邱 艷

（水利部綜合事業(yè)局，100053，北京）

一、WRSIS系統(tǒng)工作原理

WRSIS系統(tǒng)是指“地下灌溉—排水—濕地綜合管理系統(tǒng)”（Wet land Reservoir Sub-Irrigation System，簡(jiǎn)稱WRSIS系統(tǒng)），它由灌溉、排水和濕地三個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，各子系統(tǒng)之間通過一定的灌溉排水設(shè)施將三者連接為一個(gè)有機(jī)的整體。該系統(tǒng)是由美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)的研究人員于20世紀(jì)末開發(fā)出來(lái)的，采用了美國(guó)最先進(jìn)的水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器和設(shè)備，是為了控制、減少乃至解決農(nóng)田非點(diǎn)源污染問題，修復(fù)水環(huán)境而采取的以水利技術(shù)為主的綜合管理系統(tǒng)。

WRSIS系統(tǒng)的工作原理是：田間溝、管收集農(nóng)田排水，并輸送至濕地，然后利用濕地中的土壤吸附、植物吸收、生物降解等作用來(lái)降低農(nóng)田排水中氮、磷化合物的含量，經(jīng)過濕地凈化后的水再輸送到水塘存儲(chǔ)，農(nóng)田需要灌溉時(shí)，再由灌溉設(shè)施供水到田間。WRSIS系統(tǒng)中的水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括水位和水量測(cè)量、采樣、預(yù)處理、儀器監(jiān)測(cè)以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)茸酉到y(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)水位水量自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)采水，并對(duì)水樣進(jìn)行簡(jiǎn)單的預(yù)處理、自動(dòng)分析，收集并傳輸水質(zhì)參數(shù)等功能。

二、試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2006年和2007年桂林市農(nóng)田灌溉試驗(yàn)中心在桂林市境內(nèi)設(shè)立了1號(hào)濕地和2號(hào)濕地系統(tǒng)，重點(diǎn)建設(shè)了濕地及連接濕地的灌溉排水系統(tǒng)，選取當(dāng)?shù)貎?yōu)勢(shì)水生植物，按設(shè)計(jì)要求密度種植，作好原始記錄，定期觀測(cè)，及時(shí)補(bǔ)植。

濕地建成之后，為水生作物的生長(zhǎng)提供了良好的環(huán)境，為后期的污染物處理奠定了較好基礎(chǔ)。

2007年在試驗(yàn)站對(duì)兩處濕地系統(tǒng)的總氮（TN）值和總磷（TP）值的變化過程進(jìn)行了實(shí)地觀測(cè)和分析。

1.總氮（TN）

1號(hào)濕地系統(tǒng)不同位置TN值的變化過程如圖1。

從圖1可以看出，總氮的進(jìn)出口濃度與濕地進(jìn)出口有一定的差別，盡管濕地存在蒸發(fā)、蒸騰等水量損失，但經(jīng)過濕地后總氮的濃度均有所削減，在5月4日—9月10日期間，總氮的平均含量在進(jìn)口為10.07 mg/L，出口為4.84 mg/L，濃度平均降低5.24 mg/L，對(duì)總氮的除去率約為52.04%。

從圖1還可以看出，青獅潭水庫(kù)放出來(lái)的水總氮含量很低 （僅為0.6 mg/L）,而農(nóng)田表層水的總氮很高，平均為22mg/L，但農(nóng)田本身具有很強(qiáng)的處理氮作用，經(jīng)農(nóng)田流出的水（濕地進(jìn)口）的TN值平均為13.65 mg/L。農(nóng)田對(duì)總氮的除去率約為37.95%。

2號(hào)濕地系統(tǒng)TN觀測(cè)成果見圖2。從圖2可以看出，濕地總氮的進(jìn)出口濃度在開始觀測(cè)10天中有很大的差別：8月3日，流入濕地A區(qū)的氮濃度很?。?.5mg/L左右），流經(jīng)A區(qū)后氮濃度升到20mg/L，B區(qū)處理后氮濃度降到3mg/L；8月8日，流入濕地B區(qū)的氮濃度很小（0.1 mg/L左右），流經(jīng)B區(qū)后氮濃度升到18 mg/L，C區(qū)處理后氮濃度降到0.5 mg/L；而總進(jìn)水口和出水口的氮濃度變化很小。在之后的觀測(cè)中，氮濃度的變化都很小，總出水口的氮濃度都趨于0mg/L。主要原因是在8月上旬A區(qū)、B區(qū)附近農(nóng)田施了氮肥，使得A區(qū)、B區(qū)的氮濃度變化產(chǎn)生突變。

圖1 1號(hào)濕地系統(tǒng)不同位置水中TN值變化過程

盡管氮濃度產(chǎn)生了突變，增值很大，在濕地的總出水口中氮濃度依然下降到0mg/L左右，說明濕地具有很大的調(diào)節(jié)能力，對(duì)水質(zhì)的處理效果很好。

從圖2還可以看出，青獅潭水庫(kù)放出來(lái)的水總氮含量很低（0～2.5 mg/L），經(jīng)過2號(hào)濕地后，盡管氮濃度時(shí)而升高時(shí)而降低，但變幅小，且經(jīng)處理后，總出水口的氮濃度趨于0mg/L。

（2）總磷（TP）

圖2 2號(hào)濕地總氮觀測(cè)成果圖

圖3 1號(hào)濕地系統(tǒng)不同位置處水中總磷的變化過程

圖4 2號(hào)濕地總磷觀測(cè)成果圖

1號(hào)濕地系統(tǒng)不同位置水的總磷變化過程見圖3。從圖3可以看出，總磷的濃度在濕地進(jìn)出口有一定的差別，盡管濕地存在蒸發(fā)、蒸騰等水量損失，但經(jīng)過濕地后總磷的濃度均有所削減，在5月4日—9月19日期間，總磷的含量在進(jìn)口平均為1.28 mg/L,出口平均為0.93 mg/L，濃度平均降低0.35 mg/L，對(duì)總磷的除去率約為27.34%。

從圖3還可以看出，青獅潭水庫(kù)放出來(lái)的水總磷含量很低（僅為0.27 mg/L），而農(nóng)田表層水的總氮很高，平均為2.25 mg/L，但農(nóng)田本身具有一定處理磷的作用，同時(shí)期農(nóng)田水與經(jīng)農(nóng)田流出的水（濕地進(jìn)口）的總磷平均為2.10mg/L，農(nóng)田對(duì)總磷的除去率約為6.7%。2號(hào)濕地系統(tǒng)總磷變化如圖4。

從圖4可以看出，濕地總磷的進(jìn)出口濃度有一定的差別，但變幅不大。在8月3日，也有像總氮那樣類似的現(xiàn)象，流入濕地A區(qū)的磷濃度很小（0.8 mg/L左右），流經(jīng)A區(qū)后磷濃度升到2.3 mg/L，B區(qū)處理后磷濃度又升高到2.8 mg/L，C區(qū)處理后磷濃度降到1.25mg/L。這也可以用上面的總氮的變化來(lái)解釋這一現(xiàn)象。但是9月10日，流入濕地A區(qū)的磷濃度很?。?.65 mg/L左右），流經(jīng)A區(qū)后磷濃度升到2.2 mg/L，B區(qū)處理后磷濃度降低到1.5 mg/L，C區(qū)處理后磷濃度降到0.8mg/L。8月8日—9月3日磷濃度變幅非常小，引起9月10日磷濃度這一波動(dòng)是農(nóng)民最后一次施肥和在田埂處開口將稻田的水直接排向濕地而引起的。

從圖4還可以看出，青獅潭水庫(kù)放出來(lái)的水總磷含量很低（僅為0.75 mg/L左右），進(jìn)入濕地后，磷濃度變幅很小但總體是在降低的。因?yàn)檫M(jìn)口磷濃度比較低，不能輕易對(duì)濕地的水質(zhì)處理效果的好壞下結(jié)論。

三、結(jié) 語(yǔ)

從以上試驗(yàn)過程和數(shù)據(jù)分析可以看出，總體上WRSIS系統(tǒng)對(duì)于排水中的總磷（TP）、總氮（TN）具有較好的除去效果，其中，對(duì)總氮的除去率為50%左右，對(duì)總磷的除去率為30%，對(duì)水環(huán)境有明顯的修復(fù)效應(yīng)。在我國(guó)，由于人口眾多、耕地較少，為了增加糧食產(chǎn)量，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的化肥和農(nóng)藥使用量一直相當(dāng)大，農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染對(duì)我國(guó)水質(zhì)、水環(huán)境的不良影響日益加重。合理推廣和有效應(yīng)用WRSIS系統(tǒng)能夠在促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的同時(shí)，有效保護(hù)水環(huán)境，對(duì)于我國(guó)發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)和建設(shè)宜居環(huán)境具有十分重要的意義。

[1]董斌.灌溉—排水—濕地綜合管理系統(tǒng)（WRSIS）[J].中國(guó)水利，2006（13）.

[2]李廷友，林振山，謝標(biāo).農(nóng)業(yè)面源污染現(xiàn)狀與治理對(duì)策探討[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009（6）.

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