水質(zhì)流域保護(hù)管理論文
時(shí)間:2022-06-27 08:41:00
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一、前言
“湖泊是人類文明之鏡”,從湖泊的水質(zhì)保護(hù)狀況更可以反映人類文明程度。湖泊作為水系的一部分,自古以來就成為人類文化與文明的搖籃。特別是長江下游平原地區(qū)的淡水湖泊一直是我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的魚米之鄉(xiāng),贊美洞庭、鄱陽、太湖的詩詞歌賦大量涌現(xiàn),成為我國水文化的重要內(nèi)容。
隨著近代工業(yè)化的發(fā)展,除各種自然有機(jī)物及各種水土流失物進(jìn)入湖泊可能會影響湖泊水質(zhì)外,各種人工化學(xué)物質(zhì)進(jìn)入湖泊可能導(dǎo)致湖泊水質(zhì)的急驟變化。在江河已遭到嚴(yán)重污染的今日,湖泊已成為保護(hù)人類水源的最后一個(gè)陣地,湖泊水質(zhì)的惡化將從根本上破壞流域社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展條件。對湖泊的水質(zhì)保護(hù),最重要的是處理好流域內(nèi)人與湖泊的關(guān)系,建立人與湖泊長期和諧共處的關(guān)系。
二、湖泊的基本特征
湖泊的基本特征隨湖盒形狀及其容量大小而有所差異,同時(shí)流域內(nèi)人類活動也會影響和改變湖泊的基本特征。容量較大的湖泊其環(huán)境容量亦大,相對不易受到污染,可是一旦被污染又較難凈化。而較淺的湖泊也較容易被污染,而且受風(fēng)、熱的影響較大。
進(jìn)入湖泊的污染物或泥沙由于湖泊內(nèi)的流動而被輸送到全湖。因此要掌握湖泊內(nèi)污染物及泥沙的輸移擴(kuò)散狀況,必需掌握湖流特征。湖流的成因可分為:
①吞吐流,由進(jìn)、出湖河道的水流動引起;
②風(fēng)生流,由風(fēng)作用于水面的剪切力引起;
③熱成流,由于太陽輻射,而接受輻射的水體深淺不一,熱容量不同而引起;
④柯氏力,由地球自轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力及線速度差異所引起。在洪水季節(jié),吞吐流影響較大,在枯水季節(jié),風(fēng)生流影響最大,而熱成流只在湖盒地形變化較大,水體深淺不一時(shí)才顯示其影響。對面積較小的湖泊可以忽略柯氏力的影響。對于北半球湖泊而言,由于南向季風(fēng)及柯氏力的影響,大多會出現(xiàn)逆時(shí)針方向的環(huán)流。太湖的主導(dǎo)湖流也是逆時(shí)針方向的環(huán)流。
在遭遇較大風(fēng)力時(shí),由于風(fēng)的吹送,湖泊近風(fēng)一側(cè)水位下降,遠(yuǎn)風(fēng)一側(cè)水位將抬升,湖面傾斜,在太湖這種北高南低的水位差可達(dá)0.3~0.4米。如果風(fēng)力忽強(qiáng)忽弱,或風(fēng)向不斷變化時(shí),湖面會產(chǎn)生像潮汐一樣的靜陣現(xiàn)象,亦稱假潮,其周期與湖盆形狀有關(guān)。太湖水面振蕩周期約1~1.5小時(shí)。過去在太湖漁民中曾有“一日十八潮”之說。對于較深的湖泊,在每年春夏之季尚可能出現(xiàn)溫度分層現(xiàn)象,影響上、下層之間的物質(zhì)交換。太湖屬淺水湖泊,一般不會出現(xiàn)分層現(xiàn)象。
從湖泊的水質(zhì)變化過程來看,要由幼年的貪營養(yǎng)型湖泊→青年的中營養(yǎng)型(偏貧)→壯年的中營養(yǎng)型(偏富)→老年的富營養(yǎng)型,這是湖泊由幼年至老年的變化過程。在自然條件下,這一過程發(fā)展相當(dāng)緩慢,但是由于人類活動的刺激,這一過程也可能變得十分迅速。湖泊水質(zhì)由幼年期進(jìn)入青年期,或由青年期進(jìn)入壯年期時(shí),往往會發(fā)生淡水赤潮,而進(jìn)入老年期時(shí)則發(fā)生“水華”。因此有人把赤潮稱為湖泊的“青春痘”,而把水華稱之為“老年癍”。湖泊一旦進(jìn)入富營養(yǎng)化狀態(tài)即意味著已進(jìn)入老年期,在伴隨水華發(fā)生的同時(shí)還會出現(xiàn)沼澤化,沿岸湖灣域水深不斷變淺,湖泊面積逐漸縮小。湖泊一旦出現(xiàn)富營養(yǎng)化要使其逆轉(zhuǎn),再返回青春是較難的,但可以采取多種措施,延緩其老化過程。
三、太湖的水質(zhì)評價(jià)
太湖于80年代初,先是在北部湖灣區(qū)域出現(xiàn)明顯的大面積水華,其后向湖心發(fā)展,1990、1994、1995年七月無錫梅園水廠因藻類異常增殖,導(dǎo)致水廠過濾器堵塞,水味異常。目前太湖呈現(xiàn)典型的老年癥狀。即大面積的水華和東太湖的沼澤化。太湖入湖泥沙量不大,粗估為200萬m3/年,相當(dāng)于每年平均淤積1mm,但由于湖水較淺,一有風(fēng)浪就被掀起,并隨湖流輸送到東太湖及其它湖灣地區(qū)。在東太湖的一些地方,每年`可淤積0.1m,水深逐漸減小。
太湖水質(zhì)污染嚴(yán)重,1995年全年平均已無Ⅱ類水,Ⅳ類水以上面積占總面積36%,東太湖與湖心區(qū)最好,藻類生物量為3.5~4.5mg/l,而五里湖、梅梁湖最差,全年超Ⅴ類水,藻類生物量為3.5~4.5mg/l。太湖水質(zhì)如此急驟惡化,主要是由于流域內(nèi)人類活動不當(dāng)`,如不采取嚴(yán)格而科學(xué)的管理措施,太湖的水質(zhì)及生態(tài)難以向好的方向發(fā)展。據(jù)最近的調(diào)查,每年進(jìn)入太湖的污染物負(fù)荷量為:CODCr282.9萬噸,T-N17.79萬噸,T-P1.69萬噸。CODCr中工業(yè)排放占83%;T-N中工業(yè)占43.7%,面源占26.1%,生活污水占14.6%,畜產(chǎn)占12.4%;T-P中工業(yè)占55.9%,生活污水占23.1%,畜產(chǎn)占15.8%。目前從太湖的水質(zhì)環(huán)境狀況來看,有機(jī)污染的主要來源是工業(yè)排放。從富營養(yǎng)化狀態(tài)來看,氮過剩,磷為控制條件。而磷的來源,工業(yè)污水占一半以上,而生活污水占近四分之一。
四、太湖綜合治理措施
太湖作為大型湖泊具有三大功能,即資源功能、環(huán)境功能和生態(tài)功能。資源功能主要是為周邊地區(qū)提高豐富的水資源;環(huán)境功能包括其自凈功能,對周邊地區(qū)的氣候調(diào)節(jié)功能,與空間景觀相關(guān)的文化娛樂及休閑功能;生態(tài)功能包括保持生物多樣性及保護(hù)其持有物種的功能,以及漁業(yè)生產(chǎn)功能等。作為綜合治理的目標(biāo)應(yīng)當(dāng)使太湖的資源、環(huán)境、生態(tài)三大功能都得到改善,太湖水質(zhì)改善的目標(biāo)只是之一。而且三者之間是相互關(guān)聯(lián)的,因此在考慮太湖的綜合治理時(shí),應(yīng)當(dāng)避免單打一的治理規(guī)劃,首先要確定一個(gè)合理的綜合治理目標(biāo)。太湖的綜合治理措施應(yīng)包括三方面的內(nèi)容:
(一)污染源控制措施;
(二)湖泊生態(tài)修復(fù)措施;
(三)流域人類活動管理措施。
污染源控制措施
點(diǎn)源控制措施包括:①工、礦企業(yè)及大型旅游設(shè)施的污水達(dá)標(biāo)控制;②城鎮(zhèn)生活污水處理廠;③河道污染物沉淀設(shè)施;④地下卵石槽凈化設(shè)施;⑤前置庫;⑥農(nóng)村人、畜糞尿沼氣化設(shè)施。
面源控制措施包括:①土壤凈化資源的開發(fā)利用;②陸域低洼地區(qū)的生物處理措施。國內(nèi)外研究表明,受到污染的自然水體,在蘆葦?shù)貐^(qū)或水草區(qū)域滯留時(shí)間超過70小時(shí),其脫磷和脫氮率都可達(dá)到70%以上;③水土保持措施。坡耕地流失的水土中含有多樣營養(yǎng)鹽類,應(yīng)避免其直接入湖。
湖泊生態(tài)修復(fù)措施
湖泊的有機(jī)污染及富營養(yǎng)化是湖泊老化及生態(tài)環(huán)境惡化的一種表現(xiàn)。生態(tài)環(huán)境的變化表現(xiàn)在生物種群數(shù)減少,水體透明度降低,沉水植物逐漸消失,浮游植物減少,耐污能力強(qiáng)的貝類及魚類增加,經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的小型魚類減少,大型魚類增加。由于藻類的異常增殖,水中有機(jī)質(zhì)增加,在其死亡和分解過程中產(chǎn)生腥臭味并大量耗氧,使水中溶解氧濃度降低,甚至導(dǎo)致魚類大批死亡。在污染源逐漸得到控制的同時(shí),湖泊的生態(tài)也可能得到某種程度的修復(fù)。生態(tài)修復(fù)措施包括:
在湖濱建設(shè)水生帶。天然條件下湖與陸是連續(xù)的,隨著湖泊水位的升降
會形成環(huán)湖濕地。這些濕地是保持湖泊生物多樣性最重要的地帶,由淺至深會形成大面積的蘆葦或水草帶、水生物帶。它是多種魚、貝類產(chǎn)卵、棲息之地,也是多種昆蟲、鳥類的筑巢之所。同時(shí)它又是湖泊的天然屏障,對于湖周入湖污染物起到遮擋、沉淀、吸收作用,寄生在水草根部的各種菌類也可以對有機(jī)物進(jìn)行分解。但是,環(huán)湖大堤建成后,水陸的連續(xù)性遭到破壞,濕地消失,適于在淺水中生長的蘆葦水草帶消失。對太湖而言,若恢復(fù)環(huán)湖水生帶需修整環(huán)湖地形,創(chuàng)造適合于蘆葦、水草、挺水植物生長的條件。
對湖內(nèi)生態(tài)進(jìn)行規(guī)劃和管理。目前東太湖水草旺盛,形成了較獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng)。由于湖流向東太湖輸送了大量土壤和營養(yǎng)鹽,湖盆變淺,為挺水生物的生長創(chuàng)造了條件。而挺水生物的大量生長又減少了風(fēng)浪及流速,為落淤創(chuàng)造了條件。同時(shí)水草的生長會吸收水中的營養(yǎng)鹽,從而減少了水中磷、氮的濃度,抑制了藻類的生長。因此水體透明度增加,又有利于挺水和沉水植物的生長。東太湖成為太湖的生物凈水器。需要研究的是今后能否逐漸擴(kuò)大湖內(nèi)水草的生長范圍以及如何對湖內(nèi)水草進(jìn)行管理。水草吸收磷、氮而生長,因此適時(shí)收獲水草就等于從水中提出磷和氮。如果不及時(shí)收獲水草又可能因死亡而分解出磷、氮,成為內(nèi)污染源。水草收獲后的利用以及次年的生長都是需要研究的問題。
另外,湖泊的水位對湖泊生態(tài)有一定的影響,同時(shí)湖泊水深與風(fēng)浪,透明度等都密切相關(guān),因此在研究湖泊生態(tài)問題時(shí)應(yīng)當(dāng)注意對湖泊水位的控制與管理。
流域人類活動管理
在研究我國湖泊水質(zhì)變化過程時(shí),都會發(fā)現(xiàn)一個(gè)共同的事實(shí)。就是大多數(shù)湖泊的水質(zhì)都是在近20~30年內(nèi)急劇惡化,而在此之前的數(shù)千年中,這些湖泊水質(zhì)基本保持良好狀態(tài)。而近數(shù)十年來湖泊流域在水文、氣象等條件并沒有發(fā)生特別異常的變化。可以斷定,湖泊水質(zhì)的急劇惡化是人類活動方式和內(nèi)容的變化所引起。因此,要實(shí)現(xiàn)湖泊的綜合治理目標(biāo),必須對流域內(nèi)人類活動的管理。特別是保持過去的一些好的生活方式,形成“少廢生活方式”,這是保護(hù)湖泊的長久之計(jì),而人類活動的管理,需要通過立法來實(shí)現(xiàn)。
1水源涵養(yǎng)林的管理。對于太湖西、南部入湖河流的水源地要保護(hù)原有林地,并根據(jù)規(guī)劃逐步恢復(fù)涵養(yǎng)林,以保持水源清潔,減少洪水形成的水土流失。
2對于水土流失的控制管理。除對水土流失嚴(yán)重的溝谷進(jìn)行整治,控制水土流失外,要對25度以上坡地嚴(yán)格執(zhí)行退耕還林。
3土地開發(fā)利用的管理。太湖流域是雨量較充沛的區(qū)域,土地內(nèi)的各種污染物容易被沖淋入湖。因此,應(yīng)當(dāng)盡可能增加雨水在流域內(nèi)的滯留時(shí)間。在有條件的地方多修建水塘、水田,保留一定的洼淀用于培植蘆葦和滯留雨水。對土地利用方式進(jìn)行合理規(guī)劃。
4對家庭有機(jī)垃圾進(jìn)行管理。提倡使用農(nóng)家肥,對家庭食物殘?jiān)⒓S尿等漚制農(nóng)家肥,減少化肥用量。
5對合理使用化肥進(jìn)行指導(dǎo)。由于化肥施肥方法不當(dāng),約有50%肥料流入湖中。因此需要加強(qiáng)研究與指導(dǎo),減少化肥的流失量。
6禁止在流域內(nèi)使用含磷洗衣粉。太湖流域已明令禁止使用含磷洗衣粉,但應(yīng)加強(qiáng)對生產(chǎn)、銷售環(huán)節(jié)的管理,加強(qiáng)對居民宣傳、教育、監(jiān)督是十分重要的。
加強(qiáng)對湖內(nèi)漁業(yè)生產(chǎn)的管理。湖泊內(nèi)魚類種群與數(shù)量對湖泊內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)影響較大,因此要對漁業(yè)捕撈量、禁捕魚種,捕撈方式進(jìn)行管理。同時(shí)要嚴(yán)格控制引入外來魚種,以免引起生態(tài)失衡。控制或禁止網(wǎng)箱養(yǎng)魚,大量投放餌種成為湖內(nèi)污染源。
加強(qiáng)對湖周及湖面旅游活動的管理。太湖位于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū),旅游業(yè)十分發(fā)達(dá),景點(diǎn)大量興建。這些景點(diǎn)緊靠湖濱,對其排污要嚴(yán)格檢查和控制,沒有污水處理設(shè)施的不準(zhǔn)營業(yè)。對水上船只不準(zhǔn)排污和丟棄垃圾入湖,建立垃圾及糞尿的回收處理系統(tǒng)。
加強(qiáng)沿湖垃圾的管理。禁止向湖內(nèi)及進(jìn)出河道內(nèi)丟棄垃圾。因此要在流域內(nèi)的廣大城鎮(zhèn)和居民點(diǎn)建立完善的垃圾回收系統(tǒng)。
對流域內(nèi)從小學(xué)開始進(jìn)行愛湖教育。培養(yǎng)流域內(nèi)居民的愛湖意識,應(yīng)當(dāng)從小學(xué)開始,統(tǒng)一教材,廣泛宣傳,并組織各種愛湖活動,設(shè)立宣傳周、宣傳月,持之以恒方能收效。
5.太湖當(dāng)前治理目標(biāo)與對策太湖的水質(zhì)改善將是一項(xiàng)長期而艱巨的任務(wù),上述各項(xiàng)措施的實(shí)施和收效也將是需要大量資金和很長的時(shí)間。當(dāng)前,根據(jù)現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)實(shí)力,應(yīng)當(dāng)抓緊進(jìn)行的工作是什么呢?本人的看法是:
抓緊開展流域調(diào)查,盡快制定太湖流域生態(tài)、環(huán)境、污染控制規(guī)劃。通過規(guī)劃確定太湖流域的環(huán)境目標(biāo),生態(tài)目標(biāo)并與流域內(nèi)的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)相協(xié)調(diào)。該規(guī)劃應(yīng)當(dāng)充分考慮我國已簽署協(xié)議的“可持續(xù)發(fā)展”、“濕地保護(hù)”、“保護(hù)生物多樣性”等一系列原則,由多方面專家共同完成。同時(shí)制定達(dá)到這一目標(biāo)的各種中、長期對策。在流域環(huán)境、生態(tài)目標(biāo)規(guī)劃的前提下制定全流域包括點(diǎn)源、面源在內(nèi)的污染源控制方案。
通過調(diào)查指導(dǎo)農(nóng)田控制入湖污染物,充分利用土地、衛(wèi)星湖、洼地的凈化能力。面源污染中來自農(nóng)田的污染占較大比例,結(jié)合農(nóng)田基本建設(shè)應(yīng)大量修建多功能水塘,貯留雨水,減少直接入湖地面雨流。水塘兼有防洪、除澇、抗旱、養(yǎng)殖、凈化等功能,希望盡早提出示范樣板,及時(shí)推廣。在有條件的地方擴(kuò)大水田面積,同時(shí)指導(dǎo)科學(xué)施肥,減少化肥的流失量。
太湖周圍有許多衛(wèi)星湖和大量洼地。這些湖泊可改建為前置庫,利用生物措施將流入太湖的河水凈化后再進(jìn)入太湖。多數(shù)低洼地帶已被改造為農(nóng)田,從生態(tài)角度和太湖保護(hù)角度來看,應(yīng)當(dāng)盡量退出一部分洼地,形成自然生態(tài)系統(tǒng),利用蘆葦?shù)葍艋|(zhì)。對于地下水位在地面以下較深,而土質(zhì)為沙壤土的區(qū)域,可利用土地作污水凈化處理,利用土壤空隙間的微生物對有機(jī)物進(jìn)行分解。估計(jì)在太湖西部、南部地勢較高區(qū)域具有潛力。
在廣大農(nóng)村成立志愿環(huán)保組織,指導(dǎo)家庭減少污染物排放。目前在農(nóng)村地區(qū)還一時(shí)難以建設(shè)集中污水處理裝置。但可通過環(huán)保志愿者廣泛進(jìn)行宣傳,自行減少和處理家庭垃圾,減少進(jìn)入水系和地下水的污染物。在日本琵琶湖保護(hù)初期就曾有家庭婦女組成的志愿組織,用肥皂和無磷洗衣粉逐戶換回含磷洗衣粉,同時(shí)廣泛地進(jìn)行愛湖宣傳。
加強(qiáng)對修復(fù)湖泊生態(tài)的調(diào)研與試點(diǎn)工作。湖泊生態(tài)和修復(fù)對改善湖泊水質(zhì)是有效的,但在理論上、技術(shù)上必須搞清其可行性及其具體實(shí)施步驟。因此,目前應(yīng)抓緊前期的調(diào)研和試點(diǎn)工作。
抓緊點(diǎn)污染源特別是對磷污染源的控制。如前所述,在入湖總磷負(fù)荷量中,工業(yè)占55.9%,生活污水占23.1%,蓄產(chǎn)15.8%,所以治理的重點(diǎn)是工業(yè)污染源治理。生活污水中如能控制含磷洗劑的使用將是有效的。但是無論是工業(yè)污水,還是活用水的處理都是很花錢的事情。而且目前污水處理技術(shù)的脫磷、脫氮效率都很難超過50%,要進(jìn)行高度處理,投資是相當(dāng)大的。據(jù)中日合作“太湖水資源保護(hù)項(xiàng)目”估算,若使太湖水質(zhì)在2020年恢復(fù)到80年代初期,即基本達(dá)到Ⅱ類水水平,用于污染源處理的費(fèi)用達(dá)2000億元人民幣。所以污染源的治理非搞不可,但根據(jù)目前的經(jīng)濟(jì)實(shí)力,難以短期見效,是一項(xiàng)持久努力的工作。
除對污染源進(jìn)行處理之外,還可以通過技術(shù)改造,改進(jìn)生產(chǎn)工業(yè),減少工業(yè)污水排放總量,并盡可能減少磷、氮的排放量。而目前磷的排放主要集中在無錫、常州、蘇州三市,應(yīng)當(dāng)作為重點(diǎn)治理目標(biāo)。
六、結(jié)語
太湖水質(zhì)惡化到如今程度,治理起來絕非易事,要“十八般武藝”都使出來,單靠一種、兩種措施難以奏效。對污染源的控制雖然勢在必行,但需大量資金,非短期可以完成。而湖泊生態(tài)的修復(fù)即使經(jīng)費(fèi)落實(shí)也需要時(shí)間才能見效。對流域內(nèi)人類活動的管理只要上下努力,多做工作是可以較早見效的。