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

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

在全國城市飲用水水源地安全保障規(guī)劃相關(guān)成果基礎上，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價指標體系，從水質(zhì)、水量、風險及應急能力等方面提出具體評價指標，確定了各指標的含義和計算方法。

一、生態(tài)水源保護區(qū)的概念

生態(tài)水源保護區(qū)是不僅具有一定的濕地系統(tǒng)、林木系統(tǒng)，還應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區(qū)。這樣的水源保護區(qū)可以說是水、陸、空三維立體式的空間，是實現(xiàn)水源安全保護的有力措施。具體來說，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)保護系統(tǒng)三維一體化的、可以實現(xiàn)水源保護和水量保證的、符合可持續(xù)發(fā)展要求的水源保護區(qū)。

二、風險評價

風險評價是指對人類的經(jīng)濟社會活動所引發(fā)的對人體健康、經(jīng)濟社會、生態(tài)系統(tǒng)等可能造成的損失進行評估，并據(jù)此進行管理和決策的過程。在對水源地的安全評價研究中，引入風險評價不僅能夠?qū)撛诘奈廴疽蛩貙︼嬘盟吹奈：Τ潭榷炕€能將水源地的社會屬性有機地融入評價指標體系。社會、經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境均對水源地安全風險評價產(chǎn)生影響，不同的因子在風險評價中產(chǎn)生不同的影響，如取用水對象、水源地環(huán)境條件、排污狀況、引水距離、人口、工業(yè)產(chǎn)值、萬元產(chǎn)值排污系數(shù)、單位耕地農(nóng)藥施用量等。在美國科羅拉多州地表飲用水水源風險評價方法中，評價分為四個步驟：劃分水源地區(qū)域、調(diào)查污染物來源、水源對污染物的敏感性分析以及報告結(jié)果。

三、生態(tài)水源保護區(qū)的內(nèi)涵

建立生態(tài)水源保護區(qū)，對水源保護區(qū)進行生態(tài)恢復，就要認真考慮其內(nèi)涵。生態(tài)水源保護區(qū)的內(nèi)涵應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)。要保護好水源，就必須大力建設水源涵養(yǎng)、防護林區(qū)，營造良好的森林生態(tài)系統(tǒng)。具體措施可以包括植樹造林，最大限度地擴大水源地保護區(qū)內(nèi)的綠地面積。森林生態(tài)系統(tǒng)是一個綜合體，大氣降水在流經(jīng)這個系統(tǒng)時需要經(jīng)過多個環(huán)節(jié)，簡單地說就像水分流經(jīng)多層吸附體一樣，每一個過程對水質(zhì)都有相應的凈化作用。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，進而增加地下水對河川的補給量，因此，良好的森林生態(tài)系統(tǒng)能有效地防止水源的物理、化學和生物污染。水分通過森林生態(tài)系統(tǒng)時，化學成分也將發(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，存在著一種共生機制。這種共生機制，就是一種水土與生物兩種復雜系統(tǒng)之間的相互作用，并且在此作用的過程中，各自都得到整體改進，即植物得到了生長和成熟，水土也由最開始的被污染得到了恢復和再生。

本實驗主要用污水處理廠二級出水（TP：1-5mg/l、TN：20-50mg/l、NH3-N：10-30mg/l）代替不穩(wěn)定自然降水作為預處理水經(jīng)重力流方式經(jīng)表面流進入人工濕地后流入水源地，初步達到水源地水資源保護效果。人工濕地實驗裝置長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，從5月至7月，設計流量320l/d，表面負荷513 m3/（m2·h），停留時間72小時。本人工濕地實驗能較好處理低濃度地面徑流污水，其出水基本達到中水回用標準，并脫氮除磷效果較明顯，其中控制水力停留時間及進水濃度為設計中重要參數(shù)。其中TP的去除率與停留時間呈正相關(guān)關(guān)系，TN的去除率與停留時間呈線性關(guān)系，NH3-N很難進一步轉(zhuǎn)化為N2O或者N2，去氮效果呈微上揚后平緩趨勢。

3.空氣凈化系統(tǒng)。在水源保護區(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)進行保護。可靠的空氣凈化系統(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污染物的過濾作用。

四、建立生態(tài)水源保護區(qū)的具體措施

建立生態(tài)水源保護區(qū)，就是采用生態(tài)方法（或模擬生態(tài)方法）對水源水質(zhì)進行生態(tài)修復和保護。具體來說，就是利用培育的植物、動物或培養(yǎng)、接種的微生物的生命活動，對水中污染物進行轉(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，有利于加強對污染物的降解作用。生物膜法具有較高的處理效率，其有機負荷較高，接觸停留時間短，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。生物膜法對于受有機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、化學和生物的三重共同作用來實現(xiàn)對水質(zhì)的凈化。這種濕地系統(tǒng)是在一定長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，或在床體表面流動。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纬梢粋€獨特的動植物生態(tài)環(huán)境，對污染水進行處理。人工濕地的顯著特點之一是對有機污染物有較強的降解能力。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)合景觀設計，種植觀賞植物改善風景區(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施，利用土壤—植物系統(tǒng)的吸附、過濾及凈化作用和自我調(diào)控功能，達到某種程度對水的凈化的目的。國外的實踐經(jīng)驗表明，土地處理系統(tǒng)對于有機化合物尤其是有機氯和氨氮等有較好的去除效果。德國、法國、荷蘭等均有成功的經(jīng)驗?？偨Y(jié)上面介紹的三種方法，我們認為，目前國際保護城市河流（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植物形成天然的生態(tài)系統(tǒng)，達到自然平衡。城市飲用水水源的保護最終目標是恢復地表水的天然生態(tài)功能，使取水口附近的水源保護區(qū)成為一個天然的澄清池。

水質(zhì)保護就是水質(zhì)不被進一步污染，是水源保護區(qū)的最基本的功能，也是建立生態(tài)水源保護區(qū)的最低要求；水質(zhì)凈化就是對受到輕微污染的水質(zhì)具有一定的凈化處理功能，如通過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)管理的角度來考慮問題，如空氣保護系統(tǒng)、流域綜合治理等。要有關(guān)部門認真堅持和完善生態(tài)水源保護區(qū)的基本內(nèi)涵，就可以有效地保障水源保護區(qū)的水質(zhì)，實現(xiàn)水源保護區(qū)的可持續(xù)發(fā)展，進而為城市供水提供安全、可靠的水源水質(zhì)保障。

參考文獻

[1]彭文強.飲用水水源地評價方法研究.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）