湿地探索者：数字工具提升社区参与水质建模以支持决策

本研究针对参与式建模输出成果难以被社区持续利用的问题，与环保组织Thames21合作，开发了交互式数字工具Wetland Explorer。通过可视化建模结果，使非专业用户能够理解并探索湿地建设对伦敦北部河流水质的影响。该工具成功通过用户测试，证明了数字工具在提升公众科学参与及支持环境协同治理方面的潜力，为参与式建模成果的实践转化提供了新路径。

　　

在环境治理领域，公众参与已成为一项重要的民主原则。从《奥胡斯公约》到欧盟《水框架指令》（Water Framework Directive, WFD），政策制定者越来越重视将当地社区居民的知识和经验纳入环境决策过程。英国虽已脱离欧盟，但其推行的“流域综合管理方法”（Catchment Based Approach, CaBA）仍被视为公众参与水资源治理的典范。CaBA要求在每个流域建立流域伙伴关系（Catchment Partnerships, CP），让公民社会组织、水务公司、地方政府等多方利益相关者共同参与长期规划。

然而，即使在这种设计先进的参与框架下，科学知识和技术专家依然在决策过程中占据主导地位。科学计算机模拟（computer simulation modelling）成为评估所有想法和建议的基准，这使缺乏科学专业知识的社区组织处于不利地位。虽然参与式建模（participatory modelling）项目试图通过让公众参与建模过程来整合当地经验性知识（experience-based knowledge）与科学知识，但项目结束后，建模输出（model outputs）往往难以被社区持续利用。科学家转向新的研究课题，而当地参与者通常无法独立使用这些科学成果。这不仅意味着公众在环境治理中的认知劣势未能根本改善，也暴露出参与式建模与纯科学研究同样面临成果难以被决策采纳的挑战。

为应对这一挑战，一个由社会科学家、自然科学家和软件专家组成的研究团队与伦敦环保慈善机构Thames21合作，开展了一项协同设计（co-design）项目。他们的目标是创建一个数字界面，使非专业用户能够理解并探索之前参与式建模项目的输出成果。该研究以伦敦北部河流水质管理为实证背景，重点关注人工湿地（constructed wetlands）对改善水质潜力的模拟。

研究团队采用协同设计方法，分阶段推进项目。首先，自然科学家利用INCA（Integrated Catchment Model）模型，结合Thames21及当地政府提供的知识和数据，对模型进行校准和情景模拟，更新了2017年参与式建模的成果，相关结果已发表在科学期刊上。随后，软件专家使用R语言的Shiny包开发了一个交互式网络界面的初始原型。该原型包含三个主要组件：控制面板、地图和图表，用户可通过选择不同的湿地建设和气候情景，可视化河流流量及硝酸盐、磷、铵等物质的浓度变化。

关键的技术方法包括：1）使用INCA模型进行水质模拟与情景分析；2）基于R Shiny开发交互式网络可视化工具；3）与环保组织Thames21及当地社区代表通过线上研讨会进行多轮协同设计与原型迭代；4）对工具的可理解性和可用性进行用户测试与评估。

通过一系列线上研讨会和迭代设计，研究团队与Thames21专家及当地志愿者共同对界面进行了深入改进。控制面板部分，增加了背景信息标签页，解释了湿地情景和气候情景的选择，并移除了难以直观理解的沉积物数值显示。地图部分，虽然点击点代表的是模型划分的理论子集水区（sub-catchments）而非实际观测点，但为避免误解，团队拒绝使用官方或俗名命名这些点，而是通过信息标签强调模型的构建性。图表部分，根据用户反馈将默认显示从整个九年时间序列调整为更符合体验的年度或18个月视图，并添加箭头指示数值变化对水质的影响方向（即数值升高或降低是向好还是向坏）。这一过程体现了科学建模、软件设计和当地环境知识三个领域的有效碰撞与融合。

经过多次修订，最终的工具被命名为“湿地探索者”（Wetland Explorer）。在由Thames21工作人员和当地志愿者参与的试验工作坊中，该工具获得了积极反馈。参与者认为它对于向更广泛的社区解释湿地建设的重要性具有重要价值。然而，一些深度参与过早期建模项目的志愿者提出了更深层次的问题：模型能否指示湿地的最佳建设位置？能否建议特定地点最适合的湿地类型？这些问题超出了当前工具的能力，因为它仅能可视化预设情景的建模结果，但却指出了公众在深入理解科学后对更具可操作性知识的需求。

研究表明，协同设计能够有效弥合科学建模输出与社区使用之间的鸿沟。Wetland Explorer的成功创建证明，数字工具可以提升非专业用户对复杂科学建模成果的理解和探索能力，从而支持更有效的公众参与和环境治理。然而，该研究也揭示出新的挑战：当公众通过参与式科学活动变得知识渊博后，他们会渴望获得能够直接支持其行动和决策的科学工具，这要求科学研究能够更直接地回应社区的具体问题。同时，数字工具的长期维护和可持续发展，也需要在研究项目结束后有相应的机制和资源支持。

该研究由Catharina Landstr?m等人完成，并发表在《Environmental Science 》上。它不仅为改进参与式建模的实用性和影响力提供了实践见解，也强调了在协同环境治理中，如何让科学更公平、有效地服务于所有参与者，包括那些组织起来的公众，是一个需要持续探索的重要方向。