天津市北大港湿地及周边生态地质环境脆弱性评价

董路阳，郭立君，程绪江

（天津市地质调查研究院，天津 300191）

0 引言

湿地作为城市重要的生态要素，具有完善城市防洪排涝体系、调控水源、改善生物栖息环境、提供资源等众多生态环境与社会服务功能（潮洛蒙等，2003；揭文辉等，2020）。随着京津冀一体化的推进，北大港湿地在天津城市生态文明规划建设中有着越来越重要的地位。北大港湿地作为天津市重点湿地之一，具有多类型湿地特征，生态系统保存完整，有着良好的生物多样性，是天津乃至渤海湾地区生物多样性最为丰富的地区之一，被国际湿地专家认定为一块达到国际“重要意义湿地”标准的湿地（许宁和高德明，2005；王斌等，2008；刘克等，2010；国家林业局，2015）。而由于经济的发展和人口的增加，特别是围海造陆等工程建设的影响，北大港湿地生态环境面临较大威胁（石青峰，2004；常华等，2012；张庆辉，2013；王居印等，2013）。如何正确评价北大港湿地生态地质环境脆弱性，成为相关学者和当地政府关注的重要问题（李炜等，2017；李平平等，2020；刘凡惠等，2020；许维等，2020；马晗宇等，2020；柴子文等，2020）。生态地质环境脆弱性评价在国内开展的较晚，本文在借鉴工程地质环境评价方法的基础上（贾永刚等，2002），采用专家聚类法，对北大港湿地及周边生态地质环境的脆弱性进行了评价，旨在对北大港湿地及周边的生态环境质量分级分区，可更针对性地为天津市生态平衡布局和湿地保护提供科学依据。

1 研究区概况

北大港湿地位于天津市滨海新区大港的东南部，东邻渤海。面积为348.87 km2。北大港湿地包括北大港水库、独流减河下游行洪区、钱圈水库、沙井子水库、太平镇养殖区及沿海滩涂等湿地斑块。由于周边多条河流与北大港水库等水域相连通（夏允宝，2003），生态环境关系非常紧密，故本次研究范围为北大港湿地及周边2 km以内地区（图1）。

2 地质环境背景

2.1 地质条件

研究区位于华北地台二级构造单元——华北坳陷中，位于其三级构造单元——黄骅坳陷南部，四级构造单元跨越板桥凹陷和港西凸起。现今构造形态主要是中—新生代以来，燕山期和喜马拉雅期两期构造运动的结果（天津市地质矿产局，1992）。目前，研究区所在的滨海地区仍处于缓慢沉降阶段。区内发育沧东断裂、港西断裂以及大张沱断裂，均为北东向。

研究区地层属华北地层大区，华北平原地层分区。由老到新主要有中-新元古界长城系、蓟县系和青白口系；早古生界寒武系、奥陶系；晚古生界石炭系、二叠系；中生界侏罗系、白垩系；新生界的古近、新近系和第四系。缺失新元古界南华系和震旦系、古生界志留系与泥盆系、上奥陶—下石炭统。大部分基岩为中生界，被巨厚新生界覆盖，基岩埋深一般超过2000 m。新生界为本区自然资源赋存及经济建设、人类活动涉及的主要层位（陈望和和倪明云，1987；天津市地质矿产局，1992；全国地层委员会，2001；李利波等，2009；胥勤勉等，2011；陈永胜等，2012）。

2.2 水文地质条件

研究区为第四系及新近系覆盖层孔隙水地区，主要开采第四系地下水。根据地下水赋存条件、水动力学特征及水化学特征，可划分出五个含水层组（王家兵，2013）。本次主要关注对湿地水环境影响较大的第Ⅰ含水组。第Ⅰ含水组分为上部潜水亚组，中部微承压含水亚组，下部承压含水亚组，水化学类型为Cl-Na型。

潜水亚组底板埋深4～6 m，漫滩相地层，含水层的岩性主要为粉土和粉质粘土，偶见粉砂薄层。水位埋深较浅为0.5～1.65 m，矿化度1～2 g/L。微承压含水亚组底板埋深15～20 m，浅海相、漫滩相地层，含水层的岩性主要为粉砂和粉土，水位埋深1.5～5 m，矿化度2～6 g/L。承压含水亚组底板埋深60～80 m，滨海相、漫滩相地层，含水层的岩性主要为粉砂。水位埋深4～15 m，矿化度10～20 g/L。

研究区内浅层地下水补给来源主要为大气降水入渗补给及地表水体补给。地下水潜水位埋深对于地下水的补给影响很大（王家兵，2013）。北大港湿地及周围潜水位埋深一般小于2 m，地下水易蓄满，大气降水补给地下水量小，多产生地表径流。地下径流主要方向主要是自南西向北东方向流入渤海湾，局部稍有差异。区内全新世海侵淤泥发育，渗透性较弱，阻止了浅层地下水继续向东径流，在滨海洼地溢出，故本区地下水水力梯度极小，小于0.05%。由于研究区浅层地下水水位埋藏较浅，且矿化度大、用途少、人工开采少，天然蒸发是主要排泄途径。浅层地下水向深部地下水越流仅是总排泄量的一小部分。

2.3 环境地质问题

随着全球气候变暖、研究区周边资源开发、工程建设、工农业生产等社会经济活动的逐年增强，引发的诸如水量减少、水体污染、土壤盐渍化及海岸侵蚀等环境地质问题，对北大港湿地生态地质环境造成了较大影响。

3 生态地质环境单因子评价

3.1 地表水环境质量评价

本次工作在研究区共采集地表水样品48件，基本涵盖了研究区所有主要水域（图2）。

水质测试项目包括pH值、高锰酸钾指数、氨氮、铜、锌、砷、汞、隔、铬、铅、氰化物、挥发酚、石油类、阴离子表面活性剂等。测试方法及检出限见表1，地表水水质按照《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002；国家环境保护总局和国家质量监督检验检疫总局，2002）进行评价。研究区各湿地斑块水质评价结果见表2。

表2 研究区水质统计表

总体来看，研究区水质较差，大部分为Ⅴ类和劣Ⅴ类水。水质污染组分主要有：高锰酸钾指数、氨氮及石油类，局部区域存在挥发酚污染。

3.2 浅层地下水环境质量评价

本次研究主要关注对湿地环境影响较大的浅层地下水，尤其是潜水层位，故本次工作在研究区布设浅层地下水监测井10个，均为潜水监测井。地下水质量评价标准为《地下水质量标准》（GB/T 14848-2017；中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理委员会，2017），地下水水质测试项目同地表水。

测试结果显示研究区潜水基本均为Ⅴ类水，水质较差。污染组分中，氨氮是导致浅层地下水水质差的关键因子，潜水中氨氮均达到《地下水质量标准》（GB/T 14848-2017；中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理委员会，2017）Ⅴ类标准限值，其次为高锰酸钾指数，以Ⅳ和Ⅴ类标准限值为主，局部地区石油类和挥发酚也存在含量偏高的现象。

3.3 土壤环境质量评价

本次工作在研究区采集了419个土壤样品（0～20 cm），采样密度约1点/km2，在区内均匀分布。测试项目有8种重金属元素及石油类（表3）。土壤环境评价指标参照《土壤环境质量-农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 15618-2008；环境保护部和国家质量监督检验检疫总局，2008）中规定的土壤污染风险筛选值的基本项目，包括镉、汞、砷、铅、铬、铜、镍、锌共8项重金属元素。其中，石油类评价指标参照《土壤环境质量标准（修订）》（GB 15618-2008；环境保护部和国家质量监督检验检疫总局，2008）。由于研究区距大港油田开采区和石化工业区均非常近，故将石油类含量也作为本次土壤环境评价指标之一。具体分析结果见表3。

表3 研究区土壤重金属元素和石油类参数 单位：mg/kg

在研究区419个土壤样品中，有3个样品中Zn元素含量超过了农用地土壤污染风险筛选值，超标率为0.7%，有8个样品中As元素含量超过了农用地土壤污染风险筛选值，超标率为1.9%。除了As和Zn元素局部存在超标现象外，其它元素所有样品含量均小于农用地土壤污染风险筛选值。总体来说：研究区土壤环境质量整体良好，除大港电厂等局部区域外，基本未受到重金属和石油类污染，根据《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T 0295-2016；中华人民共和国国土资源部，2016）中的分级标准，研究区绝大部分区域土壤环境质量等级为一等，清洁土壤类别；局部等级为二等和三等，轻微污染和轻度污染土壤类别。

3.4 土壤盐渍化评价

天津市第二次土壤普查成果显示，研究区土壤类型以潮土和滨海盐土为主，潮土可细分为盐化潮土、盐化湿潮土2个亚类。根据本次调查采集的419件土壤易溶盐分析资料，参照《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T 0295-2016；中华人民共和国国土资源部，2016），采用全盐量指标，将研究区土壤盐渍化分为中度盐渍化、重度盐渍化和盐土3个等级（图3）。

图3 研究区土壤盐渍化程度图

（1）中度盐渍化区：约占研究区总面积20%，主要分布在万家码头—钱圈水库—沈清庄—崔庄一带。土壤类型以盐化潮土、盐化湿潮土为主。表层土壤的含盐量高于下部母质土的含盐量，反映土壤的盐渍化作用仍在持续。

（2）重度盐渍化区：分布面积较广，连片分布在研究区中部，约占研究区总面积60%。土壤类型主要为盐化湿潮土、滨海盐土。该区域土壤盐渍化作用强烈，对一般植物生长已产生较大影响。

（3）盐土区：约占研究区总面积20%，主要在研究区沿海岸集中分布。土壤类型主要为滨海盐土。该区域土壤不适宜一般植物生长。

3.5 包气带防污性能评价

研究区包气带岩性主要为棕黄、棕褐、灰黄色粉质粘土、粘土为主，包气带厚度范围为1～4 m，包气带的渗透系数为2.40×10-6～8.63×10-5cm/s（王家兵，2013），根据天然包气带防污性能分级参照表（表4），研究区包气带防污性能为中等。

表4 天然包气带防污性能分级参照表

4 生态地质环境脆弱性评价

4.1 评价方法

首先选定评价因子，给定各评价因子分级、量化标准，其次采用傅勒三角形法确定各评价因子的权重，然后分别对各评价单元的单项因子进行量化、分级，最后根据单项因子量化结果、权重，计算评价单元的总分值，并根据计算出的总分值进行地质环境脆弱性分区（张永伟等，2008）。

4.2 评价因子及其分值标准的确定

根据影响北大港湿地生态地质环境的主要因素，选取湿地水涵养状态、地表水环境质量、浅层地下水环境质量、土壤环境质量、土壤盐渍化、包气带防污性能、植被发育状况、人类工程活动8个评价因子。根据本次调查结果及资料分析确定各因子分值（表5）。

表5 生态地质环境脆弱性分级与对应评价指标取值

4.3 评价因子权重确定

确定各个评价因子的权重采用傅勒三角形法。具体方法是：如图4所示，将生态地质环境脆弱性评价因子（A、B、C、D、E、F、G、H）列成傅勒三角形。每两行为一组，如：第一行和第二行为一组，将评价因子A与其他因子进行比较，在认为对地质环境较重要的因子上画一圆圈，同样把其他组依次进行比较，圈定较重要的因子，如果同等重要，则两者均划圈。最后统计圆圈总数，各单项评价因子圆圈数占总圆圈数的比值，即为各单项评价因子权重（周爱国等，2008）。各评价因子权重计算结果见表6。

表6 各评价因子权重

图4 确定各评价因子权重的傅勒三角形

4.4 生态地质环境脆弱性评价及分区

4.4.1 评价计算方法

由各个因子的实测值或计算根据分级标准和评分标准，得出各因子的分值，然后用下式计算出各个评价点的总分值（张永伟等，2008）：

式中：n—评价因子个数

4.4.2 生态地质环境脆弱性分区

将评价区进行网格剖分，运用栅格数据处理方法对本区进行剖分（中国地质调查局，2008），考虑评价区生态地质环境条件变化较小，每个单元面积1 km×1 km，全区共划分为540个评价单元。经过因子量化，给定单项因子的基本分值，依据上述计算方法分别计算出每个单元各因子评价综合分值，结合生态地质环境条件，按表7中所列的生态地质环境脆弱性评价分级标准，对区内的生态地质环境质量进行分级（张永伟等，2008）。

表7 生态地质环境脆弱性评价分级标准一览表

4.4.3 生态地质环境脆弱性评价结果

经评价，全区共划分为生态地质环境脆弱性高区、生态地质环境脆弱性中等区和生态地质环境脆弱性低区3个区（图4）。

图4 研究区生态地质环境脆弱性评价分区图

生态地质环境脆弱性高区（Ⅰ区）：分布范围较大，主要分布于北大港农场、独流减河下游行洪区西区、太平镇养殖区及沿海滩涂一带等处，分布面积共353.72 km2。该区独流减河下游行洪区、太平镇养殖区以及沿海滩涂一带为有水区和沼泽潮湿区，其余为无水区。地表水质量基本均为劣Ⅴ类，重度污染。大部分区域土壤环境质量良好，土壤盐渍化程度为中度～重度，沿海滩涂一带为盐土。浅层地下水均为Ⅴ类，水质差。包气带岩性主要为粉质粘土、粘土以及粉土，厚度小于2 m，防污性能中等。由于本区大部分区域无水或少水，植被基本不发育，仅泄洪区西区有小规模芦苇等植被。有人工养殖、油井开采等生产活动，对该区生态地质环境影响较大。总体该区生态环境较差。

生态地质环境脆弱性中等区（Ⅱ区）：主要分布于独流减河流入北大港水库河口处、泄洪区万亩鱼塘以及周边，北大港水库大部分区域、钱圈水库、沙井子水库、子牙新河和北排水河，分布面积168.54 km2。该区主要为湿地有水区。地表水以Ⅳ类和Ⅴ类水为主，该区地表水总体呈中度污染。土壤环境质量良好，无重金属和石油类污染，土壤盐渍化程度为中度，局部为轻度和重度。浅层地下水基本均为Ⅴ类，水质较差。包气带岩性主要为粉质粘土和粘土，厚度小于2 m，防污性能中等。北大港水库以及行洪区东部植被发育均较好，人类工程活动微弱；沙井子水库周边植被发育中等，人类工程活动中等，存在零星油井开采活动。

生态地质环境脆弱性低区（Ⅲ区）：主要分布于北大港水库西部和马厂减河一带，零星分布，面积共为17.74 km2。北大港水库西库为北大港湿地自然保护区核心区，保护程度高。马厂减河位于西侧，常年有水。该区水量较为充沛。该区主要为Ⅲ类水，无污染，水质较好。土壤无重金属和石油类污染，土壤盐渍化程度为轻度～中度。浅层地下水以Ⅳ～Ⅴ类水为主，水质较差。包气带岩性主要为粉质粘土，厚度小于2 m，防污性能中等。植被发育良好，基本无人类工程活动。总体上生态环境较好。

5 湿地保护管理对策建议

前述研究结果显示，研究区存在水量减少、水体污染等环境地质问题。本文针对上述问题提出以下湿地保护管理建议：

（1）集约使用水资源

要减少上游不合理拦截客水的建设，避免对下游湿地造成破坏和影响。同时应合理调配和利用水资源，要尽量为库塘和河流湿地留有一定的生态水，尤其是北大港水库，使水库成为生态、经济、生活型水库。同时，要加强水利设施和疏浚、浇灌工程建设，掌握好雨季的有利时机，设法将地表径流引入库区湿地，以增加湿地生态水功能。

（2）严防湿地水体污染

研究区水污染较为严重，主要包括农作物农药化肥使用、人类生活垃圾、石油污染等（污染组分主要为耗氧有机物、氨氮、挥发酚、石油类等）。应进一步加强这几个方面的管理。限定占地范围，做好隔离带。研究区周边乡镇均应建办污水处理厂，从源头上尽量减少乃至杜绝污染物排放。

（3）加强湿地生态地质环境监测

任何湿地自然生态环境保护区均是水-土-动植物和谐协调发展的产物，只有量化的调查与监测才能满足目前湿地动态变化研究的需要。监测内容主要包括湿地类型、面积、水文、水土环境以及生物多样性等方面。

（4）加大湿地保护宣传力度

我国加入《湿地公约》时间较晚，目前对湿地的生态环境价值和可持续利用重要性认识还不够深入。这就需要持久、广泛的开展湿地保护宣传，提高全社会的保护意识，增加广大民众对湿地保护的参与程度，发动公众参与湿地保护工作，通过对公众保护意识的提高，转变其对资源利用的观念，保护和合理利用湿地资源。只有全社会成员的共同参与，才能从根本上保证湿地环境得到保护。

6 结论

通过对研究区生态地质环境进行了单因子评价和脆弱性综合评价，得到以下认识。

（1）区内水质整体较差，除马厂减河、北大港水库外，大部分为V类和劣V类水。水质污染组分主要有：高锰酸钾指数、氨氮，局部区域存在石油类和挥发酚污染；土壤基本没有重金属和石油类污染，但土壤盐渍化较为严重，大部分区域为重度盐渍化土壤；包气带岩性主要粉质粘土和粘土为主，局部为粉土，包气带厚度范围为1～4 m，防污性能中等。

（2）本次研究将研究区划分为生态地质环境脆弱性高区（Ⅰ区）、生态地质环境脆弱性中等区（Ⅱ区）和生态地质环境脆弱性低区（Ⅲ区）。Ⅰ区要严防湿地水体污染，应进一步加强农作物农药化肥使用、人类生活垃圾、石油污染等这几个方面的管理。周边乡镇均应建办污水处理厂，从源头上尽量减少乃至杜绝污染物排放。Ⅱ区要集约使用水资源，减少上游不合理拦截客水的建设，避免对下游湿地造成破坏和影响。同时应合理调配和利用水资源，要尽量为湿地留有一定的生态水。Ⅲ区生态环境相对较好，建议定期开展湿地生态地质环境监测。