宋慶健 王如巖 王 莉

(泰安市水文局，山東 泰安 271000)

黃前水庫(kù)位于大汶河二級(jí)支流石汶河上游，泰安市泰山景區(qū)黃前鎮(zhèn)北，始建于1958年，總庫(kù)容8248萬(wàn)m3，是一座以防洪為主，兼顧城市供水、農(nóng)業(yè)灌溉、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的重點(diǎn)中型水庫(kù)。水庫(kù)于1992年開(kāi)始向泰安城區(qū)供水，日供水10萬(wàn)m3，供水量占泰安城區(qū)總用水量的70%以上，是泰安城區(qū)主要的供水水源地。水庫(kù)上游為山區(qū)，由農(nóng)村生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而產(chǎn)生的農(nóng)村面源污染是水庫(kù)主要的污染源之一。因此，加強(qiáng)對(duì)黃前水庫(kù)上游農(nóng)村面源污染治理，對(duì)改善水源地水質(zhì)狀況，保障城市用水安全是十分必要的。

1 黃前水庫(kù)流域概況

黃前水庫(kù)上游流域控制面積292km2，水庫(kù)流域系純山區(qū)，呈扇形，流域形狀系數(shù)0.66，河網(wǎng)密度系數(shù)0.26，長(zhǎng)度21.1km，平均寬度12.7km，干流長(zhǎng)度29.9km，干流平均坡度9.72‰，彎曲系數(shù)1.57，為東北西南走向季節(jié)性河流，河源深切、侵蝕強(qiáng)烈。

水庫(kù)流域內(nèi)地層絕大部分為前震旦系的花崗巖、花崗片麻巖和混合巖，也有零星火成巖和變質(zhì)巖分布。土壤類型主要是棕壤、砂壤，部分為黏土。棕壤呈微酸性，pH值在6左右，平均土壤厚度在0.3～0.5m左右。上游植被良好，森林覆蓋率40%～50%。

水庫(kù)流域?qū)倥瘻貛Т箨懶园霛駶?rùn)季風(fēng)氣候，多年平均降雨761mm，主要集中在6—9月份，占年降雨量的75%左右。黃前水庫(kù)流域東、北、西三面環(huán)山，水源主要由泰山、長(zhǎng)清嶺和大青山3條溪流匯聚而來(lái)，上游主要有麻塔河、下港河、石屋志河和紅河等河流，水資源比較豐富。

2 水庫(kù)農(nóng)村面源污染分析

農(nóng)村面源污染,是指農(nóng)村生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，溶解的或固體的污染物，如：農(nóng)田中的土粒、氮素、磷素、農(nóng)藥重金屬、農(nóng)村禽畜糞便與生活垃圾等有機(jī)或無(wú)機(jī)物質(zhì)，從非特定的地域，在降水和徑流沖刷作用下，通過(guò)農(nóng)田地表徑流、農(nóng)田排水和地下滲漏，使大量污染物進(jìn)入河流、湖泊、水庫(kù)等所引起的污染[1]。

黃前水庫(kù)上游為山區(qū)，村莊多沿上游河道及其支流而建，種植業(yè)及林果業(yè)是當(dāng)?shù)剞r(nóng)村的主要產(chǎn)業(yè)。流域內(nèi)農(nóng)村生活及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的農(nóng)村面源污染是影響水庫(kù)水體質(zhì)量的一個(gè)重要因素。

2.1 農(nóng)村生活污染

黃前水庫(kù)流域內(nèi)涵蓋泰安市泰山景區(qū)黃前鎮(zhèn)、大津口鄉(xiāng)、下港鎮(zhèn)和濟(jì)南市萊蕪區(qū)大王莊鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，共涉及70多個(gè)行政村，近8萬(wàn)余人，人口密度平均275人/km2。流域內(nèi)村莊及農(nóng)戶大多沒(méi)有污水處理設(shè)施，含磷洗滌劑被當(dāng)?shù)鼐用駨V泛使用，廚房污水、洗浴污水、洗衣污水、糞便水等排入上游河道。廚房殘余、廢電池、塑料等生活垃圾的亂堆亂放現(xiàn)象還比較普遍，有的沿河居民直接將生活垃圾倒在河道旁，當(dāng)發(fā)生降雨時(shí)，雨水將生活垃圾帶入水庫(kù)造成污染。隨著水庫(kù)上游鄉(xiāng)村旅游業(yè)的發(fā)展，農(nóng)家樂(lè)、鄉(xiāng)村民宿以及游客旅游中產(chǎn)生的污水和垃圾也是農(nóng)村生活污染的重要來(lái)源。

2.2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)污染

黃前水庫(kù)流域的氣候特征適宜農(nóng)作物生長(zhǎng)，種植業(yè)、林果業(yè)發(fā)展相對(duì)較快，農(nóng)作物以小麥、玉米、地瓜、花生為主，林果業(yè)以板栗、蘋(píng)果、山楂為主。為提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量，化肥、農(nóng)藥、除草劑、農(nóng)膜等被當(dāng)?shù)剞r(nóng)民廣泛使用，過(guò)量的化肥、殘留的農(nóng)藥和廢棄的農(nóng)膜被雨水或農(nóng)田排水帶入到水庫(kù)上游河道。為增加家庭經(jīng)濟(jì)收入，農(nóng)戶畜禽養(yǎng)殖比較普遍，產(chǎn)生的糞便露天堆放且不做無(wú)害化處理，糞便水隨雨水進(jìn)入到上游河道[2]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的秸稈、樹(shù)枝等再生利用率低，被當(dāng)?shù)鼐用耠S便堆放，任由其腐爛，當(dāng)有降雨時(shí)，腐水隨雨水進(jìn)入上游河道，從而進(jìn)入水庫(kù)，造成水庫(kù)水體污染。

3 河道梯級(jí)凈化技術(shù)方案選擇

農(nóng)村面源污染分布廣，不確定性大，成分復(fù)雜，防控難度大。黃前水庫(kù)農(nóng)村面源污染主要是上游農(nóng)村生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的污染物經(jīng)上游河流及其支流匯入水庫(kù)，造成水庫(kù)水體污染。黃前水庫(kù)農(nóng)村面源污染治理是一項(xiàng)長(zhǎng)期的系統(tǒng)工程，其中提升水庫(kù)上游天然溝渠河道的生態(tài)凈化功能，是水庫(kù)上游農(nóng)村面源污染治理的重要措施之一。

黃前水庫(kù)上游山區(qū)水資源豐富，溝渠河道海拔較高，自然落差較大，水流動(dòng)力具有地形優(yōu)勢(shì)。山區(qū)溝渠河道碎石、砂礫材料豐富，氣候特征適于植物生長(zhǎng)，本土植物適應(yīng)性強(qiáng)，可建堰攔水建設(shè)滯留塘，種植水生植物建設(shè)人工濕地。同時(shí)，結(jié)合農(nóng)村“一池三改”(沼氣池與改廁、改廚、改圈相結(jié)合),根據(jù)山區(qū)地形特點(diǎn)集中處理。通過(guò)提升河道自然生態(tài)環(huán)境，發(fā)揮重力沉降、植物吸收、微生物降解對(duì)河道水質(zhì)的凈化作用[3]，選擇“農(nóng)村處理水—滯留塘—自然曝氣—人工濕地”的梯級(jí)生態(tài)凈化技術(shù)。

4 梯級(jí)凈化方案設(shè)計(jì)

黃前水庫(kù)上游面積廣、村莊分散、住戶分散，梯級(jí)凈化方案應(yīng)根據(jù)山區(qū)村莊及溝渠河道實(shí)際進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)滯留塘單元、自然曝氣單元、人工濕地單元的有機(jī)組合，發(fā)揮對(duì)上游受農(nóng)村面源污染河流的生態(tài)凈化作用，將經(jīng)過(guò)多級(jí)凈化的河道水體排入水庫(kù)。同時(shí)，充分利用河道地形、現(xiàn)有塘壩、原生植被，以降低建設(shè)運(yùn)行成本。設(shè)計(jì)技術(shù)方案見(jiàn)圖1。

圖1 梯級(jí)凈化技術(shù)方案

4.1 農(nóng)村處理水單元

加大政策及資金扶持力度，推進(jìn)黃前水庫(kù)上游山區(qū)農(nóng)村“一池三改”實(shí)施，考慮到山區(qū)農(nóng)村住戶人口少且集中度低，宜以幾戶人家形成一個(gè)處理單元，對(duì)人、畜糞便、廚房污水、洗浴污水等進(jìn)行集中收集處理排放。

4.2 滯留塘單元

顆粒物沉降是滯留塘去除污染物的主要途徑[4]?？衫盟畮?kù)上游村莊及溝渠河道現(xiàn)有塘壩，也可根據(jù)上游河道地形，利用河道碎石等直接在河床上建堰攔水構(gòu)建滯留塘，同時(shí)，在滯留塘內(nèi)及岸坡種植適宜的水生植物。

4.3 自然曝氣單元

水庫(kù)上游溝渠河道自然落差較大，水流動(dòng)力具有優(yōu)勢(shì)。水體在流動(dòng)過(guò)程中從高處跌落，也可根據(jù)河道地形設(shè)置跌水坎，形成落差跌水，使水體充氧。根據(jù)落差大小，跌水可做成單級(jí)或多級(jí)。可在河道內(nèi)放置石塊，用石塊擋水，使水流濺起充氧,同時(shí)可將滯留塘出水面建成斜面式溢流堰，增加水體容氧量[3]。

4.4 人工濕地單元

在溝渠河道旁側(cè)或?qū)捰蛱幖昂拥廊肟诘容^大匯水處，構(gòu)建溝槽或塘壩，填充一定土壤或砂石，種植蘆葦、水蔥、香蒲、美人蕉等水生植物，形成人工濕地，利用濕地系統(tǒng)處理河道污水。

5 梯級(jí)凈化方案效益分析

5.1 提高分解能力

梯級(jí)凈化方案充分利用黃前水庫(kù)上游山區(qū)及河道地形落差大、水流動(dòng)力較大的特點(diǎn)，將農(nóng)戶處理水及其他農(nóng)村面源污水帶入河道滯留塘及人工濕地，利用溝渠河道高差起伏實(shí)現(xiàn)自然曝氣，無(wú)須投入額外動(dòng)力支持。滯留塘延長(zhǎng)了河道水體的滯留時(shí)間，降低了水流速度，加快了水體顆粒物的沉降[4]。河道水體經(jīng)過(guò)多級(jí)自然曝氣，與空氣不斷接觸，及時(shí)補(bǔ)充水體微生物消耗的氧，增強(qiáng)了水中微生物分解污染物的能力，從而達(dá)到凈化河道水體的作用。

5.2 推動(dòng)“一池三改”

推進(jìn)農(nóng)村“一池三改”，充分發(fā)揮沼氣綜合利用技術(shù)的作用，在對(duì)農(nóng)村生活污染進(jìn)行無(wú)害化處理、有效降低生活污染強(qiáng)度的同時(shí)，可改變山區(qū)農(nóng)民的生活方式，提升農(nóng)民生活質(zhì)量，獲得較好的綜合效益。

5.3 發(fā)揮水生植物作用

凈化單元中種植的水生植物能夠大量吸收河道污水中的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或?qū)⑽鬯械挠泻ξ镔|(zhì)轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)，還能降低河道水流流速，增加顆粒沉降，攔截河道中的大部分漂浮物及懸浮物。水生植物還能釋放氧氣，增強(qiáng)河道水體活性，美化周邊環(huán)境。

5.4 發(fā)揮微生物凈化作用

各凈化單元適于微生物的繁殖，能夠有效發(fā)揮微生物在河道污水處理中的作用，將大部分有機(jī)污染物分解變成對(duì)環(huán)境無(wú)害的無(wú)機(jī)物，提升河道水體質(zhì)量。

5.5 建設(shè)運(yùn)行成本較低

梯級(jí)凈化方案借用黃前水庫(kù)上游山區(qū)溝渠河道地形特點(diǎn)，可就地取材建設(shè)凈化單元，建設(shè)投資小，技術(shù)操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行管理投入少。凈化單元還可設(shè)置成觀光生態(tài)景點(diǎn)，在水域較大的單元內(nèi)適度養(yǎng)魚(yú)，增加農(nóng)民收入，切實(shí)增加水庫(kù)上游山區(qū)群眾的收益。

6 結(jié) 語(yǔ)

黃前水庫(kù)上游農(nóng)村面源污染梯級(jí)凈化方案充分考慮了水庫(kù)上游農(nóng)村面源污染和山區(qū)河流地形特點(diǎn)等因素，通過(guò)各凈化單元的多級(jí)組合凈化作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)黃前水庫(kù)上游河道及其支流的生態(tài)凈化，有效提升河道水體質(zhì)量，降低水庫(kù)上游農(nóng)村面源污染對(duì)水庫(kù)的影響，從而改善黃前水庫(kù)水質(zhì)狀況。該方案具有投資小、易建設(shè)、運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)，適合水庫(kù)上游山區(qū)河流污染的治理，具有較好的參考價(jià)值和實(shí)踐意義。