查瑞翔

摘要：天津于橋水庫作為引灤輸水水源地，一直都是天津市及相關管理部門的重視對象。了解沙河人工濕地生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，對沙河人工濕地進行生態(tài)安全評估，可以為濕地安全運營與管控提供科學依據(jù)和實踐指導。本文對壓力-狀態(tài)-響應（PSR）框架理論進行分析，結合沙河人工濕地工程概況，從壓力要素、狀態(tài)要素、響應要素三個方面篩選評價指標。最終確定了年均氣溫、工農(nóng)業(yè)排污、出水達標率、噸水年運行成本、生態(tài)監(jiān)測等16基礎評價指標。依據(jù)問卷調(diào)查法、標準法、參考法確定定量及定性指標各等級標準，為后續(xù)構建生態(tài)安全評價模型奠定基礎。

Abstract： Tianjin Yuqiao Reservoir， as a water source for water supply， has always been the focus of Tianjin and related management departments. To understand the current ecological environment of Shahe artificial wetland and conduct ecological safety assessment of Shahe artificial wetland， it can provide scientific basis and practical guidance for wetland safe operation and control. This paper analyzes the theory of pressure-state-response （PSR） framework， and combines the general situation of Shahe constructed wetland project to screen the evaluation indicators from three aspects： pressure factor， state element and response element. Finally， 16 basic evaluation indicators such as annual average temperature， industrial and agricultural sewage discharge， effluent compliance rate， ton water year operating cost， and ecological monitoring were determined. According to the questionnaire survey method， the standard method and the reference method， the quantitative and qualitative indicators are determined to lay the foundation for the subsequent construction of the ecological security evaluation model.

關鍵詞：安全評價;人工濕地;生態(tài)環(huán)境;壓力-狀態(tài)-響應

Key words： safety assessment;constructed wetland;ecological environment;pressure-state-response

中圖分類號：X171.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）01-0082-03

0 ?引言

在人工濕地的全壽命周期管理過程中，管理重點是早期的建設過程，而對后期的運營管理并不夠重視，也就出現(xiàn)了后期運行安全、效率等評價不足等缺點。所以，對水質保障的效果明顯提升的同時，如何保證人工濕地健康運行管理成為了關注重點。著重關注人工濕地建成后的運行管控中所暴露的缺陷，并借鑒其他人工濕地的成功調(diào)控經(jīng)驗，從三個大框架下評價沙河人工濕地生態(tài)安全水平，并依據(jù)評價結果對沙河人工濕地的安全運營管理策略進行升級，是實現(xiàn)沙河人工濕地地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展和保證于橋水庫水生態(tài)質量的重要管理手段。

相當早的時候國際上就有人研究人工濕地污水處理技術，在英國約克郡Earby的建立的最早的濕地系統(tǒng)可以追溯到1903年，它到1992年才停止使用;1953年，德國MaxPlanck研究所Seidel博士[1]第一次表達出選擇出一些合適的植物在人工濕地中來有效抑制水體污染，在試驗中他尋找對去除有機和無機污染物的植物發(fā)現(xiàn)蘆葦不錯，而且在以后利用種植蘆葦來改變各種各樣的水質情況，我們說是Seidel博士首先運用植物方法來改良人工濕地。后來，按照Seidel的想法，荷蘭建立了叫做Lelystad Process的人工濕地處理系統(tǒng)且規(guī)模很大，經(jīng)過一段時間的使用之后，處理的效果很好，因此，荷蘭開始大量的建設人工濕地。荷蘭已經(jīng)跑在其他國家前面在建設人工濕地的方面。其后，Seidel與ckuth合作并由Kickuth在1972年提出了“根區(qū)法理論”（The Root-Zone-Method）， 人工濕地設計建設在如選擇植物方面的理論空白[2]由于“根區(qū)法理論”的提出得到了很大的補充。之后，人工濕地工程漸漸在國際上得到大量的關注和應用。國內(nèi)外研究者研究人工濕地的方向一般都在功能評價、環(huán)境影響[3]和人工濕地對污染物的改良作用[4]三個方面。

對人工濕地進行內(nèi)部評價是人工濕地功能評價的主要方式，并且用得到的結果來評定出沙河人工濕地的功能特征，基本上國外所有的人工濕地都是通過功能評價進行的評價。Larson和Moshiri在1980年提出了需要政府許可才能進行使用的人工濕地快速評價模型[5]。Gibbs創(chuàng)造的人工濕地功能評價方法名為“五步”，而且開始逐漸重視起來人工濕地評價模型和體系[6]。來評價出人工濕地的環(huán)境，即依據(jù)實際測量數(shù)據(jù)代入原始的算式中算出評價結果，運用算出的評價結果來評價人工濕地的狀況還可以對未來的發(fā)展做出預測。Piatt想到了用海鳥的類型來評價出美國濱海人工濕地的現(xiàn)狀，并對它未來的發(fā)展做出了預測性評價[7]。

目前，人工濕地作為一個為地球大生態(tài)圈提供額外保護的水域生態(tài)系統(tǒng)，其涉及的因素很多。鑒于每個人工濕地系統(tǒng)所面臨的主、客觀環(huán)境各不相同，以至于各個人工濕地的運行好壞狀況、生態(tài)安全效度水平也是不盡相同的。所以，為每個人工濕地建立一套符合其主客觀環(huán)境的、科學的生態(tài)安全評估體系是進行生態(tài)安全水平評價的重要基石。

1 ?研究方法

本文運用PSR生態(tài)評估框架理論與方法、系統(tǒng)工程理論學、復雜系統(tǒng)風險性分析、綜合模糊評價理論體系等基本原理及方法，緊密聯(lián)系沙河人工濕地現(xiàn)場的實際情況，通過理論與現(xiàn)場實驗研究相結合，定性與定量研究相結合等多種方法和技術來完成沙河人工濕地生態(tài)安全風險評估研究。具體地說，有如下研究方法：

1.1 文獻研究法

本課題緊緊抓住研究主題，閱讀相關論文文獻及歷史資料，對以往關于生態(tài)安全評價的研究成果進行綜述與回顧，便于全面準確地掌握所要研究的主要問題和內(nèi)容。通過文獻查閱（CNKI、ASCE、ICEA等數(shù)據(jù)庫），分類總結，分析PSR框架模型、生態(tài)評價指標分析、模糊綜合評價理論等方面的資料，選用相對成熟的理論、方法和實踐成果作為本課題研究的主要素材和理論基礎。

1.2 問卷調(diào)查法

在明確評價指標體系后，問卷調(diào)查法可以直接獲取本研究依托工程的現(xiàn)場運行實際情況。雖然會存在一定主觀性，但是問卷調(diào)查數(shù)量達到一定規(guī)模時，運用合理的數(shù)理分析方法，可以使其有效化，為生態(tài)安全評價提供合理的數(shù)據(jù)來源。

1.3 定性和定量評價法

依據(jù)環(huán)境工程相關理論，對生態(tài)安全評價體系指標中的年降雨量、噸水TP削減量等客觀變量采取定量評價方法。對工農(nóng)業(yè)排污、生態(tài)監(jiān)測等主觀變量采取定性評價方法。構建生態(tài)安全評價體系。運用模糊綜合評價理論對其進行定量計算，確定沙河人工濕地生態(tài)安全風險等級。

2 ?研究實例

天津于橋水庫沙河人工濕地工程所在的區(qū)域為暖溫帶半濕潤大陸性季風型氣候區(qū)，四季分明。年均氣溫長年穩(wěn)定在11.5℃，年均風速也穩(wěn)定在2.1m/s，平均無霜期180天，封凍期由11月至次年3月，最大凍土深度0.69m，平均降水量為678.6mm。

2.1 工程地質及水環(huán)境

工程區(qū)地處河北省遵化市境內(nèi)，靠近天津市。工程區(qū)位于華北平原東北部，為構造剝蝕低山丘陵向山前傾斜平原的過渡地帶，溝淺谷寬，山低坡緩，巖層風化剝蝕較劇，坡腳多坡洪積物覆蓋，間歇性流水作用較強。屬沖洪積平原山前地帶，區(qū)域地形較為復雜，溝渠山坡縱橫分布。工程區(qū)位于燕山山脈相關山系附近，具有平原山前地貌特征，局部地域具有類丘陵地貌特征，區(qū)內(nèi)天然河流分布廣泛、自然植被分布良好，林地、溝塘、濕地條件也有一定的分布，局部地區(qū)人工地貌明顯。

依據(jù)《水利水電工程地質勘察規(guī)范》（GB50487-2008）中水的腐蝕性評價標準，工程區(qū)地下水總硬度為15.83～171.07H°，部分區(qū)域的水質硬度甚至達到25.2H°，這片水質屬于極硬水質;工程所在區(qū)域的地下水的礦物質含量在0.38～3.71g/L之間波動，處于淡水水質;pH值在6.60～7.39之間，為中性水。根據(jù)抽樣檢測報告得知該工程的幾種水化學類型主要為：重Na2CO3型、重CaCO3型、重K-CaCO3型、K2SO4型、CaSO4型、重碳酸硫酸鈣鉀鈉型水。

工程區(qū)地面河水的硬度波動幅度區(qū)間處于13.31～22.83H°之間，屬于微硬水至硬水的范圍內(nèi);礦物質含量處于在0.35～0.68g/L之間，為淡水;水質酸堿性處在6.99～9.09pH，整體呈現(xiàn)弱堿性水質，少部分區(qū)域呈現(xiàn)堿性水，具有腐蝕性。水化學類型主要為，硫酸重碳酸鈣型水、重碳酸硫酸鈣鎂型水、硫酸重碳酸鈣鉀鈉鎂型。

2.2 建設理念

于橋水庫富營養(yǎng)化嚴重，造成這一問題的原因主要為營養(yǎng)鹽的輸入。而營養(yǎng)鹽負荷絕大部分來自于主要處于河北省的上游地區(qū)，TN占入庫總負荷的90%，TP占入庫總負荷的92%。上游中又以引灤輸水和入庫河流的面源輸入為主，其中引灤輸水占上游入庫負荷的51%（TN）、37%（TP），入庫河流面源污染負荷匯入量占上游入庫負荷的49 %（TN）、63%（TP）。相對于便于治理的點源來說，來自上述兩部分水所攜帶的氮、磷負荷，治理起來難度較大，應用沙河人工濕地來治理于橋水庫的富營養(yǎng)化，是最直接、最有效的措施。

隨著地球生態(tài)圈內(nèi)的污染日益嚴重，水質富營養(yǎng)化的治理問題早已被提上日程。諸多辦法中，前置水庫可以算的上是功能性最強的方法之一。該方法也有另一個名字——水庫串對策，該方法的本質方法是：利用水庫或河道的階梯性質，把大型水庫劃分成兩個或多個小型子水庫，使上游入口的來水先流入第一個子水庫，并延長水體停留時間，使得泥沙和其他懸浮污染物沉淀在此。此后利用第二個子庫中的水生植物或有益浮游生物來吸收水體中的營養(yǎng)鹽，讓營養(yǎng)鹽被植物吸收或者被合成為沉淀雜志，然后沉入庫底，如此一來可以使得主庫水中的污染營養(yǎng)鹽含量被大大消弱，從而抑制主庫上游變?yōu)槌恋沓睾蜕锓磻?，使上游來水得以凈化，從而保住下游水質的物理沉降與生物處理相結合的治理方法。

沙河人工濕地主要工程為攔污控制壩和濕地植物栽植。攔污壩的位置布設在與湖濱帶相銜接的溝口處，壩頂高程考慮稍高于于橋水庫汛期人工控制水位19.87m，定為20.0m。由于頭百戶溝和燕各莊溝匯流后進入主庫區(qū)前已有閘門控制，因此不建設攔污控制壩，僅在叫山溝和清池溝建設攔污壩，叫山溝攔污控制壩的長度為282m，壩高2.0m;清池溝攔污控制壩的長度412m，壩高2.5m。攔污控制壩采用均質壓實土壩，壩頂寬1m，邊坡1：2。壩體表面采用M10漿砌石護砌，護砌厚度0.5m。非汛期攔污壩阻攔溝道來水，與植物措施一起形成濕地，凈化入庫水質;汛期雨洪水從壩頂漫流。在叫山溝、清池溝攔污控制壩內(nèi)，頭百戶溝和燕各莊溝匯流口現(xiàn)有控制閘內(nèi)布置濕地植物區(qū)，主要布置挺水植物。在水深0.2～1m的區(qū)域，選擇香蒲和蘆葦間植，種植密度4～8株/m2，在水深1～2m的區(qū)域，種植荷花，種植密度2～4株/m2。

3 ?沙河人工濕地生態(tài)安全評價體系

指標體系指的是所有的層次中全部層次的組合，它表明了沙河人工濕地生態(tài)系統(tǒng)普視性的發(fā)展趨勢，不同的指標和其相應的數(shù)據(jù)聯(lián)系起來，可判斷沙河人工濕地生態(tài)系統(tǒng)的整體的發(fā)展狀況。用因素體系表達沙河人工濕地生態(tài)環(huán)境的目標，它的目的即為利用一些具有代表性的體系來表示出所有沙河人工濕地系統(tǒng)環(huán)境生態(tài)的安全狀況，同時也能都盡量表達出評價體系各地方的不一樣的特征，通過建立因素體系對所有的沙河人工濕地系統(tǒng)環(huán)境的生態(tài)安全標準建立一個定量和定性的相關。建立評價因素標準的一般的方法就是開始將目標進行分層包括目標層、準則層、要素層和指標層。經(jīng)過逐層分析，將一個很廣泛的總目標詳細分成很多個子系統(tǒng)的目標，然后建立層次分析的模型。對建立的評價因素模型中擁有的問題進行了說明，對數(shù)據(jù)怎么來的和哪里有的誤差進行說明，最后對指標按先后順序進行排列，然后得出每個指標的權重。選擇壓力、狀態(tài)、響應（PSR）模型和以上指出的不同的指標，按照沙河人工濕地生態(tài)環(huán)境安全評價指標體系建立的基本準則，查詢相關資料，將沙河人工濕地生態(tài)環(huán)境安全評價指標體系建立為遞進層次的結構，劃分為目標層、準則層、要素層和指標層。以PSR建立評價指標體系結構如圖2所示。

4 ?結語

本文以天津于橋水庫沙河人工濕地工程為依托，對壓力-狀態(tài)-響應（PSR）框架理論進行分析，結合沙河人工濕地工程概況，從壓力要素、狀態(tài)要素、響應要素三個方面篩選評價指標。依據(jù)問卷調(diào)查法、標準法、參考法確定定量及定性指標各等級標準，為構建生態(tài)安全評價模型奠定基礎。本文已經(jīng)建立了評價指標體系，接下來還有安全評估模型的構建就需要在這之后繼續(xù)寫作然后再加入到文章的后面。

參考文獻：

[1]Brix， H. Do macrophytes play a role in constructed treatment wetlands. Water Research， 1997， 35（5）： 11-17.

[2]Kickuth， R. Degradation and incorporation of nutrients from rural waste waters by plant rhizosphere under limnic conditions， ?1977.

[3]Tanner， C.C. Plants as ecosystem engineers in subsurface-flow treatment wetlands. Water Science & Technology A Journal of the International Association on Water Pollution Research， 2001， 44（11-12）： 9.

[4]Pelissari， C. Organic load and hydraulic regime influence over the bacterial community responsible for the nitrogen cycling in bed media of vertical subsurface flow constructed wetland. Ecological Engineering， 2016， 95： 180-188.

[5]Moshiri， G.A. Constructed wetlands for water quality improvement， 1993.

[6]Gibbs， J.P. Wetland Loss and Biodiversity Conservation. Conservation Biology， 2000， 14（1）： 314-317.

[7]Piatt， J.F， W.J. Sydeman， F. Wiese. Introduction： seabirds as indicators of marine ecosystems. Marine Ecology Progress， 2007， 352（352）.