農田排水溝水環境治理措施探討

何學忠

（寧夏中衛市水利勘測設計院（有限公司），寧夏中衛 755000）

0 引言

農田排水溝主要承擔農田排水、退水和生活排污任務。排水溝的整治將會對促進當地經濟發展，改善溝道沿線生態環境，恢復溝道的生態，營造“水清、岸綠”的和諧生態環境都有著十分重要的社會意義。因此，農田排水溝的水環境整治就顯得尤為重要。本研究選擇沙坡頭區第四排水溝作為研究對象，探討農田排水溝水環境治理的主要措施。

1 工程概述

沙坡頭區隸屬寧夏中衛市，位于寧夏回族自治區中西部，東鄰中寧縣，南與同心縣、海原縣及甘肅省靖遠縣交匯，西接甘肅省景泰縣，北鄰內蒙古自治區阿拉善左旗。

沙坡頭區引黃灌區有干溝8條144.87 km，支溝59條131.34 km，斗溝205條121.42 km，農溝1 938條902.77 km。干溝已完成治理長度66.55 km，占干溝總長的45.9%。9條干（支干）渠橫貫東西，與支、斗、農渠配套灌溉，8條排水干溝年均排水能力34.21 m3/s，與支、斗、農溝交織成網，匯集排水入黃河。中衛市沙坡頭區引黃灌區內部現已形成渠、溝配套，水利設施基本完善的灌排體系，為沙坡頭區農業和農村經濟的穩步健康發展提供了良好的水利保障。

第四排水溝位于中衛市沙坡頭區境內，總長20.7 km，自西向東穿沙坡頭區迎水橋鎮、濱河鎮、東園鎮、柔遠鎮、鎮羅鎮，于鎮羅鎮河溝村入躍進渠。溝道非灌溉期實測最大流量為1.38 m3/s，灌溉期最大流量為3.94 m3/s，現狀溝底寬3～5 m，溝深3～4.5 m，內坡坡比1∶1.5～1∶2。第四排水溝灌排水、污水分離工程實施后，目前溝道分為上下兩段，上段西起沙坡頭區迎水橋鎮牛灘村，東至機場大道，溝道長2.68 km。溝道下段西起寧鋼大道，東至鎮羅鎮河溝村入躍進渠，溝道長11.96 km。該溝道既擔負著沿線農田排水及下游柔遠、鎮羅地區1 113.33 hm2農田灌溉的補水任務，又承擔著溝道沿線農村生活污水排放任務。本工程治理范圍為第四排水溝下游溝道磚塔支渠退水渠至馮莊新村生產橋（樁號K10＋035～K16+050），治理總長為6 km。

此段溝道未采取任何工程措施，只在每年的秋季農田建設期間，對部分段落進行清淤，但仍存在岸坡坍塌、淤積及建筑物老化破損現象，給農田灌溉帶來不便的同時，存在行水安全隱患及車輛行車安全隱患。另外，農田、大棚、村莊、企業分布于溝道兩側，直接向排水溝道傾倒生活垃圾，部分水沖式廁所等生活污水直排溝道，部分養殖企業沖洗圈舍廢水直排，部分農業廢棄物未經妥善處理隨意丟棄，以上原因直接導致溝道黑臭，水質不達標。為切實改善中衛市水環境質量，確保水環境質量“只能更好、不能變壞”的原則，對第四排水溝進行水環境治理。

2 治理措施

通過對整治方案的比選，決定采用工程措施、生物措施和植物措施對第四排水溝進行綜合治理。

2.1 工程措施

本工程對第四排水溝磚塔支渠退水渠至馮莊新村生產橋（樁號K10+035～K16+050）段進行清淤，并對溝道邊坡進行整理，總長6 km，待清淤整理完成后，對溝道第四排水溝與磚塔路交匯上下游200 m（樁號K10+453～K10+653）、柔石路上下游250 m（樁號K11+724～K11+974）、中央大道上游100 m（樁號K14+770～K14+870）進行雙斷面格賓+植草磚砌護，中央大道下游220 m（樁號K15+000～K15+220）進行雙斷面格賓+六角磚砌護，第四排水溝與馮莊新村生產橋交匯處上下游200 m（樁號K15+850～K16+050）進行右岸單斷面格賓+植草磚砌護，溝道雙斷面總砌護長度0.87 km。砌護完成后于溝道（K10+550、K11+200、K11+724、K12+200、K12+700、K14+400、K14+850、K15+200、K15+558、K15+960）分別新建跌水壩各1座，共計10座，并對新建跌水壩位置溝道采用漿砌石進行全斷面砌護（灌溉季節對壩體進行拆除）。為保證農田渠道及溝道正常排水，對溝道部分尾水進行拆除新建，其中渠尾水10座，溝尾水2座。

2.1.1 溝道清淤

本次規劃清淤采用局部重點清淤治理，全程疏通清理的方式，對淤積面進行清理。清淤長度為6 km，平均清淤厚度為0.5 m，比降為1/900～1/2 000，清淤完成后對溝道淤泥進行外運。在溝道底高程低于設計底高程時，不考慮回填。溝道斷面大于設計斷面時，在現狀堤岸線合理，邊坡穩固的情況下，不考慮縮斷面。溝道清淤土方原則上不外運，多余土方場內回填。

2.1.2 格賓砌護

格賓+植草磚砌護基礎均采用格賓塊石護腳，格賓護腳高1 m，寬1 m。格賓護坡砌護斜長3～4 m，厚0.3 m。格賓護坡下鋪設100 mm厚級配反濾層。植草磚砌護斜長1.5～5.8 m，厚0.15 m，尺寸300 mm×400 mm，植草磚下鋪設150 mm種植土，種植土下鋪設100 mm厚級配反濾層。植草磚與格賓護坡之間設一道橫梁，植草磚每6 m設置一道C20砼豎梁，梁寬0.2 m，厚0.3 m。壓頂板為預制C20混凝土，壓頂板尺寸為200 mm×300 mm×150 mm。

格賓+預制砼六角磚砌護基礎采用格賓塊石護腳，格賓護腳高1 m，寬1 m。格賓護坡砌護斜長3 m，厚0.3 m。格賓護坡下鋪設100 mm厚級配反濾層。預制砼六角磚斜長2.39 m，厚0.6 m。六角磚下鋪設30 mm厚M7.5水泥砂漿，水泥砂漿鋪設40 mm厚苯板。六角磚與格賓護坡之間設一道橫梁，每6 m設置一道伸縮縫，梁寬0.2 m，厚0.3 m。壓頂板為預制C20混凝土，壓頂板尺寸為250 mm×300 mm（350 mm）×60 mm。

格賓基礎網箱和護墊均采用“低碳鋼絲+（鋅-5%鋁-稀土合金鍍層）”Ⅱ類格賓，網箱網目尺寸為100 mm×120 mm，網面金屬絲線徑2.7 mm，邊絲徑3.4 mm，綁扎絲直徑2.2 mm。護墊網目尺寸為（D×X）80 mm×100 mm，網面金屬絲線徑2.2 mm，邊絲徑2.7 mm，綁扎絲直徑2.2 mm。鋼絲抗拉強度應力≥350 N/mm（350 MPa），鋼絲伸長率應≥10%，網片沿縱向（X方向）的抗拉強度要求＞30 KN/m。填充石料采用塊石，粒徑120～400 mm，空隙率不超過30%，公差控制在30 mm以內，石料強度等級Mu30，薄片、條狀等形狀的石料不宜采用。

2.2 生物措施

根據溝道水、藻、泥污染的實際情況，針對溝道存量及增量、外源及內源、面源及點源污染，黑臭水體的主要原因，結合各種黑臭水體的治理與維護方案的優缺點，綜合考慮本方案采用投加微生物菌劑的生物治理技術以消除溝道黑臭及提升水質。

2.2.1 治理技術

本次設計使用復合微生物菌劑治理工藝，針對CODcr、NH3－N、陰離子表面活性劑、TP等污染的降解進行微生物治理，調節水體pH和ORP。通過在工程措施結束，且第四排水溝冬灌任務結束后，分3次（間隔15天）投加生物菌群劑，將36.6 t生物菌群劑接種到溝道水體及底泥中，利用特殊微生物的新陳代謝作用高效降解污染物，不僅能消除溝道水體黑臭及提升水質，并能實現淤泥的減量化和無害化。

原菌種取自三江源源頭，青藏高原雪線以上，經過長期研究，發現并采集到的維系三江源水生態環境的微生物菌簇。利用復合微生物菌劑的新陳代謝作用高效降解、吸收、轉化污染物，原位消減有機淤泥并改善水質，消除黑臭，實現淤泥無害化、無機化、減量化、穩定化、資源化。復合微生物菌劑同時對NH3-N、亞硝酸鹽、硝酸鹽有高效的降解和吸收作用，提高硝化、反硝化的效率，保持系統硝化作用的長期穩定性，對含磷（P）污染物及陰離子表面活性劑亦有高效的分解作用。此菌種屬于本土本源微生物，具有耐寒凍、耐鹽堿、酶活性及目標代謝物高、抗噬菌體能力強、適應性強、生長快、培養周期短等特點，并能與土著微生物形成共生關系，不易退化、老化。系列產品中包括對環境友好的多種藻類、生物酶、微生物和各種極端微生物，如嗜鹽菌、嗜溫菌、嗜酸菌、嗜堿菌等。本生物制劑符合《環保用微生物菌劑環境安全評價導則》（HJ/T415－2008）各項要求，是環境友好、不產生次生污染的復合微生物。針對不同類型的環境污染問題（如水體污染、土壤修復、大氣尾氣、固廢液等），利用不同種類微生物的特異性進行深度治理，相比傳統的生物制劑具有高效、長效等特點。

2.2.2 實施措施

1）整治階段（1天）。在進場準備的同時，對治理溝道區域表面雜草、雜物清理，對兩岸臨時垃圾堆放場地進行整治工作。

2）填筑跌水壩（10天）。在本治理溝道水域中，根據工程技術需要和比降關系，需構筑10座土工袋鐵碳跌水壩。跌水壩采用梯形斷面，枯水期為保證水質和水量，壩高1.0 m，頂寬0.5 m，壩兩側邊坡1∶2。在汛期和灌溉期，為保證溝道的行洪能力及灌溉需要，拆除壩體。

3）菌劑接種階段（49天）。①菌劑馴化。菌種運至現場后，排在溝道道路一側路邊，共81桶。每次投菌前，將投加的菌劑進行馴化。直接投加使用的菌種馴化操作如下：將本次需使用的菌種每桶均從桶中抽出250 kg，置于空桶中。平均分為每桶750 kg菌種，擴桶比例為3∶4。用水泵抽取河水加入待馴化的菌種中，每桶加250 kg。馴化24 h后方可進行投加，每次馴化需9人2天；填料浸泡菌種馴化直接在浸泡池內進行，菌種與河水以3∶1比例混合浸泡。馴化操作伴隨填料浸泡工藝進行，需9人，持續操作30天。②定植接種。投加生物菌群劑，裝滿馴化后的菌種的噸桶排列在溝道岸邊，通過DN50的鋼絲內襯管一頭與噸桶下方的出水口相接，一頭與汽油泵相接，通過高壓進行投菌作業，分3次（間隔15天）將36.6 t生物菌群劑接種到溝道水體及底泥中。通過原位降解、吸收、轉化泥水中的污染物，不僅可以避免對環境造成次生污染，還可以將失衡的生態系統重新調動起來，通過環境因子、生物因子、營養成分等的改變，讓生態系統實現自我修復，保障系統安全，提升水質。③填筑生態網箱。在治理溝道區域河岸附近支起3個長15 m、寬6 m、高1.5 m的腳手架水帆水池，池子根據場地情況及施工便利條件進行安裝。將生物質填料壘入水池，再用低壓水泵向水池中的生物質填料表面均勻噴灑菌劑，進行浸泡。根據治理目標要求，通過測算，共需菌劑40.6 t。生物質填料密度為700 kg/m3，水正常密度為1 000 kg/m3，生物質填料比水的密度小。為防止因密度小，濾料漂浮在水面上，影響治理效果，生物質填料浸泡完畢后，從池中取出，裝填入溝道兩岸中央布置的軟體網箱中，軟體網箱與土工袋跌水壩平行放置，間距23 m，網箱規格：高0.7 m，長3.1 m，寬0.8 m，約1.728 m3生物質填料。

2.3 植物措施

植物篩選原則為：凈化能力強（生長可控）、越冬性好、觀賞價值高、易于維護管理。本次方案中挺水植物選用蒲草，沉水植物伊樂藻、金魚藻。

2.3.1 邊坡

四排溝治理區域沿岸邊坡種植2 000 m2蒲草。通過種植植物，利用植物與巖體及土體的相互作用（根系錨固作用）對邊坡表層進行防護、加固，使之既能滿足對邊坡表層穩定的要求，又能恢復被破壞的自然生態環境的護坡方式，是一種有效的護坡、固坡手段。植被的深根有錨固作用，淺根有加筋作用。能降低坡體孔隙水壓力、截留降雨、削弱濺蝕、控制土粒流失。

2.3.2 溝內水下

四排溝治理區域水下種植1 000 m2伊樂藻，1 200 m2金魚藻。種植沉水植物利用生物的自然生態習性，在受損水體中吸收、吸附消化和降解水中的部分有機污染物，同時給水中輸送充足的氧氣，為各種生物、微生物提供適合棲息、附著、繁衍的空間，在水生植物、動物和微生物的吸收、攝食、吸附、分解等功能的共同作用下，使水體污染得以修復，并形成一個良好的自然生態平衡環境。

另外，對溝道沿線未植樹邊坡進行補植，胸徑為5.1～6 cm的金葉榆種植200棵，胸徑為5.1～6 cm旱柳種植800棵。

3 結語

通過對沙坡頭區第四排水溝采用工程措施、生物措施和植物措施進行整治后，有效削減了污染物質，明顯改善了區域內的水體水質，逐步恢復了受損溝道兩岸的生態環境，溝道水質的改善和溝道景觀的美化，還使沿岸居民生活環境得到改觀，美化了鄉村景觀，提高了鄉村居民的生活質量，同時為其他農田排水溝的水環境整治提供了經驗。