农村水环境治理规划的实践与思考

孙增峰，刘云帆

(中国城市规划设计研究院，北京 100037)

近年来，农村传统生产生活方式和资源开发利用方式所导致的水环境污染问题日趋严重，污染事故时有发生，给生态安全、饮用水安全带来了极大的危害，对居住在农村地区人民生产、生活造成了直接或间接的威胁，也很大程度上影响到了农村地区生态安全和农村经济发展[1-3]。《第一次全国污染源普查公报》数据显示，农村环境污染严重，而农业源主要污染物排放已经成为水环境污染的最主要来源[4-6]。研究表明，农业源主要污染物化学需氧量(COD)、总磷(TP)、总氮(TN)的排放量分别占到总排放量的约43%、67%和55%[7]。与点源污染相比，面源污染在时间上具有长期性和滞后性，同时空间上的分散、量大面广等特征也致使其治理难度更大[8]。另一方面，农村居民生活污水处理率普遍偏低，污水直排，垃圾堆放堵塞河道等问题加剧了水体水质的恶化[9-11]。尽管目前在城镇污水及水环境治理上已有较丰富的实践研究和治理经验，但针对农村水环境面临的问题还没有引起足够的重视[12]。为了从根源上改善水环境，削减入河污染物总量，迫切需要从全流域角度开展统筹分析与治理工作[13]。从建立农村污水治理体系出发，开展农村污染成因调查与分析，综合实践过程的技术适用性和经济性，提出适合农村水环境治理的“控源截污”农村污染削减方案，着重阐述了适合农村水环境治理的系统化措施，提出了针对农村水环境治理特点的工作建议，为同类水环境综合整治项目提供应用实践参考。

1 竹溪县概况

竹溪县处于汉江最大支流堵河上游，是南水北调中线工程水源区之一。地形以山地和丘陵为主，山地气候特征明显。竹溪河流域位于竹溪县北侧，流域面积659km2，河流长度69.3km。

竹溪县2018年常住人口为31.66万人，城镇化率为37.98%。竹溪河流域范围内城镇建设用地面积仅占流域面积的1.5%。农田规模为24.36万亩，占流域土地总面积的25.42%。流域内山川纵横、地形坡度较大，加之降雨强度高，水土流失较为严重；且种植集中区域农药化肥使用量较大，据统计，2017年化肥使用量3.82万t、农药使用量176t，化肥施用强度高于国际警戒线水平，农药施用强度高亦高于十堰市平均水平，导致农田径流污染总量高、分布广。

竹溪河部分河段存在污染，水质在Ⅳ类至Ⅴ类之间波动，达不到水功能区水质要求。位于竹溪河上游郊野地区的延坝桥监测断面(市控)显示2018年8月至2019年3月共监测213d，达标天数仅为18d，达标率8.45%，其主要污染物为氨氮和总磷。

2 农村污染成因调查与分析

2.1 农村面源与养殖污染调查

由于流域范围内以农业地区为主，占比高、分布广，农地超过25%，污染排放总量大，如图1所示。且由于地形影响，用地紧张，农田更集中于滨河区域，污染极易入河。同时竹溪河流域内化肥施用强度仍较高，超出十堰市平均水平，畜禽养殖也以农户散养为主，规模化养殖率不到5%，基本无粪便处理设施。畜禽养殖业产生的废水一般为高浓度有机污染废水，直排入河加剧了流域水体污染。

图1 竹溪河流域内农田分布图

2.1.1农田面源污染排放量统计

根据流域内农田分布测算农田径流污染负荷，污染物排放系数参照《第一次全国污染源普查：农业污染源肥料流失系数手册》《畜禽养殖业源产排污系数手册》，结合《竹溪县“十三五”水污染防治和水土保持规划》综合确定。入河系数参考漳河水库流域[14]取15%，测算流域内农田径流COD污染负荷约为365.2t/a、氨氮约为6.5t/a、TN约为22.1t/a、TP约为2.2t/a。从流域分布上来看，竹溪河上游农田分布较广，农田径流污染物排放量最大，污染负荷贡献率达到43.8%；下游次之，污染负荷贡献率占31.4%；城区段最少，污染负荷贡献率占24.8%。

2.1.2禽畜养殖污染排放量统计

根据估算，流域内2017年总养殖规模约为35.54万头猪，水坪镇和蒋家堰镇养殖量较大。虽然竹溪规模化养殖已经取得较好的成效，但仍有大量畜禽养殖以农户散养为主，全县规模化养殖率仍较低，按照规模化畜禽粪便处理率约70%，现状分散式畜禽养殖基本没有处理设施来估算。总处理率约为23.3%，入河系数取14%，流域内畜禽养殖COD、氨氮、总氮和总磷污染负荷分别约为233.2、41.8、75.7、10.4t/a。总体而言，水坪镇、蒋家堰镇的污染贡献率相对较高，分别占30%和22%，县城所在地城关镇的排放贡献率达到14%。总体上看，由农业种养殖造成的面源污染占到总污染排放量的17%左右。

2.2 农村生活污水污染调查

流域范围内乡镇地区目前建设有4座乡镇污水处理站，处理规模共4700t/d，覆盖农村人口不足8.5%；已建人工湿地、AOBR污水处理站等分散设施总规模为2045t/d，覆盖村庄约为65%。还有大量农村地区生活污水未能有效收集处理，据此初步测算，流域范围内现状农村总的污水处理率不足60%，污染排放量较高。

2.2.1农村生活污水处理率测算

流域范围内现状农村人口达到13.2万人，由于地形复杂、河谷纵横交错，农村人口居住较为分散，一个村随湾就片集中居住有5～15处之多。根据人均产污量72L/人/d测算竹溪河流域内农村生活污水总量约为9518t/d。

流域内农村生活污水收集处理方式包括以下三种，如图2所示，①纳入乡镇污水处理厂集中处理。流域已建成运营城关镇污水厂、东城污水厂、蒋家堰镇污水处理厂、中峰镇污水厂、龙坝镇污水厂及水坪镇污水厂等6座污水处理厂。根据现状乡镇污水处理厂收水范围和村庄分布，测算乡镇污水处理厂纳管收集范围内村庄人口仅约为1.12万人，仅占农村总人口的8.5%。在城镇近郊农村，污水收集管网最后一公里瓶颈仍未突破。从主管道延伸至农户家的“毛细管网”尚未建立，导致部分农户污水直排河道，污染环境。②通过人工湿地、AOBR污水处理站分散处理。流域已建分散式农村污水处理设施56座，处理工艺以人工湿地和AOBR污水处理站为主，总规模2045t/d，处理率约为21.5%。③实施农村环境综合整治工程的村庄普遍采用化粪池处理。流域内实施农村环境综合整治工程的村庄覆盖率65%，其中与乡镇污水处理厂收水范围重叠村庄面积约占村庄总面积的26.3%，即乡镇污水处理厂收水范围外，村庄农村环境综合整治覆盖率约为38.7%，按照处理率70%估算，即实施农村环境综合整治村庄的约占农村生活污水排放总量的27.1%。

图2 竹溪河流域内村庄建设用地分布与集中污水厂收水范围对比

综上，测算农村污水集中处理率为30%，加上实施农村综合整治的村庄，农村总污水处理率为57%。

2.2.2农村生活污水污染物排放量测算

流域纳入乡镇污水厂处理的村庄人口约1.12万人，根据人均产污量72L/人·d测算纳入乡镇污水厂处理的农村生活污水总量约为806.4t/d，约占农村生活污水排放总量的8.5%。这部分农村生活污水经乡镇污水厂达标处理后，COD、氨氮、TN、TP排放量分别约为14.72、1.47、4.42、0.15t/a。

流域已建分散式农村污水处理设施以人工湿地、AOBR污水处理站为主，总规模2045t/d，约占农村生活污水排放总量的21.5%。出水标准均为一级B，村庄处理后COD、氨氮、TN、TP排放量分别约为44.79、5.97、14.93、0.75t/a。

其他未收集污水的分为两部分：一是已经实施农村环境综合整治的村庄，普遍采用化粪池简易处理；二是未实施农村环境综合整治的村庄，生活污水直接排放。估算这两部分污水COD、氨氮、TN、TP排放量分别约为451.8、110.2、137.7、12.1t/a。

综上，全流域农村生活污水COD、氨氮、TN、TP排放量分别约为511.3、117.6、157.1、13.0t/a。

3 控源截污-农村污染削减方案

3.1 农村污染治理体系

根据现场调研与分析，流域农村地区水环境污染主要分为三类，生活污水，包括直排污水和处理后的尾水；农田村庄面源污染；畜禽养殖污染。

由于农业地区相对分散，尤其种植与养殖污染产生范围广，负荷产生量、产生时间随机性高，很难进行集中收集控制，不能简单套用城市污染控制模式[15]。为此，方案创新构建了农村污染综合治理体系，如图3所示，将各类污染源统筹考虑，充分发挥自然净化功能，构建从源头到末端的系统治理方案，推进农村面源污染与生活污染的联动治理，仿照海绵城市建设，构建农村污染源100%覆盖的农村海绵体系，并结合乡村振兴，打造海绵乡村，提高农村生产生活品质，提高生活生产效率，进一步降低污染物产生量。

图3 农村污染系统治理体系

针对农村生活污染，重点完善现有污染收集处理体系，提高收集处理效率；针对农田面源污染，加强测土施肥等科学引导，减少农药化肥用量，优化种植结构形式，发展生态种植；针对养殖污染，合理划定禁限养区，引导开展规模化养殖、生态养殖等，从源头上减少污染物的产生。各类措施相互衔接，构建完整的农村污染控制体系。

3.2 农村生活污水治理

流域内现状农村居民点分布较多，农村生活污水对流域污染物贡献占全部点源污染的19%左右，是流域水环境治理需要重点解决的问题之一。农村污水治理不能照搬城市经验，《农村人居环境整治三年行动方案》中重点指出：梯次推进农村生活污水治理。根据农村不同区位条件、村庄人口聚集程度、污水产生规模，因地制宜采用污染治理与资源利用相结合、工程措施与生态措施相结合、集中与分散相结合的建设模式和处理工艺。结合流域村落和农户分布情况等现状，流域范围内农村治理模式采用市政接管处理模式、镇村集中处理模式和住户分散处理模式：

(1)“市政接管”模式，如图4所示：对于具备接入城镇污水管网条件的村庄，优先考虑将污水接入市政管网，由城镇污水处理厂统一处理，其中符合以下条件的自然村落，生活污水建议直接纳入城镇污水管网统一集中处理：①村内有市政污水管道直接穿过；②生活污水可以依靠重力流直接流入市政污水管道；③距污水处理厂(站)2km范围内的村庄。

图4 “市政接管”处理模式示意图

其中，村庄污水管网布置主要遵循如下原则：①新建管网应采用雨、污分流制排水，或采用不完全分流制。现状雨污水合流管网，有条件的，应进行雨污分流改造，现状管网或渠道可作为雨水管网或渠道，新建污水管网；无改造条件的，近期可采用截流式合流制，远期再进行分流制改造。②排水管道应与村庄国土空间规划相结合，充分考虑村庄布局、风俗习惯、地质条件等特点，合理确定管线位置、排水方向和分区，尽量减少对现状设施的破坏，降低施工和维护管理难度，原则上管道宜敷设在绿化带内或规划道路下，应充分利用现状地形坡度，在干管埋深合理的情况下，优先采用重力排水，尽量降低工程投资。

(2)村级集中处理模式，见表1。对于不具备接入城镇污水厂条件、居住相对集中且排放要求高的大中型村庄，可将一个或相邻村庄的居民生活污水集中收集，采用村级集中处理设施进行处理。该处理模式适用于布局相对集中、人口规模较大的地区，综合考虑地形条件、河网分布等因素，以片区为单位的单村或多村的生活污水处理。污水治理设施以布局紧凑的单村或多村为处理单元，集中收集村庄污水后统一处理。

表1 农村生活污水集中处理推荐工艺

(3)“住户分散处理”模式对于小型村庄和居住分散不易集中收集或管网敷设难度较大的村庄或零散农村，按住户集中度分区域就近收集污水，就地采用化粪池、庭院式人工湿地等设施进行污水处理。该处理模式适用于布局分散、人口规模小、地形条件复杂、污水不易收集的单户或相邻农户的生活污水处理。污水治理设施一般布置在农户周边，与分散收集系统的排水口相连，强调就近处理。

3.3 农田面源污染控制

农田面源污染通过源头-过程-末端三层体系进行控制，如图5所示。源头控制肥料施用量，优化种植结构；过程控制农田排水，增加排水的自然净化过程，减少排水携带污染物量；末端采用植被缓冲、湿地净化系统，避免污染物直接入河。

图5 农业面源污染控制结构图

推广测土施肥与生态化种养殖技术，源头减少农药化肥用量。开展耕地质量等级调查评价与检测，通过田间试验，优化施肥参数，完善肥料配方。提高粮棉油等主要农作物测土配方施肥技术覆盖率，逐步实现测土配方施肥全覆盖，力争主要农作物测土配方施肥技术覆盖率提高到95%以上，化肥农药利用率提高到 40%以上。推进绿肥种植示范，积极探索冬闲田集中地区种植绿肥和茶园套种绿肥模式。推动实现竹溪河流域化肥用量负增长、化肥利用率显著提升。

加强分区引导控制，优化种植结构与分布，降低水土流失。竹溪河流域内山川纵横，地形坡度是造成水土流失，加剧种植面源污染重要原因。规划针对不同坡度农田实施差异化种植污染控制，减少农田N、P流失：①25°以上陡坡地开展精准灭荒、退耕还林、封山育林工程；②15°～25°缓陡坡地结合周围山区林地优势发展林果、茶场、中药材种植为主的生态观光农业；③6°～15°缓坡农田因地制宜实施坡改梯，建设截水沟、排水沟、排洪沟等坡面排蓄工程，加强坡地径流调控，推进蒋家堰、龙坝、中峰、县河镇高标准农田整治，减少水土流失；④对于6°以下平地和平坡农田，强化源头农业面源污染综合治理，开展测土施肥，鼓励发展规模化有机生态农业，开展高标准基本农田土地整治。通过种植产业模式生态化，控制农业灌溉用水总量，发展生态高效稻田综合种养模式。推广“畜+沼+粮/果/菜”“户用蓄粪池+田间调节池+大田利用”“林(果)-畜-粮”等循环种养殖模式，促进饲草、林下畜禽增收，实现粪污就地就近消纳、生态循环利用。

构建滨河缓冲净化体系，进一步降低入河污染。农田面源污染物质大部分随降雨径流进入水体，在其进入水体前，通过建立生态拦截系统，有效阻断径流水中氮磷等污染物进入水环境，是控制农田面源污染的重要技术手段。目前农田面源污染过程阻断常用的技术有两大类：一类是农田内部的拦截，如稻田生态田埂技术、生态拦截缓冲带技术、生物篱技术、设施菜地增设填闲作物种植技术、果园生草技术等；另一大类是污染物离开农田后的拦截阻断技术，包括生态拦截沟渠技术、生态护岸边坡技术等[16]。这类技术多通过对现有沟渠的生态改造和功能强化，或者额外建设生态工程，利用物理、化学和生物的联合作用对污染物主要是氮磷进行强化净化和深度处理，不仅能有效拦截、净化农田氮磷污染物，而且滞留土壤氮磷于田内和(或)沟渠中，实现污染物中氮磷的减量化排放或最大化去除以及氮磷的资源化利用[17]。为进一步降低入河污染，规划在竹溪河沿岸因地制宜建设生态田埂或拦截沟、草林复合植被缓冲带、沼泽湿地过滤带和砾石植被缓冲带[18]。

3.4 养殖污染控制

按照“规模养殖、综合治理”要求，推广规模养殖，逐步缩小散养比例。划定规模化畜禽养殖区域，优化养殖区域布局。依法科学划定禁限养区。建设畜禽标准化规模养殖场，实现畜禽标准化、规模化、现代化养殖，并着力调整畜禽养殖业结构，优先发展生态型和资源综合利用型的畜禽养殖场，实现清洁生产，生态养殖，种养结合，逐步形成“养殖—沼气—种植”三位一体的生态农业新格局，加强规模化畜禽养殖场废弃物无害化处理和资源化利用，实现规模养殖场粪污处理设施装备配套率提高到95%以上、畜禽养殖废弃物资源化利用率达到75%，促进畜牧业转型升级。

竹溪县非规模化畜禽养殖较为普遍，非规模养殖场户点多面广，由于其生产管理水平总体较低，粪污处理设施配套不到位，粪便污水不当处理极易对周边环境造成污染，已成为当前推进畜禽养殖污染防治工作的难点。非规模养殖场户粪污产生总量相对较少，种养结合是其最经济、最有效的处理利用方式。针对非规模养殖，规划以自然村为单元推广集中养殖模式，由村民提供鸡鸭苗，村委会提供集中养殖区。

以水坪镇纪家山村为例，结合林地、水田、池塘发展四处生态循环种养区，发展林下放养、茶园散养和稻田养虾等，满足农户鸡鸭养殖和适度水产养殖需求；在生态养殖区严格施行无污染清粪和低污染养殖技术，如图6所示，积极引导其利用自有田地、流转土地，或对接周边种植户建立粪肥供应关系，实现粪污就地就近消纳、生态循环利用。同时，鼓励非规模养殖场户应用发酵床或垫料养殖模式，实现畜禽粪污零排放，从而实现零污染入河。配套建有户用沼气或沼气工程的非规模养殖场户，进一步打通“畜+沼+粮/果/菜”等种养循环途径，提高粪污利用效率。在非规模养殖场户密集区，积极推广“户用蓄粪池+田间调节池+大田利用”种养结合模式，建立社会化集中收集处理体系，解决粪污还田利用“最后一公里”问题。

图6 水坪镇纪家村生态循环种养示意图

3.5 建设农业面源污染综合治理示范区

以流域水环境保护和竹溪河水库饮用水源保护为目标，以蒋家堰和中峰镇的黄土岭片区、小南沟村、龙坝茶园、青草坪老贡米基地片区等为重点，建设竹溪河源头农业面源污染综合治理示范区，如图7所示，集中推行田间化肥和农药减量使用、生物肥应用示范、生态沟塘渠消减氮磷技术，加强污粪存储池、秸秆农膜回收利用、生态种养殖和规模化养殖、农村生活污水处理，从水土资源保护、农业生态系统修复、农业农村环境治理、农村绿色能源建设、农业产业产能提升、农业可持续发展示范建设等方面加强对农业资源的保护和农业突出环境问题的治理，依托山区良好的生态环境优势和绿色资源条件，推广有机绿色循环农业生产方式，把有机农业、智慧农业、乡村振兴、美丽乡村建设等结合起来，形成三产融合的高效农业示范区。

图7 竹溪河源头农业面源污染综合治理区技术路线

4 结论

农村生活污水治理的重点是完善污染收集处理体系。结合地形地貌、污水收集设施及居民点分布等现状条件，灵活选择市政接管、镇村集中或住户分散处理模式。针对农田面源污染，需加强测土施肥等科学引导，减少农药化肥用量，优化种植结构形式，发展生态种植；针对养殖污染，应合理划定禁限养区，引导开展规模化养殖、生态养殖等。从源头上减少污染物的产生。

农村污水点多面广、收集处理困难，除了补全设施短板，还应在农村地区积极践行和倡导绿色生产生活方式。从源头减少污染的使用和排放，充分利用绿色设施的净化作用降低污染物的入河量，开展海绵乡村建设，从而提高绿色基础设施的覆盖水平。