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关键词:生态措施 生态系统 水下森林
1、 工程概况
本工程是一个以城市景观为主的城市内湖,生态修复湖面320000m2,清淤完成后平均水深1.74m,库容55700m3,集雨面积达16.59km2。随着环湖土地大量开发,周边污染源源不断进入,湖区水位并没有明显降低,湖面已被水浮莲密集覆盖,通过水质检测其主要水质指标全部超标,已经成为严重富营养化的湖泊,极大影响了湖泊的城市景观效果,为改善湖区周边的人居环境质量,实施湖泊的综合整治工程已势在必行。
2、 综合治理技术措施
从以往富营养化水体的治理与修复实践案例分析,采用单一技术治理富营养化水体的成效有限,因而选择采用外源与内源控制,工程与生态措施相结合的综合治理方案。
目前,此湖正在实施污水截流,初期雨水截流及净化,生态引水及底泥疏浚等综合整治工程。通过以上综合整治措施,可以有效控制外源污染的输入量和污染物的富集与释放,增强底泥对水体的净化能力,增加水体的复氧能力,使湖区水体水质在较短时间内有明显改善。但湖区内必须建立健康的水生生态系统,才能长期有效地控制内源污染。
3、水质和污染源分析
通过下表的水质检测数据可以看出,其主要水质指标全部超标,显示为劣Ⅴ类水质。
根据资料查阅及现场踏勘,此湖目前存在的主要污染源还有:地表径流污染和污水处理站尾水污染。其中地表径流污染主要由于其周边集雨面积较大,尤其是农村生活社区、农田及绿化地表径流是该湖污染负荷的主要来源。近几年,该地区降雨径流监测显示,各类城市降雨径流中的氮磷浓度差异较大,总氮,硝态氮,氨态氮与总磷的平均含量范围分别为1.96~6.77mg/L、0.62~4.89mg/L、0.35~1.18mg/L和0.04~0.66mg/L。
根据现有的污水处理站的资料分析,现有3座污水站尾水排放入湖,排放量为32800m3/d,排放标准为一级A。
4、 水体生态修复技术措施
此湖水体生态治理主要含6个部分:?生态拦截 ?污水处理站尾水入湖口处理措施
?水下地形改造 ④底质改良 ⑤生态系统构建 ⑥漂浮湿地。
4.1 生态拦截
4.1.1 生态集雨
湖区水体其中的主要污染为面源地表径流,采用雨水生态收集过滤渠净化路面及绿化带来的入湖污染负荷。
4.1.2 环湖生态湿地带
对于不易收集或集中入湖的漫流形式的地表径流,采用构建环湖生态湿地带的技术措施,过滤初级地表径流。
4.2 污水处理站尾水入湖口处理措施
4.2.1 生态浮岛净化系统
采用生态浮岛净化入湖污水,在达到水质净化的同时,又具有较好的景观效果。
4.2.2 复合湿地净化系统
为最大量的削减污水处理厂的尾水,采用表流湿地深度过滤污水,提升水质量标准。表流湿地的净化作用主要体现在:植物吸收、微生物分解、物理吸附。
4.3 水下地形改造
借助清淤工程开展,营造合理的水下地形,由陆域、湖滨区(0-40cm)、浅水区(40-100cm)、过渡区(100-150cm)、深水区(150cm以上)组成的多生境条件的水下地形,有利于生物多样性的恢复。
4.4 底质改良
底质消毒主要是杀死一些土壤表面的藻类孢子以及一些有害病原菌;底质改良主要对底质 pH等进行改善。经过底质预处理,可中和底泥中的各种有机酸,改变酸性环境,起到除害杀菌、施肥、改善底质的作用,含有水生动、植物生长发育所需的全部常量元素和大部分微量元素,这些元素都以离子状态存在,能被水生动、植物所利用。
4.5 生态系统构建
4.5.1 沉水植物构建
沉水植物是水体中的生产者及动物生境条件的营造着,在水生态系统中具有重要作用。
本案从湖区水深及功能定位选取沉水植物的种类及栽培区域。
浅水区(0-80cm)构建水生草皮系统;过渡区(80-150cm)构建水生森林I型;深水区(150cm以上)构建水生森林II型。
4.5.2 水生动物生态系统的构建
完善生态系统的食物链和食物网结构,实现水体生物多样性。通过滤食浮游藻类,有效控制蓝藻水华; N、P通过藻类营养级转化,以鱼产量形式得到固定,进而达到净化水质目的。
4.5.3 水生微生物净化系统
水生微生物在水生态系统中具有重要作用,实现了营养物质(污染物)从有机向无机的转化,有效分解水体中的悬浮物、沉积物、动植物遗体、碎屑等,因此,在建设生态系统的最后,完善有益微生物的种类及数量。
4.5.4 滨水湿地带构建
湖区水系的景观功能是本案打造的重点,依据陆域景观的不同,合理搭配适生、水生植物形成自然、生态的湿地景观,同时兼顾一定的水质净化效果。
4.6 漂浮湿地
漂浮湿地是采用漂浮物质及种植土拼着而成,可以漂浮在水面上,可移动也可以固定,栽培植物的种类可以是草皮、水生植物甚至是小型的灌木等。在湖区内构建漂浮湿地,具有一定的水质净化效果,同时提升水域景观。
5、水体维护
5.1日常维护:枯死植物更新补植、残梗败叶及时清捞、收割长势茂盛植物、及时捕捞动物,并视具体情况适量补充。
5.2专业养护:定期对景观湖水质进行检测
检测指标:氨氮、亚硝氮、硝酸氮、总氮、总磷、 CODMn、叶绿素a、浮游植物、浮游动物等;检测频率:1次/季度,具体检测频率根据实际情况而定。
6.注意问题
1)流域面积比较大,流域范围内的降雨、人类活动、市政建设活动对湖泊水生态系统具有较大的影响和扰动。
2)恶劣天气如台风天气、潮水顶托、强降雨等,使湖区水位超过常水位较长时间和反复次数过多,对湖区清水水生态系统造成破坏。
3)人们的放生活动会影响清水生态系统。禁止随意投放草鱼、鳊鱼、鲤鱼等鱼类。
4)外来物种如罗非鱼、福寿螺等对水生态系统也有破坏作用。
5)生态建设所采用的水生动植物品种均为项目区域土著物种或历史曾有物种,杜绝使用外来种或入侵种,保证湖区的生态安全。
参考文献:
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关键词:生态疏浚;深度;优化;调水;温瑞塘河
中图分类号:X52 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2017)10-0007-02
底泥是陆源性水体污染物的主要蓄积场所,是河流湖泊等水体的内源污染,是影响河流水质的重要二次污染源[1]。随着外源污染逐步得到有效控制,内源污染已成为影响上覆水体水质的重要因素[1-2]。有效控制底泥内源污染将是未来河流湖泊污染治理的主要战场之一[3-4]。目前,国内外河流湖泊内源污染治理手段主要包括工程疏浚、生态疏浚、原位固化等[5-7]。
生态疏浚,又被称为“环保疏浚”,已被公认为是控制河流湖泊内源污染的有效手段[8-12]。与传统的工程疏浚不同,生态疏浚主要通过绞吸等低影响方式将污染程度和风险较高的表层沉积物移除,要求在控制河流湖泊内源污染的同时,尽可能减少对河流湖泊生态系统的破坏。因此,疏浚深度的确定是生态疏浚的关键参数[13]。疏浚深度过浅,则不能充分去除污染物含量大和生态风险高的表层沉积物,不能有效控制内源污染;疏浚深度过深,则增加工程造价和淤泥处置压力,对水生态系统造成更大的破坏,影响后期的生态恢复。普遍认为,应该通过分析疏浚所要控制的目标污染物随底泥深度的剖面变化特征和环境风险,结合不同疏浚层的污染物可能释放强度来确定环保疏浚深度[14]。
浙江是我国典型平原河网地区,河流流速缓慢、容易淤积,由于工业发达和高城市化率,内源污染极其严重。为此,浙江省2016年“五水共治”的工作重点之一,就是全面打响清淤治污歼灭战,以杭嘉湖、宁绍、温黄、温瑞平原河网清淤为重点,清淤计划达10100万立方米。但是,现有清淤模式注重于清淤的“量”,对疏浚产生的大量淤泥仍无有效的无害化处置和资源化利用途径,对疏浚导致的生态风险考虑不足。此外,现有模拟疏浚研究主要针对湖泊,关于河流生态疏浚深度的研究仍然比较少,对生态调水背景下疏浚后水土界面污染物释放过程的了解仍然很少。为此,本研究以温瑞塘河为研究区域开展生态调水背景下生态疏浚深度优化研究,为“五水共治”提供科技支撑。
1 材料与方法
1.1 样品采集和处理
研究区域位于温瑞塘河流域舜岙河。该河段位于南柳美食街附近,除了受农村生活污水影响,还受餐饮废水影响。由于近年来尚未疏浚,淤积程度较高,是一个理想的研究区域。于2016年9月13日,采用自制的底泥柱状样采集器(内径5cm)采集柱状样。由于淤积程度较高,无法分为污染层、污染过渡上层、污染过渡下层和正常泥层。因此,用等距离方法,以5cm为距离,从表层到底痈钊0-5cm、5-10cm、10-15cm和15-20cm共4个泥层。
1.2 原水培养实验设计
分别将各泥层转入量筒(内径5cm、容积为500mL),制成实验装置,每个装置设置2个平行。沿量筒壁缓慢注入河道原水达到500mL刻度。中途不换水,实验周期与实验组相同,实验周期结束后测定对照组最终的相关水质参数。
1.3 模拟换水培养实验设计
分别将各泥层转入量筒(内径5cm、容积为500mL),制成实验装置,每个装置设置2个平行。沿量筒壁缓慢注入自来水达到500mL刻度。因温瑞塘河流域生态调水水源来自珊溪水源地(为自来水),本研究以自来水模拟生态调水水源。每隔3天换水一次,总共换水5次。每次移出的旧水用于测定相关水质参数,观测每次换水时每个土层上覆水污染物浓度。
1.4 水质测定
在采集底泥柱状样时进行地表水水质监测。水样用聚乙烯瓶收集,滴加固定液后放入便携式冷藏箱保存,带回实验室后分析。水样总氮(TN)和总磷(TP)的分析方法分别为碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法和钼酸铵分光光度法。
2 结果
2.1 原水培养实验结果
在采集柱状样时,采样点上覆水TN和TP浓度分别是6.69mg L-1和0.46mg L-1。按照《地表水环境质量标准(BG 3838-2002)》,该河段原水TP浓度为劣V类水质。由于《地表水环境质量标准(BG 3838-2002)》并未给河流TN浓度分级分类,因而无法评价。经过16天的室内原水培养后,各泥层上覆水TN和TP浓度详见表1。由表1可见,不同泥层TN和TP浓度范围分别为4.46-6.50mg L-1和0.13-0.15mg L-1,平均值±标准差分别为5.13±0.96mg L-1和0.15±0.01mg L-1,变异系数分别为18.7%和6.9%。由于变异系数都很小,说明原水培养后各泥层上覆水TN和TP的浓度的差异非常小。以平均值跟原水相比,TN和TP浓度下降率分别为23.3%和67.4%,各泥层TP浓度符合III类水质。
2.2 换水培养实验结果
通过换水培养实验,模拟生态调水对水质的改善作用。经检测,自来水水TN和TP浓度分别是1.09mg L-1和0.10 mg L-1。按照《地表水环境质量标准(BG 3838-2002)》,自来水TP浓度均符合II类水质。在模拟换水培养实验中,先后经历了5次换水。不同泥层上覆水模拟换水培养上覆水TN和TP浓度的动态变化见图1。由图1可见,不同泥层上覆水TN的浓度都具有随着换水次数的增加降低的趋势,在第3次换水以后TN浓度都稳定在2.00mg L-1以下,在第5次换水以后TN浓度都稳定在1.50mg L-1以下。不同泥层上覆水TP的浓度也都具有随着换水次数的增加降低的趋势,在第5次换水以后,除了0-5cm泥层,其余泥层TP浓度都在0.10 mg L-1以下,符合II类水质(图1)。
3 讨论
3.1 环境本底值及其意义
在天然河道中,水体污染物的浓度受内源和外源污染的影响,也受土水界面污染物吸附/解吸附的影响[3]。在室内原水培养实验中,因切断了外源污染,水体污染物的浓度则主要取决于内源污染和土水界面污染物的吸附/解吸附。从这个角度考虑,室内原水培养后的最终污染程度,在很大程度上体现了该河段水体的背景污染水平。受此启发,我们发现TN和TP的最终浓度可以代表该河段“环境本底值”。以各泥层上覆水TN和TP浓度平均值为准,该河段TN和TP的环境本底值分别为5.13±0.96mg L-1和0.15±0.01mg L-1,TP的环境本底值符合III类水质(表1)。
明确河段水体污染物环境本底值具有重要的实际意义。当前,随着“五水共治”的不断推进,温瑞塘河流域加大了环境污染整治力度,但是由于城中村和农村截污纳管工作的推进困难重重,导致外源污染难以彻底控制,加之环境本底值本身并不低,导致水环境质量仍然难以实现根本性改善。这也是温瑞塘河流域大部分水质监测断面仍然属于劣V类水质的重要原因之一。为此,我们建议,对于流域水质的改善程度,在短期内不应该以“消除劣V类”为考核指标,而更应该在明确环境本底值的基础上,以“接近环境本底值的程度”为考核指标。
3.2 生态疏浚深度的优化
室内原水培养实验结果表明,在切断外援污染的前提下,如果不进行生态调水,各泥层TN和TP的最终浓度仍然处于较高水平。实际上,外源污染的彻底截断是不现实的,因而时至今日温瑞塘河流域大部分水质监测断面仍未劣V类水质,而超标的水质参数恰恰就是TP为主。可见,许多流域,特别是平原河网,不仅需要生态调水,还需要生态疏浚。
在换水培养实验中,我们用自来水模拟生态调水水源,观测各个泥层上覆水水质的动态变化。因切断了外源污染,水体污染物的浓度则主要取决于换水次数和土水界面污染物的吸附/解吸附。对于不同泥层,虽然上覆水TN浓度的动态变化曲线比较接近,但是也比较清晰地显示出泥层深度越深上覆水TN浓度越低(图1)。TP浓度的动态变化清晰地显示,0-5cm泥层的上覆水TP浓度明显高于其余泥层。以往很多类似研究也表明,表层泥层是生态疏浚的首要目标(图1)。一旦将表层泥层疏浚,结合生态调水和外援污染控制,才能真正实现水质的根本性改善[15]。综上所述,对于温瑞塘河流域的研究河段,最佳的生态疏浚深度约为5cm。
4 结语
以温瑞塘河舜岙河段为研究区域,通过室内原水培养实验和模拟换水实验,首次开展生态调水背景下生态疏浚深度优化研究。通过原水培养实验,发现该河段TN和TP的环境本底值分别为5.13±0.96mg L-1和0.15±0.01mg L-1。流域水质的改善程度,应该在明确环境本底值的基础上,以“接近环境本底值的程度”为考核指标。对于温瑞塘河流域的该研究河段,最佳的生态疏浚深度约为5cm。要真正实现水质的根本性改善,不仅要进行生态疏浚,还要结合生态调水和外援污染控制,任重道远。
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摘要:阐述采用生态修复技术治理污染水体的机理及其运用需应注意事项。
关键词:生态修复;食藻虫;水生植物群;水生态良性循环
中图分类号:S718 文献标识码:B随着我国经济的快速发展,湖泊、河涌及水库等水体的污染也日益严重,大量含氮、磷肥料的生产和使用,食品加工、畜产品加工等造成的工业废水和大量城市生活废水,使水中富含氮、磷等植物营养物质。有了充足的养料保证,藻类,特别是蓝藻(主要是铜绿微囊藻)泛滥成灾,严重污染水质。蓝藻细胞外面被一层厚厚的多糖类物质所包围,这些藻胶和多糖类物质几乎不能被任何高等动物的消化酶所分解,国内外许多工程案例都尝试采用高等动物包括鱼类治理蓝藻污染,均未获得理想的结果,蓝藻几乎成了食物链和生物链的盲端。由于蓝藻的爆发,会造成湖内缺氧,沉水植物不能进行光合作用,导致沉水植物灭种,各种水生物缺氧而无法存活,整个水生态系统失衡,藻类成为水体中的主导物种,最终导致水体变绿变黑。
本文介绍完全采用生态修复技术治理污染的水体
一、采用生态修复技术治理污染的水体机理:
1 采用食藻虫处理控制藻类
食藻虫是一种经长期改良驯化的可控制藻类污染的低等甲壳浮游物。
食藻虫能够大量摄取蓝绿藻、腐屑、悬浮物与有害菌类,同时,其本身又是鱼虾蟹贝等水生物所喜爱的食物。这样,处于食物链盲端的蓝绿藻转化成为水产品的途径被有效地打通了,从而使水体的藻类污染得以根治。蓝藻适宜生长在弱碱性的水环境中,经驯化的食藻虫所产生的排泄物具备弱酸性,可有效降低水体的PH值,使蓝藻的生长受到抑制。食藻虫消除藻类后,水体透明度大大提高,有益于其它水生物的生长,同时,由于食藻虫的生物特性,可将微生物等带动在水体中的分布和生长,为沉水植物生长创造条件。食藻虫引导的沉水植被生态修复技术对水体净化效果的稳定性好(见图1)。
2 建立水生植物群,恢复物种多样性:
在水体中种植沉水植被、挺水植物、浮叶植物群落,并通过沉水植被的光合作用把大量的溶解氧带入底泥,使淤泥中的氧化还原电位升高,促进底栖生物及微生物的繁衍,进一步促进水体生态系统恢复多样化。
(1)挺水植物:主要靠根系吸收部分淤泥中的营养物质,光合所需碳源来自空气中的二氧化碳,产生氧气直接排入大气。
(2)浮叶植物:从根系和浮叶背面吸收水体和淤泥中营养物质,但碳源也主要来自大气,产生具备净化力的氧气通过浮叶大部分进入大气;对上层水体有 一定净化力。
(3)沉水植物:根系和整个叶面直接吸收水体和淤泥中营养物质,所需碳源直接从水体中吸收,产生的氧气直接对自下而上对整个水体产生巨大的净化力。 综上所述,恢复沉水植物――“水下森林和水下草皮”,是水域生态恢复自净能力的最优化模式。
目前使用较多的边坡驳岸挺水植物、浮叶植物湿地净化法――这种方法从水域立体造景上意义重大,但从城市景观水体净化意义上来分析,有较大偏差。不同水生植物水质净化作用与自身代谢(二次富营养)百分比:(敞开于屋顶的试验,包括空气污染),(见表1)。
在水体中种植沉水植被,如轮藻群落、篦子眼子菜群落、苦草群落、海菜花群落等,使水体产生制氧功能,水体中的有机物被氧化成无机盐而加速结晶下沉。沉水植物根系将有效吸收底泥养分,使底泥中有机物被矿化,形成表面的矿化层覆盖下部淤泥层,减少有机物进入水体,沉水植被替代蓝绿藻进行水下光合作用,释放出大量的溶解氧,吸收掉水中过多的氮、磷等富营化物质,能形成水域生态“水下森林”和“水下草皮”自净功能, 也能进一步抑制蓝绿藻。沉水植被恢复后,底泥氧化还原电位升高,有利于水生昆虫和水生底栖生物的大量滋生,在沉水植被共生作用下,“水下森林”和“水下草皮”形成底泥营养物质的封存和生态链自净(物质能量的逐步吸收转化)。食藻虫引导沉水植物进行生态修复有利于水体维持高透明度。
3 建立水生动物群,进一步恢复物种多样性:
在水体中投放优选、养殖的水生动物:如鱼、虾、本地螺、贝等水生物,促进水体的微循环,为其它水生物的生长创造更佳条件。水体及底泥中的营养被沉水植物吸收,当植物生长过快时,可以适当收割。同时水体中的鱼虾及螺、贝等水生动物能食用部分植物及食藻虫,当鱼类等过度生长时,可以适当捕捞,从而形成水体养分向水生动植物的转移。通过收获有机水产品把水体水中的氮、磷等富营养物质从水体中转移上岸,彻底降低水体水中的富营养化程度。
4 完整建立健康的水生态良性循环系统
(1)从已有的研究结果看,水生植物可以显著提高富营养水体的水质,对氮、磷污染也有明显的净化作用。同时水生植物能抑制浮游植物的生长,从而降低藻类的现存量。因此,恢复以水生植物为主的水域生态系统是净化水质的合理有效措施和保障生态系统良性循环的重要措施(2)。水体彻底消除水体富营养状态,能使修复后的水体具备了自净功能,一般少量污水(每日排入不超过5%修复水体总量)可以通过水体生态系统所具备的净化功能自净。沉水植物和水生动物成为水中的主导物种,藻类不再有生存空间,水体可以保持长期清洁(见图2)。
二、采用生态修复技术治理污染的水体的优点
1 全生态的水质净化技术体系,不使用任何化学药剂净化水质,不使用诸如杀藻制剂、杀草剂等,无任何生物的或者化学的二次污染;水质主要富营养指标在生态系统稳定后达到国家地表水三类标准,洁净的水体大大减少蚊蝇滋生,提升环境的舒适度。
2 不需要建设水体的净化设备用房(即不需要水域以外的占地)。
3 符合打造节能低碳社会的建设理念水质能持久保持地表水三类标准,终年不需换水,水体本身具有自净功能。修复完毕后,日常使用中不需采用任何电力设备来维持,水生植物本身可以吸收二氧化碳并产生氧气,实现“负碳”。
4 由于水生植被能够固化水底淤泥,吸收底泥中的养分,将底泥中富营养成分彻底转化成水生植物纤维素,所以无需清除水底淤泥,也不需排干水体。
5 景观优美:水底布满水草,鱼虾嬉戏其中,恢复自然优美水景,透明度可以达到2米,水质清澈,水下景观充满生机。
6 效果持久:水体修复后经过合理维护,目前最早完成的项目已长达6年多,仍然保持良好状态。
7 维护简便:运用“食藻虫”治理水体富营养化污染,依靠生态系统食物链关系,形成生态系统良性循环。生态系统建立后,景观得以构建和保持,后期只要加以适当维护,调整物种种类和数量,维持自净的生态,效果即可长期保持。
三、采用此技术治理污染水体的适用范围及应注意事项
1 仅适合相对封闭的水体,一般补充水量不宜超过总体水量的5%,且水质为一级排放标准的A类。如果总水体量很大,可以适当的加大补水量。
2 水体面积的适合范围不宜小于1000平方米,因为水体总容量太小,建立起来的水生态平衡抗冲击能力较弱,且投资成本较高。
3 对水深的要求,水深宜为为0.8~3米之间,最小水深不得小于0.5米。对于我国的南端如三亚,水深不得小于1米,因三亚的气温常年较高,避免水草热死;我国的北端如长春,水深是冰冻深度加上水草要求的生存水深度。因此各地的气候条件也决定了水深要求也也不同。
4 由于我国地缘辽阔,南北气温相差大,相对应的水草习性也有不同。例如在北方的水沉草就需冬眠,当水结冰后,冰下水温一般在2~3℃左右,冰层融化后,水草又可从冬眠状态苏醒;而南方的水草需选用需耐水草。因此根据不同的气候及水质条件,应选择不同的水草种群进行搭配,同时对投放食藻虫的时间和数量都需根据实际情况进行设计调配。
5 整个水生态系统的生命周期,理论上可达到数十年,有待项目运行验证,现目前已运行的水域仅为6年(北京圆明园―凤麟洲64000 水深:0.8-2m 竣工时间:2008年)。
6 比传统污水处理方法一次性投资高,建立一套完整水生态体系,所需费用约250元/ m2,但其后期维护费用较低。
7 应注重水生态体系的维护及保养,对于连续水域,一般10000平方米需配置一名专业的水域保管员。
广州麓湖公园(聚芳园)
施工面积:1300完工时间:2011年5月效果保持至今(见图3-图5,表2)。
结语
在全球气候变化的背景下,“低碳经济”、“低碳技术”日益受到世界各国的关注,所以在条件许可的情况下,应积极广泛的采用生态修复技术治理污染水体。
参考文献
水环境修复的目标是将生态系统恢复到未被破坏前的近似状态,并能够自我维持动态平衡,是实现渔业可持续发展的迫切需求。具体措施包括降低水体中的污染物浓度,开展生境的修复与保护工作及水生生物种群保护与恢复工作。水污染处理技术可分为物理技术、化学技术和生物技术三个类别,其中生物技术应用最普遍,在国际上已经形成了成熟的方法。水生的植物、动物和微生物在满足自身生长需求的同时将污染物分解,并有效控制水中N、P等营养物质释放,增加水中的溶解氧含量,抑制藻类生长,稳定水体生态平衡。对于受干扰的自然水体,一方面要建立人工鱼礁、牡蛎礁等工程设施,人工鱼礁的历史可追溯到20世纪60年代,由日本首先列入国家计划,主要材料为混凝土和钢铁,当前也有利用生物制品如牡蛎壳作材料,为典型优势生物如华盛顿近岸河口太平洋大蟹提供栖息生境;另一方面要建立重要物种自然保护区,除了保护自然生境外,更重要的是在不破坏生态平衡的前提下对自然栖息地进行修复和重建。国内处理水体中污染物较常见的操作方式有设置生物浮床、混养底栖生物和投放微生态制剂等,修复的持续时间相对较长。此外,也要采取措施控制污染物的排入总量,尤其重视养殖区域的非点源排放,从源头防止生态环境破坏。人工设施方面我国起步较晚,20世纪80年代才开始试点建设人工鱼礁,使用的材料从早期的旧轮胎、旧船体等废旧品逐渐发展成现在的钢筋混凝土、钢材、玻璃钢,并逐步从小型鱼礁过渡到大型鱼礁。人为构建牡蛎礁也显著增加了礁上大型底栖动物物种数和总生物量,提高了固碳能力,同时鱼类洄游通道和产卵场人工修复措施已成为我国的研究特色。近年来,我国越来越重视自然保护区建设,国家级自然保护区投资10年间增长了2.3倍,达到82.5美元/hm2。根据我国国情,构建水生自然保护区分为三个步骤:①评估拟建区域内的资源总量,渔业资源调查是珍稀水生生物种群保护与恢复工作的前提,首先要建立长期基础性调查体系,由国家资金持续稳定支持;②根据实际需求建立新自然保护区和加强现有保护区管理,目前我国共有自然保护区2349个,其中水生生物自然保护区230个,约占总数的10%,目前存在缺乏专门管理机构,未建立健全规范的水质和生物监测流程等问题,并亟需构建适宜的评价指标体系;③通过开展增殖放流恢复被破坏的渔业资源,其中增殖放流效果评估是重中之重,主要利用放流个体标记和回捕率分析来衡量,目前除传统实物标记外,分子标记和耳石标记等新型标记法也逐渐成为研究热点。此外,增殖放流对野生种群规模和遗传多样性、生物群落结构、生态系统的影响及风险防控研究也需要引起重视。
2污染事故应急处置关键技术
随着城市现代化建设的高速发展,突发性水污染事故频繁发生如松花江水污染事故、太湖蓝藻暴发、铜矿水渗漏事故等,造成重大经济损失的同时也严重污染了水环境,因此,事故应急监测和应急处置方面的研究非常必要。总体来看,发生频率高、污染影响大的水环境污染事故主要有溢油、化学和有机污染物、重金属和水体富营养化污染等几个类别。针对海底管道泄漏和海底井喷两种原油泄露源,分别对应水下干法、湿法维修和盖帽虹吸法、打减压井法等不同的封堵技术。2010年美国BP墨西哥湾溢油事故应急处置案例中将上述关键技术结合运用,形成了一套应急处置方案,最终原油消除率达到80%以上。针对化学物质和有毒有机物泄漏类污染事故,标准的处置流程为:首先,采取措施堵塞排水口,尽可能减少化学物质随着排污水管线流入天然水体;其次,根据自然条件如风向等确定污染区域,进行布点采样监测,确定水体中污染物的浓度;然后,根据泄漏化学物质的性质,选择燃烧、投加活性炭、投入试剂进行氧化还原反应、微生物分解等手段,降低污染物浓度;最后,对污染区域进行跟踪监测,掌握污染物变化趋势,确保完全消除对环境造成的有害影响。针对重金属污染处理的传统方法包括离子交换法、硫化物沉淀法。目前,污染小、去除率高的电化学凝聚法及微生物和植物吸收法是目前的研究热点,更适用于静态水体(如湿地或池塘)污染时使用。例如有研究表明利用凤尾蕨除砷,3个月内砷浓度可以从10.2μg/L降至2μg/L,砷积累量达161mg/kg。针对水体富营养化,通过研究藻类生长机制、环境条件等控制因素,用生态工程技术控制藻类暴发,能够从源头抑制水体富营养化。随着我国城市现代化建设的高速发展,突发性水污染事故频繁发生,但处置水平还稍显不足,需要借鉴发达国家经验,重点进行关键技术、装备和材料的研发,形成应对不同类型污染事故的标准流程。针对海上溢油开发环保型表面活性剂、高性能吸油毡等,还可进行微生物分解原油的筛选和探索,从根本上提升溢油应急处置能力。针对化学物质污染,在我国苯类物质泄漏事件的发生几率较高,目前常用燃烧法进行处置,但难以完全消除有害影响,对其消解规律和新型治理方法的研究应引起特别重视。针对重金属污染,我国学者对砷、铬、镉等的处置方法也进行了大量研究,以铁或铝作为阳极,生成的氢氧化物可作为絮凝剂与砷酸根离子发生反应,达到除砷效果;以水洗废啤酒酵母为吸附剂,对镉的去除率大于96%;采用堆肥-零价铁混合渗透性反应墙(permeablereactivebarrier,PRB)除铬,去除率接近100%,但利用电化学和植物吸收重金属的方法还未见报道。针对水中的氮、磷以及有机污染物积累引起的藻类暴发,大部分湖泊地区采取人工打捞收获藻类的传统方法,虽然能有效减轻局部水华灾害,缓解藻体死亡分解引起的毒素污染,但只是暂缓蓝藻进一步蔓延,并造成人力资源、水资源浪费,亟需借鉴国外先进经验,转变污染处置的理念,从治理转变为预防,研究控制藻类爆发的有效方法。
3重点发展方向
通过对渔业生态环境学科研究现状的系统梳理,可以看出近十年我国在生态环境学科方面的研究取得了显著进展,主要的技术和流程也日趋成熟。而针对目前的政策导向和研究热点,今后应更重视机理性、规律性研究和基础数据库构建,明确学科重点发展的方向。
3.1国家级大型环境监测数据
网构建研究我国环境监测网的基本架构已经比较成熟,未来研究重点应放在运用新型设备采集监测数据,并由政府相关部门牵头构建大型环境监测数据共享平台。新型水质监测设备如电化学传感器能够显著提高监测相关参数的效率和准确性,减少人工成本。环境监测数据共享平台属于政府支持的长期基础性科研数据库构建的重要组成部分,其中包括环境监测专题数据库,涵盖所有监测点的监测指标如水温、水体pH、典型污染物的浓度等,由环境监测站定期录入,可供环境相关研究人员查询;此外,还包括遥感影像数据库,涵盖全国多时相的卫星影像和资源卫星数据。
3.2灾害预警的机理性研究
目前,我国对环境灾害的预警还停留在经验预测法和统计分析法,对灾害的机理性研究偏少,理论研究方法比较落后,与国外相比还有较大差距。并且我国对赤潮预警的研究相对较多,对其他环境灾害的研究目前还很欠缺。下一步的研究重点首先应该放在构建稳定合理的赤潮灾害预测模型上,选取赤潮多发的典型区域,根据历史数据统计,合理运用数值分析方法如模糊推理法,通过各种物理-化学-生物耦合生态动力学数值模型模拟赤潮的发生、发展、、维持和消亡过程,尽可能排除环境因子选取的主观性和盲目性,提高赤潮灾害预测的精准度。除赤潮外,洪涝、海冰、海啸等由多种因素综合引起的环境灾害都可借鉴这种数值预测方法。
3.3分子水平上污染物对生物毒理作用和遗传变异规律研究
目前对常见污染物在水体中的存在形式、富集状况和迁移转化规律研究较多,但污染物在分子水平上对生物的毒理作用和遗传变异研究还不够,特别是重金属和持久性有机污染物在生物体内富集和沉积,长期过程中对本体细胞产生的影响,其致癌、致畸、致突变作用的机理等仍没有进行深入和系统的挖掘。加强分子水平上的研究能够明确污染物对生物造成危害的具置和作用机理,并跟踪和监测DNA的变化,从而为研究消除典型污染物危害的方法提供基础和依据。
3.4水环境修复与健康养殖的整体策略
研究人工鱼礁、洄游通道等设施的构建都是水域环境修复的常用手段。目前,海洋牧场、池塘一体化养殖等整体性环境修复与健康养殖结合的策略逐渐受到关注。该策略把资源环境、装备、养殖等学科有机结合起来,在一定水域内采用规模化渔业设施和系统化管理体制,利用自然的海洋、湖泊、池塘生态环境,将人工放流的水生生物聚集起来,对鱼、虾、贝、藻等生物资源进行有计划和有目的的放养,在海上范围更广,称为海洋牧场;在淡水池塘中的一体化养殖则需要更多的人工干预如投喂、水质监测等。海洋牧场和池塘一体化养殖既能够修复被破坏的环境和自然水体中的生物群落,又能够保证一定的经济效益,是目前环境修复的研究热点。
4展望
一提到经济学似乎都要回溯到亚当・斯密那里去。1776年斯密发表《国民财富的性质和原因的研究》。自此,传统的西方经济学一直都认为,生产的目的只有一个――创造财富。这种财富,实质上是一种社会财富。表现在农业经济中是粮食、牲畜、家具、衣服等;在工业经济中则是面包、牛奶、公路、铁路;在后工业经济中则是计算机、音响、核电站等。在创造以上这些财富的过程中,自然生态系统受到严重的影响甚至损害。斯密之后200多年,作者汲收各方面学科的进展,明确提出:修复和维系生态系统也是生产的又一个目的,也是创造财富,这是创造“第二财富”,或者说,是创造自然财富。这个观点不啻一个重要的思想创新。
第二财富,这个概念其实就在我们的生活中。作者举例说,我们在一个缺水的城市建设了四环路、五环路,建设了100座高楼大厦,如果在几十年后,由于不断地超采地下水,造成日益严重的河流断流、湖泊萎缩以及湿地干涸,以致最终出现荒漠化,那么所有的环路和大厦的价值都将为零。因此,生态系统是财富的基础,是同等重要的财富。
第二财富,这个思想构成了新循环经济学的灵魂。新循环经济学是作者的一项创建,且已得到国内外众多学者的认同。有了“第二财富”这个概念,传统经济学与新循环经济学在回答生产什么、怎么生产、为谁生产这样一些基本问题上,就立即显示出根本差异。作者认为,修复和维系生态系统就是在创造财富。传统的经济学把自然系统视为“外部”,解决自然系统问题是外部性问题。而新循环经济学研究的是社会经济、科学技术和自然生态的大系统,社会财富与自然财富加总而成的大财富来自于大系统!
第二财富,这个理念必然通过改变经济指标体系从而带来发展观的重大变化。有了第二财富的理念指导,实际上就对自然生态进行了定价和计价。更合理的国内生产总值,或称为“绿色GDP”,应该统计自然资源和生态系统破坏的成本。作者在书中充满信心地预言:建立了这一体系,人民就不会对建设与污染总量相当的负工业增加值高的工业项目有积极性;有了新法规,外商对此类项目的投资也会被拒之于门外。即便建立,投产后既无高工业增加值可言,又无利税,地方也不会再保护它。这样就可能从根本上杜绝新的大污染源的产生,并有效制止污染的反弹。
政府、企业、研究界“三元参与”
如何创造第二财富?作者给出了“三元参与”理论,就是政府、企业和研究界的通力合作,形成合力。
就研究这部分而言,生态文明和循环经济的软研究尤为重要。同样,任何一个生态系统的组织与生态恢复技术研究界的结合也十分重要。实际上,由于作者本人具备深厚的自然科学和技术功底,同时长期深入研究循环经济理论,在《百国》中,我们充分感受到这两种研究互相交织的巨大魅力。
在整个生态修复、创造第二财富的过程中,政府的作用是主导性的。《百国》比较详细地提供了自1998年3月至2004年10月这80个月里,黄河断流修复、扎龙湿地修复、在绵阳建立生态节水(防污)型社会建设指标体系、在苏州水乡推动建立水务局、在桂林兴建我国第一组生态水库等多个生动案例。这段时间,正是作者身兼全国节水办副主任、水利部水资源司司长的80个月。所以这些创造第二财富的过程,我们能够感受当时的水利部与地方政府及其职能部门通力合作的情形;感受到作者一手握住政府职能的指挥棒、一手握住思考的笔,将研究工作融入政府部门工作的情形。
在构建生态系统的过程中,没有企业的积极参与,也必然行将不远。一方面,创造条件让企业参与,这是政府的职责。另一方面,企业完全可以从构建生态系统中,寻找到企业自身的财富。在苏州水乡生态修复的案例中,政府管理部门把污水处理费提高到1.10/t,招来了三大路财神(企业)。因为污水处理由政府投入的公益事业变成为微利的稳定市场,所以就有人投资。在丹麦卡伦堡生态工业园的案例中,工业共生体(industrial symbiosis)使得园区内部的七家企业纷纷受益。因为一个企业的生产剩余或副产品成为其他企业从事生产的资源或半产品,从而使企业群体在整体上降低成本、提高效益、节约资源与能源。
更一般地看,推进生态修复,创造第二财富最为重要的载体和典型就是生态工业园。在一个生态工业园中,企业是不是能够创造第二财富,也是有条件的。包括:企业要具备自愿构成互利的生态共生体的条件;要有开发或支持开发环境友好和生态修复技术的能力;要有积极参与地区生态修复的愿望与能力等等。三十年百国足迹
《百国》是有分量的。它浓缩了作者在过去30年中遍布6大洲100多个国家的不同寻常的足迹。在世界河流考察中,作者记述了亚马逊河、恒河全流域、澜沧江一湄公河全流域、多瑙河全流域、易北河全流域的生态状况;在世界湖泊的考察中,作者记述了维多利亚湖成灾、日本琵琶湖的污染治理;在世界湿地的考察中,作者记述了钏路湿地、白俄罗斯湿地的历史变迁;在世界草原考察中,作者记述了潘帕斯草原、乌克兰草原、英国草原生态系统的现状与发展;在荒漠考察中,作者记述了美国、埃及、澳大利亚的沙漠开发计划;在海岛考察中,作者记述了古马岛、冲绳岛、台湾岛的生态问题。此外,作者还对美国、法国的水资源管理体制等方面,多有陈述。
《百国》是有分量的,还因为作者百国考察、20省实践生态修复的30年,正是中国的生态环境发生巨大变化的30年。当我们专注于生产出更多的产品,成为“世界工厂”时,疏忽了生态问题的思考,留下了许多生态问题。一些经济发达地区没有为可持续发展创造出足够好的、足够多的第二财富!可以说,我们在环境与生态方面的教训是沉甸甸的。
关键词 适应性管理;污染物控制方案;复杂性;公众参与
中图分类号 X524 文献标识码 A 文章编号 1002-2104(2011)02-0073-06
水污染的根本问题是有效控制污染源。为控制水污染,遏止水环境恶化的趋势,我国基于水环境容量提出了污染物排放总量控制的思路[1]。目前,这种方法在太湖点源污染防治中取得了良好的效果。近10年,太湖流域地区生产总值翻了两番,但主要污染物COD的排放量仅增加了一倍,总磷、高锰酸盐指数指标在“十五”期间基本保持稳定。然而随着新型污染源凸显、生活污染和农业面源污染问题较难得到有效遏制以及更为严峻复杂的社会经济环境,这种根据固定环境容量从全局出发自上而下确定污染物排放量和削减量的控制方法受到了极大的挑战[2]。本文首先从规划内容与目标、规划方法、方案实施与效果及监督与评估等方面对太湖近20年水污染物治理历程进行综合分析,然后分析太湖水环境污染物排放的特点与趋势,并探讨政府管理协调对象和方法的变化,最后基于适应性管理研究太湖水污染控制体系的构建。
1 太湖水环境治理方案总结与分析
在近十几年里,无论是中央政府还是地区政府都对太湖水环境治理给予了极大重视,在中央或流域层面出台的主要措施与方案有:太湖水污染防治“九五”计划及2010年规划、1998年的“零点行动”、太湖污染防治“十五”计划、太湖流域水环境综合治理总体方案及最近的“十二五”保护和治理太湖议案(表1)
1.1 方案内容与目标
内容上,由表1知,“九五”计划及“零点”行动以工业点源、城市污水处理为主。由表2知,“十五”计划和总体方案加强了垃圾处理、农村面源污染防治、生态修复及“引江济太”工程,反映了由工业点源污染控制为主向工业点源与农业点源污染控制相结合的转变、城市污染控制为主向城市与农村污染控制相结合的转变的思路。总体方案还增加了节水减排与及科技支撑方面的投入。“十二五”议案还积极探讨了协同治理和公众参与方式等。
目标上,由表3知,“九五”和“十五”计划定的太高,时限要求过紧,实际统计值与目标值相差甚远,总体方案重新进行了核算,但指标仍比较刚性,灵活性较差。这也导致了方案实施目标没有得到很好的落实,如“九五”计
表1 近20年国家针对太湖水环境治理的重大措施
Tab.1 Significant plans for Taihu environmental protection during the recently 20 year in China时间
Period控制方案
Control plan主要内容
Primary coverage1996太湖水污染防治“九五”计划及2010年规划确保1998年底全流域工业企业(包括乡镇企业)及集约化畜禽养殖场和沿湖的宾馆、饭店等单位排放的废水达到国家规定的标准;2000年集中式饮用水源地和出入湖的主要河流水质达到地面水Ⅲ类水质标准,实现太湖水体变清;2010年基本解决太湖富营养化问题,湖区生态系统转向良性循环。1998 “零点”行动在1998年底,太湖地区1 035家重点污染企业必须全部实现达标排放。这1 035家企业中,江苏省占770家,浙江省占257家,上海市占18家。2000太湖污染防治“十五”计划加大城市及工业污染防治力度,补充有效控制磷,氮污染物的措施。启动湖泊生态恢复工程,重视农业、农村污染防治、明显改善梅梁湖、五里湖重点水域水质、全面保证饮用水源地及跨省市界断面水质。管理上实行行政首长负责制。2008太湖流域水环境综合治理总体方案主要措施包括:工业点源治理,污水和垃圾处理,农村面源污染防治,生态修复工程,“引江济太”引排工程,节水减排工程,产业结构和工业布局调整等。方法采取总量控制,浓度考核;管理采取三级管理,落实责任,实行河长制。2010“十二五”保护和治理太湖议案主要从以下5个方面保护和治理太湖:(1)全面推动经济转型升级;(2)严格控制农业面源和城镇生活污染;(3)恢复太湖生态系统;(4)着力促进流域协同治理;(5)积极倡导建设节水型社会。资料来源: “九五”、“十五”及总体方案等资料整理而得。
划实施后,2000年COD和TP的统计值分别为目标值的2.8和3.6倍,“十五”计划实施后,2005年COD的统计值为目标值的2.2倍,与规划值相差较大。
究其原因,《太湖流域水环境综合治理总体方案》认为主要是由于产业结构及布局不尽合理、农村面源污染治理严重滞后、水环境监测和预警应急能力不强、法规不完善,执法不严、部门分割管理,缺乏相应的合作机制以及资金筹措渠道不畅,投入不足等原因造成的。
刘小峰等:基于适应性管理的水污染控制体系构建中国人口•资源与环境 2011年 第2期1.2 规划方法
规划方法主要以环境容量测算结果为指导,分阶段提
表2 “十五”与总体方案主要项目投资
Tab.2 Principal item investment during Tenth
five year plan and overall concept亿元主要项目类别
Major item十五计划
“Fifteen” plan总体方案近期
Overall plan
(shortterm)总体方案远期
Overall plan
(forwardterm)饮用水安全13.9587.4135.19工业点源污染治理1.1335.191.00城镇污水和垃圾处置129.27232.31116.67面源污染治理22.9749.9048.94生态恢复20.8118.54254.31河网综合整治39.7939.4850.50节水减排--13.6722.48科技支撑--1.010.44资料来源:“十五”计划和综合治理规划整理而得。出排污总量控制要求,以完成总量削减任务为主线,自上而下制定环境综合整治的具体措施。制定思路见图1,主要包括:①水污染问题系统分析,掌握水环境污染物排放与治理现状。分析水环境质量和污染控制方面存在的突出问题,提出规划方案和措施;②依据现实数据和模型计算相应的水环境容量;③以环境容量测算结果为指导,分阶段提出排污总量控制要求。④以完成总量削减任务为主线,制定水环境综合整治的具体措施。⑤以落实综合整治措施为目的,提出各项重点工程项目的实施计划。⑥以实现水环境质量达标为目标,分析规划方案的可行性和目标可达性,并提出保障措施,确保规划方案的实施。
表3 规划目标值与现实统计值比较
Tab.3 Comparison between plan target value
and realistic statistical value万t
规划 PlanCODNH3-NTPTN九五计划目标值:200017.55--0.41.56九五计划目标值:201016.16--0.220.652000年统计值49.1513.01.44--十五计划目标值:200537.89.91.24--2005年统计值85.039.21.0414.16总体方案目标值:201271.987.030.8210.84总体方案目标值:202052.433.80.495.9资料来源:“九五”、“十五”计划和综合治理规划整理而得。
图1 基于环境容量的水污染物控制方案形成
Fig.1 Formation of water pollution control plan based
on environmental capacity资料来源:由江苏省环境科学研究院.《太湖流域主要入湖河流水环境综合整治规划编制技术规范》整理而得。
图2 基于适应性管理的污染物排放控制方案构建
Fig.2 Construction of water pollutant emissions control
plan base on Adaptive management
1.3 方案的实施与评估
“十五”计划提出对于规划实施要施行行政首长负责制,要求三省市人民政府及国务院有关部门承担“十五”计划中规定的资金筹措、政策落实、项目进度、监督管理等方面的任务。《总体方案》要求“将允许排污总量逐级实施到省(直辖市)、市、县(市)各级行政区,污染物的控制施行三级管理,地方政府是责任主体,明确各级政府的领导责任,纳入政绩考核,建立问责制”。太湖流域水污染物排放总量控制方案尚未建立完整的监督与评估规划。一般在下一个规划时对早期规划进行回顾评估,并不具有很强的约束力[3]。
2 污染物排放趋势与应对挑战
与“九五”、“十五”计划时期相比,目前太湖流域水污染发生了较大的变化,正处在转型期。其主要趋势有:从常规的点源污染转向面源与点源相结合的复合污染、由单纯的工业污染过渡为工业和生活污染并存、水污染从有机污染向新型污染加重过渡等。
(1)从20世纪90年代开始,随着工业点源污染得到一定的控制,面源污染逐渐上升为新问题。由于过量和不合理地使用化肥、农药,迅速发展的城郊集约化畜禽养殖业的增加,造成面源污染升级。同时,乡镇企业的污染日益增加,成为主要的工业污染源,而这些乡镇企业的污染物排放常处于无序的状态,随意排入河流与地表,与农业发展形成的污染源结合在一起形成复合污染。2005年农村污染面源(包括农业生产、农村生活以及位于农村的小型企业)污染中化学需氧量总量为384 023 t,占总量的45.16%;总磷为6 987 t,占总量的67.51%;总氮为72 687 t,占总量的51.33%,成为了太湖流域最大的污染源。而在2000年的统计中,农村面源和农村生活污染中,化学需氧量仅占总量的27%。
(2)太湖流域水环境污染变化的另一个特征是由单纯的工业污染过渡为工业和生活污染并存。尽管城市污水处置率的提升,使得城镇生活污染得到一定的遏制,如总磷排放方面,1998年生活污水占总量的45%,到2005年仅占27.6%。但由于生活水平提高和消费方式的改变,城乡生活垃圾和生活污水不仅在数量上迅速增长,而且日常用品中大量化学制品用量的增加使废水成分也发生了变化,水中化学品和营养成分增加,使得工业污染与生活污染并存,污水处理难度变大。
(3)太湖流域水环境污染第三个变化是新的污染物不断增加,成为新的环境和健康风险,如持久性有毒有害污染物、内分泌干扰素、食品工业的迅猛发展导致的食品行业中的大量的有害物质污染等。新型污染物的加重使尚未得到控制的传统污染物和新出现的污染物并存,不仅治理技术难度更大,而且处理成本更高,管理也更加复杂。
除污染物趋势变化外,流域污染物控制在管理协调对象上也发生了根本的变化,主要体现在以下2个方面。
(1)更为广泛的利益相关者参与。“九五”、“十五”计划时期,方案实施者管理协调对象主要是大中型企业及负责重大工程的地方政府或承包商。而农村面源污染、生活污染物及中小型企业污染物成为主要污染源后,方案的实施者管理协调的主要对象将变成农民、城镇居民及中小企业。相应地,管理层重点会逐步向基层单位偏移。由于农民、城镇居民和中小企业在地理上的分散性及行为表现方式上的异质性,使得只有基层单位才能积极应对,特别是在涉及到“三农”的一些水环境问题上,需要地方基层反复细致的做好相关工作。在广大居民和中小企业面前,管理层应该多积极聆听公众的意见,采取协调优化的管理方法,而非单一的行政手段。
(2)科研力量的积极参与。太湖流域污染物排放控制方案目前主要由国家或地方政府主管部门(总体方案由发改委负责)是委托科研所(工程咨询中心或环规院)完成,由各级政府主管部门会同其他部门反复协商、最终确定。其他科研队伍较难在方案构建、实施和监督中贡献力量。而太湖流域水污染问题是由自然系统和人类系统之间复杂的交互作用引起的,需要的分析技术超越了单一学科、单一部门所拥有的知识和分析技巧,需要更为广泛的研究者采用环境、经济和社会等方法和工具来综合分析[4-5]。太湖水污染控制的长久性与复杂性,也正吸引着越来越多的知识分子和团队加入到治污队伍,从事相关问题研究、知识宣传、行为规范与引导等活动。
尽管当前的水污染物排放控制方案在点源污染及重大环境工程实施上取得了良好效果,但污染物趋势和管理协调对象的变化使得目前以任务分解、指标指派为主的控制方案面临极大的挑战。因为总量控制方案采取的水环境容量是一个定值,无法反映由于多种因素导致的湖泊水文过程、自然边界条件及人为调度控制等因素的动态变化[1]。而且管理对象的变化使得协调难度加大,大量普通民众和中小企业的被迫或积极参与会涌现出许多难以预测与处理的问题。
3 基于适应性管理的水污染控制体系
污染物趋势和管理协调对象的变化使得太湖流域社会经济环境系统面临更难应付的不确定性与复杂性,太湖水污染排放控制变得越来越困难,一些学者和管理者也在积极寻找新的研究方法或管理方案。适应性管理正式在这种背景下提出来的,并很好的应用于流域的水环境治理。在充分考虑生态系统的复杂性的基础上,Holling于1978年提出了适应性管理理念[6],随后这一思想得到了深入研究[7],并应用到生态系统管理众多领域。适应性管理以流域水环境系统各要素或整体恢复力为调控与管理的目标,使复杂的、难以预测的流域水环境系统演替与发展有了新理论与操作手段[8-10],同时也有不少成功的案例,如美国科罗拉多河流域大峡谷水生态恢复工程[11]、澳大利亚MurrayDarling流域水土资源综合治理[12]、美国哥伦比亚河流域鲑鱼保护计划[13]、美国密苏里州河流域生态恢复[14]等。
与当前的以水环境容量为基准核定排污量和削减量,把污染问题当成一个确定性问题来看待与处理不同,适应性生态管理以人类对生态系统的理解是不完全、管理行为对生态系统的生化物理效应具有很高的不确定性为前提,以现有技术、认识以及污染现状为基础,要求从管理实践中学结,对已发生的管理实践及时反馈到新一轮的思考与决策中,期望更为广泛的利益相关者参与到方案的制定、执行和评估中。其构建过程如图2。
具体分析,与基于环境容量构建的太湖水污染物排放控制方案相比,适应性控制方案主要在以下几个方面具有较大的差异。
4 适应性管理在太湖流域水环境治理的应用通过比较研究,结合目前太湖的水环境污染状况和管理现状,尤其是生活污染和面源污染、新型污染问题凸显且更难处理的趋势以及主要管理协调对象向农民、中小企业和居民偏移的变化,从理论体系和实践案例看,适应性管理可以积极有效应对由于环境趋势和管理协调对象变化所带来的系统不确定性和复杂性,将是一个积极有效的补充方法。本文主要从适应性管理平台、科学研究与治理决策以及公众参与和环境争端解决等几个方面作一个初步的探讨与比较。
4.1 适应性管理平台
与当前方案强调规划目标自上而下的具体落实和分配安排不同,基于适应性管理的太湖水污染排放总量控制方案的构建并没有这样一个自上而下分配任务的机制,也没有环境容量的总量控制红线,取而代之的是建立一个适应性管理的平台。主要在以下3个方面具有差异。①与基于水环境容量的规划方案形成不同,作为方案构建中制度化程度最高的一种方式,管理平台会根据动态问题确定任务并根据现实状况进行任务分解,并不以环境容量为基准自上而下控制太湖水污染物排放,从全局静态规划好一切。适应性管理更加强调局部变化对整体的影响,是一种自下而上与自上而下相结合的管理思想。②由于坚持人类对水生系统理解的不完全性,适应性控制方案形成必然表现出阶段性。如图2中,方案的构建具有反复性,管理平台需要安排相关工作人员适时研究、跟踪及评估系统的运行,发现新问题,考虑公众、利益相关者及科学家的意见,逐步修订控制方案,而不是等到规划周期期满后进行系统评估与重新规划。③彰显适应性管理平台的协调
表4 基于环境容量与基于适应性的管理模式比较
Tab.4 Comparative research of total environmental capacitybased pollution control
and adaptive managementbased pollution control基于水环境容量的管理模式
Capacitybased pollution control适应性管理模式
Adaptive managementbased pollution control管理
假设科学认知方面:对水生生态系统的认知足以实现预测,并可以制定出与之相宜的管理方案;管理实践方面:系统遵行基本线性因果关系,可以自上而下分配排污量和削减量。科学认知方面:人类对水生生态系统的理解是不完全的;管理实践方面:管理行为的生化物理响应具有很高的不确定性。适合
对象以工业点源污染、重点项目的实施为主的流域治理以农村面源污染、生活污染以及新型污染治理为主的流域治理协调
管理主要为大中型企业、重大工程建设的承包商,以行政命令为主。主要为大量的农民、中小企业、城镇居民及从事流域社会经济环境研究的知识分子,以协调优化为主。管理
目标以控制水污染为主,兼顾社会、经济、生态的可持续发展。对COD、TN和TP的控制较多,目标明确清晰。社会、经济、生态的可持续发展,根据追踪指标的变化与科学认识的进步不断调整目标、战略、方案来适应系统管理需要。规划
方法以水环境容量测算为指导,自上而下逐级分解问题,宏观上静态分派污染物排放量和削减量。以现有技术、认识以及污染现状为基础,在各个阶段动态分析问题,自上而下与自下而上相结合的思路制定治理方案,重视方案的现实性与可行性。公众
参与集权式,较少利益相关者参与;方案制定与评估主要由部分政府机构和科研所参与。更为广泛的公众、基层单位及科研力量参与;方案的制定、实施和评估随系统运行与科学认知不断更新。 优势方案决策效率高、可以集中资源办大事;政府对项目的投资、建设、运行有较强的控制力。可以高效处理工业点源污染和大型重点项目实施出现的各种问题。(1)面对突发事故,反应较迅速,处理新型污染等事物时具有良好的弹性;(2)公众参与度高,有益于优化公众环境行为,能较好处理农业面源污染及生活污染出现的问题;(3)知识分子参与度高,科研力量贡献大。不足公众参与度低,较难应对农业面源污染、生活污染和新型污染治理中遇到的问题。弹性不足,对突发事故,反应较慢,投资风险较大,容易产生沉没成本。 方案决策时间长,效率低;沟通协调成本高;资源较为分散;投资不能得到较好保证;项目与工程容易半途而废;不一定能得到有效的控制。
功能,宏观层面:平台以政府组织为主,采取省部级合作方式的联席会议制度[15],通过明确各成员单位的职责、分解任务、沟通信息、交流情况,提高各管理主体的整体行动能力。微观层面:适应性管理平台更加注重发挥村委会、工业园区、居住小区管委会及各种行业协会等基层单位的作用,突出底层对系统层的支持与贡献。
4.2 科学研究在方案构建中的作用
与目前少数机构高效完成一种确定性的控制方案不同,基于适应性管理的方案建构中,期望更多科研力量在方案构建、实施、评估与监督中的作用。
科学研究对太湖水污染排放总量控制应在以下4个方面做出贡献。①科学家通过科学研究认知当前流域社会经济环境状况,在污染物控制过程中及时发现新问题,尽可能及时客观地向决策者和公众提供科学信息;②针对不同控制方案及不同变化情况,建立多种情景探寻理想状态与现实状态之间的差距,预测不同情景的结果,为决策者提供理论支持;③针对太湖水污染物的变化情况同步研究对策,增加方案实施的弹性与灵活性;④研究太湖水污染物控制效果的评估方法,积极宣传环保知识,探寻合理的公众参与方式,引导参与行为。
此外,科学研究还应用于污水处理、重大工程技术攻关,对一些基础扎实的技术,进行研发、综合集成和示范、应用,开发出多种适应于企业或个人生产生活的目前可行的最佳管理方法[2]。这一点已经在总体方案中的科技支持计划有积极的体现(表2)。
4.3 公众与基层单位的参与
基于适应性管理的污染物控制方案体系中,公众和基层单位是非常重要的组成部分(图2)。适应性管理注重听取地方环保部门和公众意见,期望环境管理“从政府直控”转变为“社会制衡”,减轻政府沉重的环境管理压力,认为公众参与是解决生活污染、面源污染及新型污染物控制难的重要途径。因为地方基层和公众的参与一方面提高公众水环境的保护意识和对政策的理解力与执行力,规范流域人们排污行为;另一方面保证了方案的公平性,利益相关者都参与公正的、有序的决策过程,有助于解决环境争端,形成健康有序的社会秩序。
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Construction of an Adaptive ManagementBased Water Pollution Control System:
ACase Study of Taihu Lake Basin
LIU Xiaofeng SHENG Zhaohan JIN Shuai
(School of Management and Engineering, Nanjing University, Nanjing Jiangsu 210093,China)
在我国人口、资源和环境问题日益尖锐的今天,干旱区以其丰富的土地资源与矿产资源奠定了在我国未来国土资源开发战略中举足轻重的地位。国家已将西北地区列为21世纪战略开发的后备基地,赋予了加大投资等倾斜度较大的优惠政策;在水利、交通、能源和矿产开发等领域部署了一批重大项目。然而,由于西部干旱区支撑资源开发的生态环境极为脆弱,制约资源利用的自然灾害十分频繁,人类活动诱发的土地荒漠化、土壤盐渍化、草地退化、河流流程缩短、湖泊干涸、萎缩、泥沙含量增加、河湖水矿化度增加、河湖水质恶化、生物多样性减少等一系列生态环境问题日趋严重,使资源的开发利用受到严重制约,直接影响我国西部以资源基地建设为中心的经济发展格局和绿洲生态环境的稳定性。
塔里木河下游357km河道断流近30年后,经输水使其生态产生了恢复迹象,是世界范围内流域退化生态系统恢复与重建的稀有案例。
1.1 塔里木河流域概况
塔里木河流域是环塔里木盆地诸多向心水系的总称,涵盖整个南疆,流域面积1.02×。塔里木河干流全长1372km,其自身不产流,由诸源流汇流而成。由于人类活动与气候变化等影响,许多源流相继减少或中断了对干流的水量补给,目前与干流地表水联系密切的只有阿克苏河、叶尔羌河、和田河和开都—孔雀河,形成“四源一干”的局面。
塔里木河流域经过50多年大规模的水土开发等人为活动影响,水环境发生了很大变化,其主要表现为:1)各源流用水量增加,汇入干流的水量逐渐减少;2)干流上中游耗水量增加,到达下游断面的水量急剧减少。1972年大西海子拦河水库建成后,基本已无水下泄下游河道,绿色走廊急剧萎缩,台特玛湖干涸,大片胡杨林枯死,草丛凋谢,位于河道东西两侧的库鲁克沙漠和塔克拉玛干沙漠呈现紧逼的合龙态势;3)水质呈恶化趋势。上中游河道水质除8月矿化度<1.0g/L外,其他月份一般>1.0g/L,下游地下水绝大部分是矿化度>5.0g/L的咸水[1];4)下游河道长期断流,地下水位持续下降。在沿河道两侧2km范围内,地下水埋深大于8m的分布面积占研究区总面积1889的83.2%,这一地下水埋深就是对抗旱能力极强的胡杨、柽柳也难以生存[2]。
1.2 应急输水概况
从2000年4月至2003年10月,在国家水利部的关心支持下,新疆紧紧抓住开都河天然来水连续偏丰的有利时机,共完成了五次向塔里木河下游应急输水。
2 输水监测
以河道输水→地下水、土壤水→自然植被为研究主线,布置安排监测试验工作。完成的主要监测试验工作如下。
2.1 气象监测
选择若羌县及铁干里克气象站作为代表站,收集下游区气象观测资料,包括蒸发、气温、地温、气压、湿度、日照、风速、降水等。
2.2 地表水监测
统计调查了近50年来塔里木河下游来水情况,以及大西海子水库以下河道径流变化情况。在大西海子水库泄洪闸、英苏、阿拉干、依干不及麻、台特玛湖(入湖涵洞)等五处分别设立了河道地表水监测断面,进行应急输水期河道的水位、流量监测。除常规的人工观测水位外,配备自记水位计3台,增设测桥3座。河道水文测量按照相关的国家规范规程要求进行。
2.3 地下水监测
在大西海子水库以下共设置地下水监测横断面12个,断面总计长度9.2km,监测井77眼,对地下水位和水质进行了动态监测。在输水期每月3次,在停水的间歇期每月1次,在15眼监测井安装了自记水位仪。选择英苏、喀尔达依、阿拉干、依干布及麻四个地下水监测断面进行地下水水质监测,在输水前、输水期中、输水结束、间歇期中取水样进行水质的离子和矿化度分析。
2.4 土壤监测
在3个控制断面中选取11个典型土壤剖面,每个监测断面取样点不少于3个,其中河床处1个,河岸边2个。每个取样点取样深度为0~30cm、30~100cm、100~200cm,测定土壤盐分、养分、水分、有机质等含量。按土壤层次分层取样,测定土壤干容重和粒径组成,并绘制剖面柱状图。在三个断面英苏、阿拉干、依干不及麻进行土壤含水率监测。每个断面设中子仪监测孔2处。除一个监测点孔深6m外,其他孔深均为3m。
2.5 自然植被对应急输水响应的监测
对输水前各断面植被的种类、分布、生长状态、荒漠化状况进行了调查,并结合遥感资料解译,确定了输水前的植被本底状况下游应急输水与自然植被响应是监测研究的重点,主要开展了以下调查和测试工作:在河道上、中、下段,选取4处离河道不同距离的胡杨,各取三个样株,在不同高度和方向采样,对10项植物生理指标进行测定(2002年)。布设了32处(2002年)、33处(2003年)植被样方监测点。在5个断面,共取胡杨样枝135枝,进行年轮测定,分析输水对胡杨生长的影响和作用。
3 输水效应分析
3.1 河道水流演进与水量沿程消耗
五次输水大西海子水库下泄的1.38×水量中,根据监测,除少部分消耗于河湖水面蒸发外,绝大部分补给了河道两侧的地下水。从沿程各河段区间水量消耗的分布情况看,大西海子—阿拉干消耗水量为1.049×,占总水量的76%;阿拉干—台特玛湖消耗水量为2.86×,占20.8%;进入台特玛湖水量为0.45×,占3.2%(图1)。
图1 五次应急输水下游河道水量消耗沿程分布图
Fig. 1 Water consumption along the downstream of river after 5 emergency water supplies
从五次输水情况看,随着输水次数的增加,河道两侧地下水位逐渐升高,土壤含水率增加,各区间单位河长流量损失率(δ)均呈迅速降低并逐渐趋于稳定趋势(图2)。
图2 历次输水分河段单位河长流量损失率与流量关系图
Fig.2 Relation between flow loss rate of unit length of river and runoff
根据这一规律,可建立起在长期断流河道实施间歇性输水的流量演进变化模型,并应用该模型[3],根据下游水系及植被状况,对可能的输水方案进行了分析预测。结果表明,采用其文阔尔河、老塔里木河双河道线状同时输水的方案较为合理可行,即:根据《塔里木河流域近期综合治理规划》确定的,确保多年平均向大西海子水库下游河道下泄水量3.5×,输水150d,平均输水流量27/s;在每年持续输水的条件下,预计2010年左右,下游河道地下水补给及各区间单位河长耗水率将趋于稳定;河道自然耗水2.26×,届时,台特玛湖入湖水量将达到1.24×。这表明仅采取 线状输水方式不能实现水资源高效利用和合理配置,合理的输水方式应将线状与面状输水相结合起来,加大河道区间耗水量,扩大生态保护和改善面积。
3.2 河道沿程水量消耗与河道两侧地下水位恢复的动态变化
在输水期间,由于河水位远高于地下水位,河道两侧局部范围内的水力坡度迅速增大,在其作用下,地下水由河中心向两侧及下游方向的径流排泄运动增强,河道两侧300m范围内的地下水位回升较快,而在离河道较远处的区域则表现出了一定的滞后性。在输水的间隔期,以河道为中心的地下水峰,在水力坡度的作用下向两侧扩散,即向其初始的水面回归,其结果使整个区域内的地下水位差逐渐减小并于再次输水前达到其阶段的最低水位,在上述两个阶段内,还伴随着地表水和地下水的蒸发与蒸腾消耗。五次输水后各主要监测断面不同离河距离地下水位上升/埋深值(表2)。
利用应急输水前与第五次输水后的地下水位线,可计算出各断面不同离河区间上单位河长地下水补给量,计算成果(表3)。
从表3可以看出,各断面地下水补给量在三个区间上依次递减,并且随着输水次数的增加呈现60%:30%:10%的分布趋势。
3.3 地下水动态变化与植被恢复的响应关系
3.3.1 地下水动态的生态学解译
地下水动态的生态学解译主要是根据地下水位抬升,分析生态植被可能恢复的程度,各种植物的胁迫地下水埋深和荒漠化警戒地下水埋深是一种预测性的、可能恢复的判定标准。判定结果(表5)。
3.3.2 胡杨个体对应急输水的响应
应急输水四年来对胡杨的横向影响范围已达到离河900m。离河不同距离树木响应应急输水的时段各不相同。离河200m范围内,应急输水的第二年即2001年,树木就有明显的增长。离河200~500m之间,树木增长峰值出现在2002年。离河500~900m之间,树木在应急输水的第四年(2003年)才出现较快增长的趋势。
生长量大小是衡量胡杨恢复程度的重要量化指标,从图3和图4可以看出,胡杨生长量响应均以2000年为拐点;离河越近生长量越大,相同离河距离上游断面生长量大于下游断面;生长量增幅大小与输水季节有关,生长季节输水对植被恢复具有重要意义;胡杨生长量与输水时间响应的滞后性有关。
图3 1995-2003年英苏断面不同离河距离样枝生长量
Fig. 3 Shoot growth of poplar growing at different distances from river at Yingsu section from 1995-2003
图4 1993-2003年喀尔达依断面不同离河距离样枝生长量
Fig. 4 Shoot growth of poplar growing at different distances from river at Kaerda section from 1993-2003
可根据年生长量大小和相应地下水埋深两个指标确定胡杨个体健康恢复等级,当地下水埋深<4m,枝径年生长量>0.3cm,恢复等级为优;当地下水埋深4~6m,枝径年生长量0.3~0.2cm,恢复等级为良;地下水埋深6~8m时,枝径年生长量0.2~0.13cm,有恢复响应;地下水埋深>8m,年生长量<0.1cm,恢复响应微弱[5]。
3.3.3 胡杨群体对应急输水的响应
从植被群落响应看,在离河岸距离50~150m、地下水埋深<4m区域,胡杨群落开始以萌蘖更新形式有所恢复;在离河300m范围,地下水埋深<5m区域,两岸荒漠植被的种类有了明显的增加,且胡杨、柽柳等乔灌木植被重新恢复了开花结实的生殖能力,并存在沿河横向范围的开花时间梯度,表明植被生态系统已重新趋于活跃,胡杨种群的自然延续过程已经开始。
3.3.4 植被整体对应急输水的响应
植被种类、长势、株数与离河距离呈现良好的负相关。在离河300m范围内,植被的种类明显多于300m以外的种类。当地下水埋深>5m,离河距离>300m时,植被长势呈明显下降趋势。离河岸150m范围以内,地下水埋深小于4m,胡杨萌蘖更新苗出现。随着输水进程的进行和地下水埋深的抬升,胡杨萌蘖使植被盖度逐渐增大,荒漠化等级则逐渐降低。
3.4 输水对地质地貌的影响
大西海子水库以下原属塔里木河下游的冲积泛滥平原。地表物质由细沙和粉沙组成,抗蚀能力弱,地表为游荡性辨状水系,河曲发育。河床坡缓、宽浅。在大西海子以下,塔里木河分为两支。西侧一支为老塔里木河,东侧一支为齐文阔尔河。两个支流在流经145km的阿拉干附近汇合。大西海子水库的建成。使其下游地质地貌过程发生了很大的变化。由风力和水力共同作用变为单一的风力作用,加之区域荒漠植被的加剧退化,风蚀、风积作用不断加强。在阿克墩一带可以看到较好的“V”型河床;而在亚合甫马汗以下,河床形态呈不规则的变化;在阿布达勒和喀尔达依一带,由于强烈的风蚀作用,河床形态呈现为浅而宽缓的“U”型。并有多处河床被积沙挤占,严重影响河水的输送。河水输送过程中,河水沿风蚀沟槽下切,侧蚀和溯源侵蚀严重,河槽得到较好水力修复,为以后的输水创造了较好的条件。使输水过程大为加快。
4 结论
关键词:河流;植物景观;永定河;北京
中图分类号:TU985.13
文献标识码:A
文章编号:1005-569X(2010)04-0001-03
1 引 言
河道是一个城市得以生存和发展的重要资源,是文化传承的物质载体。河道周边的滨水绿地对城市乃至整个区域都发挥着至关重要的作用。随着近年来北京城区的高速发展,带来严重的环境污染。城市中多数河道水位逐年下降,甚者出现断流,河底及驳岸的生态环境也很恶劣,甚至出现了不少的倾倒垃圾、挖沙取土等现象。有些河道大搞形象生态工程,环境并未从实质上得到改善,而且植物景观生态也流于表象。针对目前北京部分环境较差的河道现状,以考察永定河石景山段为基础,提出关于滨河植物景观改造的一些建议。
2 永定河石景山段现状环境特征
永定河石景山段是石景山区唯一的一条天然河流。自从20世纪70年代以来该河流污染开始较为严重,加之沿岸企业向河道内排放污水,以及大量挖沙,破坏河道基础设施,这些都使永定河及沿岸环境逐步恶化。现在已成为北京环境严重恶劣地区。
该河石景山段周边,还有例如像首钢、电厂、现代建材公司、燕山水泥厂、永定林工商公司等企业。可见永定河在石景山区的经济社会发展中也占据着十分重要的地位。所以永定河现在面临的问题刻不容缓。
3 永定河的现状问题
由于附近工厂较多,生态环境遭到一定的影响。永定河仅存的水流水质较差,河底植被破坏,地下水位下降,河堤路毁严重,沿岸广泛沙化,植物生存环境恶劣。
(1)河岸处理随意,缺少亲水性及特色。当前永定河河岸并未经过精心设计,仅有水泥板硬质驳岸。局部水质好的地方也没有亲水设施,更无自然净化水草等。使得整个河道沿岸景象光秃稀落,没有明显特色。
(2)植物景观缺连续性、系统性。河底、驳岸和滨水绿地植物无连续性,不成景观。与乔灌草复层混交的理想植物生态系统相差甚远,河边的步行通廊无景可观。
(3)相关部门轻于建设,管理环节薄弱。近几年相关部门才对永定河的生态问题进行整治与重视,但是执行力度远达不到“母亲河”该需有的要求。相关部门的管理理念、认识还有所欠缺,应当提高。
4 国外相关案例分析与借鉴
4.1 巴黎塞纳河
塞纳河自19世纪开端以来,为了提高其航运能力,已在约纳河盆地修建水坝和水库,提高了塞纳河的水位。自1950年以来,从盆地上溯在约纳河、马恩河、奥布河和塞纳河本身已建成4座大型水库。这些比较浅的水库,周围有林地和乡村环绕,现已成为鸟类保护区和观光胜地。现在的塞纳河两岸,都种植着繁茂的梧桐树,从船上看过去,蓊蓊郁郁。树木与河岸的建筑和谐相伴,衬托出巴黎城市独有的文化特色。
4.2 美国圣安东尼奥河
随着城市的发展以及河道防洪工程的建设,圣安东尼奥河曾经逐渐丧失过自然属性,并对城市环境造成不利的影响。2001年市政府对城市总体规划进行了修改。修改制定了河道景观设计标准,种植乔木为沿河道路提供遮荫;创造多样化的植物空间,种植上以自然生态为原则,种植乡土草本。在蜿蜒的河道外侧尽可能种植乔灌木和水生植物。同时种植区与植物密度与河道横断面拓展相结合,使河道泻洪能力不降低。
4.3 借鉴意义
(1)注重生态,结合自然条件进行修复与改造,以科学生态的方式保护容易受损的敏感脆弱地带;
(2)重视水体岸坡的生态要素,针对不同状态水体段生态景观进行不同构建;
(3)注重时空布局与周围景观协调,创造多形式的景观,形成良好的视觉感官效果。
5 北京地区滨水植物景观打造
5.1 滨水植物概述
我国利用滨水植物的历史十分悠久,从识别、栽培到造景都积累了不少经验。我国古典园林滨水植物造景一方面讲究树种的选择,另一方面是培养整个河岸造景艺术。其中河岸造景艺术主要分为两大类:对自然山水的模仿,另一种是在更深的层次方面对滨水植物赋予许多的文化内涵,即讲究景物的意境。
5.2 北京地区滨水植物造景遵循的原则
(1)自然性原则。景观水体是由生命系统和多种生境构成的综合体,其生命力在于丰富多样。在永定河的生态复建中,遵循自然界生物共生的法则,运用丰富多样的物种形成稳定的生态系统。
(2)地域性原则。在物种选择与水体形态建设中,体现北京自然环境特征,并因地制宜,创造具有时代特征和地域特征的的空间环境。利用滨水植物不同物种建立起错综复杂的平衡格局,这种格局有利于抵御外来干扰,可体现本地化优势。
(3)生态性原则。可将先进的生态技术和科学成果运用到滨河景观中去,有利于水岸的可持续发展,最终形成河底――驳岸――滨河绿地连续的生态景观绿地。其中应注重“创造性保护”工作,是既要最佳组织调配地域内的有限资源,又要保护该地域内的生态自然。
(4)持续性原则。建立新的生态,使得生态、社会与经济效益协调发展,从而改善环境,防止可能出现的环境恶化和环境污染,并且控制灾情发生,以达到景观的整体优化利用。
(5)审美和实用功能相结合的原则。滨水景观设计应将审美功能和实用功能创造性地融合在一起,完成对历史和文化之美的完美组合,可以令城市内所有居民和外来游客共同休闲、欣赏、使用。
(6)立体设计原则。对于人的视觉来讲,垂直面上的变化远比平面上的变化更能引起关注与兴趣。滨水景观设计中立体设计包括软质景观设计和硬质景观设计。软质景观如在种植灌木、乔木等植物时,先堆土成坡形成一定的地形变化,再按植物特性种类分高低立体种植;硬质景观则运用上下层平台、道路等手法进行空间转换和空间高差创造。
6 永定河驳岸与河底及滨河绿地的建设方式探讨
为了提高河流生态系统的完整性,应增加自然群落式种植,适量种植耐水乔灌木。近期可结合已建成的防洪堤,采用垂直绿化手段,可在驳岸边缘种植攀援植物,亦可在堤边加种植池,植以藤本植物。长远的观点考虑,驳岸应采取生态的建设方式,改造纯硬质堤坝,利用现代工程技术水平,打造人工构筑与自然相结合的方式形成自然式的驳岸,可满足防洪要求,又可增加生态性。
植物由水边的草本植物自然过渡到岸边的灌木,呈现连续、自然的生态景观。
河底也应采取一定的处理方式增加河流的自净功能。根据洪水水位的河底,应采取自然的处理方式增加河流的自净功能;根据洪水水位的不同,河底还可做成河中湖的形式,水边由耐水湿的草本植物形成一条自然净化的通道。另外河边可增加耐水材料的栈道等休闲设施,增强其趣味性。河岸绿地采用植物自然群落式种植,与河底、驳岸的植物形成自然过渡。除发挥生态功能之外,根据周边的用地情况,在人流较为集中的区域还应承担游憩和景观功能。
7 结语
以上是根据石景山段永定河流域的考察,进而引发出关于滨河植物建设的一些思考,从而提出的一些建议。北京地区滨水生态问题,是关系北京城市景观优美度及环境质量的重要因素。应针对每条河流各段特点,提出与之相适应的规划设计。我们应尊重自然规律,不断研究实践,在保证与自然和谐的前提下打造环境优美的景观效果。最终为人类在地球上的和谐发展做出我们应有的贡献。
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Suggestions on restoring and remedying rivers plant landscape in Beijing
―Based on survey Shijing Hill of Yongding river
Tan Kun
(Beijing Forestry University,Bejing,10084)
[关键词]煤矿;防治;措施
一、山西省煤矿防治水的现状
以前,山西省煤矿多、小、散的局面和粗放落后的生产方式引起了煤炭资源的重大浪费,形成了环境污染,生态影响,直接影响着煤矿工作的可持续性发展,省政府决定,2006年在全省进行煤炭资源整合,到2006年底,共保留煤矿3022座,淘汰9万吨每年以下小煤矿。根据省政府要求,从2007年到2008年共关闭395座煤矿,到2008年底全省保留矿井2676座。为了实现山西省煤矿的可持续性发展,提高企业集中度,山西省委、省政府想出策略,借助金融机制在山西省煤炭行业进行全国范围内的企业重组工作,解决困难,抢占发展先机,省政府在全省推进煤炭企业重组,全省煤炭在2627座基础上关闭1574座,到2010年底保留1053座,平均单井规模在110万吨每年以上,基本实现机械化开采。
山西省矿井水就是矿井开拓、采掘中淋入、渗入、滴入、流入井巷的工作面的水,矿井透水就是井巷、工作面和水源接近沟通而导致的出水的事故。当各种通道流入矿井的涌水量超过矿外的正常排水的才能的时候,就容易造成矿井水泛滥成灾,形成矿井灾害,我国有27、5的国有重点矿井受到各种水灾的危险。
矿井水灾能够引起各种灾害,产生危险,影响矿井生产效率,造成淹井人亡的事故,容易恶化环境,形成巷道积水,顶板淋水等,让地面和附近的巷道空气潮湿,工作环境很差,影响人们的身体健康。矿井水灾容易引起排水费用,能提高成本,影响道排水的措施、设备和排水费用。矿井水灾能缩短生产寿命,容易对金属设备,金属设施有着腐蚀能力。矿井水灾容易损失煤炭资源,引起隔离煤柱的煤损。矿井水灾还容易引起瓦斯积聚、爆炸,引起瓦斯积聚、爆炸和硫化氢中毒,当矿井水能量超过矿井的排水能力的时候,或者突然涌水的时候,容易引起矿井局部停产或局部巷道被淹没,引起矿井淹没、人员伤亡,引起停产和关井等。
二、资源整合矿井水害防治
(一)矿井水害的综合防治
1、切实加强防治水的基础工作。山西省煤炭行业应该编写长期资源整合矿井水的综合防治计划,认真组织实施计划,各类矿井应该采用适合的矿井的物探、钻探等仙境技术,找到矿井的水文地质情况,重视物理技术在矿井水害中的地位,重视在设计阶段坚持运用三维地震勘探技术和瞬变电磁技术进行补充勘探,查明地球物理技术在煤矿水害中的作用,采取设计阶段坚持使用三维地震勘探技术和瞬变电磁技术进行补充勘测,查明落差大于5米的断层和富水性。
2、认真做好井下探放水工作,采掘工作面受到水害的影响的矿井,应该充分运用充水条件进行分析,坚持有预测预报,有疑心必探究,先探究后开掘,先治理后采掘等策略,深刻落实防、堵、疏、排、截等综合治理措施。矿井有透水的征兆的时候,采用水害的威胁作业,应该立即停止作业,撤出作业人员到达安全地点,深刻分析原因,采用积极的措施。井下探放水的实惠哦应该采用探放水钻机,严格使用煤电钻进行探放水。
3、深刻加强“雨季”三防工作,煤矿企业应该就防范暴雨洪水进行隐患排查和专项整治,彻底消除安全隐患。井口标高低于历史最高洪水的水位的矿井应该有应急的措施,对洪水可能淹没的废旧的老井必须按照规定填充封死,或者在井口浇注1个大于井筒断面的坚实的钢筋混凝土的盖板,严防地表的水倒灌在井下导致淹井。雨季应该安排专人负责对本井田的范围内可能波及的周边废旧老窑、地面塌陷的坑、采动的裂隙,以及可能影响矿井安全的水库和湖泊、河流和涵闸、提防工程等重点的部位进行巡视检查,尤其是接到暴雨灾害的预警信息和警报后,应该实施24小时的不间断的巡视,建立暴雨洪水可能引发的淹井的事故等灾害紧急情况下及时撤出井下人员的制度,发现暴雨灾害严重后,可能引发淹井的时候,应该立即停产撤人,重视确认隐患已经消除以后采能恢复生产。
4、重视水害的应急救援和只供防水安全知识培训等各项工作,制定完善水害应急预案,建立区域抢险排水基地,增加各类排水的设备,实现对设备的检修,保证设备条件完好,增强抢险的救灾的效果。煤矿企业也要准备充足的抢险物资和设备,保证抢险救灾的时候能够及时准确地发挥作用。煤矿企业应该结合水害的案例,加强只供水害的防治知识的训练和教育,全面提高安全生产技能和综合素质,全面制定矿井水害应急预案,开展应急预案的演练,保证职工掌握逃生的线路。煤矿企业在发生透水之后,应该立即启动矿井水害的应急方案,规定及时上报到有关的部门,积极开展救援的工作。
三、防治水的技术措施的使用
防治水的工作应该坚持预测预报,有疑问必探究,先探究后开掘,先治理后采掘,采用防止、堵塞、疏通、排和截的综合治理的办法和措施。
1、防
在矿井设计的时候,井口和工业场地应该选择不受到洪水威胁的地点,井口和工业场地以内的主要建筑物的标高,应该高出当地历年的最高的洪水位置,如果因为受到地形的限制,就难以找到合适的井筒的位置,并且应该建筑坚实的高台,让井口高高标出历年的最高的洪水的位置。矿区受到山洪的威胁的时候,可以在山坡上修挖防洪沟堵截并在井口附近的水流的方向修筑防洪的堤坝,防止山洪暴发洪水直接从井口灌到井下来。矿区地表的塌陷区域,废旧的钻孔和小窑古井等,都要用钻土和石块堵塞、填平、夯实,对于很大范围内的塌陷的坑和裂缝的塌陷区,填塞的工程量却太大,或者一些固定的原因不能进行填塞的时候,也要采取外国挖掘环状排水沟进行截水,不让雨水汇集,对于流经矿区的河流和沟渠,如果确定查明有着一些水流漏失的情况,一定要对矿井的安全构成威胁,可以在矿区水流漏失的地段,使用粘土、料石、水泥修筑。这样的办法适用于流量不大的季节性河流,对于水量较大的河流,可以采用改道的办法,虽然可以彻底解决河流对矿井安全的威胁,但是工程巨大、耗资巨多,还要涉及一些农业生产的问题,所以不能采用,应该认真检查,全面比较后再决定。
2、疏
对于矿区以内的大面积的积水或者防水的汇集水,可以开掘疏水沟渠将积水排走,如果矿井四面是山,积水流不出去,可以开掘洞,将水引到矿区外面去,在修筑疏水沟渠的时候,应该避免煤层和含水层的露头、地表的裂缝等,防止地表水渗入井下。
3、排
对待地势低洼,水流排不出去的时候,或者洪水季节河水有倒流现象的矿区,可以在泄洪总沟的出口处建立水闸,设立排洪站口,利用水泵向外面排水。
4、截