飲用水水源地的水資源安全與人工濕地生態(tài)構(gòu)建分析

許楠 王磊 孫錦錦

摘 要：我國(guó)水源污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，已經(jīng)開(kāi)始影響到城市飲用水的水質(zhì)安全?；谶@一現(xiàn)實(shí)，分析探討了水源保護(hù)區(qū)的生態(tài)恢復(fù)問(wèn)題，提出了建立生態(tài)水源保護(hù)區(qū)的概念和內(nèi)涵。生態(tài)水源保護(hù)區(qū)是具有濕地處理系統(tǒng)、林木緩沖系統(tǒng)和清新空氣保護(hù)系統(tǒng)三維一體化的、可以實(shí)現(xiàn)水源保護(hù)和水量保證的、符合可持續(xù)發(fā)展要求的水源保護(hù)區(qū)。

關(guān)鍵詞：水源保護(hù)區(qū)；水質(zhì)；生態(tài)恢復(fù)；

在全國(guó)城市飲用水水源地安全保障規(guī)劃相關(guān)成果基礎(chǔ)上，提出了城市飲用水水源地安全的概念和內(nèi)涵。利用層次分析方法構(gòu)建了城市飲用水水源地安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，從水質(zhì)、水量、風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)急能力等方面提出具體評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定了各指標(biāo)的含義和計(jì)算方法。

一、生態(tài)水源保護(hù)區(qū)的概念

生態(tài)水源保護(hù)區(qū)是不僅具有一定的濕地系統(tǒng)、林木系統(tǒng)，還應(yīng)有近地面空氣凈化系統(tǒng)，而且可以充分發(fā)揮水體的自凈作用的水源保護(hù)區(qū)。這樣的水源保護(hù)區(qū)可以說(shuō)是水、陸、空三維立體式的空間，是實(shí)現(xiàn)水源安全保護(hù)的有力措施。具體來(lái)說(shuō)，可以將其定義為具有濕地處理系統(tǒng)、林木緩沖系統(tǒng)和近地面空氣凈化系統(tǒng)保護(hù)系統(tǒng)三維一體化的、可以實(shí)現(xiàn)水源保護(hù)和水量保證的、符合可持續(xù)發(fā)展要求的水源保護(hù)區(qū)。

二、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是指對(duì)人類的經(jīng)濟(jì)社會(huì)活動(dòng)所引發(fā)的對(duì)人體健康、經(jīng)濟(jì)社會(huì)、生態(tài)系統(tǒng)等可能造成的損失進(jìn)行評(píng)估，并據(jù)此進(jìn)行管理和決策的過(guò)程。在對(duì)水源地的安全評(píng)價(jià)研究中，引入風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)不僅能夠?qū)撛诘奈廴疽蛩貙?duì)飲用水水源的危害程度定量化，還能將水源地的社會(huì)屬性有機(jī)地融入評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境均對(duì)水源地安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)產(chǎn)生影響，不同的因子在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中產(chǎn)生不同的影響，如取用水對(duì)象、水源地環(huán)境條件、排污狀況、引水距離、人口、工業(yè)產(chǎn)值、萬(wàn)元產(chǎn)值排污系數(shù)、單位耕地農(nóng)藥施用量等。在美國(guó)科羅拉多州地表飲用水水源風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法中，評(píng)價(jià)分為四個(gè)步驟：劃分水源地區(qū)域、調(diào)查污染物來(lái)源、水源對(duì)污染物的敏感性分析以及報(bào)告結(jié)果。

三、生態(tài)水源保護(hù)區(qū)的內(nèi)涵

建立生態(tài)水源保護(hù)區(qū)，對(duì)水源保護(hù)區(qū)進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)，就要認(rèn)真考慮其內(nèi)涵。生態(tài)水源保護(hù)區(qū)的內(nèi)涵應(yīng)包括良好的森林生態(tài)系統(tǒng)、完善的濕地系統(tǒng)和可靠的空氣凈化系統(tǒng)。

1.森林生態(tài)系統(tǒng)。要保護(hù)好水源，就必須大力建設(shè)水源涵養(yǎng)、防護(hù)林區(qū)，營(yíng)造良好的森林生態(tài)系統(tǒng)。具體措施可以包括植樹(shù)造林，最大限度地?cái)U(kuò)大水源地保護(hù)區(qū)內(nèi)的綠地面積。森林生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)綜合體，大氣降水在流經(jīng)這個(gè)系統(tǒng)時(shí)需要經(jīng)過(guò)多個(gè)環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)單地說(shuō)就像水分流經(jīng)多層吸附體一樣，每一個(gè)過(guò)程對(duì)水質(zhì)都有相應(yīng)的凈化作用。所以，凡是從林內(nèi)流出的地表徑流都是泥沙含量很少的清水，枯枝落葉層深厚的土壤，有利于雨水向土層中滲透，增加地下水貯量，進(jìn)而增加地下水對(duì)河川的補(bǔ)給量，因此，良好的森林生態(tài)系統(tǒng)能有效地防止水源的物理、化學(xué)和生物污染。水分通過(guò)森林生態(tài)系統(tǒng)時(shí)，化學(xué)成分也將發(fā)生變化。

2.濕地生態(tài)系統(tǒng)。濕地生態(tài)系統(tǒng)就是利用土壤與植物之間的一種綜合作用，并使水參與其中，從而使植物與水土都得到本質(zhì)上的改變和提高。濕地是一個(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng)，其所有因素之間都是相互聯(lián)系、互為因果的。在完善的濕地生態(tài)系統(tǒng)中，存在著一種共生機(jī)制。這種共生機(jī)制，就是一種水土與生物兩種復(fù)雜系統(tǒng)之間的相互作用，并且在此作用的過(guò)程中，各自都得到整體改進(jìn)，即植物得到了生長(zhǎng)和成熟，水土也由最開(kāi)始的被污染得到了恢復(fù)和再生。

本實(shí)驗(yàn)主要用污水處理廠二級(jí)出水（TP：1-5mg/l、TN：20-50mg/l、NH3-N：10-30mg/l）代替不穩(wěn)定自然降水作為預(yù)處理水經(jīng)重力流方式經(jīng)表面流進(jìn)入人工濕地后流入水源地，初步達(dá)到水源地水資源保護(hù)效果。人工濕地實(shí)驗(yàn)裝置長(zhǎng)1.0米、寬度0.7米、深度1.5米，底部鋪放鋼網(wǎng)，防止填料泄露，該厭氧區(qū)域相當(dāng)于處理系統(tǒng)穩(wěn)定塘。為避免土壤系統(tǒng)表面斷流現(xiàn)象，以陶粒濾料代替?zhèn)鹘y(tǒng)土壤、砂石作為基質(zhì)。上層陶粒直徑7-8毫米，厚度0.8米，上層陶粒直徑2.5-3.5毫米，厚度0.4米，平均孔隙率為45.36%植物采用同水系蘆葦。為避免溫度干預(yù)，從5月至7月，設(shè)計(jì)流量320l/d，表面負(fù)荷513 m3/（m2·h），停留時(shí)間72小時(shí)。本人工濕地實(shí)驗(yàn)?zāi)茌^好處理低濃度地面徑流污水，其出水基本達(dá)到中水回用標(biāo)準(zhǔn)，并脫氮除磷效果較明顯，其中控制水力停留時(shí)間及進(jìn)水濃度為設(shè)計(jì)中重要參數(shù)。其中TP的去除率與停留時(shí)間呈正相關(guān)關(guān)系，TN的去除率與停留時(shí)間呈線性關(guān)系，NH3-N很難進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為N2O或者N2，去氮效果呈微上揚(yáng)后平緩趨勢(shì)。

3.空氣凈化系統(tǒng)。在水源保護(hù)區(qū)僅有良好的水質(zhì)是不夠的，還需要可靠的空氣凈化系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)?？煽康目諝鈨艋到y(tǒng)不僅本身含有較少的污染物質(zhì)，而且還可以起到空氣凈化和對(duì)污染物的過(guò)濾作用。

四、建立生態(tài)水源保護(hù)區(qū)的具體措施

建立生態(tài)水源保護(hù)區(qū)，就是采用生態(tài)方法（或模擬生態(tài)方法）對(duì)水源水質(zhì)進(jìn)行生態(tài)修復(fù)和保護(hù)。具體來(lái)說(shuō)，就是利用培育的植物、動(dòng)物或培養(yǎng)、接種的微生物的生命活動(dòng)，對(duì)水中污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化及降解作用，從而使水體得到凈化的技術(shù)。

1.生物膜法處理技術(shù)。生物膜法是指用天然材料（如卵石）、合成材料（如纖維）為載體，在其表面形成一種特殊的生物膜。生物膜表面積大，可為微生物提供較大的附著表面，有利于加強(qiáng)對(duì)污染物的降解作用。生物膜法具有較高的處理效率，其有機(jī)負(fù)荷較高，接觸停留時(shí)間短，減少占地面積，節(jié)省投資，主要工藝方法有生物廊道、生物濾池、生物接觸氧化池等。生物膜法對(duì)于受有機(jī)物及氨氮輕度污染的水體有明顯的效果。

2.人工濕地處理技術(shù)。人工濕地的原理是利用自然生態(tài)系統(tǒng)中物理、化學(xué)和生物的三重共同作用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)的凈化。這種濕地系統(tǒng)是在一定長(zhǎng)寬比及底面有坡度的洼地中，由土壤和填料（如卵石等）混合組成填料床，污染水可以在床體的填料縫隙中曲折地流動(dòng)，或在床體表面流動(dòng)。在床體的表面種植具有處理性能好、成活率高的水生植物（如蘆葦?shù)龋?，形成一個(gè)獨(dú)特的動(dòng)植物生態(tài)環(huán)境，對(duì)污染水進(jìn)行處理。人工濕地的顯著特點(diǎn)之一是對(duì)有機(jī)污染物有較強(qiáng)的降解能力。由于這種處理系統(tǒng)的出水質(zhì)量好，適合于處理飲用水源，或結(jié)合景觀設(shè)計(jì)，種植觀賞植物改善風(fēng)景區(qū)的水質(zhì)狀況。

3.土地處理技術(shù)。土地處理技術(shù)是一種古老但行之有效的水處理技術(shù)，它是以土地為處理設(shè)施，利用土壤—植物系統(tǒng)的吸附、過(guò)濾及凈化作用和自我調(diào)控功能，達(dá)到某種程度對(duì)水的凈化的目的。國(guó)外的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，土地處理系統(tǒng)對(duì)于有機(jī)化合物尤其是有機(jī)氯和氨氮等有較好的去除效果。德國(guó)、法國(guó)、荷蘭等均有成功的經(jīng)驗(yàn)?？偨Y(jié)上面介紹的三種方法，我們認(rèn)為，目前國(guó)際保護(hù)城市河流（或湖泊）水質(zhì)的主要做法是盡量還河流以天然狀態(tài)，除去以前人工在河岸或河底鋪設(shè)的任何硬質(zhì)材料，軟化河床，并在兩岸廣植野生植物，使河水中的水生生物和岸邊的動(dòng)植物形成天然的生態(tài)系統(tǒng)，達(dá)到自然平衡。城市飲用水水源的保護(hù)最終目標(biāo)是恢復(fù)地表水的天然生態(tài)功能，使取水口附近的水源保護(hù)區(qū)成為一個(gè)天然的澄清池。

水質(zhì)保護(hù)就是水質(zhì)不被進(jìn)一步污染，是水源保護(hù)區(qū)的最基本的功能，也是建立生態(tài)水源保護(hù)區(qū)的最低要求；水質(zhì)凈化就是對(duì)受到輕微污染的水質(zhì)具有一定的凈化處理功能，如通過(guò)濕地或森林緩沖系統(tǒng)等；水質(zhì)的安全保障要求從大系統(tǒng)管理的角度來(lái)考慮問(wèn)題，如空氣保護(hù)系統(tǒng)、流域綜合治理等。要有關(guān)部門(mén)認(rèn)真堅(jiān)持和完善生態(tài)水源保護(hù)區(qū)的基本內(nèi)涵，就可以有效地保障水源保護(hù)區(qū)的水質(zhì)，實(shí)現(xiàn)水源保護(hù)區(qū)的可持續(xù)發(fā)展，進(jìn)而為城市供水提供安全、可靠的水源水質(zhì)保障。

參考文獻(xiàn)

[1]彭文強(qiáng).飲用水水源地評(píng)價(jià)方法研究.2016.

[2]朱曉紅，淺談飲用水水源地的水資源安全與人工濕地生態(tài)構(gòu)建分析.2017.

（作者單位：西安浐灞生態(tài)區(qū)管理委員會(huì)）