山区河道水环境综合治理探讨——以綦江区新盛河为例

赵士文，吴月龙，余文平，严雷鸣，何 东

(1. 南京水科院瑞迪科技集团有限公司，南京 210029；2. 南京水利科学研究院，南京 210029)

前 言

保护江河湖泊，事关人民群众福祉，事关中华民族长远发展[1]。水资源短缺、水环境污染及水生态损害是我国水利发展所面临的主要问题[2]，也越来越受到政府部门重视。河道是地区发展的重要组成部分，自“河长制”“水十条”实施以来，我国河道水环境治理取得良好进展与实效。由于山区河道一般具有坡降大、流速快、地形复杂、河势多变等特点，导致其水环境系统特征状态的复杂性和不唯一性，许多学者开展了针对山区型河道水环境治理理念、技术方法的研究：张波[3]以川西地区城河部分河段为研究对象，从山区河道特征状态尺度出发，研究认为可采取工程措施恢复构建原有的水环境系统特征，保护河段天然水环境系统；彭金涛等[4]针对我国目前生态环境需水研究难以反映河流自然水文情势和保护对象需水过程的问题，以生态、景观、水质等多目标为保护对象，引入不同的指标及标准研究山区河道生态环境需水量的过程，并推求了岷江上游干流典型电站——福堂水电站基于多目标保护的生态环境需水量过程，为后续生态环境需水的研究提供借鉴；么振东等[5]通过分析山区河道的主要问题，包括河道淤积、比降过大等，给出了一些典型的河道治理工程措施和治理实例，通过整理与分析，给出了一些常见护岸形式的适用范围和优缺点，并结合工程实践，推荐了一些新型护岸措施，为山区中小河流治理提供参考；Chen Qingfeng等[6]结合北方典型山区河流洋河的生态治理项目，对所采用的湿地系统效果进行了研究和分析，认为湿地系统能减轻北部山区河流的防洪压力，恢复河流生态，改善水质，使这些河流达到“留-蓄-恢复”的效果。本文以綦江区新盛河为研究对象，结合相关数据资料对河道特征及现存问题展开探讨，采用产排污系数法对各类入河污染源进行估算分析，并再此基础上从水安全、水资源、水环境、水生态、水景观和水管理等六大方面提出相应的治理思路。

1 河道基本特征

新盛河为长江上游流域典型山区河道，位于重庆市綦江区，是綦江右岸一级支流，河道全长21.3km，流域面积77.8km2，平均坡降为5.49‰，河口多年平均流量为1.41m3/s。新盛河发源于新盛镇阳台村，大致走向为由北向南，依次流经綦江区新盛镇和文龙街道，最终汇入綦江。新盛河水系现有8条支流，其中主要支流为号房河和大井坝河。新盛河水系图如图1所示。

图1 新盛河水系图Fig.1 Drainage map of Xinsheng river

由于新盛河流域内无水文站，根据周边与新盛河流域自然地理、气象、水文特性等具有相似特点的蒲河流域的石角水文站记录分析，綦江区汛期为4月～10月，主汛期为5月～9月，新盛河年内最枯流量一般出现在12月～次年3月，径流年际变化大，年内分布不均匀。

2 河道现状及存在的问题

2.1 防洪安全存在隐患

新盛河河势具有多数山区河道特点，纵坡较大，横断面呈“V”或“U”型，岸坡较陡[7]。新盛河中心城区段防洪标准为50年一遇，其他河段为20年一遇，就目前而言，各河段两岸的堤顶高程均能满足相应的防洪标准；河道岸线现有堤防及护岸2段，其中文龙街道段长度约6.86km，新盛镇德胜村段0.16km，上游河段由于缺乏必要的水土保持或边坡防护工程，易发生边坡水土流失；下游城区大部分河段设有堤防及护岸工程，但沙溪河公园至新盛河入綦江河口间约500m河段堤防及护岸覆盖不全，部分堤防出现水毁，受上游来水及綦江洪水顶托影响，易发生冲刷，存在安全隐患；新盛河主流新盛镇局部河段及大井坝河支流新盛场镇段存在私占河道岸线及违章建筑现象。

2.2 生态基流难以保障

新盛河水资源主要来源于降雨及山区汇流，由于山区河道坡降大，洪水具有陡涨陡落的特点，其枯水期流量非常小，河道内现有6座闸坝或溢流堰用于调蓄水资源。新盛河流域水资源时空分布不均，根据《重庆市綦江区水资源管控及水利设施布局规划(2016-2025)》，新盛河流域处于綦江区水资源供需矛盾最为突出的北部岭谷区，该区域多年平均降水量为1043.7mm，多年平均径流量为415.2mm，水资源本就存在供需关系紧张的特点，加之新盛河上游并无有效的雨洪资源调蓄设施，导致新盛河在不同季节流量差别极大，枯水期甚至存在断流风险，生态基流难以得到有效保障。

2.3 水体水质长期超标

新盛河原本为典型的黑臭河道，经过2017～2018年间黑臭河水体整治工程和“清河一号”“清四乱”等一系列专项行动，河道水环境得到明显改善。但是区域内水环境污染问题仍不容乐观，城市污水处理设施未完全覆盖，农村污水处理设施建设滞后[8]。新盛河水质管理保护目标为《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类水标准，目前綦江区水政管理部门定期对新盛河3个考核断面(分别为石桥村考核断面、德胜公路桥考核断面和入綦江河口考核断面，见图1)的水质进行监测，检测指标包括DO、pH、CODMn、CODCr、NH3-N、TP、TN……粪大肠杆菌群等常规24项指标。根据綦江区生态环境局2018年8月份至2019年9月份的水质监测资料，现状水质为Ⅲ类～劣V类，从上游至下游，新盛河水质基本呈逐渐变差的趋势，新盛河与綦江交汇口处水质超标，主要超标因子为TP、TN及CODCr，其中TP平均超标倍数1.68，TN平均超标倍数1.24。分析水质变差的主要原因是新盛河在下游段流经主城区，人口密度增大，生活污染入河量显著增加。取CODCr、NH3-N、TN、TP等常规四项指标为研究对象，各考核断面水质如图2所示：

图2 新盛河水质考核断面水质情况Fig.2 The water quality of control section in Xinsheng river

2.4 生态系统比较脆弱

新盛镇区域内的河段两岸开发程度较低，基本保持自然风貌，两岸边坡植被丰富，局部区域存在地表裸露，易受雨洪冲刷形成水土流失导致水体浑浊且泥沙沉积。受区域地形及水文条件影响，新盛河内水生动植物种类及数量均较少，生态系统脆弱，自净能力相对较弱。

2.5 河道景观有待提升

新盛河上游约17km河段位于新盛镇，周边基本保持乡村自然风貌；下游约4km河段位于文龙街道，该区域内河段主体为2017年完工的沙溪河公园，岸坡植被覆盖及植物搭配良好，滨河步道、亭廊小品等休闲景观设施较为完备，景观元素丰富多样，而该河段的上下游河段水域岸线则相对杂乱，局部河段污水管道外露，散发恶臭且有碍观瞻，景观衔接性存在不足，不符合綦江城市发展需求，更不符合“幸福河”的定义。

2.6 管理水平整体落后

目前綦江区针对河道水管理方面，全面实施河长制并设立河长办公室，由专门的管理执法队伍进行河道管理，针对环境污染问题整治建立了“綦江区环境保护执法联动机制”，管理制度体系较为健全。主要存在问题为水雨情及水质监测能力、信息化管理水平较落后。

3 污染源估算分析

经河道现场调查研究及相关资料分析，新盛河入河污染来源主要来自于周边居民生活污染、农田面源污染、养殖污染、工业污染、地表径流污染和底泥内源污染等。本研究着重对CODCr、NH3-N、TN、TP等污染负荷进行估算分析。

3.1 估算方法

3.1.1 生活污染入河负荷估算

将生活污染划分为生活垃圾污染和生活污水污染，其中生活垃圾参考重庆市环保局发布的《綦江河流域水环境综合整治实施方案(2016～2018)》(以下简称《实施方案》)中生活垃圾污染负荷计算方法：人均生活垃圾按0.7kg/日计算，其中1.0kg生活垃圾折算0.05kg CODCr、1.0g TN、0.2g TP。由于綦江区城乡生活垃圾收集转运体系较完善，参考《全国第一次污染源普查城镇生活源产排污系数手册(2008)》，并结合綦江流域生活垃圾收集处理现状，入河负荷比例按照5%估算。

W1=N1×α1×β1×10-3

(1)

式中：W1为生活垃圾入河污染负荷，t/a；N1为居民人口数量，人；α1为居民人均垃圾污染物折算量，kg/人·d；β1为污染物入河比例。

生活污水污染根据《生活源产排污系数及使用说明(2011修订版)》，重庆市辖区的居民生活源污水污染物人均产生系数为：CODCr59g/人·d、NH3-N 8.57g/人·d、TN 10.85g/人·d、TP 0.96g/人·d，城镇和农村生活污水污染负荷入河系数分别取0.8和0.5。由于目前新盛镇现有一座污水处理站，日处理能力500m3，出水指标为《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级B标准；城区居民污水收集运送至古南街道綦江污水处理厂进行处理，根据《綦江区2018年统计年鉴》，城区污水收集处理率为93%。相应入河负荷需进行核减。

W2=(N2×α2×365×10-6-W′)×β2

(2)

式中：W2为生活污水入河污染负荷，t/a；N2为居民人口数量，人；α2为居民人均产污系数，g/人·d；W′为污水处理厂削减的污染负荷，t/a；β2为污染物入河系数。

3.1.2 农田面源污染入河负荷估算

农田面源污染主要来自于化肥农药流失[9]。綦江区农田农作物主要为水稻和小麦，旱地则种植蔬菜瓜果等。根据统计资料结合ArcGIS软件分析计算，新盛镇在新盛河流域内农田面积约为17000亩，文龙街道约为8000亩。标准农田源强系数为CODCr10kg/亩·年，氨氮2kg/亩·年，总氮7.0kg/亩·年，总磷0.5kg/亩·年，根据生态环境部发布的2000～2017年间的《长江三峡工程生态与环境监测公报》，并结合流域内农田化肥使用及流失现状，入河系数参照《实施方案》相关内容取值0.08。计算过程中，污染负荷按照年降雨量、农作物类型、化肥用量等不同情况进行修正[10]。

W3=M1×α3×β3×γ×10-3

(3)

式中：W3为农田面源入河污染负荷，t/a；M1为农田面积，亩；α3为标准农田源强系数，kg/亩·年；β3为污染物入河系数；γ为修正系数，对于年降水量在800mm以上地区，修整系数取值范围为1.2～1.5，本工程取1.4；主要农作物修正系数取1.0；土壤为壤土，修正系数取1.0；土地坡度一般大于25°，修正系数取1.2；綦江区化肥用量修正系数取0.9。

3.1.3 养殖污染入河负荷估算

养殖污染包括水产养殖污染和畜禽养殖污染。其中水产养殖主要集中在新盛镇区域，根据统计资料，新盛镇现有不同规模的水产养殖户20～30户，养殖种类主要为鲢鱼、鳙鱼等淡水鱼类，养殖鱼塘面积为约380亩，鱼塘换水基本都进入新盛河流域。排污系数取《全国第一次污染源普查水产养殖业污染源产排污系数手册(2009)》中重庆地区鲢鱼和鳙鱼淡水池塘养殖排污系数的平均值：CODCr13.407g/kg、TN 2.098g/kg、TP 0.292g/kg。鱼类产品一年多造，根据现场调研，平均亩产量按1500kg/亩·a计算。

W4=M2×θ×α4×10-6

(4)

式中：W4为水产养殖入河污染负荷，t/a；M2为鱼塘面积，亩；θ为每年亩产量，kg/亩·a；α4为养殖种类排污系数系数，g/kg。

綦江区于2018年出台了《綦江区畜禽养殖区域划分方案》，对新盛河流域禁养区、限养区等进行了划定并取得较好效果。整体而言，新盛河流域现状畜禽养殖较少，经统计(2018年)新盛镇现有规模化养殖生猪约500头，奶牛约100头，且均按照农业部门要求采取相关粪污处理措施，污染入河系数按0.2计。以《第一次全国污染源普查畜禽养殖业源产排污系数手册(2009)》为基础，通过猪、牛粪/尿便排泄系数及粪便/尿中的污染物平均含量进行估算入河污染负荷。

W5=(δ1×T×N3×α5+δ2×T×N3×α6)×β4×10-6

(5)

式中：W5为畜禽养殖入河污染负荷，t/a；δ1为个体产粪量，kg/日·只；T为饲养天数，d；N3为畜禽饲养数量，只；α5为粪便中污染物含量，g/kg；δ2为个体产尿量，kg/日·只；α6为尿液中污染物含量，g/kg；β4为污染物入河系数。

3.1.4 工业污染入河负荷估算

新盛河流域工业企业主要集中在新盛镇，企业类型主要为中小型汽修、石材加工和机械加工等，大部分采取相应的污水处理措施并取得排污许可。工厂污水排放量统计资料暂缺，通过现场踏勘调研，各厂排水量均按20m3/d估算，经处理后污水水质按《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B标准考虑，即CODCr为60mg/L，NH3-N为8mg/L。

3.1.5 地表径流污染负荷估算

流域内城镇地表径流污染排放负荷与流域面积、年降雨量、人口密度和路面清扫频次等因素有关，参照美国国家环境保护局模型[11]，按照经验系数类比法进行估算。

W6=αij×P×A×D/D′×r/r′

(6)

式中：W6为每年j类土地产生的i类污染物的量，t/a；αij为j类土地i类污染物荷载因子，t/km2·mm；P为集镇年降水量，mm；A为集镇面积，km2；D、D′为集镇、试验区人口密度，万人/km2；r、r′为集镇、试验区道路清扫间隔天数，d。

3.1.6 底泥内源污染负荷估算

本次研究按照单位水下湿周面积底泥释放速率的方式计算进入河道水体的污染负荷[12]；参考《实施方案》，綦江流域底泥污染释放强度平均取值为：CODCr0.31kg/m2·a，NH3-N 0.0018kg /m2·a，TN 0.003kg/m2·a，TP 0.0006kg/m2·a。

3.2 估算结果及分析

由下表和图3可知，新盛河入河污染总负荷分别为：CODCr419.71t/a、NH3-N46.25t/a、TN73.23 t/a、TP 8.05t/a。生活污染是新盛河最大污染来源，

图3 各种入河污染负荷贡献饼图Fig.3 The proportion of various pollution load into river

4种污染物均占总入河污染负荷的50%以上，其中NH3-N贡献率高达83.5%；其次为农业面源污染，NH3-N、TN和TP等污染负荷贡献率均在10%以上，其中TN贡献率为27.8%；养殖污染对TP贡献率为22.9%，其他污染负荷贡献率均相对较小；底泥内源污染对CODCr贡献率为12.9%，其他污染负荷贡献率则相对较小；工业污染和地表径流污染对各种类型的污染负荷贡献率均较小。

4 治理思路及建议措施

4.1 治理思路

紧紧把握“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”新时期的治水方针，全面落实“水利工程补短板、水利行业强监管”的思路，牢牢把握重庆地区“建设山清水秀美丽之地”“筑牢长江上游重要生态屏障”的理念，工程措施与管理措施并重，结合山区河道基本特点，以现状问题为导向，在充分调查和分析的基础上，紧紧围绕区域相关规划和制定的治理目标，从水安全保障、水资源调配、水环境改善、水生态修复、水景观改造和水管理提升等六大方面系统地制定治理方案并付诸实施，旨在打造“防洪保安全、优质水资源、健康水生态、宜居水环境”的“幸福河。治理思路框架图如图4所示。

图4 新盛河水环境治理思路Fig.4 Idea of Xinsheng river water-environment treatment

4.2 建议措施

4.2.1 水安全保障

水安全是山区河道综合治理的重中之重，基本方法是防洪固堤[13]。考虑綦江城区向北延伸发展，建议堤防和护岸工程同步向北延伸；修复水毁挡墙及护岸结构，提升其防冲刷能力；依据新盛河管理保护范围划定方案，拆除现状废弃构筑物、阻水建筑物及违章建筑；定期组织排查和解决其他影响河道行洪的安全隐患。

4.2.2 水资源调配

河流健康与水资源管理密切相关[14]，由于新盛河水资源时空分布不均，枯水期生态流量难以保证。建议在枯水期进行优质水资源调配，一方面保障新盛河生态流量，另一方面避免进一步污染现状水体水质。可从周边水库调水或在新盛河上游区域合理选址新建水库进行雨洪资源调蓄，实施前需进行充分的水资源论证和生态风险评价。

4.2.3 水环境改善

实施截污纳管工程，针对现状污水排口通过截污井截流，推进城区雨污分流工程建设，新建或完善城区雨污管网设施及污水处理设施；在农村实施分散式污水处理站工程，最大程度上对农村污水进行收集处理；为满足城市发展需要及新盛河水质管理目标要求，针对现状新盛镇污水处理厂进行扩建和提标，短期可采取人工湿地等形式对出水进一步净化提升；对多年未实施清淤河段、易淤积河段及污染负荷较集中的河段(包括支流)实施清淤疏浚工程。

4.2.4 水生态修复

利用绿色植物打造生态岸坡，对径流污染进行拦截；在新盛镇水土流失较严重的区域种植水土保持经果林，提升植被覆盖率，促进保土蓄水；运用生态学手段增加河道生物多样性，提升生态系统稳定性。

4.2.5 水景观改造

以“亲水乐水、人水和谐”理念为指导，结合现代化科技手段，融合綦江地区特色文化，改造新盛河水域岸线景观面貌，将新盛河打造为展现綦江文化的纽带。可将新盛河现状生态步道在保障河道行洪安全的前提下向上下游纵向延伸，促进城乡景观衔接；在綦江入河口、新盛镇场镇等重点区域打造滨水景观节点，为城镇居民提供日常休闲场所。

4.2.6 水管理提升

完善流域内水雨情、水质等监测设施，推广视频监控、闸坝工程远控、山洪预警系统，提升信息化监测监控和管理水平；明确权责划分，压实各级河长责任，鼓励部门合作和联动，在流域内实施统一规划、管理、协调与监督；通过法律手段取缔现状污水排口、避免新增污水排口，打击违法排污行为；继续推进畜禽水产养殖科学规范化、农药化肥减量化，发展生态绿色农业；划定河流管理保护范围，实现河道规范、科学化管理，巩固维护“清四乱”成果；开展宣传培训和水环境科普活动，提高周边居民环保意识并引导广大群众密切参与河道水环境治理、保护与监督行动中来。

5 结 论

(1)以新盛河作为山区河道典型，多角度分析了其现状及存在问题，其问题主要体现在：防洪安全存在隐患、生态基流难以保障、水体水质长期超标、水生态系统比较脆弱、河道景观有待提升、管理水平整体落后等。

(2)基于新盛河流域现状，对多种入河污染负荷进行了估算分析，结果表明：生活污染是新盛河最大污染源，占总入河污染负荷的50%以上；其次为农业面源污染，NH3-N、TN和TP等污染负荷贡献率均在10%以上；养殖污染对TP贡献率为22.9%；底泥内源污染对CODCr贡献率为12.9%；工业污染和地表径流污染对各种类型的污染负荷贡献率均较小。

(3)结合上位政策规划及理念，针对新盛河现存问题，分别提出了水安全保障、水资源调配、水环境改善、水生态修复、水景观改造和水管理提升等水环境综合治理的具体建议措施。