内蒙古河套灌区灌排体系现状及污染变化规律

丁夏平，王 瑞

(内蒙古河套灌区水利发展中心，内蒙古 临河 015000)

内蒙古河套地区地处黄河几字弯顶端，是全国三大灌区之一，也是亚洲最大的一首制自流引水灌区，是国家重要的商品粮基地，素有“塞上江南”“塞外粮仓”的美誉[1-2]。经过多年的发展，灌区引黄灌溉面积已由解放初期20.0万hm2发展到如今的57.4万hm2。因此，有必要对灌区灌排体系现状和污染变化规律进行研究，为灌区的科学管理和相关规划决策提供理论依据[3]。

1 内蒙古河套灌区灌排体系

1.1 灌区渠系工程

河套灌区位于巴彦淖尔市南部，横跨七个旗、县、区以及包头郊区少部分地区，东西长300 km，南北宽50～80 km，总土地面积111.9万hm2，实际灌溉面积57.4万hm2。由乌兰布和灌域、解放闸灌域、永济灌域、义长灌域及乌拉特灌域等组成，从三盛公水利枢纽引水，经由180.85 km的总干渠向五个灌域供水，农田排水经各级排水沟道后，退水至228.00 km的总排干沟，以乌梁素海作为排水承泄区，通过13条干渠、12条干沟控制整个灌区的灌溉排水，形成一个带状形有灌有排的一首制灌区，是亚洲最大的一首制自流引黄灌溉区[4-6]。

河套灌区灌水系统由总干、干、分干、支、斗、农、毛七级组成，现状渠系水利用系数0.48。现有总干渠1条，全长180.85 km；干渠13条，总长779.70 km；分干渠48条，支渠339条，斗、农、毛共85 522条。排水系统也设七级，总排干沟1条，全长228.00 km；干沟12条，全长503.00 km；分干沟59条，支沟297条，斗、农、毛沟17 322条。

1.2 总排干现状

总排干沟是河套灌区排水系统的骨干工程。全长257.283 km，控制灌区排水面积75.8万hm2，控制山洪洪水面积13 313 km2。总排干沟是河套灌区保尔套勒盖灌域和后套灌域的排水、灌溉退水和灌区北部狼山山洪水排泄入黄的唯一通道，共有汇入口115个，主要排干沟一至七排直接汇入。排水工程最大排水能力约100 m3/s，主要包括乌毛计泄水闸、总排干沟1号泵站和2号泵站。

总排干沟全线由三段组成。第一段为总排干沟主干段，西起杭锦后旗张大圪旦村，东至红圪卜扬水站，扬水进入乌梁素海，全长203.283 km，控制排水面积64.5万hm2。第二段为乌梁素海段，其水域长30 km，它对河套灌区排水、退水及山洪水起着调蓄水量的作用，控制排水面积9.0万hm2。第三段为总排干沟出口段，由乌梁素海南端乌毛计泄水闸至黄河三湖河口入黄河，全长24.75 km，控制排水面积2.3万hm2。

经过多年的运行，总排干沟部分沟道旱台塌坡、淤积严重，沟道过水断面减小，达不到设计排水能力。由于总排干沟排水不畅，致使沟中水位较高，各分干沟汇入口由于受到总排干沟水位的顶托，排水不畅，在水位高时出现倒灌现象，对两岸的耕地造成阴渗返盐现象。原设计排清水的总排干，现在为乌梁素海补水输黄河水，水中泥沙含量较高，造成总排干淤积。近几年对乌梁素海进行凌汛分洪补水，流凌水中冰块对两岸边坡的撞击、剐蹭等作用，造成部分河段塌坡严重，尤以弯道凹岸最为严重。因此，总排干沟急需整治。

2 灌区水污染变化规律

根据巴彦淖尔市水功能区划，河套灌区各级渠系为农业用水区，水质现状Ⅳ类，目标水质Ⅳ类；三、五、七排干沟、红卫分干沟、西乐分干沟以及三排干以下总排干沟段为排污控制区，要接纳杭后陕坝镇、临河城区、五原隆兴昌镇和磴口巴彦高勒镇的生活工业废污水，现状水质劣于Ⅴ类，目标水质Ⅴ类；其余分干沟以上排水沟系，包括三排干以上总排干沟段是中水利用的工业用水区，水质现状Ⅳ-Ⅴ类，目标水质Ⅳ类。

2.1 总排干水质分析

根据总排干上游四支、银定图、美林桥和红圪卜四个断面2013—2017年的水质监测数据，选取化学需氧量(COD)、氨氮(NH3-N)、总氮(TN)、总磷(TP)等4项指标作为代表性指标，对比地表Ⅴ类水质浓度限值，来分析总排干水环境现状。总排干四个监测断面COD、NH3-N、TN、TP浓度的年际变化情况如图1～图4所示。

图1 总排干各断面COD浓度年际变化

图2 总排干各断面NH3-N浓度年际变化

图3 总排干各断面TN浓度年际变化

图4 总排干各断面TP浓度年际变化

根据水质监测数据，总排干上游的四支断面相对其他断面水质较好，但COD、TN多年平均浓度超地表Ⅴ类水质标准。美林桥、红圪卜断面的4项指标均超地表Ⅴ类水质标准，为劣Ⅴ类水体。4项指标超标最严重的断面均在美林桥，这与处在上游的七排干接纳五原县城镇及工业污水有关；在银定图断面下游，随着汇入总排干的水量增加，污染物得到稀释及降解，其浓度呈降低趋势。

COD方面，四个断面的多年平均浓度均超过地表Ⅴ类水质标准，超标最严重的断面在美林桥。从2015年4月开始，四个断面的COD浓度随时间变化幅度减小，总体呈下降趋势。年内波动较大，冰封期多劣于Ⅴ类水标准，凌汛后期明显回落，灌溉初期又急速上升，之后显著降低并趋于稳定，优于Ⅴ类水标准。

NH3-N方面，四支断面指标监测数值良好，多年均优于Ⅴ类水标准，且变化幅度较小；银定图、美林桥和红圪卜断面的超标率接近，分别为22.9%、28.6%和25.7%，总体变化趋势相同，其中银定图断面波动幅度相对较小。年内冰封期和凌汛后期数值偏高，劣于Ⅴ类水标准，其余时期均保持稳定，且优于Ⅴ类水标准。

TN方面，四个断面TN多年平均浓度均超过地表Ⅴ类水质标准，超标最严重的断面在美林桥，四支、银定图、美林和红圪卜的超标率分别为62.9%、91.4%、97.1%和97.1%；指标整体变化趋势相同，多年基本保持稳定，年内波动较大，在冰封期和凌汛后期较高，其余时期趋于平稳。

TP方面，四支断面和银定图断面TP指标监测数值良好，几乎均优于Ⅴ类水标准，且变化幅度较小；美林桥和红圪卜断面多年平均浓度超过Ⅴ类水标准，总体呈现下降趋势，自2014年5月起趋于平稳；超标最严重的断面在美林桥，超标率为34.3%。年内冰封期、凌汛后期和灌溉初期数值偏高，其余时期基本保持不变。

2.2 各排干水质分析

根据2015—2017年逐月的各排干水质监测资料，选取化学需氧量、氨氮、总氮、总磷等4项指标作为代表性指标，对比地表V类水质浓度限值，评价各排干水环境现状。

根据COD监测结果，一排干和二排干水质较好，其余排干超标率较高。三排干、四排干、六排干、八排干的超标率分别为13.89%、22.22%、19.44%和33.33%；五排干、七排干、九排干与十排干COD超标率分别为58.33%、69.44%、72.22%和88.89%，超标率均大于50.00%，水质较差；七排干与十排干超标倍数大于平均值以上的样本较多，水质稳定性差。

根据NH3-N监测结果，一排干、二排干、六排干、八排干、九排干以及十排干NH3-N超标率低，其余排干超标率较高；三排干超标率为38.89%，平均超标倍数为1.97；四排干超标率为16.67%，平均超标倍数为0.79；五排干超标率为52.77%，平均超标倍数为2.05；七排干超标率为52.77%，平均超标倍数为3.02；五排干和七排干NH3-N超标率较高，水质较差；七排干超标倍数大于平均值以上的样本较多，水质稳定性差。

根据TN监测结果，各排干TN超标率都比较高，最低的为十排干61.11%，三排干、五排干、七排干的超标率分别为100%、100%和97.22%；平均超标倍数方面，最低的为十排干1.40，最高的为五排干9.16，三排干、五排干与七排干平均超标倍数都大于4.0，水质特别差，且超标倍数大于平均值以上的样本较多，水质稳定性差。

根据TP监测结果，二排干、三排干、五排干和七排干TP超标率较高，超标率分别为69.44%、77.78%、97.22%、97.22%，其平均超标倍数分别为1.62、2.10、7.51、10.48，其余排干TP超标率较低；三排干、五排干与七排干超标倍数大于平均值以上的样本较多，水质稳定性差。

综合来看，五排干和七排干水质最差，三排干、九排干与十排干水质较差，一排干和二排干的水质相对较好。五排干和七排干各项指标的超标率均大于50%，五排干的TN、TP超标现象严重，两者的平均超标倍数分别为9.16和7.51，超标率均为100%；七排干的TN、TP超标现象严重，平均超标倍数分别为7.62和10.48，超标率均为97.22%；三排干TN、TP超标情况显著，两者的超标率分别为100%和77.78%，平均超标倍数分别为4.83和2.10；九排干与十排干的COD、TN超标严重，两者的COD超标率分别为72.22%和88.89%，TN超标率分别为80.56%和61.11%。

对污染来源进行分析，结果表明：水体污染最重的五排干主要接纳了农田退水、临河区东城区污水处理厂和巴彦淖尔市污水处理厂的污水；污染较重的七排干主要接纳了农田退水、五原县污水处理厂出水，以及2家番茄制品公司的工业排水；水质较差的三排干污水来源主要包括农田退水、杭锦后旗污水处理厂出水；十排干水质较差的主要原因是沿途接纳了乌拉特前旗农田退水和城镇生活污水处理厂达标排放后的退水，另外十排干沿途穿过几个盐水湖，因此水中的Cl-浓度较高，致使十排干的COD浓度最高。

3 结 论

通过河套灌区排灌体系现状和污染变化规律的分析，可以发现灌区目前存在的主要问题：灌区骨干排水沟道经过多年运行，沟道塌坡淤积严重，建筑物老化失修，排水不畅；随着灌区内经济发展和污染加重，排干沟成为灌区主要排污通道，水质普遍不达标，以五、七排干最为严重，其次为三排干与十排干，各排干沟多年的水质达标率不到50%；灌区内水生态环境十分脆弱。经过污染来源分析发现，在灌区发达的排水系统中，并没有配套相应的污染控制工程，使得点源和面源污染物基本没有得到净化，而是经排水系统直接进入了乌梁素海，加速了后者的富营养化。因此，建议将“源头控制，过程阻断”有机结合，采用自然生态与人工强化技术手段，最大程度削减灌区的污染物排放量。