二研究拦截效果典型生态水质措施净化
1 试验区概况与研究方法
1.1 试验区概况
试验地点位于大理市湾桥镇(100°00′5″~100°09′08″ N,典型25°44′48″~25°49′22″ E),覆盖面积63.8 km2,生态水质地形西高东低,拦截位于苍山与洱海之间的措施宽谷平坝区,属北亚热带高原季风气候,净化受西南季风控制,效果冬无严寒,研究夏无酷暑,典型年平均气温15.5 ℃,生态水质年均降雨量1080 mm,拦截但85%~96%的措施降雨集中在5-10月份,海拔1980 m,净化年均气温 14.6 ℃。效果
1.2 试验设计
在不影响农田沟渠和库塘正常的研究灌排水功能前提下,对现有的典型沟渠和库塘进行改造提升。即根据实际情况进行清淤疏浚、合理配置水生植物群落,适当配置水位调节闸门,在沟渠和库塘周边适当生态植草、放置生态多孔砖和种植经济林果等(表1),以延长沟渠和库塘内的水力滞留时间,削减农田排水中的污染物的含量。其中4种生态拦截系统沟壁和塘壁均为带孔预制板,孔内配置水生植物,沟底为土工沟底,配置水生植物群落。潜流库塘为水平潜流人工库塘,采用基质搭配与植物配置相结合的形式,系统分为进水区、滤料区和出水区,其中进水区和出水区搭配基质从下到上为石灰岩细碎石、砾石和火山岩,铺设厚度分别为0.4 m、 0.25 m和1 m,各层铺设宽度均为5 m,铺设完后在进水区和出水区填泥,并生态植草,滤料区(系统土工沟底)石灰岩细碎石填料层先铺设厚 0.4 m, 然后再用砾石铺设厚 0.25 m。系统改造提升后,分别在进水口和出水口定时采集水样,测定污染净化效果,具体试验工程系统和试验措施见表2。
1.3 样品采集与分析方法
所有工程建设于2019年8月完成后,在监测期内(2019年9月-2020年8月),每周于4个工程区的进水口、出水口采集水样1次(2020年2月因受疫情影响未采集),计算经4个工程区后,污染物去除率,方法见下式(1),主要分析指标和具体分析方法均选用国标测试方法[17]。同时参照《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)和《国家农田灌溉水质标准》(GB 5084-2005)对4个系统的污水处理效果进行综合评价。
r = (C1 -C2) /C1×100 (1)
式中:r 为污染物(COD、TN和TP )的去除率(%);C1 为系统或某污染物的进水浓度(mg·L-1);C2 为经生态拦截系统后某污染物出水浓度(mg·L-1)。
1.4 数据处理与分析
采用 Microsoft Excel 2010 软件对数据处理后,用 SPSS13.0 软件进行差异性分析。
2 结果与分析
2.1 不同生态拦截系统对TN净化效果的影响
由图1可知,与进水口TN浓度相比,经生态拦截系统净化后,各系统各月出水口TN浓度均有所下降,绝大多数月份出水口TN浓度均显著低于进水口TN浓度。各措施TN浓度变化范围为进水时1.98~9.24、1.68~7.47、0.69~2.52 mg·L-1和3.47~12.46 mg·L-1,出水时0.98~3.20、1.03~5.35、0.48~2.06 mg·L-1和1.47~4.41 mg·L-1,TN净化率变化范围依次是13.50%~76.08%、16.31%~71.52%、18.25%~64.77%、19.57%~86.59%。平均进水TN浓度由高到低为生态沟渠+表流库塘(8.06 mg·L-1)>表流库塘(4.77 mg·L-1)>生态沟渠(3.86 mg·L-1)>潜流库塘(1.35 mg·L-1),但平均削减效果由大到小却分别是生态沟渠+表流库塘(59.66%)、潜流库塘(42.13%)、生态沟渠(40.59%)、表流库塘(37.60%)。4个生态拦截系统各月削减率变幅均较大,且呈不同的削减趋势。4个措施的进水浓度分别是9.24 mg·L-1(10月)和4.55 mg·L-1(11月)、5.26 mg·L-1(3月)和4.88 mg·L-1(4月)、1.36~1.79 mg·L-1(5~8月)、10.40~12.46 mg·L-1(12月和4-8月)时,系统对污染物的净化效果较高,对应的净化率分别是76.08%和61.98%、61.22%和71.52%、55.88%~64.77%、69.25%~86.59%。
出流TN浓度参照《地表水环境质量标准》(GB3838-2002),生态沟渠有4个月可以达到Ⅴ类水水质要求(4、5、11和12月),2个月可以达到Ⅳ类水水质要求(5和12月);表流库塘有3个月可以达到Ⅴ类水水质要求(1、4和12月),2个月可以达到Ⅳ类水水质要求(1和4月);潜流库塘有10个月(9月除外)可以达到Ⅳ类水水质要求;生态沟渠+表流库塘有3个月可以达到Ⅴ类水水质要求(1、7和8月),1个月可以达到Ⅳ类水水质要求(1月)。
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