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德國湖泊水體管理及其對我國的啟示(上篇)

發布日期:2020-04-11 來源:南水北調與水利科技
  摘  要:德國和歐盟對作為靜止水體的湖泊管理沒有專門單獨的法規,管理湖泊根據基礎性水法的一般規定。通過大量建設污水處理設施和對水危害設施和物質的嚴格許可審批制度,德國湖泊扭轉了自上世紀六七十年代起嚴重的水體污染,現下面臨的主要威脅來源于農業面源污染。湖泊水體作為水生態系統中的一部分,在歐盟《水框架指令》的影響下,水體綜合管理理念也適用在湖泊水體管理中。湖泊管理需要從水生態系統出發,從匯水區整體著手,加強各行政區域和各相關專業領域交流、協調與合作。從博登湖管理可見,多層次多領域的協調機構、通過民主協調制訂的管理規劃以及以信息透明為基礎的公眾參與是其成功的重要因素。德國湖泊治理在流域綜合管理、多種協調機制、嚴格用水管理和廢水排放許可制度、全面而高標準的廢水處理技術、以及經濟手段和公眾參與制度方面的建設,都值得借鑒。
  關鍵詞:
  湖泊水體管理;水體綜合管理;博登湖;德國《水平衡管理法》;歐盟《水框架指令》;
  近幾十年來,因急劇增加的水體使用和不能跟進的水體管理,我國水的自然生態功能嚴重受損,污染嚴重。尤其是湖泊,水質惡化多次引起藍藻爆發,甚至威脅到對周邊以湖泊為飲用水水源地的供水危機,因此各級政府都十分重視主要湖泊的管理。在近幾年,各級政府針對湖泊的單獨立法日益興盛。雖然各國水情不同,具體水管理體制也不一樣,但相關理念與制度設計也可能為我國湖泊管理提供一定借鑒意義。以下介紹和分析德國湖泊的基本情況和法律基礎,并以博登湖管理為案例介紹具體的管理機制與治理措施,最后提出對中國湖泊治理的一些建議。
  德國湖泊概況及其管理
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  湖泊區別與河流雖然具有自己的特殊性,但在德國和歐盟的水治理中,尤其是按《水框架指令》的要求,仍然按流域單元進行管理。德國在《水平衡管理法》中明確規定了德國境內的十大流域,并將劃分地圖(見圖一)作為法律附件。流域單元的統一管理在水管理基本法律中得到明確保障。
  圖一:德國十大流域劃分圖
  (作為《水平衡管理法》附件一)
  根據《水框架指令》第二條第(5)項對湖泊的定義,是指靜止的內陸地表水體。湖泊一般是指靜止3天以上的水體,與流動水體一起都屬于地表水體,靜止水體與流動水體只是理論上的相對區分,要嚴格界分并不可能也無必要。德國有約780個面積大于0.5平方公里以上[1]的自然湖泊(約750個)和人工湖泊(約30個),大于25平方公里的湖泊有10個(見表一),面積10平方公里以上的有26個,湖泊分布很不均衡,大多分布在德國東北部的低洼平原地帶和南部阿爾卑斯山腳區域,都在距今約12000年之后形成。其中位于德國、瑞士和奧地利三國之間的博登湖(Bodensee,又稱康斯坦茨湖,英語Lake Constance)是德國湖面最大、水最深以及水體量最多的湖。因為德國所處的有利氣候條件,在水量管理上問題較少,關鍵是改善水體的質量和結構,以及水管理如何應對氣候變化的挑戰。 
  [1] 根據《歐盟水框架指令》相關要求,大于50公頃水面的湖泊需要分析和評估。
  水體的化學特征只是湖泊特征的其中一方面,因為湖泊的地形地貌與水文情況都各不相同,湖泊水體特征差別就很大。確定湖泊水體特征,首先是要確定湖泊類型,對于湖泊的類型化研究相比河流要進行的晚。[2]歐盟《水框架指令》在規定了確定水體的化學與生態質量的同時,也規定了在整個歐盟范圍內依流域基于統一程序進行監測和評價。此前,在德國和多數歐洲國家都不存在這樣復雜的生態評價體系來評價水體質量。在歐盟《水框架指令》(Water Framework Directive, 2000/60/EC, 簡稱WFD)附件II中通過表格1.2.2(見表二)對湖泊類別化作了進一步的規定,可按體系A或體系B進行分類。依體系B分類,決定湖泊特點以及決定生物群結構與組成的物理因素與化學因素按必選和可選因素進行區分,必選因素包括:海拔、經緯度、湖面大小和深度、地質,可選因素:平均水深、湖泊形狀、存在歷史、平均水溫、氣溫變化、酸度中和能力、混合特征(如水體流動因素)、本底營養狀況、平均底層組成、水位波動。 
  [2] 在之前的湖泊研究中,德國湖泊被簡單分為:阿爾卑斯山前湖泊、德國北部分層和不分層湖泊、人工挖掘湖泊以及火山湖,參見:Umweltbundesamt, Wasserbeschaffenheit der wichtigsten Seen in der Bundesrepublik Deutschland –Datensammlung 1981-2000, Berlin, 2003.
  雖然在歐盟《水框架指令》附件II以及《水框架指令的共同實施戰略指導文件十:河流和湖泊——類型、參考條件和分類系統》[3]中對湖泊已經給出了評價因子,而且在歐洲范圍內也有對湖泊類型化和湖泊評估的研究,但德國聯邦和州的水管理工作共同委員會(LAWA)[4]還是決定研究和制訂適合德國和適合歐盟《水框架指令》多方面綜合要求的湖泊評估標準。[5]Mathes等人在2002年的研究報告中[6],根據不同因素:生態區域、地理特征、湖泊面積、匯水區的影響和湖水分層特征等,將德國水面面積大于0.5平方公里屬于歐盟《水框架指令》達標要求范圍內的湖泊,首先按生態區域與地理位置區分為三種,分別是南部的阿爾卑斯山區湖泊、中部山區湖泊和北部德國平原湖泊,然后再根據鈣含量、匯水區面積的大小、湖泊水分層情況、匯水區域面積以及冰封時間,將阿爾卑斯山區湖泊再分為四類,將中部山區湖泊再細分為五類以及將北部低洼平原湖泊也細分為五類,此外又將不能完全歸入以上類型的湖泊分為特殊的自然湖泊和特殊的人工湖泊,特殊的自然湖泊如沼澤湖(Moonseen)和潟湖(Strandseen), 特殊的人工湖泊如挖掘湖(Baggerseen)和采礦后形成的湖泊(Tagebaurestseen)。[7]
  在湖泊類型化的基礎上,再根據水文形態學、生物學和化學水質來確定湖泊的整體特征和水體狀況優良級別。與流水相比較,靜止水體尤其要考慮到:浮游植物、植物和水生植物、動物以及魚類。因此,對湖泊生態特征的判斷,生物學上的質量特征主要是藻類、水生植物、水底的無脊髓動物、魚類作為主要判斷依據。 
  [3] Common Implementation Strategy for the Water Framework Directive (2000/60/EC) – Guidance document N. 10 –River and lakes – Typology, reference conditions and classification systems.
  [4] 該機構是聯邦與州在水管理事務上的聯系樞紐,協調聯邦與州之間在水管理上職責與具體的法律實施。
  [5] U. Miscke/B. Nixdorf (Hrsg), Gewaesserreport (Nr. 10): Bewertung von Seen mittels Phytoplankton zur Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie, 2008.
  [6] Mathes, J., Plambeck, G., & J. Schaumburg, 2002. Das Typisierungssystem für stehende Gew?sser in Deutschland mit Wasserfl?chen ab 0,5 km2 zur Umsetzung der Wasserrahmenrichtlinie. In: Nixdorf, B. & R. Deneke (Hrsg.), (2002) Implementierung der EU-Wasserrahmenrichtlinie in Deutschland: Ausgewaehlte Bewertungsmethoden und Defizite, BTUC-AR 5/2002, S.: 15-24.
  [7] Mathes, J., G. Plambeck & J. Schaumburg (2002). Das Typisierungssystem für stehende Gew?sser in Deutschland mit Wasserfl?chen ab 0,5 km2 zur Umsetzung der Wasserrahmenrichtlinie. In: Nixdorf, B. & R. Deneke (Hrsg.), Ans?tze und Probleme bei der Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie.  Aktuelle Reihe BTU Cottbus, Sonderband: 15-24.
  (二)德國湖泊面臨的主要生態環境問題
  1 富營養化問題
  靜止水體與流動水體的評價標準是有區別的,因此對于湖泊的評價與河流的評價也是不同的,這規定在《水框架指令》附件II以及《水框架指令的共同實施戰略指導文件十:河流和湖泊——類型、參考條件和分類系統》中。湖泊的最主要影響一直是來自匯水區過量的營養物質匯入并由此導致的富營養化。相對于流動水體中營養物質排入能較快得以下降,在相對靜止的湖水中營養物質往往以沉淀的形式累積起來并在一定條件下再次釋放。因此只有在減少營養物質排入的前提下,才能減緩水藻的生長。湖泊富營養化往往與湖泊匯水區域的居住人口密度、農業開發利用強度有關,富營養化最終導致湖泊的生態系統遭受破壞。
  2 水體形態學上的問題
  湖泊富營養化與湖泊匯水區的居住人口密度、農業土地利用集約化程度以及水生態系統中各種有機組織的營養化質排入密切相關。除了營養物質排入嚴重影響湖泊外,另外一直沒有引起重視的影響因素是湖泊水動力的改變和湖岸區域形態學上的改變。在夏天水溫也相對穩定、匯水區域較小的深水湖泊往往是貧營養物質的湖泊,而長期處于水體交換的淺平湖泊更容易生產營養物質。另外,湖泊的旅游開發導致自然湖岸結構破壞,由此作為許多水生動物和兩棲動物及水生植物的生存空間以及作為魚苗生長區域淺灘區的重要生態功能得不到滿足。在2004年德國首次有關湖泊水形態壓力的調查中發現,主要因素有:湖灘的人類影響(如游泳、旅游業)、湖岸體結構的改變、在近湖周邊的結構性變化(如土地利用和建設)等。
  另一個影響來自湖泊的漁業生產,湖泊中往往更多引入普通食用型魚類,由此改變了生物鏈結構。取水對于湖泊水體的影響往往取決于不同的用途,在德國,整體上取水對湖泊影響較小,只有在個別情形下或者在很小的區域范圍內有一定影響。因為作為發電廠的冷卻用水是德國用水最多的領域,所以排出的溫水對于水體有著重要影響。
  3 整體評價
  根據德國聯邦與各州在水事務管理合作委員會(LAWA)在1999年制定的一個行政規范,水體狀況被區別為實際狀況(Ist-Zustand)和參照狀況(Referenz-Zustand)兩個標志,實際狀況表示最新實際測得的營養化狀況,而參照狀況表示自然的潛在狀況。評估結果顯示,幾乎所有的湖泊,其實際狀況都要較參照狀況高一個級別。[8]通過實際狀況和參照狀況的比較才有可能對水體按純生態的標準來進行完整評估。確定實際狀況需要測定含氧量、葉綠素a、透明程度以及總磷含量。對于實際的營養化狀況的評價必須要與自然的潛在營養化狀況進行比較。這才能表明水體狀況,其沒有受到人類行為的影響,只是基于地理、水文、水形態等特征所決定的。
  德國對其湖泊水體的營養化程度分為五個等級,分別是:Oligotroph (Trophiestufe I)、Mesotroph  (Trophiestufe II)、Eutroph (Trophiestufe III)、polytroph (Trophiestufe IV)、Hypertroph (Trophiestufe V)。第三、第四等級又分為弱和強兩個檔次。 
  [8] http://www.umweltbundesamt-daten-zur-umwelt.de/umweltdaten/public/theme.do?nodeIdent=3171。
  根據以上不同的影響因素,對德國主要湖泊的長期監測結果分析,大部門湖泊屬于中營養化程度,只有個別達到弱富營養化,其余為貧營養化。[9]但對湖泊營養化程度的評價在實施《水框架指令》后需要轉化到統一的“生態狀況”評價體系下來,包括生物的、水形態的、化學和物理等因素,因此除了浮游藻類外還需要將水生植物、底棲動植物和魚類考慮進來,以及對于湖泊岸邊區域的形態結構進行描述與評估。因此在對湖泊的評級中不僅要考慮水體的化學和生物特征,還需要考慮水生態特征和水體形態特征[10]。
  湖泊要實現《水框架指令》中規定到2015年達到良好水體的環境目標,最主要的挑戰是大量的營養物質影響。湖泊中大量生長的藻類,最直接原因是來自農業的面源污染以及污水處理設施和雨水排泄帶來的物質污染[11]。因此,按照2004年德國聯邦環境部依《水框架指令》的要求對德國水體的綜合評估結果,湖泊水體中到指令規定的2015年只有38%的水體能達到所要求的目標,有24%的水體不能確定是否能按期實現,而還有38%的湖泊水體不能如期實現目標。[12] 
  [9]http://www.umweltbundesamt.de/wasser/themen/fluesse-und-seen/seen/zustand/tab_lawa _trophiezustand.pdf
  [10] 對于這些概念的進一步闡述詳見沈百鑫:對德國和歐盟水法中的概念之考察及對我國水法之意義 (上/下),載《水利發展研究》,2012年第1/2期,第71-76/82-88頁;
  [11] BMU, Die Wasserrahmenrichtlinie – Ergebnisse der Bestandsaufnahme 2004 in Deutschland, S.12.
  [12] BMU, Die Wasserrahmenrichtlinie – Ergebnisse der Bestandsaufnahme 2004 in Deutschland, S.15.
  (三)德國湖泊管理及飲用水保障
  控制湖泊富營養化也同樣是保障飲用水供應的要求,尤其是對于大城市。
  柏林的兩個湖泊進行了成功的治理,Tegeler湖和Schlachten湖,這兩個湖都是柏林城市內湖,作為飲用水水源。這兩湖泊都是很典型的由于多種使用導致的污染,如內河航道、休閑娛樂、廢水排放,另外湖水還通過隔岸過濾的形式作為飲用水,以及作為人工補充地下水。因此這兩個湖自上世紀70年代起就受到富營養化的危害。為了長期保障湖水做為自然的不需要經過殺菌消毒的飲用水源,自上世紀八十年代起對于磷物質的輸入進行了嚴格的管理,經過25年治理,總磷濃度從原來的1000 μg/L下降到10-20 μg/L。但在研究中也發現,盡管總磷濃度在開始治理幾年后就迅速下降到100 μg/L左右,但藻類和藍藻菌的生長并沒有隨著總磷含量下降,年均的葉綠素濃度幾乎保護不變,而夏天的最高值僅是少許下降。藻類和藍藻菌明顯下降出現在當總磷濃度降至60-100μg/L(Tegeler湖)以及30μg/L(Schlachten湖)時。這個研究結果也表明,只有當總磷濃度降至一定的門檻供值以下,而且這個門檻值因為湖泊的不同特點,特別是水文物理學方面的原因,各湖泊也不一樣。
  在德國工業化進程中直到上世紀70年代,地表水體也同樣受到嚴重污染,因此建造水庫為人口集中的大城市輸送飲用水,這類水體主要集中在德國中部,因為地形地質條件和周邊茂密的森林覆蓋對于建造大壩和攔蓄清潔飲用水提供了有利條件。這些水庫除了用作飲用水供應水源外,還作為經營用水、水電開發和療養,部分還作為防洪設施。
  德國湖泊的另一個特點是有大量采礦后形成的人工湖,其中Hambacher湖在蓄水后成為德國第二大湖。這些湖泊因為形成時間較短,生態特征往往不明顯,所以按《水框架指令》需要以生態趨勢來考核。在地下水較少的地區,德國有大約130個水庫用作飲用水水源供應大約10%的德國人口。對于這些水庫的管理重點是通過優化策略的模型處理來控制在匯水區通過農業、工業和城鎮污染物質排入,對藻類和毒性藍藻菌的出現進行評估和分類,在區域保護的理念下進行發展。
  文章內容部分發表在原標題《德國湖泊治理的經驗與啟示》,載《水利發展研究》2014,5:72-79/6:86-92;和《德國湖泊水體管理及其對我國的啟示》, 王圣端(主編),中國湖泊環境演變與保護管理,北京:科學出版社, 2015, 420-442.
  作者簡介:
  沈百鑫(1975-),男,浙江紹興人,德國亥姆霍茲聯合會環境研究中心(HelmholtzCentre for Environmental Research – UFZ)研究員。在德國完成歐盟反壟斷法的法學碩士研究后,轉向更感興趣的環境法研究。協調負責中德合作項目——太湖周邊城市流域水管理的法律與政策機制比較研究,主要方向為:中國、德國及歐盟水體保護法律比較研究。發表水體保護政策與法律相關論文三十余篇。 
  內容回顧
  德國湖泊水體管理及其對我國的啟示(中篇)
  德國湖泊水體管理及其對我國的啟示(下篇)

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