白洋淀是华北最大的淡水湖[1, 2],俗称“华北之肾”[2]和“华北明珠”[3, 4]。它由大小不等的143个湖泊[5]、36个岛村、3700多条沟壕[6]连接而成,以水体为主,水域间苇田、台地、村庄交错相间[7],总面积366 km2。白洋淀为典型大陆性季风气候,降雨量季节变化明显[8],年平均降雨量为556 mm,其中85%集中在6—9月份[9]。属海河流域,是大清河河系中重要的蓄水枢纽[10, 11],拒马河、府河、唐河、瀑河、漕河、孝义河、萍河、白沟引河、潴龙河等9条河流汇入[12, 13],俗称“九河下梢”[14]。行政区隶属于保定和沧州地区的安新、容城、雄县、高阳和任丘5个县(市)[1],其中85%在安新县境内(图 1)。目前新设立的河北雄安新区,可能将白洋淀作为核心水源。但近年来,白洋淀受人口快速增长、经济活动增加、区域气候变化等影响[15, 16],入淀水量大幅减少[17],自净能力明显减弱[18],生态系统平衡遭破坏[19],极大影响和制约了白洋淀生态功能。
由于气候干旱和人类大规模经济活动,白洋淀生态环境出现严重问题[20],主要表现为生态缺水、水污染和富营养化严重[21, 22]、生态系统脆弱及水生生物多样性破坏等[23, 24, 25]。
1.1 水资源短缺从20世纪50年代开始,由于连年干旱、工农业用水量持续增加,上游9条入淀河流修建百余座水库,阻隔河淀,入淀水量不断减少[26]。同时,上游水土流失和淀内围堤造田使白洋淀泥沙淤积加速[27]。据统计,白洋淀流域的年水土流失量为1600多万t,年均侵蚀土层厚0.63 mm[28]。泥沙随水流入淀,白洋淀范围和容积日益缩小,入淀水量由五六十年代的10亿m3,缩减为80年代的2亿m3[29],并多次干淀。其中20世纪60年代1次,20世纪70年代3次[30, 31],1984—1988年连续5年[32],1997—2004年连续8年。
为防止淀区连续干淀,维持白洋淀基本生态功能,1981年开始给白洋淀补水[33, 34],从上游水库紧急“输水救淀”,而补水的主要来源为保定市王快水库、西大洋水库和安各庄水库(图 2)[35]。自1981年以来,共实施生态补水29次(图 2),其中在大清河河系内,从王快、西大洋、安各庄水库调水23次[15, 36],累计入淀水量约9.34亿m3;从岳城水库跨河系引水3.9亿m3,入淀水量1.59亿m3;“引黄济淀”5次,累计入淀水量约6.6亿m3[37, 38]。虽经多次补水,缓解了白洋淀当时生态危机[38],但海河流域自身就是资源性缺水地区[39],仅靠本流域水资源无法满足用水需求,并不能从根本上解决白洋淀因长期生态缺水造成的生态环境与功能退化问题,一旦本区域用水不足,输水中断,淀区依然有干淀危险,加快外流域调水工程建设,十分必要。
白洋淀水环境污染包括两方面,外源输入及淀区污染。入白洋淀的9条河流中,潴龙河、唐河、清水河和萍河长期断流[40];漕河、孝义河和瀑河仅雨季有水;府河成为白洋淀主要来水[41, 42]。但府河上游聚集化纤、造纸、蓄电池、胶片等大批高耗水、重污染工业企业[37],长期作为工业污水排放主渠,水质劣Ⅴ类,主要超标指标为高锰酸盐指数、化学需氧量和总磷[43]。自2006年以来,白洋淀因来水不足,未能及时稀释水中污染物,污染物浓度过高[44],多次发生大面积死鱼事件。2016年8月,留村某渔场死鱼量超30 t,直接经济损失30余万元。上游污水处理厂管网不完善,部分尚未处理污水直入府河,最后入淀。而淀区自身污染包括淀区内居民生活污水、粪便、垃圾污染[45],水产养殖饵料污染和淀区内农药化肥不合理施用造成的污染等[46]。
据《河北省生态环境状况公报》和《中国生态环境状况公报》(表 1),白洋淀自2004年后一直富营养化,2004和2005年富营养化水平较低,处于贫-中富营养化水平,2006年和2007年变为重度富营养化,2010年后一直维持在轻度富营养化水平,主要污染物为化学需氧量、氨氮、总磷和高锰酸盐指数。流域内工业和生活排水,是化学需氧量的主要来源,还含大量氮、磷等,易引起水体富营养化。另外,淀区内生活污水、粪便、垃圾的不合理处置及水产养殖饵料等都是导致水体富营养化的重要污染来源[46]。
除了生态缺水和上游排污,白洋淀的无序围埝,对白洋淀的生态环境也构成了破坏。旅游是白洋淀周边各县市大力发展的产业,2005年,淀区旅游业总产值共计4亿元。为发展旅游业,环淀四县一市纷纷在白洋淀开展“圈地运动”,导致白洋淀水域面积不断缩小并被割裂。白洋淀著名景点鸳鸯岛、荷花大观园,都是违规建筑。全淀区目前有100多处非法建筑,都是当地围埝造成。大量违规建筑把白洋淀分割得七零八落,令其自净能力大大降低。
不仅旅游业大幅“圈地”,种植业与养殖业也大搞围埝,但因缺乏科学规划和有效管理[47, 48],大部分围埝占据主行洪道,截断或束窄行洪断面,严重影响了防、泄洪。经统计,白洋淀围埝总面积为2700 hm2,其中占主行洪道的近2000 hm2[5]。圈头至光淀张庄、寨南一线,在8.0~9.0 m水位下行洪断面缩小很多;同口以下,缩小行洪断面50%;梁沟至采蒲台间,仅几个窄深的航道沟能行洪[6]。利用2012年“7·21”暴雨洪水分析时,根据白洋淀水位—容积曲线查得的库容通常比实际入淀量高出近1倍正是这个原因[5]。
1.4 水生生物多样性降低白洋淀曾有“物种基因库”的美誉,淀区内物种资源丰富,野生鱼类、鸟类以及浮游动植物等高达600多种,在维持生态平衡方面发挥着极其重要的作用。但受生态环境恶化影响,淀区内生物多样性遭受严重破坏,淀内原有的54种鱼类仅存35种,溯河鱼类和顺河鱼类基本消失或绝迹;同时鱼类资源趋向小型化、低龄化和杂型化发展[49]。因鱼虾等食物减少,栖息于淀内的鸟类也日益减少,过去在白洋淀繁衍生息的大雁、鹁鸪、天鹅水雉、丹顶鹤、野鸭等30多种鸟类的存有量日益减少,部分更是有绝迹迹象[50]。近年来,受干淀及水污染影响,水生生物种类损害更严重[51]。浮游生物由129个属减少到92个;原生动物由38个属减少到25个[6],轮虫由60种减少到49种,枝角类由29种减少到23种[52];底栖无脊椎动物由原来的35种减少到25种;维管束植物更是在数量上锐减,现已零星分布。
2 水环境恶化原因 2.1 上游经济发展增大入湖污染负荷白洋淀流域上游经济发展,增加的工业入湖污染负荷,是白洋淀淀区生态环境恶化的重要因素[53]。快速的经济发展导致工业排污量翻倍。白洋淀上游建有大批造纸、皮革、制鞋、印染、橡胶、羽绒等高耗水、高耗能、高污染、高排放的企业与作坊,且历史上偷排、漏排严重。目前,虽然上游已经关停或限改了140多家高排污工业企业,保定市区内3家老化的污水处理厂也已整改,但是仍有大量的工业废水排入白洋淀。尤其是作为工业污染主要来源的保定市,重点污染企业的日均污水排放量约40万t,其中80%排入府河;这些重点污染企业排放的工业废水是化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)的主要污染来源,COD日排放量高达46 t。南部高阳县、蠡县、博野县与安国市等地区的不少企业,因孝义河枯竭将污水私自排放入河,导致河道内囤积大量污染物,而孝义河作为王快水库给白洋淀输水的重要河道,在补水时将河道污染物一起汇入白洋淀。西部徐水县与满城县造纸与制酒企业聚集,工业废水主要排入瀑河与漕河,在非农灌季节和汛期进入白洋淀。
经济发展同时导致人口数量增加与居民用水量增大[54]。1950—2016年保定市人口由原来的5.2百万增加到10.3百万[15]。为满足城市生活用水,白洋淀上游建设了6座大型水库及90多座中小型水库蓄水,导致入淀水量剧减,同时生活污水排放量由原来的4.6×105万t增加到9.1×105万t,部分未能处理的生活污水沿河道入淀[55]。雄安新区作为未来重点规划发展区,目前人口130万,但是新区若承接非首都功能,加上创新创业人才涌入,人口可能达200万~300万,增加生活污水日排放量约17万~41万t。新区现在仅有3座日处理量为5万t的处理厂,远不能满足人口增加带来的城市污水增长量的处理需求。
2.2 淀区及周边岛村生活源加深污染程度白洋淀与其他湖泊不同的是,淀区与岛村交错,紧绕淀区与水域居住约30万人口(图 3)。而岛村人民每天产生生活污水3万t,生活垃圾100多t[56],近年来,虽采取处理措施治理淀内自身污染,但岛村人民生活垃圾随意丢弃和生活污水随处倾倒现象依然存在[6]。淀区垃圾不能及时分类与收集运输,导致渗滤液随雨水冲刷入淀,对淀内水质造成很大污染[57]。入淀水量最大的府河,临河村落生活污水与生活垃圾的人均排放量分别为26.3 L/d和0.41 kg/d,且生活垃圾中含有大量氮、磷;而生活污水和人粪尿则是CODCr的重要来源,年入河负荷分别为10.9 t和2.30 t[58]。
白洋淀较为突出的农业面源污染主要来源于种植业和养殖业。近年来经济的快速发展,导致农业灌溉需水量和产污量增加。人口增加导致粮食需求增大,大面积开垦耕地造成淀区水土流失严重[27, 28],据统计,白洋淀流域的年水土流失为1600多万t,导致河道淤积变浅、土壤肥力下降,并直接影响地表水水质[5]。另一方面,农药、化肥不合理施用及随意性农灌,使白洋淀面源污染加重。2014年河北省的农药使用量为8.63万t[59],较1995年增加了18.70%,且呈逐年上升趋势;而1995—2014年化肥施用量(折纯)由220.68万t增加到335.61万t,单位面积的化肥施用量同样在逐年增加,但是化肥的平均利用率很低,仅有30%~35%[57],过量施肥十分严重。过量施用的氮素化肥成为目前地下水硝酸盐污染的重要来源之一,而过量施用的磷肥随雨水冲刷入淀,加剧水体富营养化[60]程度。
岛村居民养殖业发展已久,包括水产和畜禽养殖。水产养殖方式有网围、网栏、网箱(简称“三网”)、围堤、池塘5种,其中“三网”养殖是主要方式,大于75%。但“三网”养殖与淀内湖水交换频繁,过量的投饵全部进入湖体,而饵料中又含大量营养物,成为导致白洋淀水体富营养化的重要来源[47]。白洋淀畜禽养殖以养鸭为主,约占淀区总畜禽养殖量的99%。但畜禽养殖模式与粪便无害化处理技术落后,粪便资源化利用水平低下。淀区养殖模式多为散养,但规模很大。养殖户常跨越禁养区或者限养区养殖,粪便直排入湖或随意堆砌湖边随雨水再次入淀[61]。此外畜禽养殖饲料的低利用率,也导致淀区鸭粪便中氮磷含量很高,总氮与总磷的平均含量约为18.5和14.3 g/kg。2011年安新县水产畜牧局统计数据显示,白洋淀鸭存栏量为17万多只[62]。若以每天每只鸭的排便量0.09 kg,饲养周期5个月,每年2个饲养周期计,则畜禽养殖业每年将产生总氮和总磷污染负荷85 t和66 t。
2.4 旅游业发达,但环保意识薄弱2002年后白洋淀自然湿地保护区,再次成为旅游度假胜地,随着旅游业大力发展,白洋淀的流动人口增加[53],尤其是旅游旺季,仅1天内就接待游客5万人,远超接待能力,超负荷运行。淀区周围因旅游业而开设的宾馆饭店达300余家,连锁店、超市、专卖店等商业门店1000余家。因此而产生的生活污水和垃圾,增加了淀区污染负荷。
此外,淀区保护宣传教育滞后,缺乏湿地生态环境保护、价值和重要性的认识。在处理经济发展与生态保护关系时,重经济轻生态、重局部轻全局、重眼前轻长远等观念助长了以牺牲环境为代价的发展和掠夺式经营[6]。只顾抓眼前经济利益,不计成本引进或批准排污严重超标的小企业,加重了环境污染。无政府状态的滥砍滥伐,掠夺性开发现象时有发生。
3 治理与保护对策 3.1 本区输水与跨流域调水相结合白洋淀水污染最核心的原因,在于缺乏天然水补给。解决生态水资源短缺,是解决白洋淀问题的关键。因海河流域本身为资源性缺水地区,仅依靠本区域输水,不能完全解决问题。以目前白洋淀人口160万,耕地面积366 km2,生活与工业用水量之比为3.87:1,以及《河湖生态环境需水计算规范》,计算得到目前白洋淀需要生活用水量1.0亿m3,农业用水量0.61亿m3,工业用水量0.56亿m3,若淀区水位维持在6.75 m以上,至少需要生态需水量2.58亿m3。以2035年作为未来年评估,雄安新区人口预计达到531万,预计需要生活需水量3.4亿m3,工业用水量0.70亿m3,农业需水量0.71亿m3,白洋淀生态需水量2.58亿m3,淀区周边8条主要河道生态需水量2.8亿m3[63]。原补水方案——将上游王快和安各庄水库共0.96亿m3水输入白洋淀,保证入淀水量达0.5亿m3,目前引黄入冀补淀工程已经开始启用补水,2018年11月29日至2019年3月16日第一阶段调水工作完成,总引水量3.25亿m3,向白洋淀提供生态补水约0.8亿m3,还不能完全满足水量需求,需加快建设南水北调中线工程[64]。此外,引黄入冀补淀工程未来预计新增引黄水量6.2亿m3,将大大缓解白洋淀缺水危机。同时,对上游建成的100多座水利工程,利用率不高的进行拆除,增加入淀水量。
3.2 加强污染源的治理白洋淀区的污水源主要包括上游工业、生活源汇入和淀区生活、农业、畜禽养殖业排污。对于上游工业源,主要是加强源头控制。目前白洋淀最大的工业污染源在于上游保定市和满城县的工业企业排污,虽河北省政府已经关停或限改了142家排污企业,但每天仍然有大量未处理污水通过府河或漕河入淀[65]。对于污染企业,建立一份详细的污染源清单,明确每一家企业的污水排放量,扩建污水处理厂及铺设污水管网,确保所有工业污水全部收集进厂。同时进行污水处理厂提标改造,提高污水排放标准,并在所有污水排口安装24小时实时监控系统,保障所有入河污水处理厂出水均为达标排放水,严厉杜绝偷排、漏排现象发生。对于上游城镇生活污水,在确保污水全部收集进污水处理厂的同时增建一批再生水厂,在保障污水全部达标排放的同时,有效利用中水进行农业灌溉、景观使用或者家庭冲厕,提高水资源利用率,缓解淀区水资源紧张问题。对将要规划开发的雄安新区,因人才大量涌入可能新增的17万~41万t污水,提前设计扩建污水处理厂和再生水厂,保障生活污水全部达标排放。
对淀区及周围村镇,加强生活污水与生活垃圾治理。规划美丽乡村建设,临近水村整体规划连片整治,划定生态保护区,保护区内禁止污水排放与垃圾堆砌。在远离水域的区域建设大型公共厕所与垃圾回收站,排水管网铺设至水村每家每户;路面硬化,杜绝污水直接排入地下;对于岛村居民每年产生的3万t生活污水和100多t生活垃圾,建设化粪池和大型沼气装置,全部集中化处理。对淀区农业污染,改进耕作方式,推广绿色无公害农业,减少农药、化肥使用,减少污染排放,节约水资源。对淀区养殖污染,应划定养殖区,优化养殖模式,网箱、网栏、网围等清除,土方、围埝等清理,科学规划管理,合理控制养殖规模和容量,发展有机与生态养殖;粪便资源化处置,减少养殖污染,控制水体富营养化。对于淀区内源污染,在测定淀区及河道底泥污染及释放风险的基础上,提出疏浚或钝化方案,减少内源污染量。最后,在污水全部收集处理的基础上,加强污水处理厂技术改造,逐年削减污染物排放量,而且切实做好污染防治系统的长效监管。
3.3 生态修复与生物多样性保护为控制和减少白洋淀水产养殖污染,改善水体生态环境,应加强生态修复技术。加强上游水土保持和绿化工作,提高植被覆盖度、涵养水源、防治水土流失[66]。在淀区周围建设河滨带、生态浮床、芦苇湿地或绿化工程[67],既增加淀区植物多样性[68],又可利用水生植物消耗氮磷,控制水体富营养化,净化水体[69]。积极研究当地土著有益微生物,通过降解有机污染物改善养殖环境,以修复养殖水域生态环境[6];积极引进白洋淀现已绝迹的名贵鱼种和鸟类。
4 结论白洋淀生态环境面临严峻考验,淀区生态缺水严重、环境污染负荷高、生物多样性遭到破坏。为解决淀区生态危机,需要宏观调控与精准监控相结合,既要加强污染源控制,加快生态调水工程建设,又要推进淀区实时监控系统监测、加强生态修复和湿地建设,以综合管理与治理手段推动白洋淀生态环境治理与修复。
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