評(píng)判依據(jù)。

1.3 河道設(shè)計(jì)

綜合考慮河道農(nóng)田灌溉要求、上下游邊界高程、沿程跨河建筑物及現(xiàn)狀河底高程等因素合理設(shè)計(jì)縱斷面，應(yīng)遵循的原則為：(1)河道縱坡走向要最大程度的與現(xiàn)狀縱坡相一致，結(jié)合現(xiàn)狀實(shí)際情況分段擬定縱坡；(2)盡量實(shí)現(xiàn)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(shì)穩(wěn)定且不出現(xiàn)河道游蕩的情況。

充分考慮現(xiàn)狀地形條件、生態(tài)景觀要求等因素科學(xué)設(shè)計(jì)河道的橫斷面及其形式，在達(dá)到防洪要求的基礎(chǔ)上最大限度的減少土方開挖，應(yīng)將生態(tài)景觀與設(shè)計(jì)流速相結(jié)合綜合確定護(hù)岸型式，同時(shí)合理設(shè)計(jì)護(hù)腳。

2 水環(huán)境

受人類活動(dòng)影響農(nóng)村中小河流水環(huán)境問題日趨突出，加之農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施薄弱、環(huán)保投資力度不足，致使內(nèi)源、點(diǎn)源和面源污染不斷加劇，河流水質(zhì)呈持續(xù)惡化的趨勢(shì)。

2.1 污染源分析

(1) 點(diǎn)源污染。這種污染源主要有工業(yè)、餐飲服務(wù)業(yè)及規(guī)模禽畜養(yǎng)殖產(chǎn)生的污水，經(jīng)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(nóng)田耕作、農(nóng)村徑流和生活污水散排等，因基礎(chǔ)設(shè)施薄弱缺少必要的垃圾收運(yùn)設(shè)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(nóng)田化肥、農(nóng)藥流入河道。

(3) 內(nèi)源污染。在各種生物、化學(xué)和物理作用下，流入河道內(nèi)的營養(yǎng)物逐漸沉降至河底表層，從特定的化學(xué)和物理?xiàng)l件下從底泥中釋放再次進(jìn)入水中，由此產(chǎn)生的內(nèi)源污染。

2.2 基礎(chǔ)資料搜集

首先，收集整理流域內(nèi)的各類污染源數(shù)據(jù)資料，其中點(diǎn)源污染資料收集應(yīng)包括工業(yè)污染廠房位置、餐飲業(yè)規(guī)模、禽畜養(yǎng)殖數(shù)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(guī)模養(yǎng)殖數(shù)量、禽畜種類、養(yǎng)殖點(diǎn)位置、化肥施用量、農(nóng)田面積、散養(yǎng)家禽種類與數(shù)量、農(nóng)村位置及人口等數(shù)據(jù)。

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(xiàn)率，通過調(diào)查分析流域內(nèi)的污染源確定每個(gè)污染物的總量。

一般地，點(diǎn)源污染是指工業(yè)、餐飲服務(wù)業(yè)和規(guī)模禽畜養(yǎng)殖所產(chǎn)生的污水。對(duì)于工業(yè)污水，各工業(yè)單位提供污染物含量和污水量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；針對(duì)餐飲服務(wù)業(yè)，要分區(qū)、分城市類別按照第二分冊(cè)查得流域所在地區(qū)的垃圾產(chǎn)生量、污水量、TN、TP、COD量；對(duì)規(guī)模禽畜養(yǎng)殖的TN、TP、BOD5、COD等污染物年排放量，按排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的污染物濃度和排水量計(jì)算。

面源污染一般涉及水土流失、農(nóng)田耕作、農(nóng)村徑流和生活污水散排等。其中，水土流失所產(chǎn)生的污染物總量應(yīng)考慮過程滯留量系數(shù)、土壤內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)含量及當(dāng)?shù)赝寥狼治g模數(shù)等參數(shù)確定；農(nóng)田徑流污染物量應(yīng)利用標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田源強(qiáng)系數(shù)，經(jīng)降雨量、化肥施用量以及地形坡度修正合理計(jì)算；由于農(nóng)村缺少必要的垃圾收運(yùn)設(shè)施，加之污水管網(wǎng)系統(tǒng)不夠完善，散養(yǎng)家禽及農(nóng)村生活垃圾是徑流面源污染主要來源，所以農(nóng)村面源污染可按照污染物排放系數(shù)、散養(yǎng)家禽數(shù)量、人均產(chǎn)生垃圾指標(biāo)、農(nóng)村人口數(shù)量來計(jì)算；分區(qū)、分城市類別，按第一手冊(cè)確定流域所在地區(qū)的生活污水量及產(chǎn)排污系數(shù)，并確定TP、TN、BOD5及COD濃度，鑒于該數(shù)據(jù)僅適用于城鎮(zhèn)居民而沒有具體的農(nóng)村生活污水量標(biāo)準(zhǔn)，可結(jié)合文獻(xiàn)資料、地方排污系數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)用水定額綜合確定。

內(nèi)源污染是污染物從河道底泥中向水體釋放所產(chǎn)生的污染，其中最常見的內(nèi)源污染有難降解的有機(jī)物、重金屬和氮磷營養(yǎng)鹽等。pH值、溫度、溶解氧等河底環(huán)境因子擾動(dòng)與內(nèi)源釋放量有關(guān)，可借鑒同區(qū)域有關(guān)研究資料確定底泥釋放系數(shù)和內(nèi)源污染負(fù)荷量。

綜上分析，結(jié)合各污染源產(chǎn)生的污染物量可以計(jì)算對(duì)污染污染的貢獻(xiàn)程度。

2.4 水環(huán)境治理措施

以解析的污染物量為基礎(chǔ)分析造成污染的主、次要原因，在此基礎(chǔ)上實(shí)施有效的治理措施。例如，將餐飲服務(wù)業(yè)及農(nóng)村生活產(chǎn)生的污廢水納入村系污水收集與處理系統(tǒng)，同時(shí)實(shí)施控源截污整治；對(duì)于生活垃圾、人畜糞便及散養(yǎng)家禽造成的面源污染，要加快完善垃圾收運(yùn)系統(tǒng)和農(nóng)村旱廁改水廁進(jìn)程，要求規(guī)模養(yǎng)殖廢水達(dá)標(biāo)處理，嚴(yán)禁未達(dá)標(biāo)廢水隨意排放；對(duì)于農(nóng)田面源污染要減少農(nóng)藥胡斐的施用量，積極推進(jìn)節(jié)水灌溉、科學(xué)種植和生態(tài)灌渠建設(shè)，并采用發(fā)酵技術(shù)循環(huán)利用廢棄的農(nóng)作物秸稈；對(duì)于內(nèi)源污染可采取清淤疏浚措施，考慮河道的縱坡降實(shí)行河內(nèi)農(nóng)業(yè)垃圾清理。

3 水生態(tài)與水景觀

水生態(tài)是指微生物、動(dòng)物、植物在河道范圍內(nèi)形成的小型生態(tài)系統(tǒng)，隨著城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn)，河道治理過于強(qiáng)調(diào)其防洪功能，而對(duì)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(xiàn)象普遍存在，不僅加劇了河流水質(zhì)和水生態(tài)的惡化，極大地降低了水環(huán)境容量，而且對(duì)水生、濕生動(dòng)植物的生存發(fā)展造成不利影響。因此，分析水生態(tài)時(shí)，應(yīng)全面考慮棲息地、生物類型、水環(huán)境及水文水資源等因素，對(duì)水環(huán)境現(xiàn)狀進(jìn)行合理評(píng)價(jià)；然后，通過挖河增水、建設(shè)翻板閘、人為營造脈沖，以多孔材質(zhì)建設(shè)生態(tài)岸坡等，確保沿河串接濕地、池塘、沼澤得以恢復(fù)，形成河流時(shí)緩時(shí)急、河道深灘-階梯、河水經(jīng)常漫過河岸的結(jié)構(gòu)形式，創(chuàng)造適于各生物生存的環(huán)境，為水生動(dòng)植物棲息及水生、濕生植物生長(zhǎng)提供適宜的空間，增加生境復(fù)雜多樣性。

依據(jù)規(guī)劃定位合理設(shè)置景觀節(jié)點(diǎn)，通過建設(shè)親水平臺(tái)、濱水景觀等提高河道的親水性，為實(shí)現(xiàn)凈水目標(biāo)還可加入海綿設(shè)施，在為居民提供休憩場(chǎng)所的同時(shí)還可形成良好的生態(tài)景觀效果。

4 實(shí)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(jí)支流，流經(jīng)西官營鎮(zhèn)、大三家鄉(xiāng)、臺(tái)吉鎮(zhèn)和涼水河鄉(xiāng)等地后匯入白石水庫，河道總長(zhǎng)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(jié)性河流，徑流量多以洪水方式下泄，非汛期時(shí)河道徑流很小，基本斷流。

涼水河流域內(nèi)山多坡陡，石質(zhì)山較多，植被較差，水土流失比較嚴(yán)重，河水含沙量較大。該流域?qū)儆谥袦貛Ъ撅L(fēng)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(duì)濕度38%～82%，無霜期130～150 d，日照時(shí)數(shù)為2 500～2 900 h。涼水河流域的降水主要受華北氣旋、臺(tái)風(fēng)及低氣壓影響，年降雨為450 mm左右，降雨在年內(nèi)、年際之間變化較大，分配極不均勻，多集中在7、8兩個(gè)月，占全年降雨70%。

結(jié)合涼水河水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料，2010-2020年流域內(nèi)TP、TN、BOD5、COD的平均濃度值，如圖1。

圖1 涼水河月尺度水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

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(zhì)相對(duì)較差。根據(jù)收集的流域內(nèi)化肥施用量、農(nóng)田種植面積、服務(wù)業(yè)統(tǒng)計(jì)、牲畜及人口數(shù)量等數(shù)據(jù)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(fù)荷量 t/a

從表1看出，涼水河年COD入河量可以達(dá)到3 158.73 t，其中人畜糞便、生活污水和服務(wù)業(yè)為主要來源，三者的貢獻(xiàn)率基本相當(dāng)；年BOD入河量可以達(dá)到1 458.12 t，其中人畜糞便和生活污水對(duì)BOD的貢獻(xiàn)率為57.36%、42.64%；年TN入河量可以達(dá)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(dá)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(nóng)業(yè)化肥、人畜糞便、生活污水和餐飲服務(wù)業(yè)，所以面源與電源污染應(yīng)作為控制的重點(diǎn)。為提升涼水河水景觀、保證水安全以及解決水環(huán)境問題，可以采取生態(tài)護(hù)岸建設(shè)、水環(huán)境整治、景觀提升和生態(tài)治理等綜合整治措施[3-5]。

4.2 生態(tài)護(hù)岸建設(shè)

生態(tài)護(hù)岸建設(shè)主要是將原混凝土、塊石結(jié)構(gòu)拆除，將其改造成適于水生動(dòng)植物生長(zhǎng)的近自然生態(tài)護(hù)坡，護(hù)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(tài)磚”。為防止土壤侵蝕及維護(hù)河岸穩(wěn)定，可將濕生或水生植物種植于護(hù)岸上，植物根系在土壤介質(zhì)中交錯(cuò)分布有利于提高河岸的表層強(qiáng)度及其穩(wěn)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(hù)岸交錯(cuò)的生態(tài)活躍區(qū)，可以減緩水流速度，為生物棲息創(chuàng)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(xué)作用，增強(qiáng)河流的凈化功能。此外，生態(tài)護(hù)岸還具有涵養(yǎng)水分、滯洪補(bǔ)枯、減緩流速和消減洪水能量等作用。

4.3 水環(huán)境整治

依據(jù)污染源解析結(jié)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(nóng)村污水整治應(yīng)作為水環(huán)境整治的重點(diǎn)。

流域內(nèi)多旱廁且村落較分散，無系統(tǒng)的排水管網(wǎng)且排水體系以雨、污混合流為主，生活污水及雨水經(jīng)路邊暗溝或明渠進(jìn)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(shè)施與污水管網(wǎng)系統(tǒng)，對(duì)此亟需實(shí)行截污治理，其總體思路為：將農(nóng)村污水利用新建的截污管引流至污水處理系統(tǒng)，鑒于人口稀少、村落分散的特點(diǎn)推薦選用一體化污水處理系統(tǒng)，經(jīng)反復(fù)論證和比選確定污水處理設(shè)施為一體化A2/O系統(tǒng)。

為解決枯水期水質(zhì)較差的問題擬建設(shè)5萬 t/d處理規(guī)模的人工濕地，通過設(shè)堰將中下游河水引入濕地，達(dá)標(biāo)處理后排入河流。結(jié)合涼水河逐月枯水期徑流資料，該規(guī)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(jié)合城鄉(xiāng)規(guī)劃，將以文化為載體的景觀帶設(shè)置于河道兩岸5～15 m范圍內(nèi)，并考慮生態(tài)景觀要求和現(xiàn)狀地形條件，引入海綿城市理念把“快排”系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)椤奥拧?，從而達(dá)到后排水先滲透的目的，設(shè)置雨水濕地、生物滯留帶、下沉綠地、生態(tài)溝和面源污染隔離帶等，在消減面源污染的基礎(chǔ)上滿足生態(tài)景觀需求。

4.5 生態(tài)措施

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

5 結(jié)語

農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，加之過去環(huán)保意識(shí)淡薄、農(nóng)藥化肥施用過量等，農(nóng)村河流水體污染問題突出。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生態(tài)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，農(nóng)村環(huán)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(tài)、水環(huán)境、水安全整治的對(duì)策，研究成果可為農(nóng)村河流生態(tài)修復(fù)方案設(shè)計(jì)提供參考，為實(shí)現(xiàn)河道防洪排澇、農(nóng)田灌溉、生態(tài)保護(hù)等目標(biāo)提供保障。