节水灌溉在防治农村面源污染中的应用研究

(1.山东省水利勘测设计院，山东 济南 250013；2.山东省农业对外经济合作中心，山东 济南 250013)

随着我国人口不断增加，经济持续快速发展和对生态环境质量要求的不断提高，水资源短缺和污染成为瓶颈制约。解决水资源危机，要坚持“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的治水新思路，加快实施东北节水增粮、西北节水增效、华北节水压采和南方节水减排等区域规模化高效节水灌溉工程。南方地区节水减排是节约水资源、保护生态环境、实现可持续发展的必然选择。

1 工程概况

合肥市长丰县龙门寺节水灌溉示范区位于合肥市环城高速以北15km、长丰县城以南30km处。项目区总面积43.72km2，以农业生产为主，农林用地32.3km2，经调查，项目区化肥施用量超过650kg/km2，农药施用量7.9kg/km2，由于过量不合理施用，其残留经雨水冲刷排入沟渠、坑塘，最终汇入龙门寺水库，造成水体污染，影响长丰县供水安全。

2 建设思路

工程建设以面源污染防治为主线，紧密结合龙门寺现代农业示范园总体规划和现状基本情况，针对园区大水漫灌，农药、化肥流失严重，水源地水质恶化等问题，综合采取工程措施和非工程措施，建设高效节水灌溉、渠系路网改造、灌溉尾水处理循环回用、生态缓冲带等工程，达到节水减排、过程消减、末端净化、基础设施提升、生态环境改善等目的(见图1)。发展高效节水灌溉，减少用水量和农药化肥使用量，相应减少了排水量和排污量；通过完善路网基础设施，加快土地流转，引进规模化、现代化生产，促进农业结构调整和种植方式调整，高效集约绿色生产，减少面源污染排放；通过生态沟渠治理、尾水回用等工程实现过程消减；通过建设生态缓冲带、生态坑塘治理工程等进行末端降解。同时，提出产业结构调整、种植方式调整、水肥药一体化技术应用和后期加强运行管护等非工程措施，以达到上述综合目标。建立污染排放监测网络，定期开展动态监测，实现监测预警常态化和规范化，摸清污染物入库负荷。

图1 长丰县龙门寺节水灌溉示范片建设思路

3 建设目标

以龙门寺现代农业示范园基础设施建设和水源地保护为抓手，打造示范区山、水、林、田、库、渠等生命共同体，实现污染综合防治，控制消减面源污染，有效保护龙门寺水源地水质；优化农业产业结构，发展高效节水农业，示范带动周边区域，使项目区各项指标满足农业农村部现代农业示范区、科技部农业科技园区、水利部节水灌溉示范区、生态环境部生态建设示范区要求，将项目区建设成为全省乃至全国现代农业开发建设典范工程。

4 工程设计

节水灌溉工程体系包括高效节水灌溉、生态沟渠治理、生态坑塘治理、水库上游生态缓冲带、配套路网工程五部分。

4.1 高效节水灌溉工程

龙门寺节水灌溉示范区耕地面积2100亩，规划发展设施农业，主要作物为蔬菜、草莓等，水源为龙门寺水库，通过一级电灌站(现有)提水至牌碑村西郢氧化塘，然后经西郢电灌站(新建)二次提水，通过低压管道输水至田块，并预留分水口，为后期发展设施农业、实施微喷灌打下基础。此次规划设计主要包括新建西郢电灌站和至田间的主干管网，西郢电灌站设计流量431m3/h，设计扬程36.41m，装机功率75kW；铺设PE管道6.2km。

4.2 生态沟渠治理工程

对园区未治理沟渠进行清淤、边坡整治，建设植被过滤带，起到缓流拦污、净化水质的作用。在修整后的岸坡上种植根系发达的草本及湿生植物进行固土护岸，如狗牙根、紫羊茅等，在沟渠底种植净化效果好的沉水植物，有效降解排入沟渠的农田尾水中的COD、NH3-N等污染物，如黑藻、金鱼藻。为减轻涝水对沟渠坡脚的淘刷，防止岸坡垮塌，采取松木桩护脚。松木富含松脂，防腐能力良好，有“水上千年杉，水下万年松”之说。松木桩护岸具有施工周期短、抗冲能力强、经济可行、生态效果显著等优点，在全国生态护岸建设中获得了广泛的应用。沿沟渠坡脚打入两排松木桩，梢径15cm，长1.2m，打入地下至少80cm，桩身刷防腐漆，紧密排列。在松木桩内侧铺设300mm厚粒径10～50mm的卵石，外覆300g/m2土工布，形成生态保护膜。

4.3 生态坑塘治理工程

为增加调蓄能力，对园区未治理坑塘进行清淤扩容和岸坡修整护砌；护岸型式采用C25预制混凝土带孔植草砖护砌。植草砖规格为300×300×100mm(边长×边长×厚度)，要求孔隙率不小于35%，下设300g/m2土工布作为反滤层。铺装完毕后用营养土填充砖孔，再植草，常水位以上混播狗牙根、紫羊茅；常水位下0.3m范围内，种植水生植物千屈菜、黄花鸢尾、水葱，沉水植物选择黑藻、金鱼藻。

为方便管护，改善周边环境，沿塘非临路侧修建环塘道路，宽3.0m，其中硬化路面2.0m，采用C25预制混凝土透水砖结构，两侧各0.5m路肩。为构筑沿坑塘生态绿化带，近坑塘侧种植花灌木迎春，另一侧种植彩篱红叶石楠。

4.4 水库上游生态缓冲带工程

在龙门寺水库上游建设生态缓冲带，占地面积约70hm2，设计形成“一环、三区”的总体布局结构：“一环”指生态缓冲环；“三区”指生态核心保护区、生态涵养区、生态参与区，既能够起到削减污染物、净化水质的作用，更是一处具有独特魅力、环境优美的生态游览地。

缓冲带植物根据不同的水位选取净化能力强、景观效果好的土著品种。陆地以水杉、香樟、银杏为骨干树种，点缀广玉兰、女贞、枫杨、乌桕、黄山栾等；灌木可采用迎春、连翘、红叶石楠等；地被植物可选择白三叶、二月兰、红花酢酱草等。湿地内浅水区以种植芦苇、茭白、香蒲为主；深水区种植黑藻、苦草、眼子菜等沉水植物及睡莲、芡实等浮叶植物；湿地边坡种植黄花鸢尾、菖蒲、千屈菜等湿生植物。

4.5 配套路网工程

示范区内道路宽窄不一，路面高低不平，雨天路面泥泞；部分硬化道路建设标准普遍较低，路面较窄且多有破损，大型农用机械通行困难，严重影响项目区机械化生产的发展，给较大规模的现代农业企业引进带来了很大困难，严重制约了园区经济的发展。

此次规划设计在既定的路线走廊内，结合沿线地形、地质、水文等条件，合理、灵活运用技术指标，线形设计在安全性原则前提下，顺势而为，平滑舒顺，注重生态和环保。管护路网道路等级参照四级公路标准，设计速度20km/h，标准路基宽度6.5m，双向两车道，其中行车道6m、双侧土路肩各0.25m。路面结构层自上而下为：40mm细粒式沥青混凝土(AC-13)、乳化沥青黏层、60mm中粒式(AC-20)沥青混凝土、乳化沥青下封层、150mm水泥稳定碎石(5%水泥)、150mm水泥稳定碎石(3%水泥)。

5 预期效益评价

5.1 节水效益

高效节水灌溉工程实施后，示范区灌溉水利用系数可达到0.9，目前仅为0.6，根据《安徽省行业用水定额》(DB/T 679—2014)和灌溉经验，地面灌溉定额为230mm，微灌灌溉定额为150mm。经计算，项目实施后可节约水资源30.33万m3，节水效益达到56.52%。

5.2 生态环境效益

按照“源头减量、过程消减、末端净化”的过程控制体系，通过综合措施控制灌溉尾水污染，减少了污染物外排，预计综合减排效益(见表1)为：每年可削减污染物总量为COD约11.17万t、NH3-N约0.92万t、TN约3.34万t、TP约0.23万t。

表1 工程减排效益

5.3 经济社会效益

通过节水灌溉工程建设，区域农业生产条件明显提高，农村生活环境明显改善，片区农业逐步由现状农户的分散经营，发展为规模化经营、产业化经营等模式的现代农业，极大地提高农田单位面积产出，能有效增加当地农民收入，促进经济社会和谐发展。