论文部分内容阅读
摘要[目的]选取洨河人工湿地为研究对象，开展水体流经湿地后水质指标变化分析。[方法]分析从湿地入口至出口之间河段的pH、COD、NH3-N、TN、TP的沿程变化。[结果]水体经过人工湿地后，pH相对稳定，湿地对水中主要污染物COD、NH3-N、TN、TP的降解效果明显，但TN、TP仍维持在较高的水平，应通过生物调控技术完善湿地水体生态系统，进一步增加生态修复措施，降低河道发生水体富营养化的风险。[结论]经水质评价，湿地出口处水质达到了Ⅱ类，说明人工湿地对于改善水质状况有着明显的作用。
关键词 洨河;湿地;水质;变化
中图分类号 X522文献标识码 A
文章编号 0517-6611（2019）19-0053-02doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.19.017
Abstract [Objective]Xiao River artificial wetland was selected as the research object to analyze the change of water quality index after the water body flows through the wetland.[Method]The changes of pH，COD，NH3-N，TN and TP of the river section from the inlet to the outlet of the wetland were analyzed.[Result]After the wetland，the pH would appear relatively stable，the degradation of COD，NH3-N，TN and TP was obvious，but TN and TP were still at a high level.Biological regulation technology should be taken to improve wetland water ecosystem，to increase ecological restoration measures to reduce the risk of eutrophication of water bodies in rivers.[Conclusion]After water quality evaluation，the water quality of the wetland outlet reached Class II，which also shows that constructed wetlands have a significant role in improving water quality.
Key words Xiao River;Wetland;Water quality;Change
河北省是我国严重缺水的省份之一，人均水资源占有量仅为全国人均水资源占有量的1/7。与此同时，每年污水排放量达20亿m3以上，而再生利用率却不足20%[1]。实现污水资源化利用、提高再生水利用率已成为缓解水资源短缺的重要内容。
人工湿地处理系统是常规污水生物处理技术的有效途径[2-5]，然而湿地生态系统的结构、水生植物的布设如不合理，可能会出现富营养化现象，严重时会影响水体景观效果[6]。因此，研究人工湿地对水质的净化能力十分重要。笔者选取石家庄市典型河道内修建的人工湿地，分析水体经过人工湿地后的水质指标变化情况。
1 资料与方法
1.1 研究区域概况
选取洨河作为研究对象，开展洨河经人工湿地后水质指标变化分析。洨河全长62.3 km，洨河补给水源主要为总退水渠和环城河，总退水渠的水除来源于天然水之外，还有相当一部分是来自桥东污水处理厂[7]，环城河水主要是来源于黄壁庄水库与桥西污水处理厂。洨河人工湿地位于衡井公路跨河桥上下游两侧，全长2.0 km。
1.2 监测点布置
研究选取洨河湿地之间的河段进行水质指标分析，该河段无污水排污口，长度约2.0 km，布置3个采样点，采样点分别为湿地入口S1、衡井桥下S2、湿地出口S3，采样点布置如图1所示。
1.3 分析方法
研究周期为2017年1—12月，每月采集水质样品一次，通过测定各样品相关水质指标浓度，分析其水质指标变化规律。测定指标主要有pH、化學需氧量CODcr、氨氮NH3-N、总氮TN和总磷TP。水质指标的测定方法参照《水和废水监测分析方法》[8]。
2 结果与分析
2.1 pH的沿程变化 通过对研究河段的pH测定结果分析（图2），该河段水体pH总体处于7～9，符合地表水标准对pH的要求。
2.2 COD浓度的沿程变化 从图3可看出，湿地入口S1的COD浓度在45～112 mg/L波动，波动范围较大;中间衡井桥下S2的COD浓度在36～65 mg/L;湿地出口S3的COD浓度在21～45 mg/L波动，相对比较稳定。污水在湿地中流动时，COD的降解速率随着迁移距离的延长呈先快后慢的趋势[9]，故由S1至S2，COD降解率达33%，而由S2至S3，COD降解率为27%。从时间序列来看，随着温度的升高，植物生长旺盛，COD降解率逐渐增加，汛期之后，温度降低，植物生长缓慢，COD降解率呈现持平或逐渐降低的趋势。此外，湿地中的碎石层和专用微生物填料也为微生物生长提供了环境，从而有利于有机物的降解[10]。
2.3 NH3-N浓度的沿程变化
从图4可看出，湿地入口S1的NH3-N浓度在2.15～2.90 mg/L波动，中间衡井桥下S2的NH3-N浓度在1.25～2.10 mg/L波动，湿地出口S3的NH3-N浓度在0.55～0.96 mg/L波动，达到地表水环境质量Ⅲ类标准，故湿地对NH3-N具有较好的降解效果。 2.4 TN浓度的沿程变化
从图5可看出，湿地入口S1的TN浓度在20.5～28.6 mg/L波动，中间衡井桥下S2的TN浓度在9.55～20.4 mg/L波动，湿地出口S3的TN浓度在4.65～10.05 mg/L波动。从空间上考虑，湿地前半程降解速率较低，后半程降解速率较高;从时间序列考虑，年度降解速率相对稳定。湿地出口处S3的TN浓度仍远高于地表水环境质量标准的要求，这是由于洨河作为城市行洪河道，河底岸坡均有衬砌，在一定程度上降低了水体的自净能力;此外，由于其本底值过高，即使经过人工湿地，其浓度也未能得到有效降解。故为控制水华暴发，保障水体生态环境稳定性，需强化修复降低水体氮元素含量。
2.5 TP浓度的沿程变化
从图6可看出，湿地入口S1的TP浓度在0.73～1.21 mg/L波动，中间衡井桥下S2的TP浓度在0.49～0.96 mg/L波动，湿地出口S3的TP浓度在0.32～0.66 mg/L波动。从空间上考虑，湿地前半程降解速率较低，后半程降解速率较高;从时间序列考虑，自汛期之后降解速率略有提高。但湿地出口S3处的TP浓度大多月份仍不能满足地表水环境质量标准，尽管人工种植了挺水植物且沉水植物也有生长，但对水体TP浓度有主要贡献的PO43-被生物吸收利用量不足。故应据此修复完善湿地水体生态系统。
2.6 水质评价
根据水功能区划要求，洨河水质评价采用Ⅴ类标准。采用单因子和综合指数评价法对洨河湿地水质23.65 亿元，林地和水体为贡献率最高的地类。到2030年，衡阳市中心城区的耕地、林地、草地和未利用地面积呈下降趋势，而建设用地和水体面积呈上升趋势。2030年衡阳市中心城区的预测的生态系统服务价值总量为21.94亿元，相比2010年下降了1.71亿元，在未来新型的城镇化过程中，衡阳市中心城区需要慎重权衡城市发展与生态保护的关系。
参考文献
[1]吴健生，毛家颖，林倩，等.基于生境质量的城市增长边界研究：以长三角地区为例[J].地理科学，2017，37（1）：28-36.
[2] 郑江坤，余新晓，贾国栋，等.密云水库集水区基于LUCC的生态服务价值动态演变[J].农业工程学报，2010，26（9）：315-320.
[3] 刘彦随，陈百明.中国可持续发展问题与土地利用/覆被变化研究[J].地理研究，2002，21（3）：324-330.
[4] 张凯，冉圣宏，田玉军，等.干旱区绿洲城市扩张对水资源的影响：以石河子市为例[J].资源科学，2011，33（9）：1720-1726.
[5] 吴绍华，周生路，潘贤章，等.城市扩张过程对土壤重金属积累影响的定量分离[J].土壤学报，2011，48（3）：496-505.
[6] 王卿，阮俊杰，沙晨燕，等.人类活动对上海市生物多样性空间格局的影响[J].生态环境学报，2012，21（2）：279-285.
[7] 李春光.基于GIS的武汉典型城乡交错带土壤养分空间变异研究[D].武汉：华中农业大学，2009.
[8] 邵宁平，刘小鹏，渠晓毅.银川湖泊湿地生态系统服务价值评估[J].生态学杂志，2008，27（9）：1625-1630.
[9] 刘玉龙，马俊杰，金学林，等.生态系统服务功能价值评估方法综述[J].中国人口·资源与环境，2005，15（1）：91-95.
[10] 杨维鸽.基于CA-Markov模型和多层次模型的土地利用变化模拟和影响因素研究：以陕西省米脂县高西沟村为例[D].西安：西北大学，2010.
[11] 周锐，苏海龙，王新军，等.基于CLUE-S模型和Markov模型的城鎮土地利用变化模拟预测：以江苏省常熟市辛庄镇为例[J].资源科学，2011，33（12）：2262-2270.
[12] 谢高地，甄霖，鲁春霞，等.一个基于专家知识的生态系统服务价值化方法[J].自然资源学报， 2008，23（5）：911-919.
[13] 谢高地，张彩霞，张雷明，等.基于单位面积价值当量因子的生态系统服务价值化方法改进[J].自然资源学报，2015，30（8）：1243-1254.
[14] 谢高地，肖玉，甄霖，等.我国粮食生产的生态服务价值研究[J].中国生态农业学报，2005，13（3）：10-13.
[15] 李胜利.基于灰色系统理论的湖南省粮食产量预测研究[D].长沙：长沙理工大学，2012.
[16] 彭文甫，周介铭，杨存建，等.基于土地利用变化的四川省生态系统服务价值研究[J].长江流域资源与环境，2014，23（7）：1011-1020.
[17] 董家华，舒廷飞，谢慧，等.城市建设用地生态服务功能价值计算与应用[J].同济大学学报（自然科学版），2007，35（5）：636-640.
关键词 洨河;湿地;水质;变化
中图分类号 X522文献标识码 A
文章编号 0517-6611（2019）19-0053-02doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.19.017
Abstract [Objective]Xiao River artificial wetland was selected as the research object to analyze the change of water quality index after the water body flows through the wetland.[Method]The changes of pH，COD，NH3-N，TN and TP of the river section from the inlet to the outlet of the wetland were analyzed.[Result]After the wetland，the pH would appear relatively stable，the degradation of COD，NH3-N，TN and TP was obvious，but TN and TP were still at a high level.Biological regulation technology should be taken to improve wetland water ecosystem，to increase ecological restoration measures to reduce the risk of eutrophication of water bodies in rivers.[Conclusion]After water quality evaluation，the water quality of the wetland outlet reached Class II，which also shows that constructed wetlands have a significant role in improving water quality.
Key words Xiao River;Wetland;Water quality;Change
河北省是我国严重缺水的省份之一，人均水资源占有量仅为全国人均水资源占有量的1/7。与此同时，每年污水排放量达20亿m3以上，而再生利用率却不足20%[1]。实现污水资源化利用、提高再生水利用率已成为缓解水资源短缺的重要内容。
人工湿地处理系统是常规污水生物处理技术的有效途径[2-5]，然而湿地生态系统的结构、水生植物的布设如不合理，可能会出现富营养化现象，严重时会影响水体景观效果[6]。因此，研究人工湿地对水质的净化能力十分重要。笔者选取石家庄市典型河道内修建的人工湿地，分析水体经过人工湿地后的水质指标变化情况。
1 资料与方法
1.1 研究区域概况
选取洨河作为研究对象，开展洨河经人工湿地后水质指标变化分析。洨河全长62.3 km，洨河补给水源主要为总退水渠和环城河，总退水渠的水除来源于天然水之外，还有相当一部分是来自桥东污水处理厂[7]，环城河水主要是来源于黄壁庄水库与桥西污水处理厂。洨河人工湿地位于衡井公路跨河桥上下游两侧，全长2.0 km。
1.2 监测点布置
研究选取洨河湿地之间的河段进行水质指标分析，该河段无污水排污口，长度约2.0 km，布置3个采样点，采样点分别为湿地入口S1、衡井桥下S2、湿地出口S3，采样点布置如图1所示。
1.3 分析方法
研究周期为2017年1—12月，每月采集水质样品一次，通过测定各样品相关水质指标浓度，分析其水质指标变化规律。测定指标主要有pH、化學需氧量CODcr、氨氮NH3-N、总氮TN和总磷TP。水质指标的测定方法参照《水和废水监测分析方法》[8]。
2 结果与分析
2.1 pH的沿程变化 通过对研究河段的pH测定结果分析（图2），该河段水体pH总体处于7～9，符合地表水标准对pH的要求。
2.2 COD浓度的沿程变化 从图3可看出，湿地入口S1的COD浓度在45～112 mg/L波动，波动范围较大;中间衡井桥下S2的COD浓度在36～65 mg/L;湿地出口S3的COD浓度在21～45 mg/L波动，相对比较稳定。污水在湿地中流动时，COD的降解速率随着迁移距离的延长呈先快后慢的趋势[9]，故由S1至S2，COD降解率达33%，而由S2至S3，COD降解率为27%。从时间序列来看，随着温度的升高，植物生长旺盛，COD降解率逐渐增加，汛期之后，温度降低，植物生长缓慢，COD降解率呈现持平或逐渐降低的趋势。此外，湿地中的碎石层和专用微生物填料也为微生物生长提供了环境，从而有利于有机物的降解[10]。
2.3 NH3-N浓度的沿程变化
从图4可看出，湿地入口S1的NH3-N浓度在2.15～2.90 mg/L波动，中间衡井桥下S2的NH3-N浓度在1.25～2.10 mg/L波动，湿地出口S3的NH3-N浓度在0.55～0.96 mg/L波动，达到地表水环境质量Ⅲ类标准，故湿地对NH3-N具有较好的降解效果。 2.4 TN浓度的沿程变化
从图5可看出，湿地入口S1的TN浓度在20.5～28.6 mg/L波动，中间衡井桥下S2的TN浓度在9.55～20.4 mg/L波动，湿地出口S3的TN浓度在4.65～10.05 mg/L波动。从空间上考虑，湿地前半程降解速率较低，后半程降解速率较高;从时间序列考虑，年度降解速率相对稳定。湿地出口处S3的TN浓度仍远高于地表水环境质量标准的要求，这是由于洨河作为城市行洪河道，河底岸坡均有衬砌，在一定程度上降低了水体的自净能力;此外，由于其本底值过高，即使经过人工湿地，其浓度也未能得到有效降解。故为控制水华暴发，保障水体生态环境稳定性，需强化修复降低水体氮元素含量。
2.5 TP浓度的沿程变化
从图6可看出，湿地入口S1的TP浓度在0.73～1.21 mg/L波动，中间衡井桥下S2的TP浓度在0.49～0.96 mg/L波动，湿地出口S3的TP浓度在0.32～0.66 mg/L波动。从空间上考虑，湿地前半程降解速率较低，后半程降解速率较高;从时间序列考虑，自汛期之后降解速率略有提高。但湿地出口S3处的TP浓度大多月份仍不能满足地表水环境质量标准，尽管人工种植了挺水植物且沉水植物也有生长，但对水体TP浓度有主要贡献的PO43-被生物吸收利用量不足。故应据此修复完善湿地水体生态系统。
2.6 水质评价
根据水功能区划要求，洨河水质评价采用Ⅴ类标准。采用单因子和综合指数评价法对洨河湿地水质23.65 亿元，林地和水体为贡献率最高的地类。到2030年，衡阳市中心城区的耕地、林地、草地和未利用地面积呈下降趋势，而建设用地和水体面积呈上升趋势。2030年衡阳市中心城区的预测的生态系统服务价值总量为21.94亿元，相比2010年下降了1.71亿元，在未来新型的城镇化过程中，衡阳市中心城区需要慎重权衡城市发展与生态保护的关系。
参考文献
[1]吴健生，毛家颖，林倩，等.基于生境质量的城市增长边界研究：以长三角地区为例[J].地理科学，2017，37（1）：28-36.
[2] 郑江坤，余新晓，贾国栋，等.密云水库集水区基于LUCC的生态服务价值动态演变[J].农业工程学报，2010，26（9）：315-320.
[3] 刘彦随，陈百明.中国可持续发展问题与土地利用/覆被变化研究[J].地理研究，2002，21（3）：324-330.
[4] 张凯，冉圣宏，田玉军，等.干旱区绿洲城市扩张对水资源的影响：以石河子市为例[J].资源科学，2011，33（9）：1720-1726.
[5] 吴绍华，周生路，潘贤章，等.城市扩张过程对土壤重金属积累影响的定量分离[J].土壤学报，2011，48（3）：496-505.
[6] 王卿，阮俊杰，沙晨燕，等.人类活动对上海市生物多样性空间格局的影响[J].生态环境学报，2012，21（2）：279-285.
[7] 李春光.基于GIS的武汉典型城乡交错带土壤养分空间变异研究[D].武汉：华中农业大学，2009.
[8] 邵宁平，刘小鹏，渠晓毅.银川湖泊湿地生态系统服务价值评估[J].生态学杂志，2008，27（9）：1625-1630.
[9] 刘玉龙，马俊杰，金学林，等.生态系统服务功能价值评估方法综述[J].中国人口·资源与环境，2005，15（1）：91-95.
[10] 杨维鸽.基于CA-Markov模型和多层次模型的土地利用变化模拟和影响因素研究：以陕西省米脂县高西沟村为例[D].西安：西北大学，2010.
[11] 周锐，苏海龙，王新军，等.基于CLUE-S模型和Markov模型的城鎮土地利用变化模拟预测：以江苏省常熟市辛庄镇为例[J].资源科学，2011，33（12）：2262-2270.
[12] 谢高地，甄霖，鲁春霞，等.一个基于专家知识的生态系统服务价值化方法[J].自然资源学报， 2008，23（5）：911-919.
[13] 谢高地，张彩霞，张雷明，等.基于单位面积价值当量因子的生态系统服务价值化方法改进[J].自然资源学报，2015，30（8）：1243-1254.
[14] 谢高地，肖玉，甄霖，等.我国粮食生产的生态服务价值研究[J].中国生态农业学报，2005，13（3）：10-13.
[15] 李胜利.基于灰色系统理论的湖南省粮食产量预测研究[D].长沙：长沙理工大学，2012.
[16] 彭文甫，周介铭，杨存建，等.基于土地利用变化的四川省生态系统服务价值研究[J].长江流域资源与环境，2014，23（7）：1011-1020.
[17] 董家华，舒廷飞，谢慧，等.城市建设用地生态服务功能价值计算与应用[J].同济大学学报（自然科学版），2007，35（5）：636-640.