洱海灌区农业面源污染末端拦截治理研究

陈 凯，张 珅

（1.黄河勘测规划设计研究院有限公司，郑州 450003；2.水利部黄河流域水治理与水安全重点实验室（筹），郑州 450003；3.河南省城市水资源环境工程技术研究中心，郑州 450003）

洱海位于云南省大理白族自治州， 是云南省第二淡水湖。在1996 年及2003 年，洱海先后爆发两次蓝藻，2003 年时洱海水质急剧恶化，透明度不足1 m，局部区域水质下降到地表水Ⅳ类。近年来通过“双取消”“三退三还”“三禁”“洱海保护治理六大工程”“2333 行动”“洱海保护治理七大行动”“洱海保护治理及流域转型发展八大攻坚战”等一系列组合拳［1-4］，洱海水质现状得到了明显改善。 但洱海周边农田面积大，灌溉退水量多，农灌退水水质较差，水质情况仍不容乐观。

1 研究现状

1.1 水质现状

2014—2018 年，洱海29 条主要入湖河流中罗时江、永安江、莫残溪、清碧溪、黑龙溪、白鹤溪、中和溪、桃溪、玉龙河、凤尾箐、白塔河、金星河、金星后河等13 条河流的劣Ⅴ类水质占比超过50%。2019 年以来，入湖河流水质有了较大幅度的提升，海北的弥苴河、罗时江和永安江等3 条河流，由历年的Ⅴ类和劣Ⅴ类水质，提升到Ⅲ类以上；其他河流除了金星河仍为劣Ⅴ类，中和溪为Ⅳ类外，大部分河流均稳定保持在Ⅱ～Ⅲ类之间［5-7］。

1.2 主要入湖污染物来源

根据《洱海保护治理规划（2018—2035）》，畜禽养殖、农村生活、农田面源、城镇生活（含服务业）是主要的入湖污染来源，其中农田面源污染排放最高。总磷污染负荷中4 类污染源比例分别为22.2%、20.5%、26.8%和13.3%，总氮污染负荷中4 类污染源比例分别为23.4%、19.9%、23.6%和12.2%。

2 治理方法

2.1 已实施工程

农业面源污染主要来源为汛期初期洪水携带的污染物及枯水灌溉回归水携带的污染物。 洱海周边农业面源已初步建成污染防治体系， 如使用有机肥代替含氮磷化肥、 禁止种植以大蒜为主的大水大肥农作物、推行畜禽标准化养殖的“三禁四推”工作。

2.2 末端拦截工程

为进一步削减农业面源污染入洱海量， 洱海灌区农业面源污染可通过构建末端拦截工程， 将污染物收集在拦截带中， 并通过在拦截带中构建水质净化措施，对污染物进行进一步削减，处理后的水质达到农田灌溉用水要求，用于农田灌溉。

末端拦截工程主要以拦截灌区初期雨水为主。由于洱海灌区范围内雨季前降雨主要集中在5—6月，本次将灌区面源污染控制转化为5—6 月降雨场次控制， 通过控制区域内中小降雨的径流污染来削减进入洱海的径流污染物量［8-9］。

（1）降雨场次控制。根据吊草沟站1989—2018 年1 日降雨场次统计资料，5—6 月1 日降雨量、降雨场次累计关系如图1。

图1 5—6 月降雨量/场次累积占比图

在5—6 月统计降雨场次中，95.5%的降雨场次1 日降雨在100 mm 以下， 仅有3 次1 日降雨超过100 mm，相对占比较小。因此，按照P=2%、P=3.33%和P=5%确定的拦截工程规模较大，存在多数时间有效库容闲置的问题。

按照P=33.3%和P=50%确定拦截工程规模，由于其能够拦截的1 日降雨场次占比较低， 分别为77.01%和54.78%，难以满足面源污染削减的目标。

根据图1，当1 日降雨量超过70 mm 以后，场次控制率的增幅变缓， 即增加设计1 日降雨量对降雨场次控制率的提高是有限的， 相反会进一步增加拦截工程占地规模和投资。

因此， 结合洱海灌区初期降雨特点与不同频率对应的规模， 同时为提高工程拦截面源污染能力、增加调蓄回用规模，本次设计根据5—6 月P=20%计算末端拦截工程规模，其对应的1 日降雨量为72.7 mm，1 日降雨场次控制率为91.85%， 能够有效控制降雨初期的污染。

（2）工程规模确定。根据设计降雨量计算各分区24 h 洪量， 末端拦截工程总有效库容521.74 万m3，其中海西片区大理镇梅溪至白鹤溪、下关镇黑龙溪至莫残溪间末端拦截工程已纳入《洱海流域农业面源污染末端拦截消纳及灌溉综合利用试点工程实施方案》， 规模56.70 万m3， 相关工程已先行实施，本次可直接采用其成果。综上，本次研究可新增末端拦截工程规模为465.04 万m3，其中海西片区416.52 万m3，海东片区48.52 万m3。研究拟建规模如表1 及表2。

表1 海西片区研究拟建末端拦截规模

表2 海东片区（挖色、海东）研究拟建末端拦截规模

（3）水质保障。由于末端拦截工程为新开挖连通的水系，新开挖水系内除种植水生农作物外无其他强化湿地水质净化措施，水生动物较少，自净能力较弱。 虽然灌溉回用工程能够加强水体流通，减少其在拦蓄水系中的停留时间，但污染物仍较易在拦截工程内部沉降，从而导致水质恶化。因此，水环境设计目标是提高末端拦截工程内部水系自净能力。通过强化末端拦截工程内部湿地生境，构建完善的水体生态系统，打造生态廊道，增强水质净化功能。

3 效果分析

为进一步分析末端拦截工程拦蓄效果， 对多年降雨量统计结果进行排频，按照丰年（P=25%）、平年（P=50%）和枯年（P=75%）选择典型年。经分析降雨主要集中在5—10 月， 约占全年降雨量的85.48%～92.86%，降雨集中度较高。通过对典型年逐日降水数据进行分析（如图2），95.12%～96.73%的日降雨量较小，难以形成地面径流，进而驱动污染物通过径流进入末端拦截工程。 能够产生有效降雨形成径流进入末端拦截工程的降雨场次中， 枯年全部场次的降雨将会被拦截， 平年和丰年90%场次的降雨将会被全部拦截。分析结果与规模论证结论基本一致。

图2 典型年日降雨分布

图3 有效降雨量累积分布情况

进一步分析典型年降雨量积累分布情况（>30mm），在设计降雨量条件下（67.78 mm）,能够控制年有效径流的72.19%～100%。

考虑到末端拦截工程水量直接应用于灌区灌溉，不再进入洱海，而超标准洪水通过湖滨缓冲带进入洱海。因此，末端拦截工程污染物削减量可依据末端拦截工程年降雨总量控制率进行估算。

由于典型年2004 年，降雨较为集中，日最大降雨量较高，末端拦截工程年可拦截总量占比较少，属于相对不利工况。因此，以2004 年降雨总量控制率（72.19%）估算末端拦截工程污染物削减量。

在末端拦截工程治理实施后［10］，COD 削减1042.74 t/a，占总削减量的30.18%；TN 削减409.95 t/a，占总削减量的53.37%；TP 削减127.92 t/a，占总削减量的24.03%；NH3-N 削减126.41 t/a， 占总削减量的61.28%，其中海西片区削减的污染总削减量最多。末端拦截工程对灌区农业面源污染物的削减治理力度较大。

4 结语

（1）对农业面源的拦截已实施3 个试点，主要在喜洲镇龙湖片区、 大理镇梅溪至白鹤溪片区和下关镇黑龙溪至莫残溪片区，治理效果明显，在末端拦截工程实施后对面源污染拦截量效果显著， 可进一步推动其他区域的末端拦截治理。

（2）本次末端工程削减根据降排频拦截初期雨水，对去除率进行确定， 下一步可根据不同的来水频率对比分析末端拦截对污染物的削减量。