北京市的水生态环境问题及其防治措施

北京市的水生态环境问题及其防治措施清华水利系工程硕士班张秋建引言生态一词（Ecosystem）由希腊文oikos衍生而来的，意为住所或栖息地的意思，生物群落同其生存环境之间以及生物群落内不同种群生物之间不断进行着物质交换和能量流动，这种相互作用和相互影响所形成的的动态平衡就称为生态系统，顾名思义，水生态系统是指生物之间以水为媒介所形成的动态平衡。阳光和水是生物生存的根本条件，二者相辅相成构成了复杂而简单的生态环境，生态环境的不断改变使生物之间形成的上述动态平衡不断的被打破而形成新的平衡，生命的进化、新物种的产生、旧物种的消亡都是在这一过程中完成的，水生态环境是地球上最根本的生态环境，水生态环境的改善或恶化，将会引发包括生命进化或消亡在内的一系列问题。因此，致力于水生态环境的改善将是水务工作永恒的主题。一、北京市当前的水资源现状北京是中国的首都，其经济发展走在了全国乃至全世界的前列，然而自然条件的使然、政策的不完善、不科学的发展观、人们节水观念的淡薄等等也造成了目前北京空前的水生态环境问题，用“水危机”来形容这些问题已不再是危言耸听了。1、水资源的极度紧缺北京是世界上严重缺水的都市之一，人均水资源不足300m3，是全国人均的1/8，是世界人均的1/30，远远低于国际公认的人均1000m3的缺水下限，水资源人均占有量在世界大城市和首都中名列百名之后。北京水系属海河流域，多年平均降水量606.5mm，自1999年起，海河流域连续7年大旱，年降水量比多年平均少2～3成，多条河流断流，同时地下水位也随之大幅降低，据观测京东的潮白河水源地地区地下水以平均每年3～4米的速度下降，目前埋深已达20米左右。截至2003年5月底，整个北京市平原地区地下水平均埋深18.8米，比1999年下降了4.7米，储量减少24亿立米；城区地下水位下降更为严重，石景山地下水埋深已达34米，西部山前地区浅层水已经干涸……作为北京主要供水水源的密云、官厅两大水库，近些年来水量呈现明显下降趋势，密云水库经过从河北、山西多次调水后目前储量仅10亿立米，除去死库容，实际可供水已不足5亿立米，若按常年供水负荷实际可供水时间不足1年，而官厅水库由于污染严重，从1997年起就已经退出了饮用水供水系统。北京地下水的可采量为年平均25亿立方米左右，而多年实采量为28亿至29亿立方米，且仍有不得不增加的趋势。同60年代相比，地下水储量已减少了50多亿立方米。事实上，目前地下水供水已经占到了总供水量的63％，地下水的长期的大量超采，造成了泉水枯竭，湖泊逐年萎缩，地面下沉，林木枯死，河流生态环境恶化等一系列的环境问题。根据水资源供需分析，2010年北京市将缺水10亿m3，以北京及天津形成的首都经济圈将缺水20亿立方米。2、水污染日益加剧20世纪后期，随着经济的持续快速发展，用水量及工业与生活废污水量大幅增加，加之持续干旱，河道干涸，造成水体自净能力下降，从而使水污染程度加剧，水环境质量持续恶化。根据北京市环保局环境监测中心统计数据，2000年监测的全市79条2095公里河段中符合相应功能水质要求的有20条河段，其长度占实测河流长度的41.6％。II类、III类、IV类、V类水体中超标河段长度分别占到相应功能河段长度的23.7％、33.8％、92％、100％。河流的主要污染物是高锰酸盐指数、生化需氧量和氨氮，其次是挥发酚和石油类。2000年北京市水文总站监测总长997公里的河段中，I~III类水体占监测总河长的66.1％，IV类水体占监测总河长的6.0％，大于V类水体占监测总河长的27.9％。从总体情况看，潮白河水系上游水质较好，污染较重的是北运河水系，主要污染物为氨氮和CODMn。2000年监测水库17座，水质达标的9座，达标库容占实测总库容的66.1％，密云水库、怀柔水库和京密引水渠水质符合II类水体水质标准，官厅水库水质仍不符合饮用水源水质要求。监测湖泊19个，水质达标的7个，达标湖泊容量占实测总容量的59.5％。“六海”中北海、后海、前海水质达标。水库、湖泊主要污染物为总氮，其次是高锰酸盐指数、生化需氧量和氨氮。北京的两大供水水库中官厅水库2001年水质状况为：河口是全库区水质最差区域，为V类，主要污染物是氨氮、CODMn和氟；西库区蓄水量小，受来水水质影响较大，水质较差。永1000断面和永1008断面水质均为V类，主要污染物为氨氮、亚硝酸盐氮和CODMn；东库区水质好于西库区，妫大桥断面氨氮（0.53mg/L）为IV类，其余项目均符合I类标准；汛期来水相对较多，水质好于非汛期，总体来说，官厅水库已属于富营养型水库。密云水库入库水质保持在II~III类之间，出库水质以京密引水渠渠首白河电站为代表，水质符合II类标准。密云水库水体从历年监测资料分析看，氮含量呈平缓上升趋势，其他指标各年变化不大；通过1981年于1996年对水库浮游藻类的监测表明，15年间浮游藻类由73属减少到54属，而且群落结构由硅藻－绿藻型转变成绿藻－硅藻型，说明密云水库水体由80年代的贫营养转变到了90年代初的中营养，且目前有向富营养转变的趋势。二、水资源紧缺及水污染的加剧引发的水生态环境问题北京作为中国的首都，政治地位及经济地位是举足轻重的，除了政治环境和谐稳定外，其经济发展理应走在全国的前列。水及以水为媒介的生态环境是人类乃至生物生存和发展的根本要素之一，然而水资源的极度紧缺及水生态环境的加速恶化严重束缚了经济的发展，小到一个项目的建设，大到一个政策的出台在上述背景下首先要考虑水资源的瓶颈限制，在迫切需要发展的趋势下，长期以来北京出现了较为严重的水资源过度开发，从而导致了包括水污染加剧在内的一系列生态环境问题。1、径流减少、断流频发水资源的超强度开发利用，造成河流水量减少，平原河道干涸，这种变化对河流生态系统及岸边水陆交错带生态系统的影响是致命的。径流的减少不仅加速了水资源的紧张，而且直接导致水生生境与水陆交错带生境恶化，断流则完全破坏了生态系统功能。径流量的减少、河道干涸是流域生态环境恶化的重要表现。自然条件的作用是明显的、最直接的，而不科学的人为因素极大的加速了这种作用的显现。这方面永定河、潮白河是有教训的。50年代以来，官厅水库上游修建了大小水库267座，发展灌溉面积545万亩，建设了采矿、冶金、电力、化工、造纸等许多高耗水、高污染的工业，致使官厅水库年平均来水量由建库初期的19亿立米锐减到近20年来的4亿立米。水库下游山峡段建有珠窝水库、落坡岭水库、三家店拦河闸和京西电厂、下马岭电厂两个梯级电站，电厂建设使两段河道干流基本处于断流状态。由于三家店拦河闸主要用于引水渠道进入北京市区分水，致使永定河三家店到卢沟桥段自1965年以来开始出现断流，并一直持续到今天，断流频率达100％。据统计60年代平均断流86天，70年代282天，80年代299天，至90年代已出现了常年干涸的情况，只在1995、1996年有过水记载，多年平均过水天数只有10天，实际上永定河已经失去了河流最基本的生态功能。潮白河径流减少与断流问题同样突出。50～70年代，潮白河流域上游相继修建了怀柔、密云、北台上、大水峪、沙厂等大中型水库，基本拦蓄了全部的河道径流，多年来中下游平原区河道只有区区几个流量的水库渗水……至98年水库水位下降，渗流大幅减少，自密云水库以下河道全线断流，其间少有几次人为的水库泻水，河道生态系统完全被破坏。水库建设以前，潮白河水量充沛，林丰树茂，中下游河道素有“三年河东，三年河西”之称（指主河槽被水冲摇摆不定，河边的居民三年前生活在河东侧，而三年后主槽移位，原来在河东的居民竟然到了河的西侧），历经几代皇宫享用的“北小营贡米”随着河道径流的减少而无声的消亡。如今的潮白河满目荒砂，两岸林木凋零，已完全失去了往日的风貌，水生态环境根本无从谈起。在此种状况下，潮白河的地下水却又担负起了北京市自来水1/3的供水任务。2、地下水位持续下降由于区域经济的发展，水资源的需求量日益加大，加之气候干旱等因素，进入80年代后，北京地下水开采率超过100％，超采范围也迅速扩大。地下水超采导致地下水位连续下降，使地下水资源枯竭，形成区域性地下水漏斗和地面沉降等环境地质问题。自1959年以来，北京浅层地下水水位呈持续下降趋势，至今，西郊公主坟一带地下水含水层已基本疏干，东郊红庙附近地下水埋深已达40米左右，潮白河中游向阳闸地区地下埋深从1998年的2～4米快速下降到了2005年的27米，且目前平均年下降速率达4～5米，沿岸多口百米左右的自备井无水可抽。1999年、2000年北京可利用地下水资源量分别为12.81亿立米、16.13亿立米，比多年平均地下水资源量减少40％～50％，而这两年地下水的开采量分别为26.76亿立米、26.34亿立米，两年即超采24亿立米；1999年地下水埋深比1998年同期下降2.33米，最大下降5.66米，地下水漏斗面积骤增71平方公里，至2000年地下水埋深进一步下降，比1998年同期平均下降3.53米，最大下降9.52米，且这种速率有进一步加大的趋势。地下水位的下降还引发了地面沉降等地质问题。北京市最大地面沉降达到0.59米，沉降影响范围超过600平方公里，紧邻北京的天津市受影响最明显，塘沽区上海路地面沉降量达2.76米，大于2米的面积达10平方公里，部分沉降区已低于海平面。地面沉降引发的生态环境问题在天津表现的最为突出，海平面相对上升、海河水系功能减退乃至消失、地面平整性的破坏、市政设施的破坏、土壤盐碱化的加重、地下水环境恶化等等。天津市地处滨海平原，其成陆主要靠河流冲击及海积物质，市区海拔仅有3～5米。近代由于人类活动和城市化，冲积物来源大为减少，地面沉降发展严重，大部分地区标高仅剩1～3米，有些地方甚至低于海平面。地面标高的下降意味着海平面的相对上升，造成现有沿海挡潮闸和海堤工程的抗灾能力不断降低，海水倒灌和风暴潮灾害的频率大幅度上升，集中表现在天津地区近来受风暴潮灾害的强度和频率较历史上有明显的增加趋势。自1949年以来，塘沽沿岸受风暴潮之灾9次，最近两次分别出现在1985年8月19日和1992年9月1日，最高潮位分别达5.2米和6.14米，无论从潮位高度还是经济损失来看，都大大超过了前7次。由于地面标高的不断降低，容易形成较为严重的内涝。80年代后期，市区雨后形成的积水洼地已达26片之多，这些积水洼地的形成和不断扩大、不仅使交通受阻，工农业生产造成困难，也使排沥工作的费用逐年增加。地面沉降还导致了海河河床和河口严重淤积。海河作为洪水主要的泄洪渠道其作用大大降低。目前天津市排涝已较困难，海河在1964年前能安全行洪1200m3/s，现在已下降为400m3/s。3、水资源紧缺与水污染之间形成恶性循环北京市水资源的紧缺在一定程度上造成了水资源的过度开发，而水资源的过度开发加剧了水资源紧缺的恶劣形势。在形形色色的不可持续的用水行为中，水污染和水浪费是两种典型。水浪费不仅意味着用水效率的损失，也意味着可用水的损失；而水污染更是有着多方面的祸患，包括减少可用的水量、危害人民的健康和生命、水生态环境恶化等。在首都经济建设高速发展的同时，大量未经处理的废污水直接排放造成的污染事故每年都有发生。1985年底至1986年初，官厅水库由于污染严重，影响了京西130万人饮水水质，为此，被迫放稀释水2500万立米，并投资300万元在长辛店水厂建活性炭滤水罐，投资2800万元扩建城子水厂，投资4000万元建西郊污水截留工程。水污染对水生态环境的影响主要表现在几个方面，最直接的就是造成水体污染。据北京市水务局1993年“北京市入河排污口调查评价”统计，全市每年注入河流、水库、湖泊的废污水总量达8.28亿吨。地表水污染的同时地下水也受到了污染，在全市地下水可开采量中只有54.1％符合生活饮用水标准，90％符合灌溉水的标准。以潮白河为例，潮白河入河污水口可统计的21处，污水来源以怀柔、密云和顺义为主，每年污水的排放量近3000万吨，然而这些污水由于不是集中排放，并未形成地表径流，而是全部深入了地下。潮白河是目前北京的第一大