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国外水生态文明建设现状及借鉴

国外水生态文明建设现状及借鉴

水生态修复措施

调水引流
   
随着世界人口的增加,人们的用水需求也增加了,为了满足人们的用水需求,生态系统的用水很大程度上被忽略,所造成的生态后果是非常严重的。健康的淡水生态系统为社会提供健康的水生态产品和服务。但是,如果要想让水生态为人类提供可持续的益处和保持生态系统的多样性,我们必须更好地进行水管理。在美国,调水引流是指使用人工管道或者沟渠将水从一个流域引入到另一个流域,或者从一个流域的一部分引入到另一部分。
    
美国调水引流方面进行生态系统修复的一个例子是五大湖区。

 

五大湖区大多数水体是不可更新的,尽管湖区的水体数量是巨大,但是,通过降雨、地表径流以及地下水交换所得到的水体更新不到总水体的1%

五大湖区维持健康生态的一个方法就是进行调水引流。调水引流可以在五大湖区和其他流域之间进行,也可以在湖区内不同河流或者湖泊之间进行,五大湖区的调水引流对湖水位的影响甚微,却改变了五大湖区的自然流态,而且,通过调水引流得到的水质可能与五大湖区原有水质不同。

美国的调水引流所实现的水生态修复,还存在于密歇根湖(Lake Michigan和密西西比河之间的调水引流,该工程将水从芝加哥输送到密西西比河流域。在美国安大略省北部的阿尔巴尼河流域和苏必利尔湖之间也存在着调水引流,来自阿尔巴尼河的调水承担着苏必利尔湖6%的供水任务。

 除了五大湖区以外,还有纽约的“富士堡”调水工程(Forestport),将水从黑河(Black River)调入哈得逊河(Hudson River)流域。“普太及”工程(Portage)将水从威斯康星河水域(密西西比河流域)调入五大湖区。

    美国在实施调水引流进行生态修复的主要考虑因素有:(1)初步估计维持本地物种和自然生态系统的径流需求量。(2)使用水文模拟模型技术来考虑当前和未来的人类需水情况。(3)评估人类和生态系统需求之间的不兼容问题,特别要注意水分配的空间和时间特征。(4)寻求合作化的解决方案,以解决不兼容的问题。(5)进行水资源管理的实验,以解决关键的不确定性问题,统一考虑人类和生态系统的水需求。(6)设计和实施适应性调水引流管理方案,以促进生态可持续的水管理。

 

截污治污
   
水体污染主要是由过量的氮造成的,这些氮可能来自农业化肥、动物粪便、污水管线以及大气沉降,这些氮污染是极其有害的,会影响饮用水供应,并且会改变生态系统的功能。美国环保署(EPA)的研究人员评估了氮污染的各种生态恢复手段,认为反硝化脱氮(denitrification)是去除水体氮污染的最佳途径。

反硝化作用发生于含氮丰富的水体的地表和地下。这种水体的地表和地下,支持着转换所需的硝酸二氮气体,以及大量的微生物群落和其它环境条件。因此,这种反硝化作用可以通过改善微生物生存环境和条件来进行加强。

在美国的马里兰州、俄勒冈州和宾夕法尼亚州,人们使用反硝化技术对水体中的氮污染进行着截污治污的努力,以对脆弱的水生态进行恢复和修复。

尽管有关学者和专家对美国截污治污中所使用的脱硝氮处理技术有着多方面的质疑和批评,但是,实践的结果表明,这些成功的技术有助于人们开发河流和河滩,改善水生态健康,恢复水质,提高河流和湖泊生态系统的服务功能。

 

河湖清淤

河湖清淤对水生态系统的恢复也很重要,通过正确的技术,河道(河岸区)可以进行恢复和重建,以改善鱼类的栖息环境,稳固河岸和河堤,使之具有更大的强度,以抵抗河流的侵蚀、切割(切)作用。河湖清淤可以提高水质,然而,河湖清淤对改善地表水或地下水质量作用的大小,还没有进行彻底的评估。

在美国,河湖清淤是一种常态化的河湖恢复措施,通过河湖清淤可以保护道路和桥梁等基础设施,改善水质,并且提高河流和湖泊的生态美学价值。

使用工器具将泥沙从河流或者湖泊中挖掘出去,减少水流的淤积,挖掘通常要达到一定深度,以使船舶能够通过,湖泊清淤可以有很多用途,例如对临水建筑的保护、环境改善等。湖泊清淤的主要目的在于:增加湖泊的深度,获得水产品,清除入侵性物种,获取有价值的湖底矿物质,通过填倒湖泊清淤的物质来恢复陆地地貌。

美国用于河流的清淤设备很多,有许多专门的机器,造价在几万到几十万不等。还有专门挖铁沙的挖掘机,清淤和挖掘设备种类有很多,例如,有水泵抽取式的清淤机,这是一种新型独特的清淤系统,由迈里水有限制公司(Miles Waterscapes Ltd)研制,对于细泥沙有较强的抽取能力。

美国的石头河(Stony run river)位于马里兰州巴尔的摩市,选择石头河来说明美国的河湖清淤,主要是有两个因素,其一是因为该河为城市性河流,其二是该河的清淤牵涉到上下游和左右岸的问题。马里兰州的石头河清淤项目实现了两个重要的目标,即对水质进行了改善和对基础设施进行了保护,其实,清淤的经济成本并不高,相当于每户12.5美元,然而,各河段居民用于河流恢复的税收并不相同,这是因为美国实行的是“谁污染,谁纳税”的税收原则

 

生物控制

生物控制是指利用水生态系统生物物种之间的寄生、捕食、竞争等关系,对生物种群的数量进行控制。由于人类对土地的开发使用和入侵性物种的破坏,自然的水生态系统的功能迅速丧失,人们可能通过制定政策来阻止对水生态系统的破坏,减少人类对水生态系统的开发。然而,入侵性物种对水生态系统的破坏却很难恢复。新的政策法规对新型物种,或者入侵性物种也无能为力。大面积的入侵性物种很难根除。生物控制最初用于植物和害虫之间,

美国利用生物控制实现的河岸生态系统恢复的一个成功例子,就是美国西南部应对芦入侵的案例。芦是河流或者沟渠中大量生长的水草,这种水草的入侵,造成美国西南部很多河流水生态栖息环境的改变,很多鱼类物种丧失,芦漫生还造成对堤岸和桥梁的侵蚀。对河岸拥有者也造成不小的损失。比如以前可进行放牧和收获牧草的地方被芦占领,还造成其他一些河流生物系统的丧失。还有报道称,这种高杆植物对国家安全也构成威胁,因为这种入侵性物种的杆太高了,为犯罪分子进行非法活动提供了场所。

对芦的治理,人们使用了很多方法,其中包括化学控制:使用草甘膦等药物进行控制。还有就是强迫牛等吃芦,但是收效甚微,后来人们使用了综合的生物控制法,引进了一种黄蜂,是芦的天敌,将芦控制住了。

现代农业一直是追求最大化产出为目标,在这个背景下,生态系统服务被定义为:向人类生产生活提供最大可能服务的过程和状态。包括提供收获产品,提供清洁空气和水源,使气候更加有规律,维持生物多样性,对害虫、疾病和野草进行控制等。“生物控制”是用来寻求某一具体生态服务功能的最大化,例如,通过增加天敌来控制害虫。通常,生物控制是伴随着保留有选择性的植物或者场所来实现的,例如能够提供花粉、甘露,或者保护场所等。生物控制还可能实现其他一些功能,例如水生态的美学价值、对生物多样性的保护、污水处理等。过去的害虫研究主要局限于最大程度地限制害虫,而生物控制则不同,生物控制可能会引进有吸引力的天敌,这可能会引起另一种生态服务功能的加强,研究者应当考虑引入标准,以免造成另一种类型的生态灾难。

人们可以在一些植物上运用生物控制技术,但是,随着实用生物控制技术范围的不同,其结果也不同。一般而言,生态系统范围越大,生物控制的效果越明显。例如,流域中存在多种用地形式,可能会影响生物控制的效果。如果选择合适的开花植物,可以影响水和土壤中的一些生物带,例如过滤带、河岸缓冲带以及农业的灌木篱墙等。另外,道路两边的蔬菜种植,通常是杂草和疾病的来源,如果换成更加合适的物种,不仅可以驱虫,还可以美化农村,减少日常的维护工作。在城市和城郊地带,适合的绿色植物的种植还能够支持害虫天敌的生长,达到生物控制的目标。

通过生物控制还能实现特定的生态功能,很多研究专家建议,通过生物控制,使水生态系统中的植被或者植被种群为人类提供食物、燃料和装饰物质。因此,人们注重保护特殊基因的物种,但是,在农业系统中,非庄稼物种也可能会增加生物的多样性,人们可能会使用生物控制技术来实现某种药用价值植物的产出,或者是增加生化石油产业的利益。例如,美国有一种作物叫柳枝稷,被认为是可能会改变美国能源生产的最佳选择,也有研究者认为,柳枝稷的生长可能会伴随着其它杂草的生长,这些杂草会吸引很多天敌。由此看来,柳枝稷的生长可以给美国的生物石油产业带来更多的益处,但是从另一方面来看,如果控制不好,也可能会造成环境质量下降。使用生物控制的水生态服务功能是影响能源产业经济利益的重要措施。

总之,国外水生态系统中使用到的生物控制技术,主要功能是对生态系统进行管理,以使生态系统提供某种生态服务,然而,这一潜在的功能在其他生态服务方面可能会被加强。具体来说,生态系统的生物控制能够减少侵蚀,改善土壤生物群的活跃特征,调节径流,增加地下水的交换等。 

 

国外水生态建设的专家观点

 

每天,全球有超过百万吨的未处理完全的污水和废水被注入世界水体。每年,湖泊、河流和三角洲要容纳全球近70亿人口所制造的污染;每年,有更多的人死于不安全的饮用水,其死亡的数量超过了全球战争和暴力的总和;每年,来自水生态系统的污染,直接对人类的渔业造成损害,对生物的多样性带来影响,还会破坏人类的粮食生产。最终,被污染的淡水注入大海,严重破坏海滨生态和渔业资源,给人们的海滨资源管理带来挑战。

美国的“蓝圈”组织(Circle of blue)是一个关注水生态健康的非政府组织(NGO),他们最近对全球1200多名可持续专家进行了专访和调查,其调查的主要内容包括水生态管理、水污染和水短缺等。

专家们普遍认为,要扭转水生态、水污染和水短缺方面存在的问题,关键是改变人们对水的价值的认识,促使政府和有关部门、公司不应再将清洁水视为商品,而应该将清洁水视为一种宝贵的资源。

参加此项调查的除了“蓝圈”组织以外,还有“全球瞭望”(GlobeScan)、可持续发展组织(SustainAbility),调查的话题为“未来十年,人类解决水生态、水污染和水短缺的技术和策略”。

可持续发展组织的高级副总裁杰夫·埃里克森说,政府、部门和公司应对水生态、水污染和水短缺的政策执行十关键,因为这些制度、策略的执行将贯穿其开发、治理、保护以及商业运作的各方面。解决办法的多样性反映了水生态、水污染和水短缺问题的复杂性。人口的增长、城市的发展、农场的生产和气候的变化,这些因素大大地增加了淡水的竞争使用,造成对水生态的破坏,同时也减少了可以利用的水资源。对于水生态,杰夫·埃里克森认为应该进行一体化的管理。

简单地说,对水生态系统实施一体化管理,就是要实施有经验和非感性的方法,对水生态方面的自然资源实行管理,综合考虑经济、文化和生态方面的目标。这种水生态管理的精华在于,总体上的效果要大于各部分的加合,每一项的管理都影响着其它管理的效果。一个很好的例子就是,污水处理行业应当与清洁能源部门建立合作关系,这样清洁能源部门就使用处理后的污水生产藻类和其它生物燃料作物,而这些藻类和生物燃料作物又能够吸收污水中的营养物质,对污水起着净化的作用,减少污水处理工厂使用水泵方面的花费,大大减少污水处理的费用。

 

美国地下水监测网络

 

地下水是美国供水的重要组成部分,美国一半以上的灌溉用水依赖于地下水。但在目前还没有一个全国范围的地下水评估系统,包括评估可获得地下水的趋势以及地下水的水质。为了更好地保护地下水资源,美国进行了五个试点项目,以对地下水监测网络进行测试。

“这就好像你有一个银行账户,但你却并不知道你有多少钱,而且,你也不知道随着时间的推移,你有多少钱的支出,也不知道你有多少钱的收入。”罗伯特·施赖伯说,他是美国地下水顾问委员会的主席成员。该顾问委员会提出了地下水网络监测方面的概念性模型。“但是,这不是钱的问题,而是地下水的问题,因为地下水提供78%的社区用水,以及42%的灌溉用水。”

“水资源在地方、区域和国家级决策制定方面志起着越来越重要的作用,”拉森·马修说,他是美国地质调查局的副主任,“随着人口的增长、人类的进一步发展、土地利用加剧、灌溉的扩大,以及人们对气候变化的日益关注,越来越多的科学家、资源管理者和政策制定者,需要得到更加详细的信息,以满足人类和生态系统的用水需求。”

在美国,联邦、区域和地方政府负责地下水资源的监测工作,但在数据的整合以及跨区域数据获得方面仍然存在困难。在美国的地下水监测网络中,有些地方不能够及时得到数据。这正是美国进行五个试点项目的原因。

“以流域为基础的决策制定,是一项复杂而艰巨的过程,”迈克·夏皮罗说,他是美国水信息咨询委员会的代表、美国环境保护局的副助理署长。他说:“我们国家的水资源有大量的需求。州地下水监测试点项目是一个很好的开始,以便于我们更好地了解整个国家地下水现状,对流域范围内的决策起着支持的作用。”

美国地质调查局、环保局,将会与和来自伊利诺伊州、印第安纳州、明尼苏达州、蒙大拿州、新泽西州的试点合作伙伴合作,以审查现有数据,对数据采集和存储方法进行评估,并且探讨地下水数据共享的可行性。

蒙大拿州地下水监测试点项目负责人托马斯·巴顿说:“蒙大拿州有超过900个常规监测井,并可能轻松地与他人分享数据,以提高全国规模的地下水监测评估。此外,通过共同努力和联邦政府的支持,建成州内运行的地下水监测网络不成问题。”

现有资源小组委员会的五个合作伙伴在试点阶段将提供宝贵的经验教训,在未来,如果资金到位,项目能够建成一个真正的全国性地下水监测网络。

“地下水保护委员会珍惜参加设计和启动试点工作的机会,”迈克·坡卡说,他是地下水保护委员会执行主席,“我们国家的人民都知道,地下水是他们最宝贵的资源之一,是满足未来供水需求的关键。”

国家地下水协会的约翰·扬森是小组委员会的代表,他说:“进行地下水监测网络建设是实现国家水资源监测的重要一步,我们生态和经济都要依靠他了。”

美国的地下水小组委员会,由水利信息咨询委员会建立,主要职责是制定框架,以鼓励建立和实施长期的国家地下水质量监测网络。

友情链接

中国水利博物馆

华北水利水电大学

水利部

松辽水利网

海河水利委员会

太湖流域管理局

党建网

中国网

珠江水利委员会

河海大学

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