平原河網(wǎng)區(qū)河蟹養(yǎng)殖塘生態(tài)化改造體系研究

陳義浦，張 力，邱 超，方 昊，劉 聰

(南京市水利規(guī)劃設計院股份有限公司，江蘇 南京 210001)

0 引言

近年來江蘇發(fā)布了DB 32/4043—2021《池塘養(yǎng)殖尾水排放標準》《省政府辦公廳關(guān)于加快推進池塘標準化改造促進漁業(yè)綠色循環(huán)發(fā)展的通知》等相關(guān)標準及文件，大力推進池塘標準化改造，積累了一些較為有效的經(jīng)驗做法，但目前各個地區(qū)發(fā)展不平衡，大部分養(yǎng)殖地區(qū)仍存在基礎設施不健全，缺乏先進經(jīng)驗的總結(jié)和技術(shù)推廣等問題，制約了養(yǎng)殖業(yè)的綠色健康發(fā)展。

因此，本研究通過前期的資料搜集及當?shù)亟?jīng)驗，提出適用于平原河網(wǎng)地區(qū)的河蟹養(yǎng)殖塘生態(tài)化改造體系，建成后通過河蟹產(chǎn)量、效益的調(diào)查、蟹塘水質(zhì)的監(jiān)測對該體系成果進行驗證，為促進該地區(qū)河蟹綠色養(yǎng)殖發(fā)展、優(yōu)化生產(chǎn)管理提供技術(shù)支撐。

1 項目概況

1.1 區(qū)域概況

高淳區(qū)國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園主要位于永勝圩境內(nèi)，東、南側(cè)緊鄰固城湖，以河蟹養(yǎng)殖為主。圩區(qū)南部屬磚墻鎮(zhèn)，北部屬陽江鎮(zhèn)，總面積約27.14km2。圩區(qū)總體走向西高東低，南高北低，為典型的水網(wǎng)圩區(qū)地形，地形相對平坦。圩內(nèi)河溝縱橫，水質(zhì)較好，流域內(nèi)與永勝圩有聯(lián)系的水系主要為固城湖、官溪河以及橫溪河等。永勝圩現(xiàn)狀通過固城湖和橫溪河的涵洞進行取水，并通過圩區(qū)內(nèi)的排澇泵站排水至固城湖，整體的水流走向趨勢為自西向東，自北往南方向。如圖1所示。

圖1 項目區(qū)區(qū)位圖

1.2 項目概況

項目以“生態(tài)優(yōu)先，效益最大化”原則；按照“生態(tài)美、科技強、品質(zhì)優(yōu)、品牌響、效益好、漁民富”的建設目標，發(fā)展河蟹標準化綠色水產(chǎn)養(yǎng)殖，開展河蟹養(yǎng)殖尾水治理，加快推進河蟹養(yǎng)殖業(yè)綠色發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級；核心要求是進排水分離和養(yǎng)殖尾水凈化后達標排放。

主要涉及的工程建設分為以下3個層次：①生產(chǎn)篇：灌溉工程，排水工程、水利設施配套，道路工程，養(yǎng)殖塘生態(tài)化護岸及防逃逸板、生產(chǎn)管理用房等；②生態(tài)篇：養(yǎng)殖尾水凈化(渠—塘—表)，尾水循環(huán)利用，生態(tài)景觀等；③科技篇：水質(zhì)監(jiān)測、物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控等。

2 河蟹養(yǎng)殖塘生態(tài)化改造總體布局

2.1 灌排總布局

首先，確定項目區(qū)水源，保證水量充足，水質(zhì)穩(wěn)定。進水泵站(涵)設置在水源上游，總排水口設置在項目區(qū)總水系的下游位置。

其次，河蟹養(yǎng)殖塘進排水務必分離。第一，進(排)水渠總體功能、空間上實現(xiàn)分離，進排不共用同一渠道，可采用暗管替代明渠；第二，養(yǎng)殖塘單體內(nèi)部布置上，塘口進(排)水口分列兩側(cè)，進水口位于地勢較高一側(cè)，排水口位于地勢較低一側(cè)，水體在塘內(nèi)有較長的流動混合時間。

最后，項目區(qū)渠道盡可能實現(xiàn)水體自流，因遇到地勢原因無法滿足條件的情況，節(jié)點處應設置提升泵，通過泵合理控制各水體水位，確保各設施正常運行。

園區(qū)在保留現(xiàn)狀合理的溝渠基礎上，結(jié)合養(yǎng)殖池標準化工程，優(yōu)化灌排體系，形成“進水渠—引水泵站(管道)—養(yǎng)殖池—退水管—排水渠”的灌排布局，布局圖如圖2所示。

圖2 灌排總體布局圖

2.2 凈化區(qū)總布局

尾水凈化工藝布置應結(jié)合河蟹養(yǎng)殖塘排水口及排水渠的位置確定，依次設置沉淀區(qū)、曝氣區(qū)、潔水區(qū)等尾水異位凈化區(qū)域，兩區(qū)之間結(jié)合現(xiàn)場設置過濾壩。沉淀池的面積約占總凈化設施面積的45%～50%，曝氣池約5%～10%，潔水池約45%～50%。具體工藝流程圖如圖3所示。

圖3 尾水凈化工藝流程圖

園區(qū)凈化區(qū)面積176.33畝，占養(yǎng)殖面積的9.6%。具體凈化工程布置如圖4所示。采用生態(tài)溝渠→生態(tài)塘→表流濕地→循環(huán)大溝的工藝流程，養(yǎng)殖區(qū)尾水通過自流和閘門控制，先入生態(tài)溝渠進行初步沉淀凈化，再經(jīng)生態(tài)溝輸送至生態(tài)塘，塘內(nèi)設置噴泉曝氣機與水生植物，生態(tài)塘出水自流進入表流濕地，表流濕地通過植物和微生物的共同作用降低水中的各類污染物濃度，表流濕地出水通過管道自流進入循環(huán)大溝，具體水位關(guān)系如圖5所示。該模式工藝簡單，維護成本較低，生態(tài)景觀效果好[13]。

圖4 尾水濕地凈化工程位置圖

圖5 尾水凈化豎向圖

2.3 道路總布局

為方便河蟹生產(chǎn)以及當?shù)卮迕裥蓍e散步等需求，園區(qū)內(nèi)交通組織體系主要呈“柵格型”布置。道路布置與塘塊、溝渠等布局同步考慮，協(xié)調(diào)一致，形成道路—養(yǎng)殖塘—溝渠斷面形式。

3 河蟹養(yǎng)殖塘生態(tài)化改造設計方案

3.1 生產(chǎn)篇

3.1.1灌溉工程

平原河網(wǎng)地區(qū)地勢平坦，河溝密布，但考慮農(nóng)戶生產(chǎn)效益最大化，難以滿足每塊塘兩側(cè)均開挖渠道，故園區(qū)采用低壓管道給水，明渠排水的方式。取水泵站可選用傳統(tǒng)泵站，一體化泵站或潛水泵池等。

根據(jù)地形、水源、電力設施、養(yǎng)殖品種和土地所有權(quán)等情況綜合考慮，確定灌溉工區(qū)，實際灌溉塘口面積不宜超過450畝。

河蟹養(yǎng)殖塘需水與農(nóng)作物有所不同，一般冬季把水放凈，次年3月份補水，放入蟹苗，春季蟹塘水位深度一般45cm，即補水定額為300m3/畝，成蟹塘補水時間10～15d內(nèi)，扣蟹塘對水需求較高，補水時間一般為5～8d，夏秋季蟹塘水位深度為80cm，可通過逐步補水達到。養(yǎng)殖塘平日水量損耗主要為蒸發(fā)損耗，平均為8mm/d左右，平時根據(jù)水量損耗情況適量補水。綜上所述，河蟹養(yǎng)殖塘需水最大值在干塘后的首次補水，補水定額為300m3，補水周期為成蟹10d、扣蟹5d。

園區(qū)灌溉方式選用管灌，與當?shù)仞B(yǎng)殖戶溝通，灌溉制度選擇輪灌。養(yǎng)殖塘平均每5～10畝布置1只給水栓，統(tǒng)一選擇de160mm給水蝶閥。給水蝶閥處設置成品塑料閥門井，深度0.6m；干管和支管交匯處設置1個控制閘閥，方便輪灌，置于成品塑料閥門井內(nèi)，深度1.1m，管道材質(zhì)為PE管。管道管徑等參數(shù)算法可借鑒相關(guān)著作[14]。

3.1.2排水工程

(1)塘口排水

養(yǎng)殖塘平均每5～10畝配備1處De200退水管，材質(zhì)采用UPVC，從養(yǎng)殖塘連至排水渠，管頂高程一般低于坂田10cm，兩端設置90°彎頭，連接豎向UPVC管，豎向管頂高程與控制常水位齊平，管口套網(wǎng)口20mm的不銹鋼鋼絲網(wǎng)，彎頭及豎向管道可旋轉(zhuǎn)、插拔。正常換水期，水流從養(yǎng)殖池側(cè)退水管管道頂溢流入尾水溝，收獲期可通過旋轉(zhuǎn)彎頭控制池內(nèi)水位，將水全部排至尾水渠，正對排水管應開挖一條30～50cm淺槽，確保排水通暢。

(2)排水渠清淤與整治

溝渠構(gòu)成養(yǎng)殖片區(qū)進排分離的一部分，往往作為尾水溝收集尾水，渠道內(nèi)初步沉淀過濾后進入凈化區(qū)進行凈化。溝渠清淤后結(jié)合用地條件、投資情況、渠道功能分別采用自然土坡、竹籬笆護岸、生態(tài)連鎖塊護坡等形式，坡比一般不陡于1∶1.5，河底寬度不小于1.5m，水深一般1.2～1.5m。

3.1.3水利設施配套

(1)涵閘

項目區(qū)內(nèi)部排水渠與外部河道連接節(jié)點需設置涵閘，用于控制水位，閘門頂部可溢流。閘門平日保持關(guān)閉狀態(tài)，雨季排澇時開啟閘門。

(2)穿路涵及其他配套建筑物

為方便養(yǎng)殖戶生產(chǎn)需求，道路跨渠處增設穿路管涵或箱涵，進水渠與尾水渠交匯處新增倒虹吸。

3.1.4道路工程

新增道路位于非基本農(nóng)田地段宜采用混凝土路

或瀝青路，基本農(nóng)田地段宜采用砂石路，寬度2～4m。道路設計應能滿足生產(chǎn)車輛進出，以及物資裝載車輛進出的總體需求。

3.1.5養(yǎng)殖塘生態(tài)化護岸及防逃逸板

(1)養(yǎng)殖塘口平整

結(jié)合地形和現(xiàn)狀河蟹養(yǎng)殖塘口布置，對其進行平整，注意因地制宜，底部保持一定坡度。蟹塘面積講究適宜原則，成蟹塘一般控制在15～40畝，扣蟹塘一般3～6畝為宜，形狀為長方形，長寬比為2∶1～4∶1，呈東西走向，這樣有利于河蟹和塘中水草及浮游生物的生長[15]。蟹塘塘梗寬度1.6～2.0m，深度在1.3m左右，水深控制約0.7～0.8m。

園區(qū)蟹塘分為平底塘及環(huán)溝塘，結(jié)合養(yǎng)殖戶需求，環(huán)溝塘四周環(huán)溝寬度約6～10m，溝底深0.5～1.0m，正中設置排水溝槽，寬度6～7m，深度0.5～0.7m，正對排水連通管，以便排水通暢。

(2)生態(tài)化護岸

蟹塘塘埂邊坡刷坡至1∶1.5～1∶2.0夯實，邊坡覆蓋PE防滲膜，外側(cè)為聚乙烯網(wǎng)，聚乙烯網(wǎng)標準不低于40目，膜網(wǎng)均埋入土體，深度不小于50cm，選用鋼絲固定。網(wǎng)膜雙層護坡的應用起到防滲，加固土體，防止螃蟹打洞，人行防滑的作用，水質(zhì)也會得以改善[16]。

(3)防逃逸板

園區(qū)內(nèi)防逃逸板分3種，其一為PP塑料板，板厚5mm，高65cm，寬0.6m，板埋入土體15～20cm，采用UPVC管及鋼絲固定；其二為鋼化玻璃板，厚5mm，單塊長約1m，高65cm，采用鋁合金卡槽連接；若有耐久度及美觀要求，可采用花崗巖板，板厚40mm，高45cm，板間采用C15砂漿砌縫，板底采用C25素砼作為基座。

3.1.6其他工程

同步完善電力、生產(chǎn)管理用房、冷庫等配套設施。生產(chǎn)管理用房中工具、飼料、藥品等分開放置，總面積預留60m2。養(yǎng)殖戶可根據(jù)條件設立辦公用房，用于視頻監(jiān)控觀測及日常維護管理等。

3.2 生態(tài)篇

3.2.1養(yǎng)殖尾水凈化模式

(1)養(yǎng)殖塘內(nèi)原位凈化

①種植水草

水草的凈化作用可以使蟹塘的水質(zhì)得以修復[17]，水草覆蓋度宜40%～60%，苗蟹塘種植水葫蘆、水花生；成蟹塘種植苦草、伊樂藻、輪葉黑藻、金魚藻等。

②增氧設備

蟹塘內(nèi)設置鼓風-微孔曝氣系統(tǒng)或水車增氧。鼓風-微孔曝氣系統(tǒng)，管道呈“豐”字排布，包括空氣主管，延空氣主管間隔設置四通與空氣支管連通；空氣支管密布在池塘底部以實現(xiàn)對池塘底層的全域增氧。鼓風機功率控制在0.25～0.35kW/畝，水車增氧機每個塘口配備4～8套水車增氧機，功率控制在0.25～0.35kW/畝。

(2)異位凈化

①生態(tài)溝渠

生態(tài)渠約占總凈化面積的45%～50%，渠深度2.0～2.5m，水深約1.5m，溝兩側(cè)種植狗牙根、黑麥草等地被草本植物；水陸交界附近種植空心菜、水芹、茭白等經(jīng)濟植物[18]；溝底種植苦草、金魚藻等沉水植物，水質(zhì)凈化能力穩(wěn)定[19]。

②生態(tài)塘

生態(tài)塘約占總凈化面積的5%～10%，深度2.5～3.5m，水深約2m，通過浮床等方式種植粉綠狐尾藻及美人蕉等水生植物。塘內(nèi)設置噴泉曝氣機曝氣提高水體溶氧量，與水生植物共同作用強化去除污染物。

③表流濕地

表流濕地是一種近自然型濕地，有凈化水質(zhì)、生態(tài)環(huán)境改善等作用[18]。園區(qū)通過地形重塑和植物種植進行單元構(gòu)建，包括濕地前端的淺水區(qū)、生態(tài)島和末端的深水區(qū)，水位0.5～1.5m。淺水區(qū)域鋪設20cm厚礫石層，強化污染物處理效率。淺水區(qū)與深水區(qū)面積比約1∶1～1∶2，淺水區(qū)水生植物選擇蘆葦、旱傘草、美人蕉等，深水區(qū)水生植物選擇苦草、輪葉黑藻、伊樂藻等；投放鰱鳙魚、螺螄等食性水生動物。表流濕地末端配置一座泵站，用于汛期排水及控制內(nèi)部水位。

3.2.2尾水循環(huán)利用

園區(qū)在科研孵化基地的凈化區(qū)末端設置泵站，將凈化后的尾水回用到養(yǎng)殖池。

3.3 科技篇

3.3.1水質(zhì)監(jiān)測

蟹塘內(nèi)部采用水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)和便攜式水質(zhì)檢測儀相結(jié)合的方法實現(xiàn)水質(zhì)在線監(jiān)測，系統(tǒng)以浮體為載體，搭載多種傳感器。監(jiān)測指標主要是pH、溫度、溶解氧、氨氮及亞硝酸鹽，為評價水體質(zhì)量的重要指標[20]。

濕地末端采用微型站水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可編程自動控制、定時采集及監(jiān)測水質(zhì)，并在線完成數(shù)據(jù)傳輸。

水質(zhì)數(shù)據(jù)如有異常，可通過手機app或電腦在線控制增氧設備的啟閉，避免水體缺氧或過度增氧，滿足河蟹的溶解氧需求，提升有機物降解效率[21]。

3.3.2物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控

園區(qū)蟹塘外圍道路進出口及區(qū)域內(nèi)布設高清網(wǎng)絡球機，中心區(qū)域部位布置全景球機，數(shù)據(jù)可通過物聯(lián)網(wǎng)分別輸送至各養(yǎng)殖戶顯示端及園區(qū)水產(chǎn)平臺。實現(xiàn)了園區(qū)核心區(qū)全范圍養(yǎng)殖現(xiàn)場遠程實時監(jiān)控、現(xiàn)場照片定時抓拍、視頻存儲與回放等功能，維護了養(yǎng)殖戶的設備安全及生產(chǎn)安全等。

4 示范應用效果分析

表1 2021年9月河蟹養(yǎng)殖塘及濕地出口水體水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果

5 結(jié)語

(1)河蟹養(yǎng)殖塘采用“渠—塘—表”三級凈化技術(shù)，對蟹塘養(yǎng)殖尾水中TN、CODMn去除效果較好，對于TP、SS攔截效果尤為明顯，其尾水監(jiān)測指標均能達到江蘇省DB 32/4043—2021一級尾水排放要求，因此“渠-塘-表”的三級凈化模式值得在河蟹養(yǎng)殖中推廣應用。

(2)項目區(qū)河蟹養(yǎng)殖塘生態(tài)改造后，構(gòu)建了“標準化—生態(tài)化—智慧化”的蟹塘綠色養(yǎng)殖系統(tǒng)，提高了養(yǎng)殖戶的生產(chǎn)、生活條件，提升了河蟹的產(chǎn)量及品質(zhì)，改善了周邊的生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)了農(nóng)戶增收、農(nóng)業(yè)增效，提升了河蟹養(yǎng)殖的精準性、科學性，提高了管理的效率，增強了養(yǎng)殖生產(chǎn)過程的質(zhì)量管控能力和質(zhì)量安全的可追溯性，為高標準智慧化的河蟹養(yǎng)殖園區(qū)建設提供了技術(shù)支持。