基于環(huán)境流量方案的監(jiān)測調(diào)控體系及保障管理方案設(shè)計(jì)探析

趙振懿

(遼寧省營口水文局，遼寧 營口 115003)

1 概述

遼河流域水資源短缺而開發(fā)利用程度高，環(huán)境流量保障不足；流域經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展速度快，污染類型多樣，污染負(fù)荷高，治理難度大，入河負(fù)荷控制管理任務(wù)重；與遼河保護(hù)區(qū)恢復(fù)目標(biāo)差距懸殊，水生態(tài)恢復(fù)難度大。在充分吸收國際環(huán)境流量標(biāo)準(zhǔn)研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合遼河流域基本生態(tài)特征和生態(tài)退化的原因，探討環(huán)境流量方案的監(jiān)測調(diào)控體系及保障管理方案設(shè)計(jì)成為迫切需要。

河流生態(tài)系統(tǒng)受到棲息地和水化學(xué)等多種因素影響，導(dǎo)致流域水生態(tài)嚴(yán)重退化。在流域水生態(tài)環(huán)境水權(quán)缺位的情形下，生產(chǎn)和生活用水?dāng)D占生態(tài)環(huán)境水，由此產(chǎn)生的供水和供水模式，利益格局和多種養(yǎng)護(hù)模式是流域生態(tài)退化的主要原因。環(huán)境流量是能夠維持基礎(chǔ)生態(tài)系統(tǒng)的組成部分，環(huán)境流量保障是促進(jìn)遼河流域生態(tài)恢復(fù)的有力措施，環(huán)境流量標(biāo)準(zhǔn)是實(shí)施環(huán)境流量管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其可行性取決于它是否能反映河流生態(tài)系統(tǒng)的基本特征和生態(tài)壓力的特征。

2 環(huán)境流量的“分區(qū)、分期、分類、分級(jí)”

2.1 分區(qū)管理

遼河流域的遼河、渾河和太子河有著悠久的發(fā)展歷史，目前的水陸地生態(tài)系統(tǒng)受到長期的人類活動(dòng)影響，生態(tài)格局表現(xiàn)為隨海拔梯度的漸變，具有相對明顯的自然空間分布特征。同時(shí)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人類生產(chǎn)生活對流域生態(tài)系統(tǒng)的多重壓力也具有明顯的空間分異特征，從而導(dǎo)致流域空間退化。因此，可實(shí)施的環(huán)境流量標(biāo)準(zhǔn)必須反映流域內(nèi)自然和人為干擾脅迫的空間分異特征，即具有“分區(qū)”的特征。

(1)在流域上游區(qū)域，沒有控制性水利工程，水資源開發(fā)程度相對較低，陸地植被以自然次生植被為主，生態(tài)水文過程幾乎接近自然狀態(tài)，水生態(tài)系統(tǒng)的完整性依然良好，該地區(qū)對環(huán)境流量的需求是為了維持水生態(tài)系統(tǒng)的健康狀態(tài)，環(huán)境流量過程應(yīng)該接近自然水文情況[1]。

(2)隨著海拔的逐漸降低，流域的工農(nóng)業(yè)更加發(fā)達(dá)，耕地面積明顯減少，工礦企業(yè)分布密集，從上游到下游，水資源開發(fā)利用程度和河流污染負(fù)荷卻在逐漸增加，河流干流和主要支流水質(zhì)逐漸惡化，水生生物群落組成逐漸顯示出抗污染能力。工業(yè)和農(nóng)業(yè)物資的排污量迅速增加是河流水質(zhì)惡化的主要原因，生活用水增加又導(dǎo)致河流的流量減少。該地區(qū)對環(huán)境流量的需求首先要確保水質(zhì)凈化，并逐步將水生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)到健康狀態(tài)。

(3)在流域下游地區(qū)，農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)，大面積灌溉密集覆蓋，河流水質(zhì)受農(nóng)業(yè)面源污染影響，水生生物群落組成完全由耐污染物種組成。該地區(qū)對環(huán)境流量的需求也是為了確保水質(zhì)凈化要求，并逐步恢復(fù)水生態(tài)系統(tǒng)，直至逐漸恢復(fù)到健康狀態(tài)，在該地區(qū)，生產(chǎn)和生活用水與生態(tài)用水之間的競爭會(huì)進(jìn)一步加劇，農(nóng)業(yè)節(jié)水水平和非點(diǎn)源污染控制技術(shù)對環(huán)境流量的影響有所增加。

2.2 分期管理

分階段管理環(huán)境流量有兩個(gè)含義，首先是不同發(fā)展階段的環(huán)境流量分期。在社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-河流復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中[2]，生產(chǎn)與生活用水和環(huán)境流量之間存在著永恒的競爭關(guān)系，但隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)迅猛發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的提高，生產(chǎn)和生活用水將逐步減少，用水量和污水排放量的減少，也逐步降低了環(huán)境流量壓力，生產(chǎn)與生活用水和環(huán)境流量之間的競爭將會(huì)趨于零。

對于各類環(huán)境流量的需求，基于調(diào)節(jié)功能的環(huán)境流量分期主要體現(xiàn)在水功能區(qū)域水質(zhì)目標(biāo)的變化，基于生命支持功能的環(huán)境流量分期主要體現(xiàn)在以生態(tài)功能維護(hù)或恢復(fù)為主導(dǎo)的環(huán)境流量管理中，隨著分區(qū)的增加，基于社會(huì)服務(wù)功能的環(huán)境流量分期主要體現(xiàn)在改善人們娛樂休閑的對水質(zhì)要求的提高[3]。例如，在未來，人們可能需要更寬闊的水面和流動(dòng)的河水(目前河流景觀主要依靠水閘，如翻板門和橡膠壩，以保持相對穩(wěn)定的水面，通常流量較小)或一條更清澈的河流。

其次，水和陸地生物不同生命階段對水分的不同需求顯示了年內(nèi)環(huán)境流量過程的分期特征[4]。一般而言，通過長期演化，生物體適應(yīng)自然水熱條件，環(huán)境流量通常需要近乎自然的水文過程。在遼河流域，凍結(jié)期生物的環(huán)境流量要求相對較低，4月融雪期需要較低洪峰流量過程，11月份河流凍結(jié)之前，7月和8月的主要汛期需要明顯的洪水過程，需要一個(gè)穩(wěn)定且明顯高于冷凍期間流量的環(huán)境流量，以確保在封凍期輸送水分。

2.3 分類管理

遼河流域的環(huán)境流量包括生存流量，基本流量，高流量脈沖流量和漫灘流量等成分，其中，生存流量是指能夠滿足魚類生存水質(zhì)要求的流量組分；基本流量是在魚類繁殖期間可以維持魚類繁殖生態(tài)需求的流量組成部分，高流量脈沖流能夠維持遼河流域河道的洗沙功能的流動(dòng)成分；漫灘區(qū)流量是指能夠維持漫灘區(qū)基本形態(tài)和植被生態(tài)供水的流量組分。這些成分對應(yīng)于遼河流域一年中的不同水流時(shí)期，不同河段具有不同的自然生態(tài)和多重應(yīng)力特征，相應(yīng)地，每個(gè)水文年的不同流量成分也存在差異，因此，為此需要進(jìn)行分類管理。

2.4 分級(jí)管理

環(huán)境流量保障實(shí)際上意味著生產(chǎn)和生活用水的相應(yīng)調(diào)整，由于用水模式的形成是長期社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的結(jié)果，用水模式的重新調(diào)整對社會(huì)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件有制約，這決定了實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境目標(biāo)的階段和難點(diǎn)。因此，考慮河流生態(tài)需求，將來很難達(dá)到理想的環(huán)境流量標(biāo)準(zhǔn)，只有在衡量用水量分配關(guān)系后才能實(shí)際執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。此外，考慮到遼河流域?qū)㈤L期實(shí)現(xiàn)大伙房水庫的跨流域調(diào)水，將為實(shí)施環(huán)境流量提供理想的標(biāo)準(zhǔn)，理想環(huán)境流量標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)際實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)之間的差異構(gòu)成了環(huán)境流量的分層管理[4]。

3 環(huán)境流量方案的監(jiān)測調(diào)控體系

環(huán)境流量標(biāo)準(zhǔn)是河流生態(tài)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)的理想流量過程，反映了分區(qū)、分類、分級(jí)和分期的概念。環(huán)境流量計(jì)劃是指流域環(huán)境管理，水環(huán)境，水生態(tài)保護(hù)的日常管理以及相應(yīng)的有效環(huán)境流量的實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)[5]。其實(shí)質(zhì)是在平衡河流生態(tài)系統(tǒng)理想流量過程需求與實(shí)際競爭性需水量，生產(chǎn)與生活用水和生態(tài)用水之間關(guān)系，具有更好的成本效益比和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可接受性。雖然世界范圍內(nèi)對環(huán)境流量的理論進(jìn)行了長期研究，并提出了大量各種確定環(huán)境流量的方法，但可以實(shí)施的流域(區(qū)域)環(huán)境流量標(biāo)準(zhǔn)仍處于起步階段。目前，只有少數(shù)地區(qū)明確制定了具有法律效力和日?？晒芾淼沫h(huán)境流量方案，如澳大利亞的莫累達(dá)令河流域和美國德克薩斯州及美國佛羅里達(dá)州[5]。

環(huán)境流量方案研究進(jìn)展緩慢主要在于相對固化用水和供水模式的重新調(diào)整。在任何流域，生產(chǎn)和生活用水與生態(tài)環(huán)境用水之間存在競爭性的水關(guān)系，這種關(guān)系背后是流域內(nèi)工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活用水者利益的反映。在流域水資源有限的前提下，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高，其競爭特征更加突出，在沒有生態(tài)用水權(quán)的情況下，工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活用水將不可避免地占用生態(tài)環(huán)境用水。這種擠占不僅反映在河道生態(tài)環(huán)境的減少中，而且反映在河道內(nèi)流動(dòng)過程的變化中，導(dǎo)致河道內(nèi)流量過程出現(xiàn)變異，造成生態(tài)效益的關(guān)鍵流量組分的損害。此外，隨著流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高和分布格局的相對固化，流域用水、供水及供排水模式的固化，污染負(fù)荷分布的相對固化及生產(chǎn)生活用水后排水所攜帶的模式，進(jìn)而引起流域內(nèi)河流生態(tài)系統(tǒng)多種應(yīng)力分布格局的相對凝固[6]。

環(huán)境流量不足的原因是有競爭性的用水，多重壓力下對關(guān)鍵流量組件的侵害。在流域開發(fā)過快，而環(huán)境流量保障方案尚未提前確定，導(dǎo)致相對穩(wěn)固的用水和供水模式發(fā)生改變，因而很難達(dá)到預(yù)期目標(biāo)7]。保障措施主要是按行業(yè)重新調(diào)整用水量，工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，再生水和農(nóng)業(yè)是主要用水戶；在保證糧食安全前提下，農(nóng)業(yè)節(jié)水是主要途徑。管理方案必須基于某些標(biāo)準(zhǔn)，提出“環(huán)境流量標(biāo)準(zhǔn)”和“環(huán)境流量管理方案”的概念，進(jìn)行權(quán)衡協(xié)調(diào)[8]、價(jià)值判斷和適應(yīng)性調(diào)整，如圖1所示。

圖1 環(huán)境流量標(biāo)準(zhǔn)與環(huán)境流量方案的權(quán)衡

4 環(huán)境流量保障管理

4.1 管理框架

鑒于遼河流域水資源人工調(diào)控高，源點(diǎn)污染壓力大，河水生態(tài)完整性嚴(yán)重惡化，環(huán)境水與經(jīng)濟(jì)社會(huì)用水競爭激烈。為解決環(huán)境流量不足的情況，以前環(huán)境流量管理中的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)缺乏生態(tài)數(shù)據(jù)，水化學(xué)壓力等客觀數(shù)據(jù)的支持，沒有考慮流域下游河流的生態(tài)狀況，環(huán)境流量管理分區(qū)尺度過大、控制斷面過少以及環(huán)境流量標(biāo)準(zhǔn)可實(shí)施性不足。要真正實(shí)現(xiàn)分區(qū)、分級(jí)、分類、分期的流域環(huán)境流量管理[9]需要建立遼河流域環(huán)境流量管理框架，如圖2所示。

圖2 遼河流域環(huán)境流量管理框架

4.2 保障對策

流域容量總量控制方案實(shí)施保障對策可以從以下幾方面綜合考慮。

一是加強(qiáng)管理機(jī)構(gòu)自身能力建設(shè)。全面構(gòu)建流域水環(huán)境容量總量控制管理體系，研發(fā)流域容量總量控制管理平臺(tái)，制定流域容量總量控制監(jiān)測管理方案，制定流域容量總量控制監(jiān)督考核辦法，開展流域干支流及主要入河排污口通量監(jiān)測，研發(fā)水工區(qū)入河總量超標(biāo)返演及溯源模擬技術(shù)，健全其他規(guī)章制度及法律法規(guī)，全面加強(qiáng)流域水環(huán)境管理機(jī)構(gòu)自身能力建設(shè)[10]。

二是加大污染源治理力度。源頭阻斷是水環(huán)境保護(hù)的核心和關(guān)鍵，針對不同特性的水污染物采取不同的污染控制措施。此為治本的措施。

三是實(shí)施水利工程調(diào)度。通過流域水利工程的科學(xué)合理調(diào)度，加快水體流動(dòng)，增加流域的水環(huán)境容量，改善流域水體水質(zhì)。此為治標(biāo)的措施。

四是促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步。首先是加快重點(diǎn)行業(yè)減排技術(shù)創(chuàng)新和落后生產(chǎn)技術(shù)淘汰。各類科技計(jì)劃要優(yōu)先支持重點(diǎn)行業(yè)減排技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目。建立節(jié)能減排技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)的重要保障。其次是加快水專項(xiàng)及其他科研專項(xiàng)在水環(huán)境治理領(lǐng)域研發(fā)成果的產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化，將新型高效水處理技術(shù)盡早應(yīng)用于區(qū)域水環(huán)境治理中。

五是實(shí)施環(huán)境經(jīng)濟(jì)政策。調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，以總量控制為導(dǎo)向，針對流域內(nèi)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)失調(diào)問題，提出流域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對策。實(shí)行污染補(bǔ)償，流域污染補(bǔ)償是通過實(shí)行跨界斷面水質(zhì)目標(biāo)考核與生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制，推行扣繳補(bǔ)償金政策。

5 結(jié)語

針對遼河流域水文水資源及水環(huán)境特點(diǎn)，結(jié)合流域水資源開發(fā)利用新情勢、流域水生態(tài)保護(hù)新需求和流域水工程安全管理新任務(wù)，形成遼河流域環(huán)境流量保障、容量總量控制方案及水工程優(yōu)化布局的流域方案[11]；選擇遼河流域太子河流域、渾河流域及遼河干流保護(hù)區(qū)為示范，按照業(yè)務(wù)化運(yùn)行要求，形成示范流域環(huán)境流量與容量總量管理平臺(tái)，提升示范流域水資源管理與入河負(fù)荷控制管理能力。