浅谈WRSIS对减少排水中氮、磷等污染成分的作用

邱 艳

（水利部综合事业局，100053，北京）

一、WRSIS系统工作原理

WRSIS系统是指“地下灌溉—排水—湿地综合管理系统”（Wet land Reservoir Sub-Irrigation System，简称WRSIS系统），它由灌溉、排水和湿地三个子系统构成，各子系统之间通过一定的灌溉排水设施将三者连接为一个有机的整体。该系统是由美国俄亥俄州立大学的研究人员于20世纪末开发出来的，采用了美国最先进的水量水质监测仪器和设备，是为了控制、减少乃至解决农田非点源污染问题，修复水环境而采取的以水利技术为主的综合管理系统。

WRSIS系统的工作原理是：田间沟、管收集农田排水，并输送至湿地，然后利用湿地中的土壤吸附、植物吸收、生物降解等作用来降低农田排水中氮、磷化合物的含量，经过湿地净化后的水再输送到水塘存储，农田需要灌溉时，再由灌溉设施供水到田间。WRSIS系统中的水量水质监测系统，包括水位和水量测量、采样、预处理、仪器监测以及数据传输等子系统，能实现水位水量自动测量、自动采水，并对水样进行简单的预处理、自动分析，收集并传输水质参数等功能。

二、试验数据分析

2006年和2007年桂林市农田灌溉试验中心在桂林市境内设立了1号湿地和2号湿地系统，重点建设了湿地及连接湿地的灌溉排水系统，选取当地优势水生植物，按设计要求密度种植，作好原始记录，定期观测，及时补植。

湿地建成之后，为水生作物的生长提供了良好的环境，为后期的污染物处理奠定了较好基础。

2007年在试验站对两处湿地系统的总氮（TN）值和总磷（TP）值的变化过程进行了实地观测和分析。

1.总氮（TN）

1号湿地系统不同位置TN值的变化过程如图1。

从图1可以看出，总氮的进出口浓度与湿地进出口有一定的差别，尽管湿地存在蒸发、蒸腾等水量损失，但经过湿地后总氮的浓度均有所削减，在5月4日—9月10日期间，总氮的平均含量在进口为10.07 mg/L，出口为4.84 mg/L，浓度平均降低5.24 mg/L，对总氮的除去率约为52.04%。

从图1还可以看出，青狮潭水库放出来的水总氮含量很低 （仅为0.6 mg/L）,而农田表层水的总氮很高，平均为22mg/L，但农田本身具有很强的处理氮作用，经农田流出的水（湿地进口）的TN值平均为13.65 mg/L。农田对总氮的除去率约为37.95%。

2号湿地系统TN观测成果见图2。从图2可以看出，湿地总氮的进出口浓度在开始观测10天中有很大的差别：8月3日，流入湿地A区的氮浓度很小（0.5mg/L左右），流经A区后氮浓度升到20mg/L，B区处理后氮浓度降到3mg/L；8月8日，流入湿地B区的氮浓度很小（0.1 mg/L左右），流经B区后氮浓度升到18 mg/L，C区处理后氮浓度降到0.5 mg/L；而总进水口和出水口的氮浓度变化很小。在之后的观测中，氮浓度的变化都很小，总出水口的氮浓度都趋于0mg/L。主要原因是在8月上旬A区、B区附近农田施了氮肥，使得A区、B区的氮浓度变化产生突变。

图1 1号湿地系统不同位置水中TN值变化过程

尽管氮浓度产生了突变，增值很大，在湿地的总出水口中氮浓度依然下降到0mg/L左右，说明湿地具有很大的调节能力，对水质的处理效果很好。

从图2还可以看出，青狮潭水库放出来的水总氮含量很低（0～2.5 mg/L），经过2号湿地后，尽管氮浓度时而升高时而降低，但变幅小，且经处理后，总出水口的氮浓度趋于0mg/L。

（2）总磷（TP）

图2 2号湿地总氮观测成果图

图3 1号湿地系统不同位置处水中总磷的变化过程

图4 2号湿地总磷观测成果图

1号湿地系统不同位置水的总磷变化过程见图3。从图3可以看出，总磷的浓度在湿地进出口有一定的差别，尽管湿地存在蒸发、蒸腾等水量损失，但经过湿地后总磷的浓度均有所削减，在5月4日—9月19日期间，总磷的含量在进口平均为1.28 mg/L,出口平均为0.93 mg/L，浓度平均降低0.35 mg/L，对总磷的除去率约为27.34%。

从图3还可以看出，青狮潭水库放出来的水总磷含量很低（仅为0.27 mg/L），而农田表层水的总氮很高，平均为2.25 mg/L，但农田本身具有一定处理磷的作用，同时期农田水与经农田流出的水（湿地进口）的总磷平均为2.10mg/L，农田对总磷的除去率约为6.7%。2号湿地系统总磷变化如图4。

从图4可以看出，湿地总磷的进出口浓度有一定的差别，但变幅不大。在8月3日，也有像总氮那样类似的现象，流入湿地A区的磷浓度很小（0.8 mg/L左右），流经A区后磷浓度升到2.3 mg/L，B区处理后磷浓度又升高到2.8 mg/L，C区处理后磷浓度降到1.25mg/L。这也可以用上面的总氮的变化来解释这一现象。但是9月10日，流入湿地A区的磷浓度很小（0.65 mg/L左右），流经A区后磷浓度升到2.2 mg/L，B区处理后磷浓度降低到1.5 mg/L，C区处理后磷浓度降到0.8mg/L。8月8日—9月3日磷浓度变幅非常小，引起9月10日磷浓度这一波动是农民最后一次施肥和在田埂处开口将稻田的水直接排向湿地而引起的。

从图4还可以看出，青狮潭水库放出来的水总磷含量很低（仅为0.75 mg/L左右），进入湿地后，磷浓度变幅很小但总体是在降低的。因为进口磷浓度比较低，不能轻易对湿地的水质处理效果的好坏下结论。

三、结 语

从以上试验过程和数据分析可以看出，总体上WRSIS系统对于排水中的总磷（TP）、总氮（TN）具有较好的除去效果，其中，对总氮的除去率为50%左右，对总磷的除去率为30%，对水环境有明显的修复效应。在我国，由于人口众多、耕地较少，为了增加粮食产量，农业生产中的化肥和农药使用量一直相当大，农业非点源污染对我国水质、水环境的不良影响日益加重。合理推广和有效应用WRSIS系统能够在促进农业生产的同时，有效保护水环境，对于我国发展生态农业和建设宜居环境具有十分重要的意义。

[1]董斌.灌溉—排水—湿地综合管理系统（WRSIS）[J].中国水利，2006（13）.

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