西南地區(qū)農(nóng)村生活污水治理規(guī)劃體系研究
——以自貢市沿灘區(qū)為例

鄭淋峰,任春坪,羅 彬,黃 田,鄭勇軍

(1.四川省環(huán)境政策研究與規(guī)劃院，成都 610041；2.西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，四川 綿陽 621010)

引 言

據(jù)住建部2016年統(tǒng)計(jì)，我國農(nóng)村僅22 %的生活污水得到處理，遠(yuǎn)低于城市水平。農(nóng)村生活污水不同于城市，具有“分散廣，粗排放”特點(diǎn)，西南地區(qū)發(fā)展較為落后，同時(shí)具有地貌差異大，農(nóng)村生活污水問題更為突出[1]。2020年，為貫徹落實(shí)中央農(nóng)村工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室等九部門印發(fā)的《關(guān)于推進(jìn)農(nóng)村生活污水治理的指導(dǎo)意見》，四川省為進(jìn)一步推動(dòng)全省農(nóng)村生活污水治理，改善農(nóng)村人居環(huán)境，印發(fā)了《四川省農(nóng)村生活污水治理三年推進(jìn)方案》，方案明確要求到2020、2021和2022年底，全省行政村生活污水有效治理率目標(biāo)為50%、60%、65%。

目前，農(nóng)村污水治理技術(shù)和方式已有不少的研究成果，有自然處理、生物處理、以及多工藝組合處理技術(shù)[2]。董貝[3]等人在研究中發(fā)現(xiàn)，人工濕地對(duì)農(nóng)村污水處理中有機(jī)物的去除率高達(dá)66% ～ 99%。秦潔[4]等人研究土壤滲濾對(duì)農(nóng)村生活污水中的磷的去除率高達(dá)60%。農(nóng)村污水的治理技術(shù)較為成熟，已經(jīng)開展一系列整治工程[5]，如水源地整治、廁所革命、庭院綠化、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等，但治理效果依舊不理想[6]，其主要原因之一就是對(duì)治理規(guī)劃不成體系，出現(xiàn)各自為政、工作冗余、進(jìn)度不合理、唯指標(biāo)論等問題[7]。本文以自貢市沿灘區(qū)農(nóng)村污水治理規(guī)劃為例，結(jié)合地區(qū)實(shí)際情況，完成農(nóng)村生活污水治理目標(biāo)，同時(shí)最大限度保護(hù)環(huán)境，協(xié)助流域生態(tài)改善。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

沿灘區(qū)位屬四川盆地南部，沱江一級(jí)支流釜溪河下游，地處自貢市南郊，介于北緯29°23′19″～29°67′53″、東經(jīng)104°40′42″～105°58′0″之間，東、南與富順縣交界，西與自流井區(qū)和宜賓縣毗鄰，北與大安區(qū)接壤，轄區(qū)面積468 km2。屬緩坡低丘、緩坡中丘地貌類型，其中，絕大部分地區(qū)屬淺丘地帶，無成型山脈，宜耕面積大。地形特點(diǎn)是西北高，東南低，溪溝多，山丘廣布，平壩狹小，受川東南平行裕皺余脈分隔，屬盆中丘陵區(qū)，地勢由西北向東南傾斜。境內(nèi)地貌類型以低、中丘為主，地表坡度以三、四級(jí)為主，境內(nèi)海拔250～450 m[8](見圖1)。

圖1 沿灘區(qū)概況圖Fig.1 Elevation map in Yantan Distirct

1.2 數(shù)據(jù)來源

本次研究使用的主要數(shù)據(jù)有：國土地類數(shù)據(jù)，來源于“第二次全國土地調(diào)查”數(shù)據(jù)(簡稱“二調(diào)”數(shù)據(jù))，主要用于獲取農(nóng)村居民點(diǎn)以及制作縣(區(qū))-鄉(xiāng)(鎮(zhèn))-村三個(gè)級(jí)別的配套行政邊界；農(nóng)村人口數(shù)據(jù)，來源于《統(tǒng)計(jì)年鑒》或其他統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，主要用于估算各居民點(diǎn)戶數(shù)、人口；數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model，簡稱DEM)，來源于遙感影像數(shù)據(jù)，主要用于檢驗(yàn)聚居區(qū)劃定結(jié)果，其主要數(shù)據(jù)見表1。

表1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)Tab.1 Basic data sheet

將土地類型數(shù)據(jù)在Arcgis 10.1上提取得到配套的縣-鎮(zhèn)-村邊界數(shù)據(jù)，以及農(nóng)村居民點(diǎn)的分布數(shù)據(jù)，圖2是根據(jù)“二調(diào)”數(shù)據(jù)所處理后得到的初步成果。

圖2 數(shù)據(jù)初步處理成果圖Fig.2 Figure of preliminary data processing results

1.3 技術(shù)方法

主要收集國土地類數(shù)據(jù)、農(nóng)村人口數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)，對(duì)國土地類數(shù)據(jù)進(jìn)行處理獲取配套的縣-鎮(zhèn)-村行政邊界和農(nóng)村居民點(diǎn)分布，并結(jié)合地形地貌，居民點(diǎn)與農(nóng)村人口相耦合，構(gòu)建出劃定環(huán)境敏感區(qū)、農(nóng)村聚居區(qū)的方法，技術(shù)路線見圖3。

圖3 技術(shù)路線圖Fig.3 Technology Roadmap

1.3.1 環(huán)境敏感區(qū)劃定

經(jīng)實(shí)地調(diào)研，沿灘區(qū)主要有5個(gè)飲用水水源保護(hù)區(qū)，分別是碾子灘水源地，舒灘河水源地，金銀橋水庫，高灘水庫，解放堰水庫；釜溪河為沿灘區(qū)主要河流，以及部分沱江干流。根據(jù)飲用水源保護(hù)區(qū)、重要河流為依據(jù)，劃定環(huán)境敏感區(qū)村莊。劃定飲用水源保護(hù)區(qū)村莊的依據(jù)為飲用水源地一級(jí)、二級(jí)保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)所覆蓋的村，如圖4所示。重要流域敏感村莊劃定依據(jù)當(dāng)?shù)貙?duì)釜溪河的保護(hù)要求，將釜溪河流經(jīng)的主要村莊劃定為環(huán)境敏感區(qū)村莊。

圖4 飲用水源環(huán)境敏感區(qū)Fig.4 Sensitive area of drinking water source environment

1.3.2 農(nóng)村聚居區(qū)識(shí)別

農(nóng)村居民點(diǎn)，是指除城市、建制鎮(zhèn)以外的所有居民點(diǎn)[9]，是農(nóng)民為了生產(chǎn)和生活而定居場所。農(nóng)村聚居區(qū)，是多個(gè)居民點(diǎn)經(jīng)過自然行程或者統(tǒng)一規(guī)劃，組建成農(nóng)民生產(chǎn)生活共同體，形成農(nóng)村新的居住模式、服務(wù)管理模式和產(chǎn)業(yè)格局[10]。

農(nóng)村聚居區(qū)戶數(shù)的定義沒有明確規(guī)定。住建部門要求：“對(duì)住戶在20戶以上的聚居點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃”。生態(tài)環(huán)境部門在農(nóng)村污水處置中要求：“優(yōu)先安排15戶以上的農(nóng)村居民聚居點(diǎn)污水處理設(shè)施建設(shè)”[11]。此次的聚居區(qū)劃分主要用于服務(wù)“自貢市農(nóng)村生活污水治理專項(xiàng)規(guī)劃”。所以，可以根據(jù)實(shí)際需求定義一定戶數(shù)的聚居區(qū)。

1.3.2.1 首先對(duì)破碎且相連接的居民點(diǎn)圖斑進(jìn)行合并，并將對(duì)每一個(gè)圖斑賦予行政村、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、區(qū)縣等基礎(chǔ)屬性。以沿灘區(qū)劉山鄉(xiāng)紅光村為例，圖5為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理前后對(duì)比圖。

圖5 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理前后對(duì)比圖Fig.5 Comparison of basic data before and after processing

1.3.2.2 結(jié)合統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，進(jìn)而可以計(jì)算出每個(gè)居民點(diǎn)圖斑的戶數(shù)。計(jì)算結(jié)果(部分)展示如圖6。

圖6 居民點(diǎn)戶數(shù)估算(黃市鎮(zhèn)金星村)Fig.6 Estimation of the number of residential houses

1.3.2.3 根據(jù)上述的聚居區(qū)劃定方法，在GIS中，定量化實(shí)現(xiàn)該體系。提取其中大于15戶的圖斑，根據(jù)沿灘區(qū)的地形地貌，確定距離50m內(nèi)的居民點(diǎn)納入同一個(gè)聚居區(qū)，對(duì)于同行政村的兩個(gè)聚居區(qū)也在50m范圍內(nèi)，同樣合并為一個(gè)聚居區(qū)，再次計(jì)算納入聚居區(qū)內(nèi)的戶數(shù)的總戶數(shù)?？紤]戶數(shù)和距離同時(shí)滿足的基礎(chǔ)之上，則實(shí)現(xiàn)聚居區(qū)的劃定,以衛(wèi)坪鎮(zhèn)卷子村為例，如圖7所示。

圖7 衛(wèi)坪鎮(zhèn)卷子村農(nóng)村聚居區(qū)識(shí)別圖Fig.7 Identification map of rural settlements in Juanzi

2 結(jié)果與討論

2.1 環(huán)境敏感區(qū)村莊劃結(jié)果

根據(jù)實(shí)地調(diào)查的飲用水源保護(hù)區(qū)、釜溪河、沱江沿岸涉及的村莊劃定為環(huán)境敏感區(qū)村莊，對(duì)于劃入環(huán)境敏感區(qū)的村莊實(shí)施優(yōu)先推進(jìn)、重點(diǎn)整治，達(dá)到完成《規(guī)劃》推進(jìn)的目標(biāo)同時(shí)，助力沿灘區(qū)飲用水安全與重點(diǎn)流域保護(hù)。劃定飲用水水源地保護(hù)區(qū)村莊如圖8所示。

圖8 環(huán)境敏感區(qū)村莊Fig.8 Villages in environmentally sensitive areas

沿灘區(qū)有110個(gè)行政村，根據(jù)環(huán)境敏感區(qū)，劃定位于環(huán)境敏感區(qū)的村莊有48個(gè)，其中飲用水保護(hù)區(qū)村莊有19個(gè)，涉及釜溪河沿岸的村莊有26個(gè)，沱江沿岸的村莊有3個(gè)，其余村莊劃定為一般區(qū)域。環(huán)境敏感區(qū)村莊統(tǒng)計(jì)如表2所示。

2.2 農(nóng)村聚居區(qū)識(shí)別結(jié)果

結(jié)合沿灘地區(qū)的經(jīng)濟(jì)條件、已經(jīng)開展的農(nóng)村污水治理，和未來的推進(jìn)計(jì)劃，充分考慮沿灘的農(nóng)村污水治理方向。在實(shí)地調(diào)研和地方生態(tài)環(huán)境局對(duì)接過后發(fā)現(xiàn)，目前沿灘地區(qū)實(shí)際狀況不能滿足15戶以上的聚居區(qū)上集中污水處理設(shè)施，所以優(yōu)先考慮對(duì)30戶以上的聚居區(qū)進(jìn)行集中處理。有效識(shí)別出位于沿灘城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠規(guī)劃納管之外的30戶以上的農(nóng)村聚居區(qū)，共有74個(gè)，估算出總納入有4 694戶，18 778人，占全區(qū)總?cè)丝诘?.57%，聚居區(qū)分布如圖9所示。其中20個(gè)聚居區(qū)在納管規(guī)劃區(qū)范圍內(nèi)，如圖10所示。去除納管規(guī)劃區(qū)范圍內(nèi)的20個(gè)聚居區(qū)后，剩下的54個(gè)聚居區(qū)有3 422戶，13 690人，如表3所示。

表2 環(huán)境敏感區(qū)涉及村莊統(tǒng)計(jì)Tab.2 Statistics of village in Environmentally sensitive areas

表3 規(guī)劃污水處理設(shè)施的農(nóng)村聚居區(qū)Tab.3 Rural areas where sewage treatment facilities are planned

圖9 沿灘區(qū)聚居區(qū)分布圖Fig.9 Settlement area distribution in Yantan district

傳統(tǒng)聚居區(qū)識(shí)別多通過調(diào)研來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。該方法能夠精確的確定某個(gè)聚居區(qū)以及聚居區(qū)的人口，戶數(shù)等情況，但具有調(diào)研費(fèi)時(shí)費(fèi)力、耗時(shí)長、調(diào)研尺度不統(tǒng)一等缺點(diǎn)。也有學(xué)者通過定量遙感的方法來高效識(shí)別聚居區(qū)[12]，該方法能有效識(shí)別較大范圍的城市，場鎮(zhèn)聚居區(qū)，但是在植被覆蓋度高、地形復(fù)雜的西南山地農(nóng)村地區(qū)適用性不高。本文中的識(shí)別方法基于國土數(shù)據(jù)，有效解決調(diào)研統(tǒng)計(jì)與定量遙感的問題，具有簡單、高效、可操作性強(qiáng)、便于統(tǒng)計(jì)等特點(diǎn)，還能根據(jù)衛(wèi)星影像進(jìn)行有效的驗(yàn)證，如圖11所示。

圖10 沿灘區(qū)城鎮(zhèn)污水納管分布圖Fig.10 Distribution map of urban sewage pipe in Yantan district

在農(nóng)村聚居區(qū)劃定中的中主要受限于數(shù)據(jù)，本次使用“二調(diào)”數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)生產(chǎn)年份相對(duì)較老(2010年完成)，與現(xiàn)在實(shí)際情況有較大出入。隨著“三調(diào)”數(shù)據(jù)、天地圖數(shù)據(jù)的逐漸應(yīng)用，更精確農(nóng)村居民點(diǎn)分布狀態(tài)，聚居區(qū)劃定精度還能夠進(jìn)一步提升。

圖11 聚居區(qū)識(shí)別結(jié)果與遙感影像對(duì)比Fig.11 Comparison of settlement identification results with remote sensing images

2.3 農(nóng)村污水治理體系

根據(jù)沿灘區(qū)地形條件、人口分布、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、敏感水體及飲用水源地分布等特征，將沿灘區(qū)境內(nèi)的村莊按照城郊融合區(qū)、環(huán)境敏感區(qū)(飲用水源地保護(hù)區(qū)、釜溪河沿岸區(qū)、沱江沿岸區(qū))、一般區(qū)域進(jìn)行劃分。堅(jiān)持近期和遠(yuǎn)期相結(jié)合，以“資源化利用，環(huán)境敏感區(qū)優(yōu)先推進(jìn)，聚居區(qū)重點(diǎn)治理”的要求逐步推進(jìn)實(shí)施，將規(guī)劃建城區(qū)范圍內(nèi)的村莊采用納管處理，其余地區(qū)按照30戶的界限劃分聚居區(qū)，環(huán)境敏感區(qū)的聚居區(qū)采取建設(shè)污水處理設(shè)施方式進(jìn)行處理，其余區(qū)域的村莊結(jié)合農(nóng)村廁所改造，生活污水采用資源化利用進(jìn)行消納。治理體系如圖12所示。

圖12 農(nóng)村生活污水治理體系Fig.12 Rural domestic sewage treatment system

2.3.1 資源化利用

適用于周邊有林地及農(nóng)田的村莊。生活污水經(jīng)過三格式化糞池簡單處理后用于林地消納、農(nóng)作物施肥、果蔬種植、庭院綠化等[13]。在沿灘區(qū)的農(nóng)村污水治理體系中，針對(duì)在規(guī)劃納管之外且30戶以下的散戶盡可能考慮地形地貌，周邊植被、農(nóng)田等條件，結(jié)合農(nóng)村改廁將生活污水進(jìn)行資源化利用。

資源化利用需要進(jìn)一步研究：一是農(nóng)田利用具有一定的非持續(xù)性和季節(jié)性，污水的排放具有持續(xù)性，所以在實(shí)際操作中需要建設(shè)一定的儲(chǔ)存污水措施進(jìn)行配套；二是不同土地的污水容納上限是一定的[14]，對(duì)所納污水量的要求也不一樣，需要進(jìn)一步科學(xué)計(jì)算不同土地利用類型的最大消納污水量。防止在資源化利用過程中造成土壤、地下水的二次污染。

2.3.2 聚居區(qū)治理

對(duì)于人口相對(duì)積聚，污水排放量較大的區(qū)域。規(guī)劃中確定30戶以上的聚居區(qū)才進(jìn)行建立污水處理設(shè)施或者進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，集中式污水處理設(shè)施主體工藝可采用：A2/O、厭氧+生物接觸氧化、SBR、AO+人工濕地。

2.3.3 規(guī)劃納管

適用于縣城、鄉(xiāng)(鎮(zhèn))污水處理設(shè)施周邊且具備納管條件的村莊，通過鋪設(shè)管網(wǎng)，將污水統(tǒng)一收集到縣城、鄉(xiāng)(鎮(zhèn))污水處理設(shè)施進(jìn)行處理。城鎮(zhèn)化范圍主要根據(jù)《自貢市沿灘區(qū)域鄉(xiāng)村建設(shè)規(guī)劃(2018-2030)》，城鎮(zhèn)管網(wǎng)建設(shè)也是同步進(jìn)行，所以根據(jù)沿灘區(qū)各場鎮(zhèn)建設(shè)總體鄉(xiāng)鎮(zhèn)規(guī)劃圖來確定各鄉(xiāng)鎮(zhèn)能夠納管所覆蓋的范圍，將規(guī)劃建城區(qū)范圍內(nèi)的村莊生活污水采用納管方式進(jìn)行處理。

3 結(jié) 論

本文基于GIS、RS技術(shù)，以沿灘區(qū)為實(shí)例，研究農(nóng)村生活污水治理規(guī)劃體系，并得到以下結(jié)論：

3.1 結(jié)合行政村邊界和重點(diǎn)環(huán)境保護(hù)邊界，劃定環(huán)境敏感村。沿灘區(qū)19個(gè)村為水源地保護(hù)、26個(gè)村為釜溪河保護(hù)、3個(gè)村為沱江保護(hù)，對(duì)環(huán)境敏感村進(jìn)行優(yōu)先治理。

3.2 從居民點(diǎn)的分布狀態(tài)，建立高精度的農(nóng)村居民聚區(qū)識(shí)別方法。識(shí)別出沿灘區(qū)30戶以上的農(nóng)村聚居區(qū)74個(gè)，估算出總納入有4 694戶，18 778人，占全區(qū)總?cè)丝诘?.57 %。

3.3 構(gòu)建出農(nóng)村生活污水治理規(guī)劃體系。通過“聚居區(qū)空間識(shí)別-現(xiàn)狀調(diào)研分析-治理模式選擇”三步，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)村生活污水因地制宜、因人制宜、因財(cái)制宜、因時(shí)制宜的精準(zhǔn)治理。

3.4 提出針對(duì)西南地區(qū)的農(nóng)村污水治理策略。以“環(huán)境敏感區(qū)優(yōu)先推進(jìn)，聚居區(qū)重點(diǎn)治理”的要求，堅(jiān)持“資源化利用優(yōu)先，集中處理為輔”的原則，分區(qū)分類推進(jìn)農(nóng)村生活污水治理。