义县农村河道水环境治理及效果评估

王 爽

(辽宁省义县老龙口水库管理处，辽宁 义县 121100)

0 引 言

广泛分布或流经农村地区，发挥着生态环境、居民生活、农业生产等公共服务功能的农村(村庄)河塘沟渠、乡级和县级河道，统称为“农村河道”。农村河道是农业生产的生命线以及农村大地的脉管系统，也是农村水环境与生态系统的基础载体，承担着船舶运输、调蓄分洪、农业灌溉、防洪排涝等重要功能。近年来，随着农村工业产业的聚集及其经济的不断发展，加之不合理的用水活动、河道淤积，生活直排、禽畜养殖、农业面源等污染物的排放，造成水生态功能和水环境质量明显下降，部分河段的水污染程度已明显超出水体纳污的极限水平。此外，因农村投入与管理的滞后，垃圾堆积、杂草丛生的臭水沟普遍分布于农村地区，这给广大农村居民的生活健康、生产生活环境带来极大的不利影响，使得河流生态功能明显退化[1-5]。义县地处辽宁省西南部，境内河网水系密布，大小河流20余条，其中较大的有细河、大定河、大凌河等，现状河流水环境形势严峻，特别是农村河道水环境治理势在必行。

1 水环境现状

1.1 区域概况

大凌河在义县头道河乡九关台门入境，左岸流经头台乡、城关乡、九道岭镇，大榆树堡镇、张家堡乡5个乡镇，右岸流经头道河乡、聚粮屯乡、白庙子乡、七里河镇4个乡镇后，于张家堡乡的木厂堡村流入凌海市境内。境内全长66.4km，流域面积2262km2，主槽宽300m，平水期主槽宽度约150m，水深0.2-1m，坡度为1%左右。枯水季节有时断流，多年平均径流量1.57亿m3，年平均输沙量1370万t，年侵蚀模数1340t/km2。义县属于大陆性季风性气候，多年平均气温8.2℃，年均蒸发量1881.1mm，年降水量534.1mm，平均风速3.1m/s，最大冻土深130cm。现状大凌河河道水面狭窄，枯水期水面宽度不足60m，河道滩地绝大部分都已沙化，生活污水、工业废水的大量排入造成河道水体的污染。河流沿岸植被种类单一，水体中鱼类和数量都很少，生物多样性比较单一，无珍稀保护动植物[6]。

1.2 污染特征分析

根据采样监测站点准确揭示大凌河污染特征，并对布设的6个采样点于枯水期(2017年8月)和丰水期(2018年3月)取样监测。结果显示，治理前大凌河水环境中氨氮、CODMn、TP、TN的质量浓度为1.58mg/L、7.61mg/L、0.22mg/L、4.76mg/L，综合水质达到劣Ⅴ类，其主要污染因子有氨氮、TP。

1.3 污染负荷调查

结合调查结果，降雨径流污染、禽畜养殖粪尿、生活垃圾、居民生活污水和底泥释放等属于大凌河主要污染源类型。其中，利用输出系数模型计算禽畜养殖粪尿、生活垃圾和居民生活污水，应用水文模型计算降雨径路污染，经静态释放试验计算底泥污染。结果表明，氨氮、CODMn、TP、TN污染物输入大凌河义县段的量为4.35t/a、89.02t/a、0.69t/a、10.86t/a，污染负荷如表1。农村生活污染和农业面源对大凌河污染的影响显著，农村生活污水、农业水间接或直接的排入河流，为引起河流水污染的关键因素，这也是义县农村河道污染的典型特征。另外，义县大凌河内源污染负荷较高，河岸坍塌、河道淤积、渠系老化等问题突出，加之农村居民环保意识薄弱、居民居住地不集中以及污染源空间分散等，使得农村河道水环境治理难度较高。

表1 大凌河义县段污染负荷 t/a

2 水环境治理措施

2.1 外源治理

1)控制农业面源污染。针对大凌河附近的农业生产模式，实行轮作制度调整、有机肥替代、缓控肥替代、化肥投入减量等源头减量技术。监测显示，在减少20%化肥氮用量的情况下，纯化肥减氮技术、有机无机配施技术以及缓控肥一基一追技术仍能保证经济效益和农业产量，有利于面源控制和水环境保护，其推广普适性较强。

2)原位净化与污水截污。通过沿河截污纳管工程整治社区排污口和生活污水，在集中处理堤段引流生活污水，并对其实行净化治理。充分利用废弃低洼沟塘和生活污水明渠沟塘，以建设的氧化塘原位处理生活污水。为有效解决大凌河义县段氮素较高的问题，尤其是脱氮能力不足、反硝化速率偏低和总氮偏高的问题，运用芦苇秸秆、天然沸石作为反硝化固体碳源和生物滤池填料，创建就地处理生活污水的后置反硝化生物滤池，从而减少大凌河氮素污染负荷[7]。

3)生活垃圾资源化利用与分类回收。综合治理前简易垃圾池和旱厕设置于大凌河沿岸，大量垃圾、粪便未经达标处理就排入河流，由此导致严重的水质污染。对此，将原有的沿河垃圾池和旱厕实行撤除处理，并按照一定间距投放不可回收和可回收塑料垃圾箱。另外，通过环保宣教引导分类回收工作，对餐厨废弃物、生活垃圾分类回收，将有毒有害垃圾、可回收的垃圾分别送至垃圾站和废品收购站，实施分类处置。

2.2 生态清淤

大凌河义县段河道坡度较缓，该段为河谷平原区河道，纵坡1‰-1.4‰。近年来，大凌河上游泥沙大量淤积于此，应综合考虑河道水生动、植物生存需要、河道枯水期最大洪水过流、枯水期河道生态需水量以及地下水补给河水的补给量等因素，对河道实行清淤整治。河道清淤土方经处理后就近平整，河道清淤土方无需外运至工程区以外。污染物室内释放和现场监测表明，清淤疏浚工程去除NH4+-N、TN的效果较差，而对TP释放通量的消减发挥着明显成效，这与水体污染严重、底泥淤积过厚等因素密切相关。总体而言，清淤整治工程未能从根本上彻底消除河底污染物，其改善水质的能力有限。对此，未来仍需治理和控制底泥污染。

2.3 生态修复

2.3.1 两岛工程

1)星月岛：岛面平均高程68.1m，地面平坦、中部稍高，枯水水位以上露地面积1.5hm2，可供水陆两栖动物休憩繁衍，对岛面少量补植野花而不开展土石方工程。规划野花补种面积239m2(约为岛上绿地面积的5%)，播种以散播为主，人工翻土整地，施基肥、浇水，以确保成活率，达到点缀岛面草丛颜色的目的。

2)宜州岛：总面积37.8hm2，四周水道环绕，地形稍有起伏，岛上最高和最低点高程66.9m、65.8m，总体呈西高东低地形变化。此外，岛屿地表形成天然辫状细流，水流自河道主槽流入岛屿南端河汊内，水系交错，具有典型的平原区宽浅河道汇流特征。调查显示，两岛工程有利于改善河流水生态功能，增加水生物种多样性，对恢复水环境具有重要作用[8]。

2.3.2 河汊湿地工程

根据地形地貌特征及河道生态环境建设需要，对河汊进行局部削坡整治，规划为河汊湿地。依据河道枯水设计流量推算的水面线计算成果，对桩号5+250-7+800断面河汊湿地实施削坡工程，对水深大于0.2m的水域实施植物补植，经核算补植水生植物面积120350m2，其中芦苇种植100290 m2，千屈菜、香蒲种植20060.0 m2。考虑到工程投资，对规划区芦苇种植区面积确定为27322.5 m2，位置临近现状汊河主槽两侧；千屈菜、香蒲按照1:2比例混种面积4012 m2(其中香蒲2675m2，千屈菜1337m2)，位置尽量靠近汊河主槽。未补植水生植物部分，由湿地地表水量控制自行繁衍，如地方能筹措部分资金，补植水生植物范围可适当扩大。河汊口附近局部地形开阔，现状为疏林地，规划对1820m2范围进行草、灌补植，形成林、灌、草结合的林间休憩小境。补植灌木为紫穗槐，灌木以“孔子鸟”轮廓线为补植轨迹，灌木区内补植野花组合、区外补植草坪，与现状幼林(主要为杨树)形成较好的组合，为蝶类、鸟类及陆生小动物的生息繁衍提供生态环境。

河汊湿地系统成熟后，由于大量微生物的生长植物根系与填料表面形成生物膜，而径流生物膜时植物根系和填料阻挡截留大量的SS，通过生物膜的同化、异化、吸收作用有机物被除去。由于对氧的传递释放湿地生态系统中，植物根系使其周边环境出现厌氧、缺氧、耗氧状态，保证了微生物和植物对废水中氮磷的营养吸收，以及反硝化、硝化作用的去除，通过栽种植物收割或调料更换湿地生态系统最终除去污染物。

2.3.3 生态护坡工程

将自然环境与人工生态护岸相结合，提升河道生态治理及生态修复功能，拆除原有硬质式护岸，将其改造成防自然状态适合生物生长的护坡，护坡材料满足亲水性、透水性、抗冲性、耐久性、抗侵蚀性等要求，较为常用的材料有生态砖、卵石、木桩和竹笼等天然材料。为有效控制水土流失和解决河道塌陷问题，常采用人工生态护岸措施，而天然护岸改善生态环境、固结土壤和保护河岸的根本途径是充分发挥植物根系固结作用。河道治理初期，为有效降解和吸纳污染物常常选用自然生态护岸的方式，若河流泄洪、排涝量大且水流速度较快，通过对两岸间狭窄区域的及时调整达到河道管理效果；河流整治后期，综合考虑嵌入式生态模块、生态网络和人工生态护岸等方案，全面提升河流的整治效果。水陆交界区、水生和湿生植物发挥着沉淀、絮凝、氧化、吸收、渗透、还原、滞留、吸附等生物和化学功能，有利于提高河道自净能力。岸坡结构还具有消减洪峰流量的功能，通过降低河水流速实现滞洪枯补、涵养水分的目标。

调查显示，土石笼护坡的生态性良好，有利于恢复河流生态系统，促进水生、陆地生态系统的能量及物质的交换，在一定程度上提升大凌河水质及河流自净功能。

2.4 治理效果评价

监测显示，水环境治理措施能够显著降低氨氮、CODMn、TP、TN等指标值，对改善河流水质具有积极作用，如图1。水环境治理明显消减了大凌河氮素含量，氨氮、TP总体呈波动减少的变化特征，而下降幅度最为明显的为氨氮，截止2019年7月氨氮、TN质量浓度小于3mg/L和1mg/L，河流达到Ⅲ类水质。对消减TP含量水环境治理具有明显成效，TP水质类别在治理前达到Ⅳ类，截止2019年2月TP下降趋势较为明显，随后期有所上升但仍然未超过0.2mg/L，河流符合Ⅲ类水质要求。在控制CODMn方面水环境治理成效显著，工程治理初期CODMn有短暂低值的出现，从Ⅳ类水质迅速提升至Ⅲ类水，而后有所反弹，由此表明CODMn质量浓度于前期阶段有效降低，但这种较低质量浓度无法长期得以保持，随着时间的推移呈上升趋势。因此，为有效控制CODMn浓度、逐步降低有机物浓度建议后期增加曝气装置。

3 结 论

根据大凌河义县段治理工程，提出改善大凌河水环境的措施：农业面源和农村生活污染为农村河道的主要污染源，生活垃圾资源化利用与分类回收、原位净化与生活污水截污、农业面源源头控制等措施，在很大程度上决定了水环境治理的成败；考虑到沿河沟塘较多的实际情况，解决农村河道外源污染入河的有效方法为结合沟塘生态改造外源污染拦截技术；农村自然河岸较多，维护河流水生态系统的有效方法是实行河岸整治与生态清淤相结合的水生态修复措施。