农村小流域河道水环境综合整治分析

李艳艳，刘蒙泰，海 霞

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津300381）

随着2015年《水污染防治行动计划》的发布，水环境越来越受到重视， 河道整治已经从单纯的防洪转变为水安全、水环境、水生态及水景观同步进行；河道整治不仅要保证人民生活的安全安定， 更要融入景观、文化及生态概念，从而实现水清、岸绿、景美的建设要求，达到人与自然的和谐统一。

由于农村河道流域范围内农村环境基础设施（垃圾收运设施及市政污水设施）的不完善，农村污水直排， 农村面源污染及农田化肥流失是造成河道水质恶化的主要因素， 提升河道水质的首要任务是控源截污，从源头上消灭污染。

农村河道现状多为自然边坡，生态环境及景观条件较差。本文通过水安全、水环境、水景观及水生态四个方面介绍农村河道综合整治策略及注意问题。

1 水安全

水安全是保证人民生命财产安全的基本保证，农村河道一般缺乏完整的防洪规划，多以自然边坡为主，岸坡不规则，坍塌严重。 进行水安全设计步骤如下：

1.1 设计洪峰流量计算

首先根据人口及耕地面积确定防洪标准，然后根据大比例地形图测算流域特征值，如流域面积、河长及平均坡降等。 有实测水文资料的结合历史洪水计算防洪标准下的防洪设计流量，无实测水文资料的采用当地水文手册和暴雨图集计算防洪标准下的防洪设计流量。

1.2 河道现状过流能力复核

根据实测河道纵断面、横断面、河道跨河建筑物尺寸（闸、桥梁等），采用HEC-RAS一维恒定流计算河道水面线，根据计算结果判断现状河道过流能力，为后续设计提供依据。

1.3 河道设计

纵断面设计应综合考虑河道现状河底高程、沿程跨河建筑物、 上下游边界高程及农用灌溉要求等因素。 设计原则： ①河道纵坡根据现状纵坡分段拟定，尽量与现状纵坡保持一致走向；②保证汛期排泄通畅、枯期尽可能形成水景观，尽量使上下游洪水水面线衔接平顺，不受下游洪水顶托；③河势稳定，避免河道游荡。

横断面设计根据景观生态及现状地形条件综合考虑断面形式， 在满足过洪能力的条件下尽量减少土方开挖量， 护岸型式的选择根据设计流速结合景观生态综合选定，同时进行护脚设计。

2 水环境

随着人口增长及生活水平的增高， 但农村市政基础配套设施不完善，导致河道水质日益恶化，造成河道水环境恶化的主要污染源是点源污染、 面源污染及内源污染。

2.1 污染源分析

2.1.1 点源污染

主要包括规模畜禽养殖、 餐饮服务业及工业污水，部分污水通过明渠暗涵排入河道。

2.1.2 面源污染

主要有农村生活污水散排、农村径流面源污染、农田面源污染及水土流失污染， 由于农村垃圾收运设施配置不完整，垃圾污染通过地面径流汇入河道；农田化肥农药随着田地浇灌退水进入河道。

2.1.3 内源污染

主要指进入河道内的营养物质通过各种物理、化学和生物作用，逐渐沉降至河底表层，在一定的物理化学环境条件下，从底泥中释放重新进入水中，从而形成河道内源污染。

2.2 基础资料搜集

首先是对流域范围内的污染源基础数据进行收集，点源污染收集资料主要包括畜禽养殖数量，餐饮业规模及污染物排放量，工业污染厂房的位置、污水量及污染物浓度等；面源污染收集资料主要包括农村人口、位置，畜禽规模养殖点位置、畜禽种类及数量，散养家禽数量及种类，农田面积及化肥使用量等数据；

2.3 污染源解析

河道污染源解析， 即是通过河道流域内污染源调查，计算出每个污染物总量，并分析它们对污染的贡献情况。

点源污染主要包含规模畜禽养殖、 餐饮服务业及工业污水。 对于规模畜禽养殖污染，按GB18596—2001《畜禽养殖业污染物排放标准》对养殖场的排水量和污染物浓度的规定计算污染物COD （化学需氧量）、BOD5（生化需氧量）、TP（总磷）、TN（总氮）年排放量；对于餐饮服务业，根据流域所在地区由《第一次全国污染源普查 城镇生活源产排污系数手册》第二分册按分区、 城市类别查得污水量、COD、TP、TN及垃圾产生量； 工业污水由各工业单位提供污水量及污染物含量监测数据。

面源污染主要包含农村生活污水散排、 农村径流面源污染、农田面源污染及水土流失污染。对于农村生活污水，根据流域所在地区由《第一次全国污染源普查 城镇生活源产排污系数手册》第一分册查得流域内城镇所属城市类别，按分区、城市类别确定所对应的产排污系数及生活污水量及其中的COD、BOD5、TN及TP浓度， 由于该数据针对的是城镇生活居民，农村生活污水量没有具体的标准，可根据地方标准用水定额及排污系数结合资料文献综合取定；对于农村径流面源污染， 农村相对污水管网及垃圾收运设施配置不完善， 农村径流面源污染主要由农村生活垃圾及散养家禽产生，根据农村人口数量、人均产生垃圾指标、 散养家禽数量及污染物排放系数来计算农村面源污染；对于农田面源污染，根据《全国水容量核定技术指南》中标准农田源强系数，并经过坡度修正、 化肥施用量系数修正及降雨量系数修正，计算农田径流污染物量；对于水土流失污染，根据当地土壤侵蚀模数、 土壤内营养物质含量及过程滞留量系数计算水土流失产生的污染物总量。

内源污染主要由河道淤泥产生，由淤泥内污染物向外释放造成水体污染，氮磷营养盐、重金属及难降解有机物是常见的三种内源污染。内源释放量与底环境因子溶解氧、温度、pH和扰动有关，内源污染负荷计算时底泥释放系数可参考同区域相关论文研究成果。

根据计算的各污染源产生的污染物量， 计算各污染源对入河污染物的贡献程度。

2.4 水环境治理措施

根据解析的污染物量， 分析产生污染的主要原因及次要原因，进而采取针对性的措施。针对农村生活污水及服务业等废水，应控源截污、纳入村系污水收集及处理系统。对于散养畜禽、人畜粪便及生活垃圾产生的面源污染，应加快农村旱厕改水厕进程、完善垃圾收运系统， 对于规模养殖应要求废水处理达标后排放；对于农田面源污染，政府应积极推进生态灌渠建设，推广科学种植，节水灌溉，减少化肥农药使用量，同时对废弃农作物秸秆采用发酵技术，循环利用。 对于内源污染，清理河道内农业垃圾，在考虑河道纵坡降的情况下对其进行清淤。

3 水生态

河道水生态是指河道范围内植物、动物、微生物所构成的一个小型生态系统， 随着城镇化的日益发展，河道整治只注重于防洪，片面的强调过流能力，日益缩小过流断面，采用三面光的形式，这些不利于河道动植物的生存发展，造成水生态的恶化，降低水环境容量，加剧了河道水质恶化。

对于河道水生态的分析， 首先是评价河道水环境现状，根据水文水资源、水环境、生物及栖息地等来评价河道水环境现状；其次是恢复河道水生态，通过建设生态护岸、种植挺水植物及灌乔木形成完整的生态带。

4 水景观

根据河道所在城镇的规划定位，设置景观节点，通过滨水景观、亲水平台等来增加亲水性，为周边居民提供舒适的休憩场所，同时应考虑加入海绵设施，在形成景观生态效果的同时，达到净水的目的。

5 实例

位于云南省玉溪市的九溪河， 发源于通海县四街乡大寨村附近，全长22.5km，河道平均比降1%，径流面积149km2，九溪河从上游至下游主要有鸡窝河、大东河、张坝腰河、小牛角河、矣文河、清水河、小冲河、马家庄河、王家庄河九条主要支流，在上游已建有矣文、黄谷田、海棠3座小（1）型水库及大石板、大地冲等13座小（2）型水库，坝塘38座。

根据水质监测成果，九溪河2007～2017年为期11年COD、BOD5、TN、TP污染物含量平均值如图1。

图1 九溪河多年水质监测数据

从图1可看出，COD含量均值在Ⅲ类水～Ⅳ类水之间，BOD含量均值在Ⅲ类水～Ⅴ类水之间；TN含量均值大部分时段为劣Ⅴ类，丰水期污染严重，TP含量均值全年处于Ⅲ类水。

根据收集到的流域内人口及牲畜数量、 服务业统计、 农田种植面积及化肥施用量等基础数据进行污染源解析，结果如表1。

表1 九溪河流域污染源污染负荷排放总量 单位：t/a

由表1可知，COD污染物总量为732.59t/a，主要来源为服务业、生活污水及人畜粪便，三者所占比例基本一致；BOD物污染总量为302.05t/a， 其中生活污水所占比例为41.92%，人畜粪便所占比例为58.08%；TN污染物总量为185.82t/a， 其主要来源为化肥流失， 所占比例为42.39%，其次为人畜粪便，所占比例为18.86%；TP污染物总量为47.45t/a，其主要来源为化肥流失，所占比例为37.88%，其次为水土流失，所占比例为20.33%。

从表1中数据分析可知，服务业、生活污水、人畜粪便及农业化肥是主要污染源， 所以控制污染主要是控制点源污染和面源污染。

为解决水环境问题，保证水安全，提升水景观，九溪河河道综合整治采取了如下措施。

5.1 河道生态护岸建设

九溪河上游有3座小（1）型水库及13座小（2）型水库，由于小（2）型水库调节能力较弱，而小（1）型水库调节能力强，本次洪水计算小（1）型水库进行洪水调节计算，小（2）型水库则不再进行。 区间洪水采用《云南省暴雨洪水查算实用手册》计算。 河道末端水库水位作为边界条件，采用HEC-RAS河流分析系统软件模型，计算河道整治前后的水面线。

为提高河道自净能力，采用生态护岸，河道断面采用复式断面， 在一年一遇水位以下采用铅丝石笼护垫，上部采用较缓的草皮护坡。保证小流量由深槽过水，设计洪水时整个河道断面行洪。

5.2 水环境整治

根据污染源解析可知，九溪河流域主要污染源为生活污水、人畜粪便及化肥流失，所以水环境整治策略主要是农村污水整治及化肥流失面源污染整治。

5.2.1 农村污水整治

流域内村落分散，且以旱厕为主，基本为雨、污合流的排水体系，无系统的排水管（渠）网，雨水及生活污水由路面随意自流至低洼处， 通过路边的明沟或暗沟进入田间灌溉渠，最终排入河道。九溪河流域范围内共有26个自然村， 除去已有污水管网和污水处理设施的11个，需对15个自然村进行截污治污。

截污治污思路为：以截为主，通过新建截污管，将农村的污水截流至污水处理设施进行处理，根据村落分散、人口稀少的特点，宜选用一体化污水处理设施，经比选，该工程选用一体化A2/O污水处理设施。

5.2.2 面源污染整治

拟在河道中下游建设处理规模为6万t/d的人工湿地处理枯水期河水，将河水通过设堰引入湿地，处理达标后排入河道，占地面积约22hm2，根据九溪河道近30年枯水期逐月径流量数据分析可知， 该规模能达到约94%的保证率处理河道枯水期河水。

5.3 景观提升

根据镇域规划， 在河道两岸4～15m范围内设置景观带，以文化为载体，结合现状地形，同时考虑生态和景观要求， 植入海绵城市理念， 把排水系统由“快排”转变为“慢排”，做到先渗透后排水，设置生态沟、下沉绿地、生物滞留带、雨水湿地等，其不仅满足了景观需求，同时也是削减河道面源污染的隔离带。

5.4 生态措施

在河道常水位线之上10cm 至常水位线之下30cm范围内设置挺水植物， 主要种植芦苇、 花叶芦竹、水生美人蕉、千屈菜等；九溪河河道建设段坡降较大（i=0.163%～0.88%），流量大，流速大（1.3～4.2 m/s），所以不宜设置浮水及沉水植物。

6 结语

由于过去环境保护意识淡薄， 农村基础设施不完善，农药化肥过量使用，造成河道污染。 随着近年来生态环境保护意识的提升， 黑臭水体整治及农村环境整治越来越有必要， 以云南省玉溪市九溪河为例，从水安全、水环境、水生态及水景观方面来介绍农村河道水环境综合整治策略，供同类工程借鉴。