農村小流域河道水環境綜合整治分析

李艷艷，劉蒙泰，海 霞

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津300381）

隨著2015年《水污染防治行動計劃》的發布，水環境越來越受到重視， 河道整治已經從單純的防洪轉變為水安全、水環境、水生態及水景觀同步進行；河道整治不僅要保證人民生活的安全安定， 更要融入景觀、文化及生態概念，從而實現水清、岸綠、景美的建設要求，達到人與自然的和諧統一。

由于農村河道流域范圍內農村環境基礎設施（垃圾收運設施及市政污水設施）的不完善，農村污水直排， 農村面源污染及農田化肥流失是造成河道水質惡化的主要因素， 提升河道水質的首要任務是控源截污，從源頭上消滅污染。

農村河道現狀多為自然邊坡，生態環境及景觀條件較差。本文通過水安全、水環境、水景觀及水生態四個方面介紹農村河道綜合整治策略及注意問題。

1 水安全

水安全是保證人民生命財產安全的基本保證，農村河道一般缺乏完整的防洪規劃，多以自然邊坡為主，岸坡不規則，坍塌嚴重。 進行水安全設計步驟如下：

1.1 設計洪峰流量計算

首先根據人口及耕地面積確定防洪標準，然后根據大比例地形圖測算流域特征值，如流域面積、河長及平均坡降等。 有實測水文資料的結合歷史洪水計算防洪標準下的防洪設計流量，無實測水文資料的采用當地水文手冊和暴雨圖集計算防洪標準下的防洪設計流量。

1.2 河道現狀過流能力復核

根據實測河道縱斷面、橫斷面、河道跨河建筑物尺寸（閘、橋梁等），采用HEC-RAS一維恒定流計算河道水面線，根據計算結果判斷現狀河道過流能力，為后續設計提供依據。

1.3 河道設計

縱斷面設計應綜合考慮河道現狀河底高程、沿程跨河建筑物、 上下游邊界高程及農用灌溉要求等因素。 設計原則： ①河道縱坡根據現狀縱坡分段擬定，盡量與現狀縱坡保持一致走向；②保證汛期排泄通暢、枯期盡可能形成水景觀，盡量使上下游洪水水面線銜接平順，不受下游洪水頂托；③河勢穩定，避免河道游蕩。

橫斷面設計根據景觀生態及現狀地形條件綜合考慮斷面形式， 在滿足過洪能力的條件下盡量減少土方開挖量， 護岸型式的選擇根據設計流速結合景觀生態綜合選定，同時進行護腳設計。

2 水環境

隨著人口增長及生活水平的增高， 但農村市政基礎配套設施不完善，導致河道水質日益惡化，造成河道水環境惡化的主要污染源是點源污染、 面源污染及內源污染。

2.1 污染源分析

2.1.1 點源污染

主要包括規模畜禽養殖、 餐飲服務業及工業污水，部分污水通過明渠暗涵排入河道。

2.1.2 面源污染

主要有農村生活污水散排、農村徑流面源污染、農田面源污染及水土流失污染， 由于農村垃圾收運設施配置不完整，垃圾污染通過地面徑流匯入河道；農田化肥農藥隨著田地澆灌退水進入河道。

2.1.3 內源污染

主要指進入河道內的營養物質通過各種物理、化學和生物作用，逐漸沉降至河底表層，在一定的物理化學環境條件下，從底泥中釋放重新進入水中，從而形成河道內源污染。

2.2 基礎資料搜集

首先是對流域范圍內的污染源基礎數據進行收集，點源污染收集資料主要包括畜禽養殖數量，餐飲業規模及污染物排放量，工業污染廠房的位置、污水量及污染物濃度等；面源污染收集資料主要包括農村人口、位置，畜禽規模養殖點位置、畜禽種類及數量，散養家禽數量及種類，農田面積及化肥使用量等數據；

2.3 污染源解析

河道污染源解析， 即是通過河道流域內污染源調查，計算出每個污染物總量，并分析它們對污染的貢獻情況。

點源污染主要包含規模畜禽養殖、 餐飲服務業及工業污水。 對于規模畜禽養殖污染，按GB18596—2001《畜禽養殖業污染物排放標準》對養殖場的排水量和污染物濃度的規定計算污染物COD （化學需氧量）、BOD5（生化需氧量）、TP（總磷）、TN（總氮）年排放量；對于餐飲服務業，根據流域所在地區由《第一次全國污染源普查 城鎮生活源產排污系數手冊》第二分冊按分區、 城市類別查得污水量、COD、TP、TN及垃圾產生量； 工業污水由各工業單位提供污水量及污染物含量監測數據。

面源污染主要包含農村生活污水散排、 農村徑流面源污染、農田面源污染及水土流失污染。對于農村生活污水，根據流域所在地區由《第一次全國污染源普查 城鎮生活源產排污系數手冊》第一分冊查得流域內城鎮所屬城市類別，按分區、城市類別確定所對應的產排污系數及生活污水量及其中的COD、BOD5、TN及TP濃度， 由于該數據針對的是城鎮生活居民，農村生活污水量沒有具體的標準，可根據地方標準用水定額及排污系數結合資料文獻綜合取定；對于農村徑流面源污染， 農村相對污水管網及垃圾收運設施配置不完善， 農村徑流面源污染主要由農村生活垃圾及散養家禽產生，根據農村人口數量、人均產生垃圾指標、 散養家禽數量及污染物排放系數來計算農村面源污染；對于農田面源污染，根據《全國水容量核定技術指南》中標準農田源強系數，并經過坡度修正、 化肥施用量系數修正及降雨量系數修正，計算農田徑流污染物量；對于水土流失污染，根據當地土壤侵蝕模數、 土壤內營養物質含量及過程滯留量系數計算水土流失產生的污染物總量。

內源污染主要由河道淤泥產生，由淤泥內污染物向外釋放造成水體污染，氮磷營養鹽、重金屬及難降解有機物是常見的三種內源污染。內源釋放量與底環境因子溶解氧、溫度、pH和擾動有關，內源污染負荷計算時底泥釋放系數可參考同區域相關論文研究成果。

根據計算的各污染源產生的污染物量， 計算各污染源對入河污染物的貢獻程度。

2.4 水環境治理措施

根據解析的污染物量， 分析產生污染的主要原因及次要原因，進而采取針對性的措施。針對農村生活污水及服務業等廢水，應控源截污、納入村系污水收集及處理系統。對于散養畜禽、人畜糞便及生活垃圾產生的面源污染，應加快農村旱廁改水廁進程、完善垃圾收運系統， 對于規模養殖應要求廢水處理達標后排放；對于農田面源污染，政府應積極推進生態灌渠建設，推廣科學種植，節水灌溉，減少化肥農藥使用量，同時對廢棄農作物秸稈采用發酵技術，循環利用。 對于內源污染，清理河道內農業垃圾，在考慮河道縱坡降的情況下對其進行清淤。

3 水生態

河道水生態是指河道范圍內植物、動物、微生物所構成的一個小型生態系統， 隨著城鎮化的日益發展，河道整治只注重于防洪，片面的強調過流能力，日益縮小過流斷面，采用三面光的形式，這些不利于河道動植物的生存發展，造成水生態的惡化，降低水環境容量，加劇了河道水質惡化。

對于河道水生態的分析， 首先是評價河道水環境現狀，根據水文水資源、水環境、生物及棲息地等來評價河道水環境現狀；其次是恢復河道水生態，通過建設生態護岸、種植挺水植物及灌喬木形成完整的生態帶。

4 水景觀

根據河道所在城鎮的規劃定位，設置景觀節點，通過濱水景觀、親水平臺等來增加親水性，為周邊居民提供舒適的休憩場所，同時應考慮加入海綿設施，在形成景觀生態效果的同時，達到凈水的目的。

5 實例

位于云南省玉溪市的九溪河， 發源于通海縣四街鄉大寨村附近，全長22.5km，河道平均比降1%，徑流面積149km2，九溪河從上游至下游主要有雞窩河、大東河、張壩腰河、小牛角河、矣文河、清水河、小沖河、馬家莊河、王家莊河九條主要支流，在上游已建有矣文、黃谷田、海棠3座小（1）型水庫及大石板、大地沖等13座小（2）型水庫，壩塘38座。

根據水質監測成果，九溪河2007～2017年為期11年COD、BOD5、TN、TP污染物含量平均值如圖1。

圖1 九溪河多年水質監測數據

從圖1可看出，COD含量均值在Ⅲ類水～Ⅳ類水之間，BOD含量均值在Ⅲ類水～Ⅴ類水之間；TN含量均值大部分時段為劣Ⅴ類，豐水期污染嚴重，TP含量均值全年處于Ⅲ類水。

根據收集到的流域內人口及牲畜數量、 服務業統計、 農田種植面積及化肥施用量等基礎數據進行污染源解析，結果如表1。

表1 九溪河流域污染源污染負荷排放總量 單位：t/a

由表1可知，COD污染物總量為732.59t/a，主要來源為服務業、生活污水及人畜糞便，三者所占比例基本一致；BOD物污染總量為302.05t/a， 其中生活污水所占比例為41.92%，人畜糞便所占比例為58.08%；TN污染物總量為185.82t/a， 其主要來源為化肥流失， 所占比例為42.39%，其次為人畜糞便，所占比例為18.86%；TP污染物總量為47.45t/a，其主要來源為化肥流失，所占比例為37.88%，其次為水土流失，所占比例為20.33%。

從表1中數據分析可知，服務業、生活污水、人畜糞便及農業化肥是主要污染源， 所以控制污染主要是控制點源污染和面源污染。

為解決水環境問題，保證水安全，提升水景觀，九溪河河道綜合整治采取了如下措施。

5.1 河道生態護岸建設

九溪河上游有3座小（1）型水庫及13座小（2）型水庫，由于小（2）型水庫調節能力較弱，而小（1）型水庫調節能力強，本次洪水計算小（1）型水庫進行洪水調節計算，小（2）型水庫則不再進行。 區間洪水采用《云南省暴雨洪水查算實用手冊》計算。 河道末端水庫水位作為邊界條件，采用HEC-RAS河流分析系統軟件模型，計算河道整治前后的水面線。

為提高河道自凈能力，采用生態護岸，河道斷面采用復式斷面， 在一年一遇水位以下采用鉛絲石籠護墊，上部采用較緩的草皮護坡。保證小流量由深槽過水，設計洪水時整個河道斷面行洪。

5.2 水環境整治

根據污染源解析可知，九溪河流域主要污染源為生活污水、人畜糞便及化肥流失，所以水環境整治策略主要是農村污水整治及化肥流失面源污染整治。

5.2.1 農村污水整治

流域內村落分散，且以旱廁為主，基本為雨、污合流的排水體系，無系統的排水管（渠）網，雨水及生活污水由路面隨意自流至低洼處， 通過路邊的明溝或暗溝進入田間灌溉渠，最終排入河道。九溪河流域范圍內共有26個自然村， 除去已有污水管網和污水處理設施的11個，需對15個自然村進行截污治污。

截污治污思路為：以截為主，通過新建截污管，將農村的污水截流至污水處理設施進行處理，根據村落分散、人口稀少的特點，宜選用一體化污水處理設施，經比選，該工程選用一體化A2/O污水處理設施。

5.2.2 面源污染整治

擬在河道中下游建設處理規模為6萬t/d的人工濕地處理枯水期河水，將河水通過設堰引入濕地，處理達標后排入河道，占地面積約22hm2，根據九溪河道近30年枯水期逐月徑流量數據分析可知， 該規模能達到約94%的保證率處理河道枯水期河水。

5.3 景觀提升

根據鎮域規劃， 在河道兩岸4～15m范圍內設置景觀帶，以文化為載體，結合現狀地形，同時考慮生態和景觀要求， 植入海綿城市理念， 把排水系統由“快排”轉變為“慢排”，做到先滲透后排水，設置生態溝、下沉綠地、生物滯留帶、雨水濕地等，其不僅滿足了景觀需求，同時也是削減河道面源污染的隔離帶。

5.4 生態措施

在河道常水位線之上10cm 至常水位線之下30cm范圍內設置挺水植物， 主要種植蘆葦、 花葉蘆竹、水生美人蕉、千屈菜等；九溪河河道建設段坡降較大（i=0.163%～0.88%），流量大，流速大（1.3～4.2 m/s），所以不宜設置浮水及沉水植物。

6 結語

由于過去環境保護意識淡薄， 農村基礎設施不完善，農藥化肥過量使用，造成河道污染。 隨著近年來生態環境保護意識的提升， 黑臭水體整治及農村環境整治越來越有必要， 以云南省玉溪市九溪河為例，從水安全、水環境、水生態及水景觀方面來介紹農村河道水環境綜合整治策略，供同類工程借鑒。