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论我国水生态的保护与修复:任务与对策

作者:张云昌  来源:安全管理网 
评论: 更新日期:2020年03月05日

摘 要:本文聚焦我国水生态保护与修复工作,结合长期实践,分析当前的形势和任务,指出了当前要着力解决的水生态问题主要是:在大坝上游,河流变湖库,生境变化导致生物物种变化;水库水流流速变缓,水体自净能力降低,导致富营养化及藻类水华。在大坝下游,清水下泄,冲刷下游河道导致局部河道河势变化较大;水库蓄水使坝下游春季水温下降、秋季水温升高,水温变化过程滞后; 水库蓄水导致大坝下游的水文过程改变,水的流量、流速、流态发生变化。在河道(航道)整治工程中,裁弯取直,缩短水流在河道中的停留时间,河岸衬砌和硬化,减少水向沿河堤岸的渗透,在大降水和洪水时易于造成涝灾和洪灾。在涉湖工程中,阻隔河湖;填湖造地。在明确存在问题和迫切需求的基础上,提出了切实可行的对策建议。当前水生态保护与修复要围绕一条主线,即“人要发展,鱼要生存”的“人鱼线”,要采取“调、控、退、通、改、拆”的综合措施,即生态调度,控制水污染,退建还水、退田还湖,河湖连通,对已建涉水工程进行生态化改造,对在保护区、重点风景名胜区、特有鱼类栖 息地修建的小型工程要采取坚决措施拆除,恢复原貌。

早在2014 年春,习近平总书记就水利工作发表重要讲话,分析了我国水安全面临的严峻形势, 指出了保障国家水安全需要研究的十个重大问题, 提出了“节水优先,空间均衡,系统治理,两手发力”的十六字新时期治水思路;是我们做好今后水利工作的理论武器和行动指南。

本文在习近平总书记重要讲话精神指引下, 聚焦我国水生态保护与修复工作,结合长期实践, 分析当前的形势和任务,明确存在的问题和迫切需求,提出切实可行的对策建议,以期抛砖引玉, 就教于在水安全工作领域的专家学者和干部群众, 集思广益、群策群力、贯彻落实习近平总书记新时期治水思路,应对解决好保障国家水安全重大问题,为中国人民谋幸福,为中华民族谋复兴。

深化对水生态损害问题的认识

习近平总书记在分析我国当前水问题时指出, 随着我国经济社会不断发展,不仅水安全中的老问题仍有待解决,而且新问题越来越突出、越来越紧迫。老问题就是地理气候环境决定的水时空分布不均以及由此带来的水灾害。新问题主要是水资源短缺、水生态损害、水环境污染。水灾害、水资源短缺是长期在抓的工作,水环境污染近年来事件频发,但水生态损害问题还没有引起足够的重视。

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解决水生态问题首先要了解水生态。习近平总书记在阐述水生态损害严重情况时主要讲了三个方面的问题:

一是涵养水源的生态空间大面积减少,盛水的“盆”越来越小,降水存不下、留不住;

二是河流断流、河道缩减,许多奔腾咆哮的大河变成涓涓细流,相当一部分河流已经河枯岸荒,“白鸟一双临水立,见人惊起入芦花”的景象在很多地方已一去不复返了;

三是一方面天然的水环境在消失,另一方面却花大把钱去搞人工仿造。

习总书记用通俗易懂的语言阐述了水生态保护的重要性。水生态是长期自然、社会经济演变的结果。水生态系统是由“水盆”、水流等生境以及生存于其中的水生生物构成,保护和修复水生态就是要规范人的行为,纠正人的错误行为,避免或减少人为干扰,保持其系统的完整性和多样性。

水生态损害严重问题是当前我国水利工作的短板。这块短板的形成有深刻的社会、历史原因。旧中国多年战乱,满目疮痍,水利设施破坏殆尽。解放后,水旱灾害频发,党中央、各级政府和人民群众把目光和精力都放在兴修水利、减灾防灾上。改革开放后,快速的城市化和工业化又把水供给不足、水环境破坏等问题摆在我们面前,解决这些问题又成为急务。水生态问题对社会经济发展的影响短时期内显现不出来,容易被忽视, 具有潜在性。这影响了我们对水生态损害问题的判断,对水问题的认识不准确、不全面,把水当成了取之不尽、用之不竭的资源,没有从生态的、系统的角度认识水和把握水。

补齐水生态损害严重这块短板,首先要正视问题。七十年来,水利工作取得了辉煌成就,农田水利基础建设、三峡工程、南水北调工程等都是我们“过五关斩六将”取得的成绩。但也毋庸讳言,我们也有“走麦城”的时候,比如围湖造田、截断江河与湖泊的联通、三门峡工程等,这些问题带来了比较严重的生态后果。

其次,要进一步加深对水规律的理解,转变观念,树立江河不老、永续利用的指导思想。水生态系统是水与水生动植物长期协同进化的结果。从本质上说,水生态系统是一个活的系统,是一个生命系统。如果不能合理地开发和利用,它就会老、会病、会死。习近平总书记在长江经济带发展座谈会上说,“长江病了,病得还不轻”,就是这个道理。治理和开发河流要着眼于可持续发展、永续利用。可持续发展的意思是上一代人的利用不影响下一代人的利用。要做到可持续发展, 最根本的是要保证水生态系统的完整性。盆小了、水干了、草枯了、鱼灭绝了,就是对后代不负责任、对后代的犯罪。

深化对水生态损害问题的认识,最重要的是要担负起水资源开发利用对水生态影响的责任, 不能把自身造成的问题推给其它部门,要把水生态保护与修复工作作为今后水利工作的主战场, 并在工作上予以落实。要从学校教育抓起,组织编写出版《水生态学》 教材,开设《水生态学》课程,不能把水利学院仅仅办成水利工程学院。对已有的水利工程项目进行水生态保护评估,根据评估结果,该进行完善提高的完善提高,该优化调度的切实优化调度。对新建项目,要从项目筹划、设计开始,贯彻生态优先、绿色发展的指导思想,把保护好水生态作为建设工程的重要任务。

着力解决九个水生态问题

除了已经有比较深入研究的土地淹没、移民、诱发地质灾害等问题外,水利工程对水生态的影响还需要关注以下九个问题:

2.1大坝工程2.1.1大坝上游的两个主要生态问题

(1)河流变湖库,生境变化导致生物物种变化。三峡水利工程完建后,约600 km 长江干流变成水库,水文条件明显改变,不再适合常年生活在其中的流水型鱼类,尤其是长江上游特有鱼类的栖息。鱼类组成会出现明显更替[ 1-2 ]。段辛斌等[ 3 ]和吴强等[ 4 ]分别调查了蓄水前 (1997-2000) 和蓄水后 (2005-2006) 三峡库区的鱼类资源情况,发现蓄水前后圆口铜鱼等流水型鱼类资源显著下降。Cao 等[ 5 ]对三峡二期蓄水前后鱼类群落结构进行分析,也发现蓄水过程中鱼类群落发生明显替换。

(2)水库水流流速变缓,水体自净能力降低, 导致富营养化及藻类水华。据长江委组织的三峡库区支流富营养化及水华情况监测,2012 年16 条较大支流均为中营养程度,2013 年5 条进入富营养阶段,2014 年富营养化的支流增加到11 条。2012 年春季,16 条支流水华爆发概率达到81%,明显高于 2009 年春季的 38%, 2010 年和 2011 年的50%,2013—2015 年水华爆发概率出现回落,分别为75%、63%、43.7%,但仍处于比较高的水平。

2.1.2大坝下游的三个主要生态问题

(1)清水下泄,冲刷下游河道导致局部河道河势变化较大。清水下泄可以冲深河床,从长远看对防洪有利,但短期内会导致崩岸塌岸问题的发生。据监测,2002 年10 月至2013 年10 月,宜昌到湖口段,平滩河槽总冲刷量为11.90 亿m3 (含河道采砂量)。2003 年2013 年长江中游干流河道共发生崩岸698 处,总长度521.4 km。

(2)滞温效应。由于水库蓄水的影响,会使坝下游春季水温下降、秋季水温升高,达到历史同期水温需要更长时间,即水温变化过程滞后的滞温现象和对水生态影响的滞温效应。比较三峡水库试验性蓄水前后坝下江段的水温度变化发现, 同期秋季水温偏高2~4℃,水温下降过程滞后,平均推迟约 20~36 d,影响中华鲟的自然繁殖和生存。中科院水生物所和水利部水工程生态所的研究表明,中华鲟和四大家鱼繁殖对水温过程滞后有明显响应。

(3)水文过程改变。水库蓄水导致大坝下游的水文过程改变,水的流量、流速、流态发生时空变化。水文过程改变最严重的情况是河流断流。华北地区是水文过程改变影响最大的区域,断流问题比较普遍。2016 年12 月,国家发改委、水利部、国家林业局联合印发了《永定河综合治理与生态修复总体方案》,计划投资370 亿元着力解决永定河水资源过度开发,水环境承载力差、污染严重、河道断流、生态系统退化、部分河道防洪能力不足等突出问题,将永定河水系恢复为“流动的河、绿色的河、清洁的河、安全的河”。

2.2河道 (航道) 整治工程

可能是受西方河道治理理论的影响,也可能是出于安全的考虑、图方便的考虑,还有可能是由于对河道形成的理解不全面,前些年,河道治理走了弯路,出现了两个方面的问题:

(1)裁弯取直。这个问题在中小型水利工程、在农田水利工程中比较普遍。农村土地整理,土地整的方方正正,有利于耕种和机械化,河道因而也被整治的横平竖直。这一问题在大江大河治理中也屡见不鲜,航道治理工程为通航方便,裁弯去滩的也有一些。但这种改造缩短水流在河道中的停留时间,减少水向沿河堤岸的渗透,在大降水和洪水时易于造成涝灾和洪灾。

(2)河岸衬砌和硬化。1993 年和1995 年,莱茵河先后发生两次洪灾,洪水淹了一些城镇,造成了几十亿欧元的损失。分析洪灾原因,主要是莱茵河的水泥堤岸限制了水向沿河堤岸的渗透。因此,德国进行了河道及沿线岸边回归自然的改造,将水泥堤岸改为自然属性的生态河堤,重新恢复河流两岸储水湿润带,并对水域内支流实施弯曲化改造,延长洪水在支流的停留时间,降低主河道洪峰流量。

这样的问题到现在也还没有引起我们足够的重视,混凝土硬化在河道治理工程中仍在大量使用。

2.3涉湖工程

(1) 阻隔河湖。阻隔河湖主要有两种形式:一种是修坝建闸,完全或部分时段隔绝河流与湖泊的联通;一种采用拦网、栏栅或者电网,阻隔河流生物通道。

在长江流域,目前仅鄱阳湖和洞庭湖与长江自由相通,对保护长江水系生物多样性有重要作用 (Pan et al,2011)。从上世纪50 年代开始,大规模的围湖造田活动导致湖泊面积减小。此外, 湖泊和长江之间修建了许多控制闸,造成江湖阻隔,使得江湖复合生态系统的连通性不复存在, 湖泊中鱼类物种减少,江湖洄游鱼类消失,生态系统结构发生变化。加上滥捕、环境污染等人类活动的影响,长江平原湖泊鱼类资源现状已不容乐观。朱江和王利民等[ 7 ]对涨渡湖调查发现,江湖阻隔后,鱼类多样性下降,群落结构向单一化方向发展,洄游性和流水性鱼类比重由上世纪50 年代的 50% 下降到现在的 30%。第二类阻隔多为渔业生产。在三峡库区,监测发现通过拦网和电网阻隔支流和干流的有13 处。

(2)填湖造地。近些年来,特别是“98”洪水后,填湖造田的问题得到了遏制,但由于巨大的经济利益驱使,填湖造楼、填湖建工业区的事情仍时有发生。据《中国经营报》 报道,自上世纪80 年代以来,武汉一地的湖泊面积减少了34 万亩,填湖后的主要用途为房地产项目开发。刹不住填湖之风的原因首先是利益驱动,其次是由于违法的成本太低。

当前保护和修复水生态应当采用的方法

对于水生态的保护与修复,生态学家、水利学家做了大量的研究,在实践中也取得了丰富的成果。为了便于理解、记忆和把握, 我们提出“一条主线、六个字”的基本方法。

3.1一条主线

水生态保护与修复要围绕一条主线,人要发展,鱼要生存。我们概括地称之为“人鱼线”。人类居于生物圈—地球生态系统的顶端,人是一切价值和意义,人要发展毋庸置疑。鱼位于水生态系统食物网的顶端,鱼类的生存状态能够很好的评价生态完整性。鱼类群落通常包括代表各个营养级的一系列种类,如杂食性鱼类、食草性鱼类、食虫性鱼类、滤食性鱼类和食鱼性鱼类等。鱼类也能反映有藻类、浮游动物和浮游植物、水生植物、大型无脊椎动物的生存状况。通过鱼类还可以反映出急性的毒理效应(某些分类单元的缺失) 和胁迫效应(生长缓慢,繁殖力下降)。通过对不同年份间补充群体和种群动态的调查可以了解干扰事件的关键时间点。洄游性鱼类可以作为栖息地连续性或片段化的可靠指示种。

3.2六个字的水生态的保护与修复策略

解决当前水生态损害严重问题,要采取“调、控、退、通、改、拆”的综合措施。“调”是生态调度,“控”是控制水污染,“退”是退建还水、退田还湖,“通”是河湖连通,“改”是对已建涉水工程进行生态化改造,“拆”是对在保护区、重点风景名胜区、特有鱼类栖息地修建的小型工程要采取坚决措施拆除,恢复原貌。

(1)生态调度。生态调度费省效宏,是水生态保护与修复的第一选择。生态调度没有统一的定义,从目前国内的实践看,大致有两种调度模式被冠以生态调度之名。一是三峡集团总公司开展以促进四大家鱼产卵为目的的调度。二是水利部在福建召开的生态调度试点会,以保证水库下游生态基流为目标的调度。这两种调度可称为狭义的生态调度。此外,珠江委组织了压咸补淡调度、黄河委组织过调水调沙调度。这些调度也应算作单目标的生态调度。

原三峡集团公司总经理、三峡办副主任、水利专家陈飞对生态调度进行了长期深入的思考, 在多篇讲话和文章中阐述了广义生态调度观点。强调要通过管理运行好三峡工程,切实保护好长江,确保长江不老。其工作思路可概况为一、二、三、四“四个方面”。“一”是三峡工程运行要贯穿生态调度这一条主线;“二”是生态调度要以水文、生态环境这两项预测预报为基础;“三”是生态调度要贯穿于防洪、发电和航运三项重点任务之中;“四”是一年四季都要精心组织实施生态调度。

不管生态调度如何定义,其实践成效显著。以三峡集团公司组织的促进四大家鱼产卵调度为例, 水利部中科院水工程生态所的报告称:从2011 年~2018 年,三峡水库每年5-6 月实施促进四大家鱼自然繁殖的生态调度试验,共实施12 次调度,其中2012 年、2015 年、2017 年、2018 年调度2 次,其他年份调度1 次。长江宜昌江段持续涨水时间3~7 d,流量日均涨幅1 080~3 180 m3/s,水位日涨幅为0.43~1.3 m,水温在20~24 ℃之间。监测结果表明,除2016 年外,其他年份四大家鱼对生态调度形成的人造洪峰有积极的响应。估算各年份的生态调度期间四大家鱼累计产卵量8.08 亿粒,占监测期间累计产卵量(21.14 亿粒) 的38.2%。可以把生态调度定义为维护河湖健康和生物多样性的调度。基于这个定义,建议长江主要调度方式的顺序如下:防洪调度优先于生态调度, 生态调度优先于中下游补水调度,中下游补水调度优先于航运调度,航运调度优先于发电调度, 发电调度优先于调水调沙调度。

生态调度目前在国内外开展的时间不长,理论和实践基础都很薄弱,在建设生态文明的新时代,要组织多学科的力量开展联合攻关,完善理论,丰富实践,进而制定重要河流生态调度的目标、标准、规程,实施生态调度,促进重要河流的生态保护与修复。

(2)控制污染。水污染对水生态的影响是不言而喻的。控制污染,当务之急是落实《水污染防治法》 第二十条和第二十一条。新修订的《水污染防治法》“第二十条”重申了“国家对重点水污染物排放实施总量控制制度”,并在“第二十一条”中的排污许可管理要件中增加了“水污染物排放总量”控制内容,但这一制度没有完全落地。河流污染治理的目标是改善河湖水质,必须控制“入河污染物总量”。主要基于以下理由:

一是“达标排放”不能确保河湖水质改善。在点源污染控制方面,以往提出的要求是“达标” 排放。并习惯性认为,“达标”排放对环境是安全的。即使按照污水一级排放标准控制,其排出的废污水也将劣于地表水V 类。当一个地区的产业布局较密集时,其水污染物排放对河湖水质的危害是巨大的(见表1)。

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二是即使是各段水污染物排放实施总量是不超量的,但河流或湖泊仍然呈现为污染状态。这主要是因为河湖污染物总量计算错误,不是按河湖自净能力做的测算,没有考虑历史累积的污染物和污染物在一定时空的新的物理化学反应。河湖污染物总量分配方法错误, 按河流长度平均分配,逐段累积,污染物到下游会超过自然净化的阈值。

(3)退建还水。退建还水是一个比较减省的说法,它完整准确的表述是退去各种建设,包括养殖、种植、房地产、工业区等对水域的侵占, 恢复原来的水域。

以长江为例,建国以来,长江中下游地区约三分之一以上的湖泊被围垦, 围垦总面积达到1.3 万km2 以上。这一数字大约相当于目前鄱阳湖、洞庭湖、太湖、洪泽湖和巢湖五大淡水湖泊面积总和的1.3 倍。因围垦消失的湖泊达到1000 多个, 蓄水容积减少了500 亿立方米。

1998 年大洪水过后,国家做出了退田还湖的决策。据新华网2002年3月2日一篇题为《中国主要江湖面积增长》的报道,五年间国家共投入103亿元用于长江及两湖地区退田还湖,鄱阳湖还湖面积1343 km2,洞庭湖还湖面积1 522.5 km2,增加蓄洪容积130 亿m3。但退田还湖不能从根本上解决长江防洪问题。1954 年长江有1 023 亿m3 的超额洪量,若1954 年洪水再现,则现有退田还湖所增加的洪水调蓄能力,显然是杯水车薪。而且,由于长江中下游地区高度发达、人口稠密,使退田还湖政策不可持续。1998 年能够实施退田还湖政策也是利用了“九八”大洪水的历史契机。解决长江中下游防洪问题,重点还是要加强蓄滞洪区建设。

在其它流域,退田还湖问题还没有破题。在财力允许的条件下,要有计划、有步骤的推进退田还湖工作。有的人讲,退田还湖资金投入大, 还有移民问题,不好做还尽花钱,这是不正确的。从生态学的角度讲,湿地是具有较高生产力的生态系统,只要在保护好湿地的前提下合理利用, 一定能获得比种植一般农作物更好的经济利益。

(4)河湖连通。早在2010 年水利部门就对江湖连通工作进行了部署,当年召开的全国水利规划计划工作会议提出:“江湖连通是提高水资源配置能力的重要途径,要构建引的进、蓄的住、排的出,可调控的江湖水网体系,根据丰枯变化调度引流,实现水量优化配置,提高供水的可靠性,增强防洪保障能力,改善生态环境。”十年过去了,现在看来,这一工作思路扩大了河湖连通工作的范围,给河湖连通附加了一些不属于它的作用和功能。河湖连通工程是生态修复工程,不是水资源配置工程、防洪工程和排污工程。河湖连通是修复被人为阻隔的河与湖的连通,其根本的目的是为水生生物提供多样化的生境和育肥场所, 保护生物的多样性。如果说河湖连通还达到了一些其它的目的,那也是河湖连通工作的副产品, 而不应成为主要目的。

河湖连通工作现在出现了两个极不好的苗头, 应予以纠正。一是转移污染。在实施河湖连通工程时,有的地方采用引入河道优质水,导出湖泊污染水,湖水从死水变活水改善了湖泊水质;但导出的湖泊污染水却污染了河道水质。这实际上是一种污染转移。第二个问题是引水造景搞开发, 这是更应制止的一种功利主义做法。

河湖连通工作的技术难点是要处理好恢复河湖自然连通性 (特别是生物通道的连通性) 与防洪和人类利用的矛盾。

(5)生态化改造。虽然早在上个世纪90 年代水利、航运学界就有一些人已经认识到传统水利、航运工程对生态带来的破坏,并采取了一些措施, 但新观念、新技术的推广过程总是曲折漫长的。几十年来修建了大批非生态型水利航运工程,对这些工程进行生态化改造势在必行。

非生态型水利、航运工程数量庞大,近期可以从以下三个方面着手:

一是对渠化的河道进行改造。所谓的“河道渠化”是指1) 平面布置上河道形态直线化,也就是将蜿蜒曲折的天然河道改造成直线或折线型人工河道;2) 河道横断面规则化,把自然河道的复杂的断面变成梯形、矩形和弧形等规则几何断面;3) 河底材料的硬质化,河道的边坡及河床采用混凝土、砌石等硬质材料。蜿蜒曲折的河流是长期自然历史演化的结果,具有天然的合理性,河流形态的改变—河道截弯取直造成河流缩短、河漫滩缩小、深潭—浅滩序列消失—使地貌空间异质性明显下降,水生生境结构简化,适宜栖息地萎缩,生物多样性下降。国内外对渠化河道进行生态化改造取得了明显的成效。“ 欧共体” 通过实施“ 鲑鱼-2000 计划”,对莱茵河进行生态修复,到2000 年全面实现了预定目标,沿河森林茂密,湿地发育,水质清澈洁净。鲑鱼已经从河口洄游到上游一带(瑞士) 产卵,鱼类、鸟类和两栖动物重现莱茵河。

美国基西米河生态修复工程是美国迄今为止最大的河流恢复工程,通过实施回填运河、开挖原有河道、拆除水闸、恢复洪泛区和沼泽地等工程,使原河道中过度繁殖的植物得到控制,新沙洲的新发展, 恢复了洪泛区阔叶林沼泽地,创造了多样的栖息地,水中溶解氧水平提高,水质明显改善,许多已经匿迹的鸟类又重新返回基西米河,科学家证实该地区鸟类数量增长了3倍。

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二是增建过鱼设施。过鱼设施包括鱼道、鱼闸、升鱼机和集运鱼系统几种形式。修建过鱼设施问题在业内和社会上受到广泛关注和讨论。高坝大库由于大坝上游生境已发生重大变化,不宜修建过鱼设施。

三是增建分层取水设施。水库存在水温分层现象,为减缓下泄低温水对下游水生生物或农田灌溉的不利影响,需要采取必要的水温恢复和调控措施。一些大坝只在一个高程设出水口,这样的工程需要进行技术性改造。

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(6)拆除违规。拆除违规小水电工作迈出了可喜的步伐。2018 年12 月14 日,水利部、国家发改委、生态环境部、国家能源局联合下发了《关于开展长江经济带小水电清理整改工作的意见》。意见提出了总体目标:限期退出涉及自然保护区核心区或缓冲区,严重破坏生态环境的违规水电站,全面整改审批手续不全、影响生态环境的水电站,完善建管制度和监管体系,有效缓解长江经济带小水电生态环境突出问题,促进小水电科学有序可持续发展。2020 年底前完成清理任务。

要科学认识小水电的地位和作用。小水电在改革开放初期的大发展,对缓解用电紧张局面, 促进地区经济发展,提高人民生活水平方面发挥了不可替代的作用,应给予充分肯定,但任何问题都是时代的问题,在建设生态文明的新时代, 在供电能力大幅提升的条件下,适当退出一些小水电也是时代进步的表现。

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