艾依河农田排水水源状况及其水质保障,农田水利论文

艾依河农田排水水源状况及其水质保障,农田水利论文艾依河地处宁夏银川平原的青铜峡河西灌区，位于贺兰山和黄河之间，是一条生态景观河，2006年10月被水利部评为国家级水利风景区。艾依河总长158.5km，穿过永宁县、金凤区、兴庆区、贺兰县、平罗县、惠农区6个县区，连通贺兰山东麓的10多座拦洪库、滞洪区；与唐徕渠、西干渠、第二农场渠相连，能够补给黄河水，疏导灌区停灌后的渠道积水；接引灌区永清沟、过江沟、第二排水沟、盈丰沟、四二干沟、平二支沟、南梁沟等10多条沟道；沿途连接了阅海、沙湖等湖泊湿地，构成水面6.35万亩〔15亩=1hm2〕，设计水位蓄水量近7000万m3。据监测，河道年均来水总量5581万m3，华而不实，沟道补水3851万m3，黄河生态补水1284万m3，雨洪水资源化446万m3。艾依河的主要水源是农田排水〔灌溉回归水〕，由各级排水沟道聚集后补给河道，其次是生态补水〔黄河水〕，第三是贺兰山东麓部分雨洪水。由于农田排水富含氮磷等营养物质，导致艾依河呈现富营养化趋势。农田排水水质的优劣成为艾依河水环境质量的关键和决定因素，有必要认真研究农田排水对河道水体水质的影响和作用，为艾依河在有效利用农田排水、合理管理河湖生态水系、维持水资源使用功能、河道生态治理等方面提供技术根据。二、艾依河农田排水水源状况与艾依河直接相连补给农田排水的骨干沟道有平二支沟、四二干沟、第二排水沟、南梁沟。对4条沟道补水监测数据显示，平二支沟补水量最大，然后依次是四二干沟、南梁沟、二排。总体上，以3年平均补水量看，平二支沟补水1990万m3，占52%；四二干沟补水980.05万m3，占25%；二排补水448.25万m3，占12%；南梁沟补水431.88万m3，占11%。2018年，艾依河景观水道共接纳了3811万m3农田排水，2018年增加到4046万m3，2018年减少到3696万m3。对2018年4个主要补水沟道补水量进行比拟，沟道补水规律类似，丰水期均出如今59月，如此图1。图1中显示，2018年沟道来水春冬两季〔12月次年4月〕较少，夏秋〔511月〕较多，这与银川平原种植春小麦及一季稻两种农作物灌溉用水规律完全吻合〔渠道每年4月中旬春灌放水，至9月下旬停水，10月下旬11月下旬再次放水冬灌〕。引黄灌区秋灌结束后，9月中旬10月下旬，各补水沟道来水量大幅度减少，10月下旬灌区冬灌开场后，退水又有小幅度的增加。艾依河沟道水源来水量呈现年周期及季节性周期变化，基本可分为枯水期和丰水期。枯水期为上年11月下旬下年度4月上旬，为宁夏的冬春季节，沟道无补水或少量补水，而下游河湖蒸发〔冬季河湖大水面蒸发量1~2mm/d〕，渗漏损失仍较大，河湖水位逐步下降；丰水期为当年5月始11月下旬止。三、艾依河农田排水水源营养负荷构造与变化研究艾依河为新建水体，水体生态系统尚处于变化演替经过中，其水质与所处营养状态受进水水源的水质与营养状态影响较大。最近几年河道水质监测结果表示清楚，不同季节各样点总氮〔TN〕全年超过国家地表水Ⅴ类水总氮标准，这与农业灌溉退水中总氮超标是相符的。农田退水作为艾依河主要补水水源是不可改变的，因而外源性营养物质氮的治理将是艾依河水体富营养化控制重点工作。1.水质监测断面设置结合艾依河水系布局特点和多年的水质监测数据分析，按河道上游到下游排列，选择了8个典型水质监测断面，分别为:平二支沟、二排、四二干沟、北京路码头、委湖、小西湖、连通湖、阅海闸。2.艾依河营养负荷分析由于艾依河水源主要来自农业灌溉退水，其营养负荷种类主要是总氮〔TN〕、氨氮〔NH3-N〕、总磷〔TP〕及生化耗氧量〔BOD〕，构成比拟简单，无城市生活污水特征及工业污水特征，由于银川大气降水较少，成分比拟复杂的城市地表污染物对艾依河水系影响较小。3.艾依河的营养负荷变化特征平二支沟、二排、四二干沟3条骨干沟道水源的总氮、总磷、氨氮营养负荷较高，总氮夏秋季普遍到达2.0~5.0mg/L，冬春季普遍到达5.0~10.0mg/L；总磷普遍到达0.1~0.45mg/L；氨氮夏秋季普遍在1.0~2.0mg/L，冬春季普遍到达5.0~10.0mg/L。农田排水水质明显较差，枯水期尤为明显。主河道和湖泊的水体水质，夏秋季节总氮在1.5mg/L以内，总磷在0.05mg/L左右；冬春季节总氮在2.0~4.0mg/L，总磷在0.1mg/L以内；而全年河湖水体氨氮基本在1.0mg/L下面。河湖水质大幅度好于上游农田排水水源水质。艾依河所处地区冬春季气温低，冬季平均温度是-9.0~2.0℃，春季平均温度是-3.0~11.0℃，水面结冰，水体溶氧降低，硝化菌无活性，以及冬春季河湖水位逐步下降等综合原因，导致冬春季河湖各水质监测断面总氮、氨氮严重超标。夏秋季丰水期由于补水多，河道水生植物生长旺盛，河道对水体中氮磷等营养物质的降解能力强，故夏秋季水体水质较好。这也就科学解释了艾依河营养负荷年内呈现两头高中间低的趋势，以及冬春季河道水体总氮、氨氮含量严重超标的原因。艾依河河道、湖泊TN年平均浓度超地表水Ⅴ类指标1.35倍，丰水期TN水平较低，保持在地表水Ⅳ类；TP年平均在地表水Ⅲ~Ⅳ类范围；NH3-N全年在地表水Ⅱ～Ⅲ类之间。艾依河沟道水源营养负荷固然较高，但通过河湖湿地的净化消减，基本保证了丰水期内主河段的水质安全。4.沟道水源与艾依河营养负荷相关性分析艾依河沟道水源中，平二支沟年入河水量最多，但其营养负荷对下游河湖影响有多大，计算中要参考的因素很多，如流量、流速、蒸发量、河湖渗漏、地表潜水侧补、大气降水、内源营养负荷释放等众多因素，往往还不能真实反映这一关系，假如用相关性分析则可简单讲明问题的本质。艾依河补水沟道由于上下游高程上的差异不同使其营养负荷相对独立，只要下游断面数据能够表现出河道水质变化的真值，同时也具体表现出上游水源的营养负荷类型。所以将上游平二支沟、二排、四二干沟的TN、TP、NH3-N月均值作为相对独立的比对值与下游第一个水质监测断面北京路码头断面TN、TP、NH3-N的月均值作相关性统计分析，可知：①平二支沟TN负荷与北京路码头TN负荷到达0.97的正相关，而四二干沟和二排与北京路码头TN相关性极低，表示清楚艾依河TN负荷受平二支沟的外源输入TN的支配。②二排的TP负荷与北京路码头TP负荷为0.77的正相关，而平二支沟和四二干沟与北京路码头的TP极低相关或不相关，表示清楚艾依河外源TP与二排有较大关系。但从入水水量看，2018年二排退水量仅占全年艾依河上游来水的10%，讲明艾依河的TP有一部分是来自内源释放。③平二支沟和四二干沟的NH3-N与北京路码头不相关，二排与北京路码头的NH3-N负荷较低相关，同理二排退水量占总退水量比例较小也不会支配下游NH3-N负荷，可能的原因是下游河段水体反硝化反响有其本身规律。艾依河主河道的营养负荷中，只要TN负荷全年与沟道补水时间及沟道水源相关性较大，主河段TN水平受平二支沟来水支配，其余营养负荷与沟道水源相关性较低或不相关。四、艾依河水质保障措施1.建章立制，为河道水生态保卫保驾护航最近几年，自治区出台了(宁夏艾依河管理办法〕(艾依河水质标准〕(关于加强艾依河银川段生态保卫的决定〕，建立了艾依河水污染防治和水生态修复联席会议制度，对推动艾依河水生态良性运行起到了重要作用。2.采取水质水量联合调度措施，保障水环境安全对于农田排水水源，根据其富营养物质含量一年四季的变化规律，在其营养物质含量高时〔十分是总氮含量超过2.0mg/L〕，运用调度手段，关闭沟水汇入河道的进水闸，沟水沿原沟道排泄，限制高营养物质水流进入河道。适当为河道补充生态水〔黄河水〕，保证河道水位，提高水体自净能力，降低富营养化程度。4月份宁夏引黄灌区开灌后为河道补水一次，改善河湖水质，知足河道沿线绿化用水量；69月进入汛期，控制河道低水位运行，当灌区灌溉干渠供水量和灌区需水量不匹配时，干渠调控多余水量退入艾依河进行利用；秋灌和冬灌停水后疏导干渠积水进入艾依河，使渠道退水资源化，同时改善河道水质。对于河湖水体水质调控，当农田排水高营养物质水流已经进入河道，或者河道内水体营养物质高含量时段，一方面进行排泄，把高营养物质从近期的排水口排泄掉；一方面对河道进行生态补水掺淡，控制河道水质，防止产生蓝绿藻。3.建立水生态屏障对于艾依河流域的农业面源污染，逐步施行河道流域种植业、畜牧业、渔业构造调整，明确污染减排目的，科学、减量使用化肥、农药，监管畜牧及渔业生产污水集中处理，减少农业、养殖业污染物排放量。对于进入沟道和河湖的水体主要采用三段法建立水生态屏障：第一段是建立生态沟，对骨干沟道农田排水水源进行水生植物净化，禁止在沟道上设置排污口；第二段是建立净化湖，在沟道入河口开发湖泊湿地，农田排水水体中氮磷、有机物等富营养物质经湖泊湿地降解、消减，让净化后的干净水进入河道；第三段是干净河，在河道中仍能够采取水利调度、河道保洁、河道分类管理、水生动物管理、水生植物管理、监督船舶旅游污染、水质跟踪化验、科研攻关、执法宣传等措施保卫河道水环境。4.水生动植物管理水生植物过量生长的湖泊水域，主要采用秋冬季收割的手段进行水生植物生物量输出，防止水草落入湖底腐烂造成输出的生物量再次返湖；对短季生长的水草〔如麦黄草在6月份浮在水面一片灰色，影响景观〕，在其衰落期进行人工或机械去除，防止水草死亡沉落水底带来二次污染；适量放养草、鲤、鲫、鲢鱼、蟹虾，探寻求索建立水鱼草