內(nèi)蒙古河套灌區(qū)灌排體系現(xiàn)狀及污染變化規(guī)律

丁夏平，王 瑞

(內(nèi)蒙古河套灌區(qū)水利發(fā)展中心，內(nèi)蒙古 臨河 015000)

內(nèi)蒙古河套地區(qū)地處黃河幾字彎頂端，是全國(guó)三大灌區(qū)之一，也是亞洲最大的一首制自流引水灌區(qū)，是國(guó)家重要的商品糧基地，素有“塞上江南”“塞外糧倉(cāng)”的美譽(yù)[1-2]。經(jīng)過多年的發(fā)展，灌區(qū)引黃灌溉面積已由解放初期20.0萬hm2發(fā)展到如今的57.4萬hm2。因此，有必要對(duì)灌區(qū)灌排體系現(xiàn)狀和污染變化規(guī)律進(jìn)行研究，為灌區(qū)的科學(xué)管理和相關(guān)規(guī)劃決策提供理論依據(jù)[3]。

1 內(nèi)蒙古河套灌區(qū)灌排體系

1.1 灌區(qū)渠系工程

河套灌區(qū)位于巴彥淖爾市南部，橫跨七個(gè)旗、縣、區(qū)以及包頭郊區(qū)少部分地區(qū)，東西長(zhǎng)300 km，南北寬50～80 km，總土地面積111.9萬hm2，實(shí)際灌溉面積57.4萬hm2。由烏蘭布和灌域、解放閘灌域、永濟(jì)灌域、義長(zhǎng)灌域及烏拉特灌域等組成，從三盛公水利樞紐引水，經(jīng)由180.85 km的總干渠向五個(gè)灌域供水，農(nóng)田排水經(jīng)各級(jí)排水溝道后，退水至228.00 km的總排干溝，以烏梁素海作為排水承泄區(qū)，通過13條干渠、12條干溝控制整個(gè)灌區(qū)的灌溉排水，形成一個(gè)帶狀形有灌有排的一首制灌區(qū)，是亞洲最大的一首制自流引黃灌溉區(qū)[4-6]。

河套灌區(qū)灌水系統(tǒng)由總干、干、分干、支、斗、農(nóng)、毛七級(jí)組成，現(xiàn)狀渠系水利用系數(shù)0.48?，F(xiàn)有總干渠1條，全長(zhǎng)180.85 km；干渠13條，總長(zhǎng)779.70 km；分干渠48條，支渠339條，斗、農(nóng)、毛共85 522條。排水系統(tǒng)也設(shè)七級(jí)，總排干溝1條，全長(zhǎng)228.00 km；干溝12條，全長(zhǎng)503.00 km；分干溝59條，支溝297條，斗、農(nóng)、毛溝17 322條。

1.2 總排干現(xiàn)狀

總排干溝是河套灌區(qū)排水系統(tǒng)的骨干工程。全長(zhǎng)257.283 km，控制灌區(qū)排水面積75.8萬hm2，控制山洪洪水面積13 313 km2?？偱鸥蓽鲜呛犹坠鄥^(qū)保爾套勒蓋灌域和后套灌域的排水、灌溉退水和灌區(qū)北部狼山山洪水排泄入黃的唯一通道，共有匯入口115個(gè)，主要排干溝一至七排直接匯入。排水工程最大排水能力約100 m3/s，主要包括烏毛計(jì)泄水閘、總排干溝1號(hào)泵站和2號(hào)泵站。

總排干溝全線由三段組成。第一段為總排干溝主干段，西起杭錦后旗張大圪旦村，東至紅圪卜揚(yáng)水站，揚(yáng)水進(jìn)入烏梁素海，全長(zhǎng)203.283 km，控制排水面積64.5萬hm2。第二段為烏梁素海段，其水域長(zhǎng)30 km，它對(duì)河套灌區(qū)排水、退水及山洪水起著調(diào)蓄水量的作用，控制排水面積9.0萬hm2。第三段為總排干溝出口段，由烏梁素海南端烏毛計(jì)泄水閘至黃河三湖河口入黃河，全長(zhǎng)24.75 km，控制排水面積2.3萬hm2。

經(jīng)過多年的運(yùn)行，總排干溝部分溝道旱臺(tái)塌坡、淤積嚴(yán)重，溝道過水?dāng)嗝鏈p小，達(dá)不到設(shè)計(jì)排水能力。由于總排干溝排水不暢，致使溝中水位較高，各分干溝匯入口由于受到總排干溝水位的頂托，排水不暢，在水位高時(shí)出現(xiàn)倒灌現(xiàn)象，對(duì)兩岸的耕地造成陰滲返鹽現(xiàn)象。原設(shè)計(jì)排清水的總排干，現(xiàn)在為烏梁素海補(bǔ)水輸黃河水，水中泥沙含量較高，造成總排干淤積。近幾年對(duì)烏梁素海進(jìn)行凌汛分洪補(bǔ)水，流凌水中冰塊對(duì)兩岸邊坡的撞擊、剮蹭等作用，造成部分河段塌坡嚴(yán)重，尤以彎道凹岸最為嚴(yán)重。因此，總排干溝急需整治。

2 灌區(qū)水污染變化規(guī)律

根據(jù)巴彥淖爾市水功能區(qū)劃，河套灌區(qū)各級(jí)渠系為農(nóng)業(yè)用水區(qū)，水質(zhì)現(xiàn)狀Ⅳ類，目標(biāo)水質(zhì)Ⅳ類；三、五、七排干溝、紅衛(wèi)分干溝、西樂分干溝以及三排干以下總排干溝段為排污控制區(qū)，要接納杭后陜壩鎮(zhèn)、臨河城區(qū)、五原隆興昌鎮(zhèn)和磴口巴彥高勒鎮(zhèn)的生活工業(yè)廢污水，現(xiàn)狀水質(zhì)劣于Ⅴ類，目標(biāo)水質(zhì)Ⅴ類；其余分干溝以上排水溝系，包括三排干以上總排干溝段是中水利用的工業(yè)用水區(qū)，水質(zhì)現(xiàn)狀Ⅳ-Ⅴ類，目標(biāo)水質(zhì)Ⅳ類。

2.1 總排干水質(zhì)分析

根據(jù)總排干上游四支、銀定圖、美林橋和紅圪卜四個(gè)斷面2013—2017年的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，選取化學(xué)需氧量(COD)、氨氮(NH3-N)、總氮(TN)、總磷(TP)等4項(xiàng)指標(biāo)作為代表性指標(biāo)，對(duì)比地表Ⅴ類水質(zhì)濃度限值，來分析總排干水環(huán)境現(xiàn)狀?？偱鸥伤膫€(gè)監(jiān)測(cè)斷面COD、NH3-N、TN、TP濃度的年際變化情況如圖1～圖4所示。

圖1 總排干各斷面COD濃度年際變化

圖2 總排干各斷面NH3-N濃度年際變化

圖3 總排干各斷面TN濃度年際變化

圖4 總排干各斷面TP濃度年際變化

根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，總排干上游的四支斷面相對(duì)其他斷面水質(zhì)較好，但COD、TN多年平均濃度超地表Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。美林橋、紅圪卜斷面的4項(xiàng)指標(biāo)均超地表Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，為劣Ⅴ類水體。4項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)最嚴(yán)重的斷面均在美林橋，這與處在上游的七排干接納五原縣城鎮(zhèn)及工業(yè)污水有關(guān)；在銀定圖斷面下游，隨著匯入總排干的水量增加，污染物得到稀釋及降解，其濃度呈降低趨勢(shì)。

COD方面，四個(gè)斷面的多年平均濃度均超過地表Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，超標(biāo)最嚴(yán)重的斷面在美林橋。從2015年4月開始，四個(gè)斷面的COD濃度隨時(shí)間變化幅度減小，總體呈下降趨勢(shì)。年內(nèi)波動(dòng)較大，冰封期多劣于Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)，凌汛后期明顯回落，灌溉初期又急速上升，之后顯著降低并趨于穩(wěn)定，優(yōu)于Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)。

NH3-N方面，四支斷面指標(biāo)監(jiān)測(cè)數(shù)值良好，多年均優(yōu)于Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)，且變化幅度較小；銀定圖、美林橋和紅圪卜斷面的超標(biāo)率接近，分別為22.9%、28.6%和25.7%，總體變化趨勢(shì)相同，其中銀定圖斷面波動(dòng)幅度相對(duì)較小。年內(nèi)冰封期和凌汛后期數(shù)值偏高，劣于Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)，其余時(shí)期均保持穩(wěn)定，且優(yōu)于Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)。

TN方面，四個(gè)斷面TN多年平均濃度均超過地表Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，超標(biāo)最嚴(yán)重的斷面在美林橋，四支、銀定圖、美林和紅圪卜的超標(biāo)率分別為62.9%、91.4%、97.1%和97.1%；指標(biāo)整體變化趨勢(shì)相同，多年基本保持穩(wěn)定，年內(nèi)波動(dòng)較大，在冰封期和凌汛后期較高，其余時(shí)期趨于平穩(wěn)。

TP方面，四支斷面和銀定圖斷面TP指標(biāo)監(jiān)測(cè)數(shù)值良好，幾乎均優(yōu)于Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)，且變化幅度較?。幻懒謽蚝图t圪卜斷面多年平均濃度超過Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)，總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，自2014年5月起趨于平穩(wěn)；超標(biāo)最嚴(yán)重的斷面在美林橋，超標(biāo)率為34.3%。年內(nèi)冰封期、凌汛后期和灌溉初期數(shù)值偏高，其余時(shí)期基本保持不變。

2.2 各排干水質(zhì)分析

根據(jù)2015—2017年逐月的各排干水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料，選取化學(xué)需氧量、氨氮、總氮、總磷等4項(xiàng)指標(biāo)作為代表性指標(biāo)，對(duì)比地表V類水質(zhì)濃度限值，評(píng)價(jià)各排干水環(huán)境現(xiàn)狀。

根據(jù)COD監(jiān)測(cè)結(jié)果，一排干和二排干水質(zhì)較好，其余排干超標(biāo)率較高。三排干、四排干、六排干、八排干的超標(biāo)率分別為13.89%、22.22%、19.44%和33.33%；五排干、七排干、九排干與十排干COD超標(biāo)率分別為58.33%、69.44%、72.22%和88.89%，超標(biāo)率均大于50.00%，水質(zhì)較差；七排干與十排干超標(biāo)倍數(shù)大于平均值以上的樣本較多，水質(zhì)穩(wěn)定性差。

根據(jù)NH3-N監(jiān)測(cè)結(jié)果，一排干、二排干、六排干、八排干、九排干以及十排干NH3-N超標(biāo)率低，其余排干超標(biāo)率較高；三排干超標(biāo)率為38.89%，平均超標(biāo)倍數(shù)為1.97；四排干超標(biāo)率為16.67%，平均超標(biāo)倍數(shù)為0.79；五排干超標(biāo)率為52.77%，平均超標(biāo)倍數(shù)為2.05；七排干超標(biāo)率為52.77%，平均超標(biāo)倍數(shù)為3.02；五排干和七排干NH3-N超標(biāo)率較高，水質(zhì)較差；七排干超標(biāo)倍數(shù)大于平均值以上的樣本較多，水質(zhì)穩(wěn)定性差。

根據(jù)TN監(jiān)測(cè)結(jié)果，各排干TN超標(biāo)率都比較高，最低的為十排干61.11%，三排干、五排干、七排干的超標(biāo)率分別為100%、100%和97.22%；平均超標(biāo)倍數(shù)方面，最低的為十排干1.40，最高的為五排干9.16，三排干、五排干與七排干平均超標(biāo)倍數(shù)都大于4.0，水質(zhì)特別差，且超標(biāo)倍數(shù)大于平均值以上的樣本較多，水質(zhì)穩(wěn)定性差。

根據(jù)TP監(jiān)測(cè)結(jié)果，二排干、三排干、五排干和七排干TP超標(biāo)率較高，超標(biāo)率分別為69.44%、77.78%、97.22%、97.22%，其平均超標(biāo)倍數(shù)分別為1.62、2.10、7.51、10.48，其余排干TP超標(biāo)率較低；三排干、五排干與七排干超標(biāo)倍數(shù)大于平均值以上的樣本較多，水質(zhì)穩(wěn)定性差。

綜合來看，五排干和七排干水質(zhì)最差，三排干、九排干與十排干水質(zhì)較差，一排干和二排干的水質(zhì)相對(duì)較好。五排干和七排干各項(xiàng)指標(biāo)的超標(biāo)率均大于50%，五排干的TN、TP超標(biāo)現(xiàn)象嚴(yán)重，兩者的平均超標(biāo)倍數(shù)分別為9.16和7.51，超標(biāo)率均為100%；七排干的TN、TP超標(biāo)現(xiàn)象嚴(yán)重，平均超標(biāo)倍數(shù)分別為7.62和10.48，超標(biāo)率均為97.22%；三排干TN、TP超標(biāo)情況顯著，兩者的超標(biāo)率分別為100%和77.78%，平均超標(biāo)倍數(shù)分別為4.83和2.10；九排干與十排干的COD、TN超標(biāo)嚴(yán)重，兩者的COD超標(biāo)率分別為72.22%和88.89%，TN超標(biāo)率分別為80.56%和61.11%。

對(duì)污染來源進(jìn)行分析，結(jié)果表明：水體污染最重的五排干主要接納了農(nóng)田退水、臨河區(qū)東城區(qū)污水處理廠和巴彥淖爾市污水處理廠的污水；污染較重的七排干主要接納了農(nóng)田退水、五原縣污水處理廠出水，以及2家番茄制品公司的工業(yè)排水；水質(zhì)較差的三排干污水來源主要包括農(nóng)田退水、杭錦后旗污水處理廠出水；十排干水質(zhì)較差的主要原因是沿途接納了烏拉特前旗農(nóng)田退水和城鎮(zhèn)生活污水處理廠達(dá)標(biāo)排放后的退水，另外十排干沿途穿過幾個(gè)鹽水湖，因此水中的Cl-濃度較高，致使十排干的COD濃度最高。

3 結(jié) 論

通過河套灌區(qū)排灌體系現(xiàn)狀和污染變化規(guī)律的分析，可以發(fā)現(xiàn)灌區(qū)目前存在的主要問題：灌區(qū)骨干排水溝道經(jīng)過多年運(yùn)行，溝道塌坡淤積嚴(yán)重，建筑物老化失修，排水不暢；隨著灌區(qū)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和污染加重，排干溝成為灌區(qū)主要排污通道，水質(zhì)普遍不達(dá)標(biāo)，以五、七排干最為嚴(yán)重，其次為三排干與十排干，各排干溝多年的水質(zhì)達(dá)標(biāo)率不到50%；灌區(qū)內(nèi)水生態(tài)環(huán)境十分脆弱。經(jīng)過污染來源分析發(fā)現(xiàn)，在灌區(qū)發(fā)達(dá)的排水系統(tǒng)中，并沒有配套相應(yīng)的污染控制工程，使得點(diǎn)源和面源污染物基本沒有得到凈化，而是經(jīng)排水系統(tǒng)直接進(jìn)入了烏梁素海，加速了后者的富營(yíng)養(yǎng)化。因此，建議將“源頭控制，過程阻斷”有機(jī)結(jié)合，采用自然生態(tài)與人工強(qiáng)化技術(shù)手段，最大程度削減灌區(qū)的污染物排放量。