农田排水沟水环境治理措施探讨

何学忠

（宁夏中卫市水利勘测设计院（有限公司），宁夏中卫 755000）

0 引言

农田排水沟主要承担农田排水、退水和生活排污任务。排水沟的整治将会对促进当地经济发展，改善沟道沿线生态环境，恢复沟道的生态，营造“水清、岸绿”的和谐生态环境都有着十分重要的社会意义。因此，农田排水沟的水环境整治就显得尤为重要。本研究选择沙坡头区第四排水沟作为研究对象，探讨农田排水沟水环境治理的主要措施。

1 工程概述

沙坡头区隶属宁夏中卫市，位于宁夏回族自治区中西部，东邻中宁县，南与同心县、海原县及甘肃省靖远县交汇，西接甘肃省景泰县，北邻内蒙古自治区阿拉善左旗。

沙坡头区引黄灌区有干沟8条144.87 km，支沟59条131.34 km，斗沟205条121.42 km，农沟1 938条902.77 km。干沟已完成治理长度66.55 km，占干沟总长的45.9%。9条干（支干）渠横贯东西，与支、斗、农渠配套灌溉，8条排水干沟年均排水能力34.21 m3/s，与支、斗、农沟交织成网，汇集排水入黄河。中卫市沙坡头区引黄灌区内部现已形成渠、沟配套，水利设施基本完善的灌排体系，为沙坡头区农业和农村经济的稳步健康发展提供了良好的水利保障。

第四排水沟位于中卫市沙坡头区境内，总长20.7 km，自西向东穿沙坡头区迎水桥镇、滨河镇、东园镇、柔远镇、镇罗镇，于镇罗镇河沟村入跃进渠。沟道非灌溉期实测最大流量为1.38 m3/s，灌溉期最大流量为3.94 m3/s，现状沟底宽3～5 m，沟深3～4.5 m，内坡坡比1∶1.5～1∶2。第四排水沟灌排水、污水分离工程实施后，目前沟道分为上下两段，上段西起沙坡头区迎水桥镇牛滩村，东至机场大道，沟道长2.68 km。沟道下段西起宁钢大道，东至镇罗镇河沟村入跃进渠，沟道长11.96 km。该沟道既担负着沿线农田排水及下游柔远、镇罗地区1 113.33 hm2农田灌溉的补水任务，又承担着沟道沿线农村生活污水排放任务。本工程治理范围为第四排水沟下游沟道砖塔支渠退水渠至冯庄新村生产桥（桩号K10＋035～K16+050），治理总长为6 km。

此段沟道未采取任何工程措施，只在每年的秋季农田建设期间，对部分段落进行清淤，但仍存在岸坡坍塌、淤积及建筑物老化破损现象，给农田灌溉带来不便的同时，存在行水安全隐患及车辆行车安全隐患。另外，农田、大棚、村庄、企业分布于沟道两侧，直接向排水沟道倾倒生活垃圾，部分水冲式厕所等生活污水直排沟道，部分养殖企业冲洗圈舍废水直排，部分农业废弃物未经妥善处理随意丢弃，以上原因直接导致沟道黑臭，水质不达标。为切实改善中卫市水环境质量，确保水环境质量“只能更好、不能变坏”的原则，对第四排水沟进行水环境治理。

2 治理措施

通过对整治方案的比选，决定采用工程措施、生物措施和植物措施对第四排水沟进行综合治理。

2.1 工程措施

本工程对第四排水沟砖塔支渠退水渠至冯庄新村生产桥（桩号K10+035～K16+050）段进行清淤，并对沟道边坡进行整理，总长6 km，待清淤整理完成后，对沟道第四排水沟与砖塔路交汇上下游200 m（桩号K10+453～K10+653）、柔石路上下游250 m（桩号K11+724～K11+974）、中央大道上游100 m（桩号K14+770～K14+870）进行双断面格宾+植草砖砌护，中央大道下游220 m（桩号K15+000～K15+220）进行双断面格宾+六角砖砌护，第四排水沟与冯庄新村生产桥交汇处上下游200 m（桩号K15+850～K16+050）进行右岸单断面格宾+植草砖砌护，沟道双断面总砌护长度0.87 km。砌护完成后于沟道（K10+550、K11+200、K11+724、K12+200、K12+700、K14+400、K14+850、K15+200、K15+558、K15+960）分别新建跌水坝各1座，共计10座，并对新建跌水坝位置沟道采用浆砌石进行全断面砌护（灌溉季节对坝体进行拆除）。为保证农田渠道及沟道正常排水，对沟道部分尾水进行拆除新建，其中渠尾水10座，沟尾水2座。

2.1.1 沟道清淤

本次规划清淤采用局部重点清淤治理，全程疏通清理的方式，对淤积面进行清理。清淤长度为6 km，平均清淤厚度为0.5 m，比降为1/900～1/2 000，清淤完成后对沟道淤泥进行外运。在沟道底高程低于设计底高程时，不考虑回填。沟道断面大于设计断面时，在现状堤岸线合理，边坡稳固的情况下，不考虑缩断面。沟道清淤土方原则上不外运，多余土方场内回填。

2.1.2 格宾砌护

格宾+植草砖砌护基础均采用格宾块石护脚，格宾护脚高1 m，宽1 m。格宾护坡砌护斜长3～4 m，厚0.3 m。格宾护坡下铺设100 mm厚级配反滤层。植草砖砌护斜长1.5～5.8 m，厚0.15 m，尺寸300 mm×400 mm，植草砖下铺设150 mm种植土，种植土下铺设100 mm厚级配反滤层。植草砖与格宾护坡之间设一道横梁，植草砖每6 m设置一道C20砼竖梁，梁宽0.2 m，厚0.3 m。压顶板为预制C20混凝土，压顶板尺寸为200 mm×300 mm×150 mm。

格宾+预制砼六角砖砌护基础采用格宾块石护脚，格宾护脚高1 m，宽1 m。格宾护坡砌护斜长3 m，厚0.3 m。格宾护坡下铺设100 mm厚级配反滤层。预制砼六角砖斜长2.39 m，厚0.6 m。六角砖下铺设30 mm厚M7.5水泥砂浆，水泥砂浆铺设40 mm厚苯板。六角砖与格宾护坡之间设一道横梁，每6 m设置一道伸缩缝，梁宽0.2 m，厚0.3 m。压顶板为预制C20混凝土，压顶板尺寸为250 mm×300 mm（350 mm）×60 mm。

格宾基础网箱和护垫均采用“低碳钢丝+（锌-5%铝-稀土合金镀层）”Ⅱ类格宾，网箱网目尺寸为100 mm×120 mm，网面金属丝线径2.7 mm，边丝径3.4 mm，绑扎丝直径2.2 mm。护垫网目尺寸为（D×X）80 mm×100 mm，网面金属丝线径2.2 mm，边丝径2.7 mm，绑扎丝直径2.2 mm。钢丝抗拉强度应力≥350 N/mm（350 MPa），钢丝伸长率应≥10%，网片沿纵向（X方向）的抗拉强度要求＞30 KN/m。填充石料采用块石，粒径120～400 mm，空隙率不超过30%，公差控制在30 mm以内，石料强度等级Mu30，薄片、条状等形状的石料不宜采用。

2.2 生物措施

根据沟道水、藻、泥污染的实际情况，针对沟道存量及增量、外源及内源、面源及点源污染，黑臭水体的主要原因，结合各种黑臭水体的治理与维护方案的优缺点，综合考虑本方案采用投加微生物菌剂的生物治理技术以消除沟道黑臭及提升水质。

2.2.1 治理技术

本次设计使用复合微生物菌剂治理工艺，针对CODcr、NH3－N、阴离子表面活性剂、TP等污染的降解进行微生物治理，调节水体pH和ORP。通过在工程措施结束，且第四排水沟冬灌任务结束后，分3次（间隔15天）投加生物菌群剂，将36.6 t生物菌群剂接种到沟道水体及底泥中，利用特殊微生物的新陈代谢作用高效降解污染物，不仅能消除沟道水体黑臭及提升水质，并能实现淤泥的减量化和无害化。

原菌种取自三江源源头，青藏高原雪线以上，经过长期研究，发现并采集到的维系三江源水生态环境的微生物菌簇。利用复合微生物菌剂的新陈代谢作用高效降解、吸收、转化污染物，原位消减有机淤泥并改善水质，消除黑臭，实现淤泥无害化、无机化、减量化、稳定化、资源化。复合微生物菌剂同时对NH3-N、亚硝酸盐、硝酸盐有高效的降解和吸收作用，提高硝化、反硝化的效率，保持系统硝化作用的长期稳定性，对含磷（P）污染物及阴离子表面活性剂亦有高效的分解作用。此菌种属于本土本源微生物，具有耐寒冻、耐盐碱、酶活性及目标代谢物高、抗噬菌体能力强、适应性强、生长快、培养周期短等特点，并能与土著微生物形成共生关系，不易退化、老化。系列产品中包括对环境友好的多种藻类、生物酶、微生物和各种极端微生物，如嗜盐菌、嗜温菌、嗜酸菌、嗜碱菌等。本生物制剂符合《环保用微生物菌剂环境安全评价导则》（HJ/T415－2008）各项要求，是环境友好、不产生次生污染的复合微生物。针对不同类型的环境污染问题（如水体污染、土壤修复、大气尾气、固废液等），利用不同种类微生物的特异性进行深度治理，相比传统的生物制剂具有高效、长效等特点。

2.2.2 实施措施

1）整治阶段（1天）。在进场准备的同时，对治理沟道区域表面杂草、杂物清理，对两岸临时垃圾堆放场地进行整治工作。

2）填筑跌水坝（10天）。在本治理沟道水域中，根据工程技术需要和比降关系，需构筑10座土工袋铁碳跌水坝。跌水坝采用梯形断面，枯水期为保证水质和水量，坝高1.0 m，顶宽0.5 m，坝两侧边坡1∶2。在汛期和灌溉期，为保证沟道的行洪能力及灌溉需要，拆除坝体。

3）菌剂接种阶段（49天）。①菌剂驯化。菌种运至现场后，排在沟道道路一侧路边，共81桶。每次投菌前，将投加的菌剂进行驯化。直接投加使用的菌种驯化操作如下：将本次需使用的菌种每桶均从桶中抽出250 kg，置于空桶中。平均分为每桶750 kg菌种，扩桶比例为3∶4。用水泵抽取河水加入待驯化的菌种中，每桶加250 kg。驯化24 h后方可进行投加，每次驯化需9人2天；填料浸泡菌种驯化直接在浸泡池内进行，菌种与河水以3∶1比例混合浸泡。驯化操作伴随填料浸泡工艺进行，需9人，持续操作30天。②定植接种。投加生物菌群剂，装满驯化后的菌种的吨桶排列在沟道岸边，通过DN50的钢丝内衬管一头与吨桶下方的出水口相接，一头与汽油泵相接，通过高压进行投菌作业，分3次（间隔15天）将36.6 t生物菌群剂接种到沟道水体及底泥中。通过原位降解、吸收、转化泥水中的污染物，不仅可以避免对环境造成次生污染，还可以将失衡的生态系统重新调动起来，通过环境因子、生物因子、营养成分等的改变，让生态系统实现自我修复，保障系统安全，提升水质。③填筑生态网箱。在治理沟道区域河岸附近支起3个长15 m、宽6 m、高1.5 m的脚手架水帆水池，池子根据场地情况及施工便利条件进行安装。将生物质填料垒入水池，再用低压水泵向水池中的生物质填料表面均匀喷洒菌剂，进行浸泡。根据治理目标要求，通过测算，共需菌剂40.6 t。生物质填料密度为700 kg/m3，水正常密度为1 000 kg/m3，生物质填料比水的密度小。为防止因密度小，滤料漂浮在水面上，影响治理效果，生物质填料浸泡完毕后，从池中取出，装填入沟道两岸中央布置的软体网箱中，软体网箱与土工袋跌水坝平行放置，间距23 m，网箱规格：高0.7 m，长3.1 m，宽0.8 m，约1.728 m3生物质填料。

2.3 植物措施

植物筛选原则为：净化能力强（生长可控）、越冬性好、观赏价值高、易于维护管理。本次方案中挺水植物选用蒲草，沉水植物伊乐藻、金鱼藻。

2.3.1 边坡

四排沟治理区域沿岸边坡种植2 000 m2蒲草。通过种植植物，利用植物与岩体及土体的相互作用（根系锚固作用）对边坡表层进行防护、加固，使之既能满足对边坡表层稳定的要求，又能恢复被破坏的自然生态环境的护坡方式，是一种有效的护坡、固坡手段。植被的深根有锚固作用，浅根有加筋作用。能降低坡体孔隙水压力、截留降雨、削弱溅蚀、控制土粒流失。

2.3.2 沟内水下

四排沟治理区域水下种植1 000 m2伊乐藻，1 200 m2金鱼藻。种植沉水植物利用生物的自然生态习性，在受损水体中吸收、吸附消化和降解水中的部分有机污染物，同时给水中输送充足的氧气，为各种生物、微生物提供适合栖息、附着、繁衍的空间，在水生植物、动物和微生物的吸收、摄食、吸附、分解等功能的共同作用下，使水体污染得以修复，并形成一个良好的自然生态平衡环境。

另外，对沟道沿线未植树边坡进行补植，胸径为5.1～6 cm的金叶榆种植200棵，胸径为5.1～6 cm旱柳种植800棵。

3 结语

通过对沙坡头区第四排水沟采用工程措施、生物措施和植物措施进行整治后，有效削减了污染物质，明显改善了区域内的水体水质，逐步恢复了受损沟道两岸的生态环境，沟道水质的改善和沟道景观的美化，还使沿岸居民生活环境得到改观，美化了乡村景观，提高了乡村居民的生活质量，同时为其他农田排水沟的水环境整治提供了经验。