中国淡水湖泊蓝藻暴发治理与预防
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或有所减轻实例

一、日本琵琶湖的富营养化治理

琵琶湖,日本最大湖泊,面积670km2,构造湖,位于本州岛中部滋贺县,湖面海拔85m,其北湖为平均深43m的深水湖,最大水深102m,南湖为平均深4m的浅水湖。从1960年始,沿岸经济增长迅速,为京都、大阪和神户地区1400万人生活和工农业的水源地。水质污染始于20世纪60年代初,1977年发生大规模赤潮,1983年9月21日发生蓝藻“水华”暴发。以后富营养化进一步发展,蓝藻“水华”暴发也经常发生。

滋贺县政府于1969年首次制定了“县公害防止条例”。经历26年(1972—1997年)未根本解决水环境问题,水华依然出现。1997年环境厅、国土厅、厚生省、农林水产省及建设省等,共同进行了为期二年的污染调查,第二次制订“琵琶湖综合保全整备计划”,第一期为1999—2010年的12年计划,第二期为2011—2020年的10年计划。琵琶湖综合整治到目前已有35年,总投资约相当于1792亿人民币。

(1)治理对策:①控源截污,包括控制厨房污染,控制含磷洗衣粉,发起“不含磷肥皂”运动,村落建立分散式处理站或家庭式污水净化槽;②污染物排放标准严于全国数倍;③城市初期雨水暂贮于滞水池,经沉淀池净化处理达标后再排放;④确立水与资源的循环系统;⑤控制内源污染,包括底泥的清除与资源化利用;⑥生态修复,河道湖岸等自然生态环境恢复,提高自然净化能力;⑦建立自动监测系统及研究机构,1984年成立琵琶湖环境科学研究中心;⑧污水处理标准高和投入多。每年琵琶湖综合治理的财政支出的50%用于污水处理厂建设与运营,极力推广脱N除P的污水超高度处理技术,N、P去除率均达到99%。

(2)治理取得明显成效。1997年5—10月,Chl a最高值均高于30μg/L,2003年5—10月已降到低于9μg/L。TP已改善到南部0.018mg/L(相当于我国Ⅱ类),北部0.008mg/L(Ⅰ类);TN,南部0.39mg/L,北部0.33mg/L(TN均Ⅱ类)。

二、日本霞浦湖的治理

霞浦湖,日本第二大湖,水域面积220km2,容积8.5亿m3,平均水深4m,浅水湖泊,区域人口100万,换水天数200d。由于富营养化造成蓝藻暴发。

(1)治理历程。20世纪70年代初,水污染达到高峰,蓝藻“水华”暴发,开始治理。1984年通过了《湖泊水质保护特别措施法》,要求琵琶湖、霞浦湖等10个富营养化湖泊实施;霞浦湖水质保护第一期始于1986年,持续4期,至2005年。30多年治理投资约合人民币1300多亿元,相当于每平方公里水面投资5.8亿元人民币。2006年开始第五期治理工程,如今治理工作仍在继续。

(2)治理措施。①生活污水处理;②治理农业污染,农业社区安装下水道系统和蓄水池综合处理系统;③河道水质净化,包括通过汇入河流净化、河道直接净化、农业水道的直接净化;④湖底淤泥清除,自1975年以来的25年间,霞浦湖共清淤800万m3,平均清淤深0.3m,清淤对底泥内源磷的控制效果非常明显;⑤建设浅滩水生植被区,湿地保护和修复,自然岸带恢复、人工浮岛净化,减少鱼类养殖;⑥推进霞浦湖输水工程;⑦建立霞浦湖环境科学中心作为综合研究基地,形成相关湖泊治理产业链,建立湖泊治理技术开发、推广和完善体系。

(3)治理效果。30多年治理,TN含量下降较明显,蓝藻密度大幅度降低。但近10年来,水质几乎保持在一定的水平上,目前仅恢复到相当于我国Ⅳ类水体的水平,没有达到其标准要求,主要原因是来自非点源和生活的负荷在TN和TP中占了很大比例。

三、美国西雅图华盛顿湖治理效果好

华盛顿湖是华盛顿州第二大天然湖泊,面积87.6km2。20世纪30年代,大量生活污水排入湖中,TP上升,湖泊富营养化严重,蓝藻“水华”暴发自1955年起持续发生至1976年。自1936年开始实施以控P为主的截污工程,至1968年全面截污成功。随后,TP显著降低,1963年、1968年、1979年分别为0.07mg/L、0.03mg/L、0.02mg/L;而N的变化不明显,硝酸氮分别为0.44mg/L、0.37mg/L、0.30mg/L,凯氏氮分别为0.29mg/L、0.31mg/L、0.20mg/L。同时,浮游藻类总量显著减少,1963年、1968年、1979年夏季Chl a含量分别为30μg/L、10μg/L、2μg/L;蓝藻优势也被明显削弱,1962—1968年占90%以上,而1976—1978年只占20%以下。

四、美国阿勃卡湖治理

阿勃卡湖,面积124km2,平均水深1.7m,位于美国佛罗里达州中部,属亚热带气候,年平均水温25℃,主要水源是降雨,其次是农业排放水和地下水。2003年平均TP 0.1mg/L,平均Chl a为59μg/L,透明度为0.35m。阿勃卡湖属超富营养型,蓝藻和滤食性鱼类砂囊鲥是该湖的优势种类。

(1)主要治理措施。①投入1.46亿美元进行治理;②降低外源磷输入,如建造2km2的试验湿地;③建造湖内人工湿地,过滤湖水中的悬浮物;④捕获砂囊鲥和生物操纵,从湖中除去一部分有机磷;⑤选择性种植水生植物;⑥提高水位变动幅度。

(2)治理效果。1987—1995年(治理前)和1995—2003年(治理恢复期)两个阶段,治理恢复期较治理前TP、Chl a、总悬浮物等指标明显改善,鱼类结构趋向合理。另外,水生高等植物依然只在沿岸地带出现,覆盖量约占全湖的1%;蒲草是主要的水生高等植物,但有苦草出现,成为无脊椎动物和鱼类栖身的重要场所,标志着生态恢复取得有效进展。到2006年,较治理前TP下降62%,水体透明度提高68%,水质得到持续性的改善,蓝藻优势减弱。

五、瑞典Finjasjon湖治理

瑞典Finjasjon湖,面积11km2,平均水深3m。20世纪60年代富营养化严重,蓝藻暴发程度比较严重。主要原因是内源污染严重,60%湖区有3m厚的淤积底泥。于1987—1992年实施大规模底泥清除工程,清除了25%的底泥,工程花费巨大(500万英镑),后采取了综合性修复植物和动物的措施,至1995年富营养化减轻,蓝藻暴发程度大为减轻,蓝藻的优势明显减弱,原以微囊藻为主的蓝藻暴发变为硅藻、绿藻、蓝藻和甲藻共存在的形式。

六、欧洲康士坦茨湖的治理与管理

康士坦茨湖,面积571km2,湖泊平均深度为85m,位于欧洲中部,流域面积11487km2,横跨德国、瑞士、奥地利以及列支敦士登等四国。20世纪50年代起由于经济快速发展和人口迅速增加,大量生产、生活污水和废物排入湖内,康士坦茨湖生态环境开始恶化,至20世纪70年代中期,生态环境破坏严重。

(1)治理历程。20世纪70年代至2000年,流域各政府逐渐意识到湖泊保护的重要性,开始湖泊生态环境建设,各国相继开展河湖水生态系统恢复工作,建立了一套成熟的湖泊管理模式,湖泊的生态环境明显好转。2000年至今,欧盟水框架对各国水环境治理起了重要指导作用,实施河湖流域管理,改变了以前根据行政区域管理的规定,建立完整的“流域管理计划”,促进了流域综合管理向着科学化、规范化方向发展。20世纪70年代起至2002年,康士坦茨湖生态修复工程共花费40亿欧元。

(2)主要治理措施。①控制生活、工业点源污染,禁止生活污水随意排放,限制含磷洗涤剂的使用,污水除P,污水处理机构由国家控制、地方当局管理;②控制非点源污染,减少交通工具尾气排放,限制含磷化肥使用,改变农田耕作方式;③采用物理、化学和生物等综合措施修复湖泊,清除底泥、机械打捞、改变营养元素循环、生物收获、利用大型沉水植物进行生物操纵,建立有效浮游动物种群,控制藻类过量生长,净化水体;④加强管理。制定湖泊管理法律法规,1961—2001年,制定了《康士坦茨湖保护协定》等一系列环境政策与法规。成立了管理机构和一系列组织,加强对湖泊流域的监管,如由德国、奥地利和瑞士三国于1959年成立的保护康士坦茨湖国际委员会,康士坦茨湖生态委员会。建立一系列监测和分析、信息等组织、系统或平台,如建立基于GIS的康士坦茨湖信息系统。

(3)治理效果。20世纪70年代实施湖泊生态环境建设至21世纪初,康士坦茨湖恢复到1930年湖泊生态恶化前水平,其中P由1979年的 0.087mg/L(相当于我国标准Ⅳ类)下降到2003年的0.0123mg/L(Ⅱ类)。

七、国外湖泊治理与保护的启示

国外湖泊治理与保护从湖泊管理历程、法律、管理原则、管理模式和工程技术措施等方面的经验给我们以很好的启示。

(一)湖泊管理历程

湖泊管理一般分为松懈管理、发展管理、成熟管理和流域综合管理四个阶段。最终要实行流域综合管理,并且要有一套成熟管理的模式。

(二)湖泊管理框架

湖泊管理要有法律支撑。法律是流域治理的基础,加强立法,欧洲一系列环境法律导则包括水资源协定和奥尔古斯协定等两个协定。其中水资源协定于1992年3月17日由欧洲26个国家共同签署。奥尔古斯协定于1998年由欧洲41个国家共同签署、正式实施。

湖泊管理有一套合理的原则。欧洲湖泊管理主要遵循警惕和预防原则、整体性和协调性原则和价格补偿原则等3个。

湖泊管理有一套科学的模式。欧洲湖泊管理是废弃以往分割、点状的传统管理模式,实施综合的湖泊—流域“面状”管理模式,主要包括综合监测、土地利用及生态交错区管理。其中河道治理水污染主要包括城市污水处理、农业污染治理、航运业污染治理3方面。有效地推进公共参与,如莱茵河定期组织各河段的利益相关者或感兴趣者,邀请沿莱茵河流域的居民积极参与,公共参与可以促使政府与污染者履行职责,有利于防止污染者和行政部门只追求短期经济利益的行为,有利于水资源管理兼顾各方利益。治理湖泊必须有大量投入。

(三)主要工程技术措施

①全面控制污染源。②建设满足全部污水处理能力的污水处理系统,包括污水处理厂、大口径的污水收集配套管网。③制定高标准的污水处理标准,如TP达到0.05~0.10mg/L。④养鱼密度要适度。削减过多鱼类现存量,避免新鱼类的过快增殖,防止对沉水植物的破坏。