北票市凉水河水质评价及环境综合整治研究

高 杰

(沈阳市鹏展建筑工程有限公司，辽宁 沈阳 110000)

近年来，农村中小河流水环境问题逐渐受到高度重视，已从单纯的河道防洪治理转变成水景观、水生态、水环境、水安全的综合整治；河道治理要在保证水安全的情况下，重建与恢复生态系统功能结构，以生态、文化、景观理念改造河道及其岸坡的结构形态，从而增加物种数量与多样性，提升水循环利用率及河道的自我调节、自净功能，配合生态建设与河道景观实现区域经济可持续发展、人水和谐的目标[1]。

由于农村基础设施不完善，如缺乏市政污水设施、垃圾收运设施等，使得流域范围内的污水直排。其中，引起河道水质恶化的关键因素有农田化肥流失和农村面源污染，所以控源截污是改善河道水质、从源头上消灭污染的根本任务[2]。考虑到现状农村河道多自然边坡，其景观效果和生态环境整体较差的实际情况，文章以实例工程，提出水环境、水生态、水安全、水景观的整治策略，以期为恢复洁净耗氧的河道生态系统提供参考。

1 水安全

水安全是确保河流防洪排涝功能以及沿河居民安全的根本保障，一般农村河道防洪规划较少且大多数并不完整，河道多不规则的自然边坡，经水流冲刷普遍存在坍塌现象。因此，为了增强河道的滞洪补枯、消减能量和调蓄洪水功能，必须科学的设计水安全。

1.1 设计洪峰流量

首先，防洪标准的确定要全面考虑耕地面积、人口规模等因素，并对河长、平均坡降、流域面积等特征按照大比例地形图测算。然后，按照有、无水文资料两种情况计算防洪设计流量，即利用历史洪水资料和当地暴雨图集、水文手册确定设计洪峰流量。

1.2 现状过流能力复核

采用一维恒定流HEC -RAS模型，结合实测跨河建筑物(桥梁、闸等)尺寸和河道横、纵断面资料计算水面线，以该运算结果作为后续设计及河道现状过流能力评判依据。

1.3 河道设计

综合考虑河道农田灌溉要求、上下游边界高程、沿程跨河建筑物及现状河底高程等因素合理设计纵断面，应遵循的原则为：(1)河道纵坡走向要最大程度的与现状纵坡相一致，结合现状实际情况分段拟定纵坡；(2)尽量实现枯期形成水景观、汛期排泄畅通，保证洪水水面线不受下游洪水顶托且上下游平顺连接；(3)河势稳定且不出现河道游荡的情况。

充分考虑现状地形条件、生态景观要求等因素科学设计河道的横断面及其形式，在达到防洪要求的基础上最大限度的减少土方开挖，应将生态景观与设计流速相结合综合确定护岸型式，同时合理设计护脚。

2 水环境

受人类活动影响农村中小河流水环境问题日趋突出，加之农村基础设施薄弱、环保投资力度不足，致使内源、点源和面源污染不断加剧，河流水质呈持续恶化的趋势。

2.1 污染源分析

(1) 点源污染。这种污染源主要有工业、餐饮服务业及规模禽畜养殖产生的污水，经明渠暗涵部分污水流入河道。

(2) 面源污染。此类污染源包括水土流失、农田耕作、农村径流和生活污水散排等，因基础设施薄弱缺少必要的垃圾收运设施，在降雨径流作用下地面垃圾流入河道；此外，随天帝浇灌退水农田化肥、农药流入河道。

(3) 内源污染。在各种生物、化学和物理作用下，流入河道内的营养物逐渐沉降至河底表层，从特定的化学和物理条件下从底泥中释放再次进入水中，由此产生的内源污染。

2.2 基础资料搜集

首先，收集整理流域内的各类污染源数据资料，其中点源污染资料收集应包括工业污染厂房位置、餐饮业规模、禽畜养殖数量、污染物浓度和污水排放量等；面源污染资料收集要包括禽畜规模养殖数量、禽畜种类、养殖点位置、化肥施用量、农田面积、散养家禽种类与数量、农村位置及人口等数据。

2.3 污染源解析

河道污染源解析就是分析各类污染源的贡献率，通过调查分析流域内的污染源确定每个污染物的总量。

一般地，点源污染是指工业、餐饮服务业和规模禽畜养殖所产生的污水。对于工业污水，各工业单位提供污染物含量和污水量监测数据；针对餐饮服务业，要分区、分城市类别按照第二分册查得流域所在地区的垃圾产生量、污水量、TN、TP、COD量；对规模禽畜养殖的TN、TP、BOD5、COD等污染物年排放量，按排放标准规定的污染物浓度和排水量计算。

面源污染一般涉及水土流失、农田耕作、农村径流和生活污水散排等。其中，水土流失所产生的污染物总量应考虑过程滞留量系数、土壤内营养物质含量及当地土壤侵蚀模数等参数确定；农田径流污染物量应利用标准农田源强系数，经降雨量、化肥施用量以及地形坡度修正合理计算；由于农村缺少必要的垃圾收运设施，加之污水管网系统不够完善，散养家禽及农村生活垃圾是径流面源污染主要来源，所以农村面源污染可按照污染物排放系数、散养家禽数量、人均产生垃圾指标、农村人口数量来计算；分区、分城市类别，按第一手册确定流域所在地区的生活污水量及产排污系数，并确定TP、TN、BOD5及COD浓度，鉴于该数据仅适用于城镇居民而没有具体的农村生活污水量标准，可结合文献资料、地方排污系数及标准用水定额综合确定。

内源污染是污染物从河道底泥中向水体释放所产生的污染，其中最常见的内源污染有难降解的有机物、重金属和氮磷营养盐等。pH值、温度、溶解氧等河底环境因子扰动与内源释放量有关，可借鉴同区域有关研究资料确定底泥释放系数和内源污染负荷量。

综上分析，结合各污染源产生的污染物量可以计算对污染污染的贡献程度。

2.4 水环境治理措施

以解析的污染物量为基础分析造成污染的主、次要原因，在此基础上实施有效的治理措施。例如，将餐饮服务业及农村生活产生的污废水纳入村系污水收集与处理系统，同时实施控源截污整治；对于生活垃圾、人畜粪便及散养家禽造成的面源污染，要加快完善垃圾收运系统和农村旱厕改水厕进程，要求规模养殖废水达标处理，严禁未达标废水随意排放；对于农田面源污染要减少农药胡斐的施用量，积极推进节水灌溉、科学种植和生态灌渠建设，并采用发酵技术循环利用废弃的农作物秸秆；对于内源污染可采取清淤疏浚措施，考虑河道的纵坡降实行河内农业垃圾清理。

3 水生态与水景观

水生态是指微生物、动物、植物在河道范围内形成的小型生态系统，随着城镇化的快速推进，河道治理过于强调其防洪功能，而对过流能力的考虑较少，河道过流断面不断缩小，岸坡硬化、裁弯取直、“三面光”等现象普遍存在，不仅加剧了河流水质和水生态的恶化，极大地降低了水环境容量，而且对水生、湿生动植物的生存发展造成不利影响。因此，分析水生态时，应全面考虑栖息地、生物类型、水环境及水文水资源等因素，对水环境现状进行合理评价；然后，通过挖河增水、建设翻板闸、人为营造脉冲，以多孔材质建设生态岸坡等，确保沿河串接湿地、池塘、沼泽得以恢复，形成河流时缓时急、河道深滩-阶梯、河水经常漫过河岸的结构形式，创造适于各生物生存的环境，为水生动植物栖息及水生、湿生植物生长提供适宜的空间，增加生境复杂多样性。

依据规划定位合理设置景观节点，通过建设亲水平台、滨水景观等提高河道的亲水性，为实现净水目标还可加入海绵设施，在为居民提供休憩场所的同时还可形成良好的生态景观效果。

4 实例分析

4.1 河流概况

凉水河位于北票市西北部，属大凌河一级支流，流经西官营镇、大三家乡、台吉镇和凉水河乡等地后汇入白石水库，河道总长51 km，流域面积731 km2，平均比降7.2‰，年径流量3 435万 m3。该河流属性为浅丘、季节性河流，径流量多以洪水方式下泄，非汛期时河道径流很小，基本断流。

凉水河流域内山多坡陡，石质山较多，植被较差，水土流失比较严重，河水含沙量较大。该流域属于中温带季风气候，一年四季变化明显，冬、春少雨干燥，夏季炎热多雨。年均气温8.5℃，平均相对湿度38%～82%，无霜期130～150 d，日照时数为2 500～2 900 h。凉水河流域的降水主要受华北气旋、台风及低气压影响，年降雨为450 mm左右，降雨在年内、年际之间变化较大，分配极不均匀，多集中在7、8两个月，占全年降雨70%。

结合凉水河水质监测资料，2010-2020年流域内TP、TN、BOD5、COD的平均浓度值，如图1。

图1 凉水河月尺度水质监测数据

由图1可知，凉水河TP、TN、BOD5、COD的浓度值整体处于Ⅲ类水、劣Ⅴ类水、Ⅲ类～Ⅴ类水、Ⅲ类～Ⅳ类水之间，并且3-6月枯水期水质相对较差。根据收集的流域内化肥施用量、农田种植面积、服务业统计、牲畜及人口数量等数据资料，按照文中所述流程开展污染源解析，如表1。

表1 凉水河流域污染负荷量 t/a

从表1看出，凉水河年COD入河量可以达到3 158.73 t，其中人畜粪便、生活污水和服务业为主要来源，三者的贡献率基本相当；年BOD入河量可以达到1 458.12 t，其中人畜粪便和生活污水对BOD的贡献率为57.36%、42.64%；年TN入河量可以达到874.02 t，其中化肥流失和人畜粪便为主要来源，两者所占比例为44.22%、19.13%；年TP入河量可以达到231.69 t，其中水土流失与化肥流失为主要来源，二者所占比例为20.12%、37.75%。

研究表明，凉水河主要污染源包括农业化肥、人畜粪便、生活污水和餐饮服务业，所以面源与电源污染应作为控制的重点。为提升凉水河水景观、保证水安全以及解决水环境问题，可以采取生态护岸建设、水环境整治、景观提升和生态治理等综合整治措施[3-5]。

4.2 生态护岸建设

生态护岸建设主要是将原混凝土、块石结构拆除，将其改造成适于水生动植物生长的近自然生态护坡，护坡材料符合抗侵蚀性、抗冲性、耐久性、亲水性和渗透性要求，常用卵石、竹笼、木桩等天然材料，也可选用“生态砖”。为防止土壤侵蚀及维护河岸稳定，可将湿生或水生植物种植于护岸上，植物根系在土壤介质中交错分布有利于提高河岸的表层强度及其稳定性，有利于降低岸坡的重力侵蚀；水生植物种植于河岸与护岸交错的生态活跃区，可以减缓水流速度，为生物栖息创造适宜空间；水陆过渡带的水生、湿生植物，通过沉淀、絮凝、还原、氧化、支流、吸附、吸收、渗透等生物和物理化学作用，增强河流的净化功能。此外，生态护岸还具有涵养水分、滞洪补枯、减缓流速和消减洪水能量等作用。

4.3 水环境整治

依据污染源解析结果，化肥流失、人畜粪便以及生活污水是凉水河的主要污染源。因此，化肥流失污染源控制和农村污水整治应作为水环境整治的重点。

流域内多旱厕且村落较分散，无系统的排水管网且排水体系以雨、污混合流为主，生活污水及雨水经路边暗沟或明渠进入田间灌溉渠，从路面随意自流至低洼处并最终排入河道。凉水河流域大部分自然村都没有污水处理设施与污水管网系统，对此亟需实行截污治理，其总体思路为：将农村污水利用新建的截污管引流至污水处理系统，鉴于人口稀少、村落分散的特点推荐选用一体化污水处理系统，经反复论证和比选确定污水处理设施为一体化A2/O系统。

为解决枯水期水质较差的问题拟建设5万 t/d处理规模的人工湿地，通过设堰将中下游河水引入湿地，达标处理后排入河流。结合凉水河逐月枯水期径流资料，该规模能能够保证河道枯水期90%以上河水的处理率。

4.4 景观提升

结合城乡规划，将以文化为载体的景观带设置于河道两岸5～15 m范围内，并考虑生态景观要求和现状地形条件，引入海绵城市理念把“快排”系统转变为“慢排”，从而达到后排水先渗透的目的，设置雨水湿地、生物滞留带、下沉绿地、生态沟和面源污染隔离带等，在消减面源污染的基础上满足生态景观需求。

4.5 生态措施

将千屈草、水生美人蕉、花叶芦竹和芦苇等挺水植物，栽植于常水位线以下30～10 cm范围内；凉水河河流存在流速快、流量大、坡降陡等特点，因此不宜种植沉水或浮水植物。

5 结语

农村基础设施薄弱，加之过去环保意识淡薄、农药化肥施用过量等，农村河流水体污染问题突出。随着经济的发展和生态环保意识的增强，农村环境整治及黑臭水体治理逐渐引起人们的重视，以凉水河为例提出了包括水景观、水生态、水环境、水安全整治的对策，研究成果可为农村河流生态修复方案设计提供参考，为实现河道防洪排涝、农田灌溉、生态保护等目标提供保障。