洱海流域海西片區(qū)農(nóng)田尾水回用與管控模式探析

摘 要 農(nóng)業(yè)面源污染已成為限制洱海流域農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展及水環(huán)境質(zhì)量提升的主要原因之一。農(nóng)田尾水回用是減少農(nóng)業(yè)面源污染的重要途徑。為助力洱海流域的基本農(nóng)田實現(xiàn)穩(wěn)數(shù)量、提質(zhì)量、保生態(tài)的目標，在對洱海水污染情況、農(nóng)業(yè)面源污染治理成效及存在問題進行分析的基礎(chǔ)上，在海西片區(qū)推廣示范農(nóng)田尾水調(diào)蓄回用模式和“三位一體”的精準管控模式。

關(guān)鍵詞 農(nóng)田尾水；調(diào)蓄回用模式；精準管控模式；洱海

中圖分類號：X45 文獻標志碼：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.04.071

氮、磷是植物生長的必需元素，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用，但未被植物吸收的氮、磷會隨降雨和灌溉滲入地表和地下，造成水體污染和富營養(yǎng)化，對水環(huán)境造成嚴重威脅，繼而影響人類生產(chǎn)生活[1]。根據(jù)《第二次全國污染源普查公報》，2017年中國農(nóng)業(yè)源總氮、總磷排放量占排放總量的46.5%和67.2%，其中50.85%的總氮和35.94%的總磷來自種植業(yè)，已經(jīng)成為中國水體富營養(yǎng)化的主要貢獻因素[2]。如何在保障國家糧食安全的同時有效減少農(nóng)業(yè)面源污染，已成為“十四五”時期的重點課題。

洱海是云南省第二大高原湖泊，是大理市居民主要飲用水水源地，為國家重點保護的水域，農(nóng)業(yè)是洱海流域的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。洱海流域面積2 565 km2，湖面高程1 966 m時湖面面積為252 km2，對應(yīng)蓄水容量為29.59億m3。洱海流域?qū)俚途暩咴瓉啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，年平均降水量為1 048 mm，降水集中在雨季（5—10月），占全年降水量的85%以上。受地形影響，洱海流域內(nèi)河流呈聚集狀匯入中心湖泊。洱海水量主要由大氣降水和入湖徑流補給，主要入湖河流有29條，北部為洱源和鄧川盆地，入湖河流有彌苴河、永安江、羅時江（簡稱“北三江”），入湖水量約占總湖水量的54.0%；西部為藏滇褶皺系，點蒼山屏列于洱海西岸，主要有蒼山十八溪及棕樹河，入湖水量約占總湖水量的27.2%；東部有鳳尾箐水庫、玉龍河、南村河、下和箐，入湖水量約占總湖水量的0.2%；南部有波羅江、白塔河，入湖水量約占總湖水量的3.8%。湖周主要入湖溝渠有125條，大多分布在洱海西部蒼山區(qū)域，入湖水量約占總湖水量的14.8%。海北及海西農(nóng)田面積占比較大，是主要的種植區(qū)。

洱海流域為典型的高原壩區(qū)農(nóng)業(yè)型流域，種植業(yè)總氮（TN）排放量占比達42.64%，總磷（TP）排放量占比達38.83%，來源于種植業(yè)的面源污染是洱海流域水環(huán)境保護需要控制的首要污染源，TN是需要控制的首要污染物；排放量與等標污染負荷的空間分布特征均呈流域北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)污染物排放量較高，但流域西部各鄉(xiāng)鎮(zhèn)排放強度較大[1]。研究表明，2016年洱海流域農(nóng)業(yè)面源磷污染占總磷污染負荷的48%[3]。農(nóng)業(yè)面源污染已經(jīng)成為洱海流域農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展及水環(huán)境質(zhì)量提升的限制因素。

為減小農(nóng)業(yè)面源污染排放量，洱海流域內(nèi)實施了“三禁”措施，即禁止銷售含氮磷化肥，禁止銷售高毒高殘留農(nóng)藥，禁止種植以大蒜為主的大水大肥農(nóng)作物。但受降雨、地形、土壤、種植模式、人類生產(chǎn)活動等因素多層次和多尺度的綜合影響，農(nóng)業(yè)面源污染具有排放區(qū)域的廣泛性、排放時間及頻率的不確定性、控制的困難性等特征。本文在對目前農(nóng)業(yè)面源污染排放強度高、入湖水量占比大的海西片區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染治理存在問題分析的基礎(chǔ)上，提出洱海流域農(nóng)田尾水調(diào)蓄回用及精準管控新模式，為洱海流域農(nóng)業(yè)綠色高值提供新思路。

1 存在的問題

1.1 調(diào)蓄系統(tǒng)無法滿足調(diào)蓄要求

目前，洱海流域的各區(qū)域雖已構(gòu)建生態(tài)庫塘與生態(tài)調(diào)蓄帶相結(jié)合的調(diào)蓄系統(tǒng)，但已建調(diào)蓄設(shè)施的調(diào)蓄容積小，再加上尚未建立各區(qū)域協(xié)調(diào)的尾水收集系統(tǒng)，大部分溝渠收集的農(nóng)田尾水及污染負荷較大的初期降雨徑流未進入生態(tài)庫塘，而是直接流入洱海。此外，由于蒼山生態(tài)紅線及基本農(nóng)田保護要求，流域內(nèi)不能再修建占用基本農(nóng)田的大型調(diào)蓄設(shè)施。洱海流域內(nèi)耕地總體地勢西高東低，降雨徑流主要是通過已建的東西向的干渠匯入洱海，蒼山腳所有高排放片區(qū)與洱海的距離均在10 km以內(nèi)，農(nóng)田尾水在溝渠里的消納時間短，并且現(xiàn)有排水溝多為混凝土溝，農(nóng)田尾水中的氮、磷等無法被有效攔截。

1.2 農(nóng)田尾水管理粗放

降雨是隨機過程，瞬時性強。海西片區(qū)內(nèi)耕地多由農(nóng)戶自行種植，種植作物類型多，下墊面條件復(fù)雜，各田塊產(chǎn)流排水的時間不一，導(dǎo)致農(nóng)田尾水管理難度大。此外，片區(qū)內(nèi)未建立智慧管控系統(tǒng)，現(xiàn)有管水人員不足，其管水重點是減少從蒼山十八溪的取水量，確保清水入湖。目前，農(nóng)田尾水排放處于隨意、無序狀態(tài)，致使現(xiàn)有生態(tài)攔截設(shè)施效率低下。

2 新模式

2.1 微系統(tǒng)與大系統(tǒng)結(jié)合的農(nóng)田尾水調(diào)蓄回用模式

針對片區(qū)內(nèi)不能修建大型尾水回用調(diào)蓄設(shè)施的現(xiàn)狀，構(gòu)建散布的以小型地下蓄水池為調(diào)蓄核心的微系統(tǒng)和以生態(tài)庫塘為調(diào)蓄核心的大系統(tǒng)相結(jié)合的農(nóng)田尾水綜合調(diào)蓄回用模式，是解決目前海西片區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染的有效措施。海西片區(qū)的降雨主要集中在5—10月，該時段內(nèi)片區(qū)種植作物有水稻、烤煙、玉米、蔬菜，其中水稻相比烤煙、玉米等具有耐淹水深大、耐淹歷時長的特性，稻田對旱作排放的農(nóng)田尾水具有一定的調(diào)蓄作用。所以構(gòu)建農(nóng)田尾水調(diào)蓄回用模式時可根據(jù)作物類型細分為水旱混種區(qū)（水稻和旱作混合）和全旱作區(qū)。

2.1.1 全旱作區(qū)

根據(jù)地塊分布情況，每0.33～1.00 hm2設(shè)置一個全旱作區(qū)微系統(tǒng)。每個微系統(tǒng)都設(shè)置一個埋于地下的蓄水池，降雨形成的地表徑流可匯集到蓄水池再進行回用，蓄水池容積應(yīng)滿足地表徑流產(chǎn)流初期30 min內(nèi)高養(yǎng)分含量徑流的蓄水要求。超過地下蓄水池容蓄能力的降雨徑流，可通過溝渠（生態(tài)化的混凝土溝或生態(tài)溝渠）匯集到生態(tài)庫塘。遇到強降雨時，可將經(jīng)生態(tài)庫塘凈化達標后的低污染物濃度的農(nóng)田尾水排入洱海，形成地下蓄水池與生態(tài)庫塘結(jié)合的綜合調(diào)蓄體[4-5]。為實現(xiàn)地下蓄水池和生態(tài)庫塘攔截的農(nóng)田尾水的高效回用，構(gòu)建如圖1所示以地下蓄水池為核心的微回用系統(tǒng)和連接生態(tài)庫塘與微系統(tǒng)的大系統(tǒng)。每個微系統(tǒng)由農(nóng)戶自建一套節(jié)水灌溉系統(tǒng)，每個系統(tǒng)都通過管道系統(tǒng)與生態(tài)庫塘連接，形成大系統(tǒng)。當(dāng)?shù)叵滦钏氐男钏坎荒軡M足灌溉要求時，可從生態(tài)庫塘調(diào)水，生態(tài)庫塘的水不能滿足要求時可從洱海提水，實現(xiàn)微系統(tǒng)與大系統(tǒng)的聯(lián)合調(diào)控。

2.1.2 水旱混種區(qū)

稻田是一種環(huán)境友好、可持續(xù)利用的水質(zhì)凈化修復(fù)系統(tǒng)，可有效消納低污染水，同時水中的氮元素可促進水稻生產(chǎn)。除采用地下蓄水池及生態(tài)庫塘收集農(nóng)田尾水外，還可把稻田作為天然的旱作農(nóng)田尾水調(diào)蓄區(qū)。既減少化肥投入，維持土壤肥力，又實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與環(huán)境治理的雙贏[6]。旱作區(qū)按上述方法修建以地下蓄水池為核心的微回用系統(tǒng)。旱作區(qū)的農(nóng)田尾水可先集蓄到地下蓄水池，多余的經(jīng)溝渠輸送到稻田，稻田無法容蓄的部分再匯集到生態(tài)庫塘，形成小型地下蓄水池、大型生態(tài)庫塘與天然稻田結(jié)合的農(nóng)田尾水調(diào)蓄聯(lián)合體。蓄集在地下蓄水池及生態(tài)庫塘中的農(nóng)田尾水仍可構(gòu)建與圖1類似的微系統(tǒng)與大系統(tǒng)實現(xiàn)高效回用。與圖1不同的是，大回用系統(tǒng)不僅需布置生態(tài)庫塘到地下蓄水池間的管網(wǎng)系統(tǒng)，還需布置從生態(tài)庫塘到稻田區(qū)的管網(wǎng)系統(tǒng)。稻田區(qū)既不需要修建地下蓄水池，還可作為旱作尾水的天然調(diào)蓄區(qū)，大大減小調(diào)蓄工程容積及投資。所以海西片區(qū)可通過優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)，采用先進技術(shù)在大麗路以東大面積種植水稻來實現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展。

2.2 構(gòu)建“三位一體”的精準管控模式

基于微系統(tǒng)與大系統(tǒng)結(jié)合的農(nóng)田尾水回用新模式、管水人員少和管理粗放的現(xiàn)狀，構(gòu)建“三位一體”的精準管控模式?！叭灰惑w”的精準管控模式可以讓全部種植戶參與管理，解決由于降雨的隨機性、種植作物的多樣性、地塊高低不平導(dǎo)致的管控困難及管理人員少等問題。微系統(tǒng)由農(nóng)戶按50%頻率降雨近零排放的目標進行管理。

3 模式示范

3.1 水旱混種區(qū)農(nóng)田尾水調(diào)蓄回用模式示范

洱海西岸的灣橋鎮(zhèn)古生村是州級鄉(xiāng)村振興試點。示范區(qū)地勢西高東低，北高南低，總面積4.6 km2，耕地面積308 hm2。G214國道及大麗路從南到北穿過示范區(qū)，將其分成3個片區(qū)。區(qū)內(nèi)大春種植水稻、玉米、烤煙等，小春種植油菜、馬鈴薯等。水稻及油菜主要種植在大麗路以東。區(qū)內(nèi)有2個生態(tài)庫塘，總?cè)莘e

3.7萬m3，溝渠灌排兩用，多為東西向的混凝土溝。目前，農(nóng)田尾水并未完全匯入生態(tài)庫塘，農(nóng)田用水、尾水、治水與回用尚未實現(xiàn)一體化，現(xiàn)有節(jié)水灌溉管網(wǎng)沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用。灌溉用水主要是從洱海經(jīng)三級泵站提水或從陽溪取水。農(nóng)田土壤有效磷含量處于極高水平，區(qū)內(nèi)選取的433個檢測點中，有50%的檢測點位超過環(huán)境閾值，加之錯誤施用有機肥，導(dǎo)致作物產(chǎn)值不高。暴雨徑流中污染物濃度高，輸移路徑短，農(nóng)業(yè)面源污染嚴重?？偟⒖偭缀突瘜W(xué)需氧量的排放量分別占片區(qū)入湖總負荷的52%、38%和32%。

在古生村開展農(nóng)業(yè)面源污染精準治理，建立農(nóng)業(yè)尾水高效回用系統(tǒng)，形成“綠色、節(jié)水、控污”一體化工程示范，對推動洱海流域農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展和改善洱海水環(huán)境質(zhì)量具有重要意義。

示范區(qū)工程包括高效節(jié)水灌溉示范工程、灌排溝渠提升改造示范工程和面源污染控制示范工程。農(nóng)田尾水回用系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計主要是依托現(xiàn)有的2個生態(tài)庫塘、新建的地下蓄水池及稻田，構(gòu)建面積為306.67 hm2的耕地尾水收集、調(diào)蓄的大系統(tǒng)。示范區(qū)具體工程包括修建南北向生態(tài)攔截溝渠1 228 m，現(xiàn)有水泥溝渠生態(tài)化改造800 m；改建調(diào)蓄生態(tài)設(shè)施，將生態(tài)庫塘有效容積增至4.06萬m3；新建15 m3的地下蓄水池10個；增設(shè)強化凈化設(shè)施1套，建設(shè)智能一體化閘門29個、手動節(jié)制閘2個；安裝監(jiān)控設(shè)備31臺，建設(shè)智能管控系統(tǒng)1套；以改建擴容后的2個生態(tài)庫塘為核心建設(shè)農(nóng)田尾水高效回用大系統(tǒng)3個，微系統(tǒng)10個，控制灌溉面積68.67 hm2。

3.2 旱作區(qū)農(nóng)田尾水調(diào)蓄回用模式示范

大莊村是大理市傳統(tǒng)的蔬菜種植區(qū)，主要種植萵苣、大蔥等。大蒜屬于喜肥作物，具有較高的經(jīng)濟價值，在大莊村選取8 hm2左右的耕地作為旱作區(qū)微系統(tǒng)與大回用系統(tǒng)結(jié)合的尾水高效回用系統(tǒng)示范區(qū)。微系統(tǒng)包括尾水收集溝、15～45 m3的地下蓄水池、尾水回用智慧節(jié)水灌溉系統(tǒng)、土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)等。大系統(tǒng)包括1個1 000 m3左右的生態(tài)庫塘、生態(tài)庫塘與地下蓄水池間的連接管道及微系統(tǒng)與生態(tài)庫塘間的智慧排水體系。此外，在生態(tài)庫塘的出水口設(shè)置水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)。

4 結(jié)語

本文提出的微系統(tǒng)與大系統(tǒng)結(jié)合的農(nóng)田尾水調(diào)蓄回用模式和“三位一體”的精準管控模式，可實現(xiàn)全員參與農(nóng)業(yè)面源污染治理。再加上源頭科學(xué)減量，將助推洱海流域海西片區(qū)基本農(nóng)田實現(xiàn)保量、提質(zhì)、生態(tài)“三位一體”的統(tǒng)一，還可滿足老百姓種植高值蔬菜的需求，助推鄉(xiāng)村振興。

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（責(zé)任編輯：劉寧寧）