1、中國環(huán)境科學 2010,30(3)：374379 China Environmental Science湖泊流域清水產(chǎn)流機制修復方法及其修復策略金相燦*,胡小貞 (中國環(huán)境科學研究院湖泊生態(tài)環(huán)境創(chuàng)新基地,北京 100012)摘要：基于湖泊水污染防治領域長期的研究與實踐經(jīng)驗,提出了“以污染源系統(tǒng)治理+流域清水產(chǎn)流機制修復+湖泊水體生境改善+流域管理”為主的湖泊水污染防治的總體思路,并著重闡述了流域清水產(chǎn)流機制修復的方法及其修復策略.由流域徑流的產(chǎn)流、匯流輸送與入湖過程的分析引出了湖泊流域清水產(chǎn)流機制的概念,對其破壞原因進行了解析,提出了清水產(chǎn)流機制修復的理念、思路、技術路線及修復中的關鍵問題.以

2、撫仙湖東大河流域為例,將入湖河流小流域分成清水產(chǎn)流區(qū)污染控制與凈化區(qū)、湖濱入湖區(qū)3部分區(qū)域.在對3區(qū)域清水量與污染物產(chǎn)生量進行分析的基礎上,根據(jù)3區(qū)域現(xiàn)狀特征與主要環(huán)境問題分別提出其修復策略. 中圖分類號：X524 文獻標識碼：A 文章編號：1000-6923(2010)03-0374-06 關鍵詞：湖泊富營養(yǎng)化控制；清水產(chǎn)流機制；修復Concept and tactic of clean water runoff generation mechanism restoration in lake watershed. JIN Xiang-can*, HU Xiao-zhen (Research

3、 Center of Lake Environment, Chinese Research Academy of Environment Sciences, Beijing 100012, China). China Environmental Science, 2010,30(3)：374379Abstract：Based on three decades research and practical experiences in lake eutrophication control field, the overall idea with pollution source systema

4、tic treatment, restoration of watershed aquatic runoff generation mechanism, improvement of lakes habitat and enforcing management as the main direction on the lake eutrophication control was put forward with special focus on the concept and restoration tactic about restoration of watershed clean wa

5、ter runoff generation mechanism. The concept of watershed clean water runoff generation mechanism was introduced with an analysis on the runoff generation, concentration and inflow processes in the watershed runoff. The concept, idea, technical methods of the clean water runoff generation mechanism

6、restoration and key problems during the restoration were discussed based on the explanation of the causes of destruction. Taking the Dongda River Watershed of Fuxian Lake as an example, the river watershed was divided into three regions, that is, clean water runoff generation region, pollution contr

7、ol and purification region and lakeshore region. The clean water amount and pollutants generated were analyzed in the three regions and the relevant restoration countermeasures were suggested based on investigation of regional characteristics. Key words：lake eutrophication control；clean water runoff

8、 generation mechanism；restoration20世紀70年代之前,我國湖泊基本處于水質(zhì)與水生態(tài)較好的狀況.近30年來,隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展及城市化進程加快,湖泊營養(yǎng)化問題日趨嚴重.19861990年對全國經(jīng)濟較為發(fā)達、人口分布較為密集區(qū)域的26個湖泊調(diào)查結(jié)果表明,-已有61%的被調(diào)查湖泊處于富營養(yǎng)狀態(tài)13.20世紀90年代后期,已有85%的被調(diào)查湖泊處于富營養(yǎng)狀態(tài).進入21世紀,中國湖泊富營養(yǎng)化呈現(xiàn)高速發(fā)展的態(tài)勢,全國130余個湖泊的調(diào)查表明,富營養(yǎng)化和中營養(yǎng)湖泊已經(jīng)達到88.6%,太湖、巢湖、滇池及部分城市湖泊富營養(yǎng)化程度均已非-南四湖、洪澤湖、常嚴重47,其他湖泊如洞庭

9、湖、白洋淀等湖泊出現(xiàn)較為嚴重的水污染及其他環(huán)境問題.目前,我國已經(jīng)發(fā)生富營養(yǎng)化的湖泊面積達到5000km2,具備發(fā)生富營養(yǎng)化條件的湖泊面積達到14000km2,湖泊富營養(yǎng)化已成為我國最重要的水環(huán)境問題之一.我國從20世紀70年代末開始湖泊水污染治理與富營養(yǎng)化的防治工作.20世紀80年代,在借鑒國外湖泊富營養(yǎng)化治理思路的基礎上8,提出收稿日期：2010-01-25基金項目：國家水體污染控制與治理科技重大專項課題(2009ZX07106-005,2008ZX07101-009-001) * 責任作者, 研究員, jinxc3期 金相燦等：湖泊流域清水產(chǎn)流機制修復方法及其修復策略 375了湖泊富營養(yǎng)

10、化治理的“污染源控制+流域管理”理念9.隨著認識和研究的深入,結(jié)合滇池、太湖、巢湖、洱海等湖泊水污染防治的實踐經(jīng)-“污染源控制+驗1015,于20世紀90年代提出了生態(tài)修復+流域管理”的理念,并在此基礎上提出了中國湖泊生態(tài)修復的“流域侵蝕區(qū)+湖濱區(qū)+湖內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)”即“三圈”修復理論16.在之后的10多年時間里,該理念和治理思路在云南洱海、江蘇太湖、安徽巢湖等湖泊的富營養(yǎng)化治理中得到驗證.隨著不同類型湖泊治理工作的開展、治理理論研究與實踐工作經(jīng)驗的積累,近年來作者結(jié)合玉溪撫仙湖、星云湖和杞麓湖及云南洱海的水污染治理工作,提出了以“污染源系統(tǒng)治理+流域清水產(chǎn)流機制修復+湖泊水體生境改善+流域管理”

11、為主的理念和思路,旨在為我國不同類型湖泊的富營養(yǎng)化治理提供新的思路. 1 研究方法1.1 湖泊水污染防治理念與總體思路以“污染源系統(tǒng)治理+流域清水產(chǎn)流機制修復+湖泊水體生境改善+流域管理”為主的理念和思路見圖1.圖1 湖泊水污染綜合防治理念Fig.1 The concept map of lake water pollution prevention1.1.1 污染源系統(tǒng)治理 包括產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整減排、污染源工程治理和低污染水凈化與處理3方面內(nèi)容.產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整減排:湖泊污染的直接原因是流域內(nèi)不合理的人類活動.通過優(yōu)化流域社會經(jīng)濟發(fā)展模式,調(diào)整流域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)(包括流域人口與產(chǎn)業(yè)的總體布局,工業(yè)、農(nóng)業(yè)、

12、旅游業(yè)及配套服務業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與布局),從源頭上控制整個流域的污染物排放量.污染源工程治理:在流域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的基礎上,加大污染源工程治理的措施與力度.通過多技術手段對流域工業(yè)點源、城鎮(zhèn)污染、村落污水、畜禽糞便、農(nóng)田徑流等進行治理.低污染水凈化與處理:污染源工程治理后達標排放的水對湖泊水體來講屬于低污染水.在污染源工程治理達標排放的基礎上,通過生態(tài)工程等多種技術對流域低污染水進行凈化與處理,進一步減少污染物入湖量.通過上述系統(tǒng)的控源措施,使污染物排放量與入湖量逐步得到削減,最終保持在湖泊水環(huán)境承載力的范圍之內(nèi).1.1.2 流域清水產(chǎn)流機制修復 在外源污染控制的基礎上,通過陸地生態(tài)系統(tǒng)恢復入湖河流污

13、染控制與水質(zhì)改善湖濱緩沖帶自然體系構(gòu)建,實現(xiàn)流域水源涵養(yǎng)和水土流失控制入湖河流污染控制與修復湖濱緩沖帶的截留與凈化376 中 國 環(huán) 境 科 學 30卷作用,流域內(nèi)產(chǎn)生的地表徑流依次經(jīng)過這3階段的凈化后,實現(xiàn)地表徑流“清水”入湖.1.1.3 湖泊水體生境改善 對生態(tài)系統(tǒng)服務功能下降的湖泊來講,水體的水質(zhì)與水生態(tài)已出現(xiàn)下降或退化趨勢.通過水體生境改善包括湖濱帶生態(tài)修復、泥源與藻源“內(nèi)負荷”的去除、水生態(tài)系統(tǒng)的修復、湖泊生態(tài)養(yǎng)魚等措施,逐步恢復湖泊健康的水生態(tài)系統(tǒng),實現(xiàn)水生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán).對于水生態(tài)尚為健康的湖泊,則進行水生態(tài)系統(tǒng)的保育與養(yǎng)護.1.1.4 流域強化管理 在流域系統(tǒng)控源、清水產(chǎn)流機

14、制修復與水體生境改善的同時,從全流域角度出發(fā),治理和管理相結(jié)合,通過全流域環(huán)境綜合監(jiān)管,包括污染源監(jiān)管與監(jiān)測、垃圾污染管理、河流監(jiān)管與監(jiān)測、水源涵養(yǎng)林及生態(tài)管理、水環(huán)境監(jiān)測與管理及平臺建設等,使湖泊水污染防治合理、經(jīng)濟而有效.1.2 流域清水產(chǎn)流機制及其修復理念流域內(nèi)入湖河流是湖泊水體污染物的主要輸入通道.我國的許多湖泊,由于流域內(nèi)強烈的人為活動造成大量污染物排放,使湖泊入湖河流水質(zhì)污染嚴重.因此要治理湖泊,需立足于流域?qū)用妫ㄟ^綜合措施,實現(xiàn)流域的清水產(chǎn)生、輸送與入湖. 1.2.1 流域清水產(chǎn)流機制的概念 從湖泊流域徑流的水體運行過程來講,流域的產(chǎn)流、匯流與入湖包括如下幾個過程:降雨產(chǎn)流、流

15、域蓄滲、坡面匯流、河網(wǎng)匯流、匯流入湖.即降雨產(chǎn)生的徑流,部分由土壤蓄滲,部分由坡面匯流形成地表徑流,地表徑流由河網(wǎng)匯流或坡面散流最終經(jīng)由湖濱區(qū)進入湖泊水體.在徑流入湖過程中,污染物也由徑流攜帶入湖.由此,若徑流的整個水體運行過程包括源頭產(chǎn)流、坡面匯流、河流匯流,入湖過程中均污染較小、生態(tài)保持良好或凈化效果較好,則徑流最終為“清水”入湖,由徑流攜帶入湖的污染物量會較小;反之,由徑流攜帶入湖的污染量就會較大,若超過湖泊水環(huán)境承載力,則加重湖泊水體污染和富營養(yǎng)化.“流域清水產(chǎn)流機制”的概念,即根據(jù)不同湖泊流域的自然與社會經(jīng)濟現(xiàn)狀特點,在調(diào)整流域經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、構(gòu)建綠色流域的基礎上,通過流域水源涵養(yǎng)與水土流

16、失的控制保證源頭清水產(chǎn)流,通過河流小流域的污染控制與生態(tài)修復實現(xiàn)河流匯流的清水養(yǎng)護與清水輸送通道,通過湖濱緩沖區(qū)構(gòu)建與湖濱帶生態(tài)修復最終使“清水”入湖.山地水源涵養(yǎng)區(qū)、入湖河流區(qū)、湖濱區(qū)分別作為清水產(chǎn)流機制的源頭區(qū)、污染物凈化與清水養(yǎng)護區(qū)(徑流通道)和湖濱入湖區(qū),是構(gòu)成清水產(chǎn)流機制的3個關鍵環(huán)節(jié).1.2.2 流域清水產(chǎn)流機制破壞原因 水源涵養(yǎng)區(qū)遭到破壞:該區(qū)域是清水產(chǎn)流區(qū),對調(diào)節(jié)坡面徑流、地下徑流以及減少徑流泥沙含量、凈化水質(zhì)等方面具有重要作用.由于墾荒和坡地種植等原因,使山區(qū)、涵養(yǎng)林、面山林地等遭受人為破壞,破壞后的生態(tài)恢復是一個相對復雜而漫長的過程.該區(qū)的破壞使清水產(chǎn)流區(qū)的功能日漸脆弱,導

17、致土壤侵蝕與水土流失,不能為下游提供足夠的清水.污染物凈化與清水養(yǎng)護區(qū)遭到嚴重破壞:該部分是清水產(chǎn)流機制中最重要的組成部分,對污染物起到攔截、削減以及凈化作用.但由于人類活動的增加,改變了湖泊流域原有的以自然濕地、池塘、低洼地等為主的土地利用形式,取而代之的是大量農(nóng)田、村鎮(zhèn)、水庫等,其污染物凈化與清水養(yǎng)護功能遭到破壞.同時由于人口的聚集,城鄉(xiāng)的快速發(fā)展,導致大量不透水地面的增加,阻隔了地面徑流與地下徑流的聯(lián)系,使地下徑流減少,破壞了地下徑流對河流、湖泊進行清水補給的輸送機制.湖濱入湖區(qū)生態(tài)破壞:由于人類活動對湖濱緩沖帶的干擾與破壞,緩沖帶與湖濱帶作為湖泊最后一道屏障的生態(tài)保護功能日益脆弱.湖泊

18、流域人口往往濱水而居,使湖濱緩沖帶生態(tài)系統(tǒng)基本被破壞,沿湖污染物直接入湖,對湖泊水體造成污染.1.2.3 流域清水產(chǎn)流機制修復的理念 在湖泊水污染防治中,為保證湖泊清水入湖,必須進行流域清水產(chǎn)流機制的修復.從全流域出發(fā),從源頭產(chǎn)流區(qū)污染物凈化與清水養(yǎng)護區(qū)徑流湖濱入湖全程進行綜合分析,采取小流域綜合治理與生態(tài)保護相結(jié)合措施,由各個小流域清水產(chǎn)流機制3期 金相燦等：湖泊流域清水產(chǎn)流機制修復方法及其修復策略 377的分別修復,最終帶來整個流域修復的目的,保障道的水質(zhì)及生態(tài)得以改善.流域清水產(chǎn)流機制修清水入湖,從而使清水產(chǎn)流機制中清水的輸送通復思路見圖2.湖泊圖2 流域清水產(chǎn)流機制修復思路Fig.2

19、The restoration ideas of clean water runoff generation mechanism1.3 流域清水產(chǎn)流機制修復技術路線在進行湖泊清水產(chǎn)流機制修復時,需在調(diào)查研究和資料收集的基礎上,對徑流區(qū)水量平衡進行估算,計算與分析水土流失、村鎮(zhèn)污染、農(nóng)田徑流等的污染情況,進行流域污染物產(chǎn)生量和入湖量估算;在此基礎上,對流域清水產(chǎn)流的破壞原因進行診斷與源解析,分析清水量沿途喪失情況;并遵循清水產(chǎn)流機制修復的方法,分別提出清水產(chǎn)流區(qū)、污染物凈化與清水養(yǎng)護區(qū)和湖濱入湖區(qū)這3個分區(qū)的修復措施(圖3).圖3 流域清水產(chǎn)流機制修復技術路線Fig.3 The technica

20、l line of restoration on clean water runoff generation mechanism流域清水產(chǎn)流機制是湖泊流域清水量平衡系統(tǒng)與健康運作至關重要. 和污染物平衡相互作用的復雜體系,維持流域清清水產(chǎn)流區(qū)產(chǎn)生的清水經(jīng)過河流通道和湖水量平衡和污染物平衡對保障湖泊良好的生態(tài)濱區(qū),最后進入到湖泊中,維持足夠的清水量入湖378 中 國 環(huán) 境 科 學 30卷是保證湖泊良好健康的重要前提.分析清水產(chǎn)流機制平衡有2方面的意義,一是通過徑流沿程水量與水質(zhì)的變化分析水量與污染物量平衡;二是通過徑流沿程水質(zhì)的變化分析清水入湖量,并基于湖泊水環(huán)境承載力分析清水產(chǎn)流機制修復后應

21、達到的清水量.在維持水量平衡的同時,還應做到污染物的平衡,避免過量的污染負荷進入水體,導致水體中營養(yǎng)物質(zhì)積累.2 流域清水產(chǎn)流機制修復應用根據(jù)流域清水產(chǎn)流機制修復理論,流域清水產(chǎn)流機制修復分為3個區(qū)域的修復,即清水產(chǎn)流區(qū)修復、污染物凈化與清水養(yǎng)護區(qū)修復、湖濱入湖區(qū)修復.以撫仙湖東大河小流域為例,介紹清水產(chǎn)流機制修復策略.東大河是撫仙湖的第2大入湖河流,東大河與兜底寺河年入湖水量占撫仙湖河流入湖總量的13%.東大河流域水污染嚴重,流域內(nèi)2條主要入湖河流水質(zhì)均為劣V類17.要恢復東大河流域清水產(chǎn)流機制,就必須保證清水產(chǎn)流區(qū),污染物凈化與清水養(yǎng)護區(qū),湖濱入湖區(qū)的清水產(chǎn)生與維持,控制各區(qū)的污染物產(chǎn)生量

22、.針對各區(qū)實際情況,依照各區(qū)在清水產(chǎn)流機制中的不同作用,制定不同的水質(zhì)恢復目標. 2.1 清水產(chǎn)流區(qū)修復策略清水產(chǎn)流區(qū)是清水產(chǎn)生的源頭,對清水水質(zhì)的產(chǎn)生和維持至關重要,一般來講,清水產(chǎn)流區(qū)清水水質(zhì)目標為地表水II類水質(zhì)標準17.東大河清水產(chǎn)流區(qū)水量總計2500萬m3/a,經(jīng)計算,清水產(chǎn)流區(qū)CODCr產(chǎn)生量135.47t/a,TN產(chǎn)生量78.98t/a,TP產(chǎn)生量21.95t/a.該區(qū)通過涵養(yǎng)林、面山林地的保育,為清水產(chǎn)流體系提供充足的清水量,其修復策略:在現(xiàn)場調(diào)查研究的基礎上,進行分流域分片區(qū),采用產(chǎn)流區(qū)涵養(yǎng)林保護、水土流失防治,農(nóng)村農(nóng)田污染控制、自然濕地保護、河流水質(zhì)改善與緩沖帶生態(tài)建設等技

23、術,系統(tǒng)綜合分析清水產(chǎn)流機制中的問題,提出修復的系統(tǒng)方案,實現(xiàn)源頭區(qū)清水產(chǎn)流.2.2 污染物凈化與清水養(yǎng)護區(qū)修復策略本區(qū)承擔了流域內(nèi)大量的污染負荷,該區(qū)水質(zhì)的維持,是清水產(chǎn)流機制中最重要的環(huán)節(jié),根據(jù)東大河水質(zhì)現(xiàn)狀、污染物的產(chǎn)生量與該區(qū)水量18,確定該區(qū)水質(zhì)目標為地表水IIIIV類水質(zhì)標準17.污染物凈化與清水養(yǎng)護區(qū)水量總計3200萬m3/a,經(jīng)計算,該區(qū)CODCr產(chǎn)生量1219.21t/a,TN產(chǎn)生量199.05t/a,TP產(chǎn)生量40.35t/a18.在清水產(chǎn)流機制修復中,河流是清水產(chǎn)流的主要輸送通道,只有河流輸送的是清水,才能保證清水入湖.因此,進行“污染物凈化與清水養(yǎng)護區(qū)”的入湖河流的治理

24、是清水產(chǎn)流機制修復的重點.該區(qū)是清水產(chǎn)流機制可能受破壞的區(qū),通過對沿河村落、農(nóng)田進行系統(tǒng)控源,并通過山前平原庫塘、濕地對控源后低污染水進一步凈化,控制污染物產(chǎn)生量與入河量.該區(qū)的修復策略:在對入湖河流、塘、庫等調(diào)查的基礎上,進行河流小流域分區(qū),采用工業(yè)、村鎮(zhèn)、農(nóng)田等污染源控制為基礎措施,在此基礎上,通過自然濕地、塘壩修復、河道與河口生態(tài)修復等措施構(gòu)建低污染水凈化通道,使上游來水清水匯流并由入湖河流輸送. 2.3 湖濱入湖區(qū)修復策略湖濱入湖區(qū)是保障清水入湖的最后一個環(huán)節(jié),由于該區(qū)承擔的大量污染負荷及清水產(chǎn)流機制最終水質(zhì)要求,確定東大河該區(qū)水質(zhì)目標為地表水III類水質(zhì)標準.經(jīng)計算,該區(qū)CODCr產(chǎn)

25、生量150.52t/a,TN產(chǎn)生量37.91t/a,TP產(chǎn)生量8.5t/a.該區(qū)的修復策略:在緩沖帶與湖濱帶現(xiàn)狀調(diào)查與分析的基礎上,確定緩沖帶與湖濱帶修復范圍,采用拆遷與退田還湖、生態(tài)透水植被帶、綠籬隔離帶與灌草帶建設、湖濱帶生態(tài)修復等措施,修復清水的入湖通道,該區(qū)的生態(tài)修復和保護可以發(fā)揮對地表散流的良好凈化作用,保證清水出流.3 結(jié)語湖泊流域清水產(chǎn)流機制修復是通過流域清水產(chǎn)流機制3個重要區(qū)域的修復來實現(xiàn)流域清水的產(chǎn)流、匯流輸送與入湖.其中,應通過加強流域涵養(yǎng)林保護與防治水土流失,修復清水產(chǎn)流區(qū);通過入湖河流污染控制、庫、塘的修復實現(xiàn)清水匯流與輸送;通過湖濱緩沖帶的建立與湖濱帶的修復實現(xiàn)清水出

26、流入湖.湖泊流域清水產(chǎn)流機制3期 金相燦等：湖泊流域清水產(chǎn)流機制修復方法及其修復策略 379北京:中國環(huán)境科學出版社, 1997.10 劉鴻亮.治理滇池草海水環(huán)境的成套技術 J. 環(huán)境科學研究,1997,10(1):1-6.11 王曉蓉,郭紅巖.太湖富營養(yǎng)化控制對策探討 C/國家環(huán)境保護總局科技標準司.中國湖泊富營養(yǎng)化及其防治對策探討.北京:中國環(huán)境科學出版社, 2001:16-23.12 張鳳保.滇池流域水污染防治工作探討 C/國家環(huán)境保護總局科技標準司.中國湖泊富營養(yǎng)化及其防治對策探討.北京:中國環(huán)境科學出版社, 2001:29-33.13 程文明.巢湖水污染防治和富營養(yǎng)化防治對策與思考 C/國家環(huán)境保護總局科技標準司.中國湖泊富營養(yǎng)化及其防治對策探討.北京:中國環(huán)境科學出版社, 2001:33-39.14 尚榆民.洱海可持續(xù)發(fā)展行動 C/ 國家環(huán)境保護總局科技標準司.中國湖泊富營養(yǎng)化及其防治對策探討.北京:中國環(huán)境科學出版社, 2001:44-51.15 屠清瑛.湖泊富營養(yǎng)化防治的思路與實踐 C/ 國家環(huán)境保護總局科技標準司.中國湖泊富營養(yǎng)化及其防治對策探討.北京:中國環(huán)境科學出版社, 2001:85-92.16 金相燦.湖泊富營養(yǎng)化控制和管理技術