14天津市水生态恢复规划研究.docx
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14天津市水生态恢复规划研究
天津市水生态恢复规划研究
郑洪起由嘉段君峰王喆
（天津市环保技术开发中心，天津300191）
摘要:
本研究是GEF资助项目，一方面通过区域与典型水域水资源、水环境、水生态、监测、评价并与历史研究结合分析演变规律与成因，提出三者关联性指标体系建议指导修复措施；另一方面通过水生态生境特征进行水生态分区区划以确定不同分区的水资源、水环境水生态的修复任务，确定科学、合理可行的修复路线制定天津市水生态恢复规划。
关键词:
水生态；水环境；水资源；恢复；规划
水生态恢复是针对受损水域的水生态系统的恢复，必定要包括形成这一系统的生境的恢复，要实现这一宗旨必然要科学地规范人为的修复行动，那就是水生态恢复规划。
1水生态与国内外研究现状
1.1水生态
本文所涉及的水生态将不包括陆生生态，是指水体中生物和赖以生存的水环境的统称，属于“水生态学”研究领域，该领域是研究水生态系统的形成这－系统的水生态环境相互作用的科学。
1.2研究现状
基于人为干扰引发的河流功能丧失、湿地缩减、入海淡水减少与河、湖、海富营养化现状、目前国际上对水生态恢复的兴趣都在增长，这方面的研究也在进行。
美国农业部1998年首发、2001年修订的自然资源保护国家工程师手册《河流廊道恢复》就是基于“美国联邦河道修复工作组”在总结近年美国河道走廊恢复研究成果基础上，汇总的修复活动的方法和可选择的修复框架与路线。
水生态恢复是一个复杂的活动，目前国际该研究领域普遍认为水生态恢复首要关键是尽可能停止/阻止引起水生态系统退化和影响自我恢复的干扰活动，而恢复活动本身又有主动恢复和被动恢复之区别。
被动恢复－指去除或减轻干扰活动使水生态得到不干涉、不干扰自然恢复。
此类方法多运用于水生态有很好的自我恢复能力的水体，在此采用主动恢复往往是不必要、甚至是有害的。
主动恢复－是运用人为措施来修复被破坏的水生态系统结构，达到水生态恢复。
主动恢复又分为半干涉协助性修复/恢复，和实质干涉控制性修复/恢复。
半干涉协助性修复/恢复－多应用于可以自我恢复但恢复速度慢的水体水生态。
实质干涉控制性修复/恢复－应用于自然水生态系统已无法自我恢复或已消失了水生态功能的地方（水体），需要人为主动积极地修复措施才能达到恢复水体水生态的目的。
国际该研究领域特别提醒：
第一，任何一种修复/恢复活动都不可能达到或回归到最初的和原始的水生态状态，修复/恢复活动必须建立在自身的有限目标基础上；第二，水生态分区区划是水生态恢复与保护的基础，其分区应以水生态生境、水生生物的多样性和生物地理尺度做为划分原则。
美国的“世界野生生物基金会”长期资助全世界陆地、淡水、海洋生态分区研究目前已完成了《北美淡水生态分区》于2000年出版，它依据上述划分原则、以珍稀水生生物物种保护为目的把北美划分为76个宏观大尺度分区，并绘制反映美国、加拿大、墨西哥水生生物多样性的完整的地图用于指导大规模监测和保护规划的制定。
至目前为止国内外针对区域性的水生态恢复规划都未进行过，也没有基于水生态修复和恢复的水生态分区，因此这方面研究与规划也只能是探索性的。
2规划研究的目的意义与步骤
2.1目的意义
本项研究面对海河流域尾闾、渤海之滨的天津地区研究编制水生态恢复规划的目的在于提高水环境自净能力，保持有限的水资源的可持续利用。
2.2研究程序与路线
一方面通过天津市区域的水资源变迁、水环境现状分析得出区域生境特点，以划分水生态分区，进而确立水生态修复的目标与任务；另一方面通过饮用水源水域主要河道及景观水体水域、自然湿地水域和河口海区水域等典型水体的水生态现状与演变，剖析、分析典型水域水资源、水环境与水生态的关系以建立水生态修复三位一体的分区指标体系用于修复措施的指标的建立和修复后的效果检验。
水资源工程
（水生态需水）
工程措施
水环境工程
（污染物削减）
水生态系统调查
分区水生态修复目标及指标体系
典型水域水生态现状与演变
水资源变迁分析
水生态分区划分
区域生境特征
水生态修复与重建工程
水环境环境调查
区域管理措施
管理措施
流域协调管理
图1程序与路线示意图
3.天津市水生态调查与剖析
3.1天津市水生态总趋势
1）水资源变迁、使非污染水生态受损（70年代）
入境水量急骤减少的同时，且向汛期集中。
●
图1程序与路线示意图
图2天津历年入境水量变化图
入海水量从150亿m3（60年代以前）降至几亿m3（70年代以后）。
表1天津市入境水量时段变化趋势单位：
亿m3
年限
1950-1959
1960-1969
1970-1979
1980-1989
1990-1999
2000-2005
时段
全年
汛期
全年
汛期
全年
全年
汛期
汛期
全年
汛期
全年
汛期
来水
144.32
89.34
80.12
40.12
35.88
30.46
7.35
6.38
25.39
21.07
8.07
7.43
汛期占比％
61.9
50.0
85.0
86.7
83.0
92.0
入海水量急骤减少、亦向汛期集中。
表2入海径流变化单位：
亿m3
入海径流
时段
年均径流（日历年）
汛期
非汛期
汛期占比（日历年）%
1950-1959年
144.3
89.3
55.0
61.9
1960-1969年
81.7
49.8
31.9
60.9
1970-1979年
33.1
27.7
5.3
83.8
1980-1989年
9.85
8.5
1.3
86.7
1990-1999年
7.7
6.8
0.9
88.8
2000-2005年
3.8
3.6
0.2
94.5
河道断流与干涸。
表3海河流域平原主要河道干涸、断流情况统计
名称
河段
河段长度（km）
年平均河道干涸天数（天）
年平均河道断流天数（天）
60年代
70年代
80年代
90年代
2000年
60年代
70年代
80年代
90年代
2000年
蓟运河
九王庄-新防潮闸
189
2
33
115
257
365
33
41
300
312
365
潮白河
苏庄-宁车沽
140
4
142
184
197
300
45
194
319
197
366
北运河
通县-屈家店
129
8
118
126
202
310
99
270
242
358
340
永定河
卢沟桥-海口
199
198
312
362
365
366
197
315
361
337
366
海河干流
耳闸-海河闸
73
0
0
0
0
0
129
265
298
254
332
子牙河
献县-第六堡
147
84
280
349
328
366
124
295
354
328
366
南运河
四女寺-第六堡
306
32
207
320
341
366
53
175
302
341
366
至80年代以后几乎全部断流。
湿地萎缩与干涸
20年代 50年代
70年代 80年代
图3天津市中南部地区湿地分布与演变
水资源时空分布变迁与天津地区水生态系统亟度受损，陆域、海域非污染水生态影响均呈现物种、生物量特别是大型经济鱼类亟度减少与枯竭。
2）水环境污染与富营养化加剧（70年代以后）
主要河道水质以V类、劣V类为主。
主要河道以有河无流、有水皆污为主要特征，2004年对25条主要河流监测86.1%断面为V、劣V类水体。
主要湖、库以V类水体和富营养化为主要特征
境内湖库除饮用水水库处蓄水水质均为V类水质且均达到富营养化水平。
近岸海域自50年代已经历了四个时期致使水生态资源枯竭。
近岸海域经历了入海急骤减少期（50年代末至80年代中），陆域污染物高排放期（80年代中至90年代中）；氮磷营养盐大量排海阶段（90年代中、末期）和富营养化与赤潮频发阶段（90年代末至今），致使水生态衰退、资源枯竭。
3）典型水域的选择与水生态剖析
地下水水源供水区
南部湿地连绵带
中部湿地连绵带
海岸带
近岸海区
海河中心市区与规划市区
海岸带
饮用水源保护区
图4天津市水资源水环境地域特征
3.2天津水资源、水环境地域特征
纵观天津地区水资源水环境地域特征，北部为水源地、中南部为市区建成区与规划市区发展区，在市域南北各分布一条湿地连绵带成为市域两侧两条水生态屏障，陆海通道保证了天津市生态系统的稳定性，东部则为近岸海区，是流域与天津地区的最终受纳水体，其水生态质量又直接决定着做为沿海城市的天津市的“生态位”*。
*指中科院王如松教授于80年代指出的生态位概念。
1典型水域的选择
选择于桥水库作为饮用水源水域、海河干流（市区段）作为主要河流及市区景观水域、大沽河口为近岸海区水域三个典型代表水域剖析水生态结构与演变规律建立水资源、水环境、水生态的关系并确定修复路线与任务。
而天津地区湿地由于水源无保证，长期处于干枯或是旱湿频繁交替状态难以形成完整的生态系统，补充生态需水主要任务，未设典型水域。
2典型水域水生态剖析
现状与历史对比分析表明：
于桥水库水生态尚好，出库水质优于入库水质说明水生态有较强的净化能力，2005年10月监测表明浮游植物、浮游动物为中富营养结构底栖生物为轻污染结构，且与历史监测变化不大；与水质相关分析表明库内水体叶绿素与总磷存在正相关关系即[chla]=0.43[Tp]-2.46，污染物与营养物质贡献主要来自遵化工业与生活污水和库周渔塘排水，入库河道营养物质贡献以黎河为主。
海河干流（市区段）水生态结构为重污染和富营养化，水体污染主要来自汛期入河雨污和底质沉积污染物释放；底质清淤后污染物溶出与清淤前变化不大表明本次清淤效果不明显。
图5天津海域水体营养指数Ni的空间分布（2003年实测数据）
大沽河口海域水生态系统呈现重污染与富营养化结构，各取样站点无明显差异、与各类海区水质无相关性，表现出明显的环境相似性；2005年10月调查不同于历史调查的是底栖多毛类环节动物和经济种毛蚶明显减少，与污染加重有直接关系，也必将影响到与其形成食物链联系的生态系统的正常能流与物流循环，造成生态系统的不平衡和非良性循环，同时与水质相关分析表明水体营养指标Ni=CCOD×CDIN×CDIP/4500中Ni>>1为重富营养化水域且与陆源排污直接相关。
4水生态分区研究
4.1水生态分区划分的意义
水生态分区是基于水功能区划、水环境区划的更加宏观，更加完整的区划，有别于北美以保护为目的的区划，是为了针对不同的分区建立更加准确水生态修复/恢复目标，实施更加可行的修复/恢复方案，其最终目的是为了保护和提高水体多样性和自净能力，从而达到加强和提高水资源的可持续利用能力和水资源的承载力。
4.2水生态功能区划依据
1）以水生态生境现状为基础；
2）以相关规划为依托；
3）与水功能区划相结合；
4）与防洪规划相协调。
4.3水生态功能区划与分区修复/保护任务
1）北部饮用水源地水生态功能区
－减低/停止人为干扰达到自然恢复，制定合理、可行的保护维护规划。
2）＋3）中部七里海－大黄堡洼地水生态功能区和南部团泊洼－北大港湿地水生态功能区
－克服断流、干涸和人为侵占，保证水资源，恢复水环境，促进水生态自然恢复。
4）海河干流－市区河湖水系水域水生态功能区
－主要河流，市区湖库水资源、水环境、水生态均重度受损，治理黑臭无生命水域是首要任务，雨污分流是首要手段，抑制干扰达到水生态修复。
5）近岸海域海产保护与增殖水生态功能区
－重污染、富营养化，盐度升高，赤潮频发、水生态严重受损，以减污增流、增殖放流和人工强制水生态建设达到水生态修复重建是长期任务。
其五大水生态功能区区划如图6。
列出水生态区划图
如下。
南部团泊洼－北大港湿地水生态功能区
海河干流－市区河湖水系水生态功能区
中部七里海－大黄堡洼湿地水生态功能区
北部饮用水源地水生态功能区
近岸海域水生态功能区
南部团泊洼－北大港湿地水生态功能区
海河干流－市区河湖水系水生态功能区
图6天津市水生态功能区划分示意图
5水生态修复任务与条件
5.1水生态修复分期目标及指标体系
表4水生态修复分期目标
目标
地表水
饮用水源地
近岸海区
低目标
水面不再干枯、水面不再减少，消除劣V类水体；
消除无生命/无渔获水域
推迟水体恶化：
抑制富营养化发展；有效抑制地质污染增长，防范起成为主要内源
抑制赤潮发展，维持渔业生产
中目标
湿地有所恢复
水质有所改善
维持海区盐度30‰以下
高目标
河道有径流
抑制蓝绿藻成为优势种
近岸海区盐度在28‰以下
以饮用水功能区为例列出修复指标体系。
表52010年饮用水功能区修复指标
水生态指标
相应水资源、水环境指标
风险防范
水生态需水量
水质指标
TP<50g/L
Chla<19.04g/L
*保持三水库正常蓄水水位；补充蒸发、渗漏损失水量1.05亿m3/a
**保持氨氮<1.0mg/l，高锰酸盐指数<6.0mg/l；生化需氧量<4.0mg/l
有效遏制高温季节藻类爆发；防止高藻水进入自来水厂。
5.2水生态修复水资源需求
表6天津市主要水域规划水平年的水生态需水量亿m3
项目
2010年
2020年
远期
城市河湖
2.94
3.99
4.05
湿地
3.74
4.59
5.94
河道（损失）
4.43
6.22
16.55
小计
11.09
14.80
26.55
饮用水系（水库）
1.05
1.05
1.05
中心河道基流
（三河）
（六断面）
5.06*/3.24**
17.09
28.10
合计
18.01/16.19
33.84
55.70
*达到永定新河、海河、独流减河基流恢复的水量5.06亿m3。
**达到六断面不考虑独流减河基流恢复的水量3.24亿m3。
5.3入海淡水需求
每年4－6月入海淡水至少需2亿m3，同为维持近岸海区盐度28‰和30‰两个档次的入海淡水量为18.18亿m3和15.5亿m3需全流统筹解决。
5.4水生态修复的水环境治理任务
“十一五”COD削减任务5.55万吨，即可满足消除劣V类水体，功能区水质达标，要求也相应满足了消除无生命水体和水生态功能区水生态修复/恢复/保护的水质低目标要求。
6工程项目与保障体系
6.1工程项目
天津市水生态修复工程项目共五大类二十二项预计总投资269.97亿元。
表7天津市“十一五”水生态修复工程项目汇总
分类
序号
项目
投资（亿元）
预期效果
水资源保障工程
1
河道工程
13.6
保证最低水生态需水量11.09亿m3和18.01亿m3
2
湿地工程
20.17
3
城市河湖
30.03
4
河口工程
22.20
5
水土保持
0.60
合计
86.60
水污染削减工程
6
工业污染治理
12.20
削减污染物总量以COD计8.83万吨。
7
生活污染治理
78.7
8
农业面源污染治理
5.49
9
一级河道及劣V类水体治理
68.1
合计
164.49
饮用水源水生态保护
10
引滦输水黎河污染综合治理
8.5
削减入库污染物TN29.1%；TP43.8%强化水生态自净化能力。
11
于桥水库库前湿地生态净化系统工程
1.97
12
于桥水库库内大型水生植物控制建设
0.8
13
尔王庄水库内大型水生植物控制建设
0.7
合计
11.97
市区河湖水系修复
14
强制流动与污染物湿地削减
4.5
削减N、P、SS抑制底质释放，强化水生态自净化能力。
15
海河市区段与景观河道增殖放流建设
0.2
16
海河市区段汛后沉积污染物复盖建设
0.2
合计
4.9
近岸海区生态工程
17
海区水生物保护区
0.70
将有效地抑制赤潮发生
18
渔业资源增殖工程
0.44
19
人工鱼礁建设
0.25
20
生态养殖示范工程
1.57
21
渔业生态环境监测与灾害防治
0.80
22
渔业生态环境综合治理
1.50
合计
5.26
总计
267.97
6.2保障体系
1）保障体系、规划要点
建立和完善水资源、水环境、水生态保护政策，完善法制体系；
改革水资源、水环境、水生态管理体制；
加强水资源、水环境、水生态保护的科学研究；
健全水资源、水环境、水生态保护信息管理体系；
鼓励公众参与，加强宣传教育；
争取多渠道融资，保证资金投入；
补充考虑水生态的ET管理，完善涉及水生态的水权执法。
2）保障体系规划实施方案
区域管理机构建设；
机制能力建设；
水生态需水量调度与能力建设。
3）建设流域管理机构完善水生态管理
建立相关研究项目；
建议加强流域管理机构。
结论：
区域水生态修复/恢复规划一方面必须以其决定的水生态的生境的水资源、水环境的规划为基础，另一方面还必须按照其区域内不同的生境条件，不同的修复任务划分水生态分区，方可确定不同的工程项目和非工程保障体系，依此程序天津地区水生态“十一五”修复规划列出五大类二十二项工程项目，并列出相应的管理建议，预期本规划实施后可基本消除无生命、无渔获、黑臭及劣V类水体，使水生态得到初步恢复。
结束语：
区域性水生态规划还属首次，本文所涉及的理论与概述亦属探索性的，但本项研究进行的全过程均得到了国际、国内咨询专家的技术咨询与具体帮助；还接受了世行检查团的全过程检查和督促，在这里一并感谢。
参考资料与文献
[1]《海河（市区段）污染控制技术的研究》（1995）天津市环境保护科学研究院
[2]《于桥水库富营养化防治研究》（1990）天津市环境保护科学研究院
[3]《海河流域水污染防治天津市饮用水源保护工程可行性研究报告》（2000）天津市水利勘测设计院
[4]《海河流域水污染防治天津市饮用水源保护工程初步设计》（2001）中科院、天津市水利勘测设计院
[5]《引滦输水工程流域生态环境状况及污染防治对策研究》（2004）天津市环境监测中心
[6]《于桥水库污染源调查及防治措施研究》（2003）天津市水文水资源勘测管理中心、引滦工程管理处、于桥水库管理处
[7]《海河流域天津市生态环境修复水资源保障规划》（2003）天津市水利局
[8]《引滦入津黎河综合治理工程规划》（2007）天津市水利勘测设计院
[9]《天津市海河两岸综合开发改造规划环境影响评价研究》（2004）天津市环境保护科学研究院
[10]《海河流域生态环境恢复水资源保障规划》（2005）水科部海河水利委员会
[11]《天津市海河综合开发中心市区段河道清淤工程项目环境影响评价中心》（2003）天津市水利勘测设计院
[12]《天津市碧水工程研究报告》（2003）天津市引滦水资源保护领导小组办公室、天津市环境保护局
[13]《天津市地表水环境容量核定技术报告》（2004）天津市环境保护局、天津大学环境科学与工程学院
[14]《海河流域天津市水污染防治“十一五”规划》（2005）天津市环境保护局、天津大学环境科学与工程学院、天津市环境监测中心
[15]《渤海水资源与水环境综合管理战略研究》（2007）中国环境科学研究院、天津大学环境科学与工程研究院。
[16]《FreshwatarEcoregions》（2006）ofNorthAmerica
[17]《StreamCorridorRestoration》（2006）Principkes，Processes，andpractices.
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