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任何一片国土都要“自律式发展”

发布时间:2017-12-04 10:30:08   来源:    浏览次数:306

中国工程院院士王浩谈生态流域建设:

任何一片国土都要“自律式发展”

◎本刊记者 郑挺颖 叶晓婷 刘国伟

11月3日下午,在“2017中国城市及区域环境发展论坛”举办前一天,中国工程院院士王浩与中信环境技术有限公司、江苏宜兴环保科技工业园,在北京举行了三方合作共建院士专家工作站签约仪式。王浩院士钻研流域治理多年,他构建了“生态流域”的理念,提出水环境治理需从“生态流域”的科学内涵出发,加强8个维度的顶层设计,实现三大平衡为根本目标的治理方略。当天,王浩院士在接受《环境与生活》杂志专访时,就“生态流域”相关理念做了深入浅出的阐述。

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11月3日下午,中国工程院院士王浩接受《环境与生活》杂志采访。 刘军民/摄


  • 特殊国情催生“生态流域”理念

说起“生态流域”这一理念的提出,王浩院士解释,该理念是基于中国国情逐步形成的。我国的一大基本国情就是人口多,形成的污染物多,因此城市水问题有特殊性和复杂性。拿中美相比,两国国土面积差不太多,但美国国土60%~65%是平原区,它有600多个城市分布在广大的区域,比较稀疏,人口比较少,只有3亿多。而我国平原区只占国土面积的12%,我国也有600多个城市,可大多集中在这些平原上,在城市生活的人口有七八亿,比美国总人口还多几倍。从人口密度上看,美国城市一平方公里建成区约居住3000人,我国则是一两万人,一线城市省会城市核心区域一平方公里甚至超过4万人,按一个人一天排放1公斤到1.5公斤的垃圾计算,相当于每人每年丢弃450公斤的垃圾,再加上不像有的发达国家产业空心化,我国的产业都是实体经济、制造业,排放的污染负荷多。这种密集型的特点造成中国城市水问题的特殊性。

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高密度人口产生的垃圾,对江河流域扰动很大。

王浩院士特别强调了我国农业生产中的面源污染:我国以世界6%的淡水和9%的耕地养活着世界19%的人口,成绩斐然,但高单产的背后是高强度的农业投入,耗水量、化肥用量惊人。他以江苏宜兴市种植茭白为例,一亩地就要使用400公斤化肥,国内东部各省耕地每公顷化肥用量约400~1600公斤,每公顷使用农药35~40公斤。农业面源污染和工业固废液体污染等结合起来,加上高密度人口产生的垃圾,对江河流域扰动很大。

基于上述高强度污染对流域水量和水质形成了很大干扰的现实,王浩院士提出了“生态流域”的理念。他认为流域早已不再是没有人类活动时那种自然的、只发挥生态功能的水循环,而是演变成了“自然+人工”的二元水循环,流域水的属性增加了:原来单一的生态属性由于人类介入后新添了“环境属性”。流域的经济属性、资源属性也变得突出,例如多年来太湖流域的年平均水资源量为177亿方,但是该地区经济发展需要370亿方水,就得从别处调水。流域水环境由此产生了两方面的问题:一方面人类从自然水循环过程中取水,使自然水量越来越少,影响了原有水体的生态功能;另一方面,排出的水造成新污染,水环境就越来越差。

  • 任何一片国土都要“自律式发展”

王浩表示,建设“生态流域”的核心就是要保持自然水循环的可再生性,以流域水循环、物理、化学、生态多过程为主线,充分发挥流域对水循环的天然调节作用,规范人类水土资源开发活动,减少对自然水循环的扰动。“也就是自律式的发展,高效利用,社会水循环少向自然水循环排污,要优先布局绿色基础设施(如山水林田湖草),和蓝色基础设施(河流、湖泊、湿地等),优先利用土壤水库和地下水水库,合理布局地表灰色基础设施(即人工兴建的水库、堤防、泵站、污水处理厂),融合现代信息技术的新进展,实现地表、土壤、地下多过程的水量、水质、泥沙、水生态联合调控,最大限度实现去‘极值化’(最大化地减少干旱与洪涝的产生),系统解决水问题。这样的指导思想下的流域就是‘生态流域’。”

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新的水文化就是“山水林田湖草”,绿色发展、绿色生活、人水和谐。

王浩院士进一步阐述了“生态流域”的科学内涵,即“生态流域”建设要通过一系列措施,实现良性的水循环,使水与人类社会相适应,实现洪涝的海绵化、黑臭水的清洁化、雨水的资源化。城市要建设成海绵城市,农田要建成海绵农田,进行山水林田湖草系统治理。城市是这样,流域也是这样,任何一片国土都要这样,人自律发展、和谐发展、绿色发展,“生态流域”也就建成了。

王院士还强调,应该结合21世纪以来的大数据、云计算和物联网等技术手段,配合河长制,方方面面配合好,建设“智慧流域”。

  • 顶层设计的8个维度

采访过程中,王浩院士谈起了我国流域水量的不均衡性:十大一级流域中的珠江流域、长江流域、东南诸河和西南诸河4个流域只占国土面积的36%,水量却占了全国的81%;相比之下,其他6个一级流域(淮河流域、黄河流域、海河流域、辽河流域、松花江流域和内陆河流域)占了国土面积的64%,水量却只占19%。南方水多,一排了之;北方水少,既怕旱也怕涝,调整工作必须更精细,难度远大于南方,此时从宏观上掌控全局显得尤为重要。

王院士引述习近平总书记在“十九大”报告中的说法来说明“生态流域”建设的必要性,即“人与自然是生命共同体,人类必须尊重自然、顺应自然、保护自然。坚持节约优先、保护优先、自然恢复为主的方针。”“生态流域”建设要想更快更好地改善环境,王浩表示还得从顶层设计入手,为此他将“生态流域”的顶层设计分为8个维度:第一是“水安全”,要保障老百姓的生命财产安全;第二是“水资源”,即社会、经济可持续发展,做到水的供需平衡,饮用水要健康;第三是“水环境”,即治理黑臭河流,提升水质;第四是“水生态”,即水生植物系统、动物系统、微生物系统要均衡,做到生生不息;第五是“水景观”,要把滨河、滨湖所有滨水的地方建设成产业高地、人才高地,变成城市“橱窗”和城市景区;第六是“水文化”,传统的水文化如长江、黄河是母亲河,或老子《道德经》所述“上善若水”,新的水文化就是“山水林田湖草”,绿色发展、绿色生活、人水和谐;第七是“水管理”,即智慧水务、智慧流域,利用大数据、云计算、物联网等技术进行精细化管理;第八是“水经济”,如特色小镇,各种水景区的旅游,把傍水变成产业高地。

王浩强调,这8个维度分别对自然、人工的二元水循环进行综合调控。“对于自然水循环的调控,我们做到两条:保持它的产水量,保持先天的生态水文节律;把水的自然过程极值化给坦化,适合人类的需要。社会水循环的调控也要做到两条:要自律式地发展,尽可能少地从自然水循环中取水;用水、排水都不要把更多的污染排到自然水循环中,而是再生循环、污水处理。”

  • 根本目标是实现三大平衡

王浩院士介绍说,西方走了200多年的工业化之路,一般一个特定时期以一种突出污染为主,人们便以一种主打技术应对。相比之下,我国改革开放40年来,要应对的污染在多样化程度和时间的集中程度上,要远高于西方国家,因此治理难度要大得多。

他认为城市水环境治理的根本目标是实现三大耦合平衡:第一个平衡是洪水水量的平衡,做到水量的下泄和分散滞留平衡;第二个平衡是单元、区域、流域的水污染产生和消减平衡;第三个平衡是雨水的控制量和城市乡村的利用量、回用量相平衡。

  • “原位生态修复”技术领跑世界

我国的“生态流域”建设和国外的流域治理哪些异同点呢?王浩表示,最大的不同点是中国的基本国情,包括上述自然环境和经济发展模式上的巨大差异。相同点很多,例如遏制自然水循环的极值性,增加水流的可再生性,大力提倡清洁生产、循环经济和绿色生活等。

建设“生态流域”,有哪些领域应做重点突破或研发呢?王浩认为,当下城市环境中的黑臭水体治理是一个难点和重点,为此需要过硬的技术手段进行破解。他回顾了城市黑臭河治理所采取的三代有代表性的技术手段。

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“生态流域”建设要通过一系列措施,实现洪涝的海绵化、黑臭水的清洁化、雨水的资源化。

第一代技术是传统的疏通、种草和养鱼,动作大,成本高(平均约500元/平方米),造成的生态扰动极大。第二代使用的超级细菌吃脏东西很高效,但有些细菌是外来物种,有造成失态失衡的隐患,而且为了达到更好效果还要经常补充菌群,成本超过200元/平方米。

第三代就是王浩带领团队在江苏宜兴市开展的“原位生态修复”技术,这种修复方法以“工具酶”促进水体中原有的二三百种微生物大量繁殖,以消耗水中的氮磷钾等富营养化物质。这种方式的生态扰动最小,增加了水里的溶解氧,成本也比前两代技术便宜了一个数量级。“我们在全国进行的300多处实践表明,修复过程中黑臭水体透明度逐渐提高,阳光透进来了,底泥中的有机物不断减少,水草开始扎根,一条河就像一个天然的污水处理厂,河水各项指标持续变好,植物、动物、微生物系统相互依存,由此完成了河流水质的修复。这项技术可以说领跑世界。”王浩强调,在成本上该项修复技术也是最低的,仅45元/平方米。王浩强调,万事皆有两面性,其技术在处理氮元素方面很突出,但在处理磷元素过剩问题上还有不足,所以从长期看,要降低水中的磷含量,仍需要借助清淤手段。

王院士还介绍了其院士工作站掌握的一些污泥无害化的先进技术。污水处理厂的污泥产量大,含水量高,完全脱水很难,是目前环保处理上的一大难题。一些地区的处理方法甚至造成二次污染,如填埋后被雨水冲刷又泄漏到环境中。王浩院士工作站正在研究将污泥放进高温釜中,经过90分钟处理后变成生物炭的技术。“这个‘釜’就是一个碳汇生成装置——在极短的时间里,完成了地球上需要千百万年才能完成的煤炭生成的过程,其成效堪比营造碳汇林。”

(如需转载请注明转自《环境与生活》杂志)

责编:郑挺颖

网编:吴燕芳