莱茵河是西欧第一大河,全长1232公里,发源于瑞士的阿尔卑斯山北麓,历经列支敦士登、奥地利、法国、德国和荷兰,最后在鹿特丹汇入北海。莱茵河干流分别与阿勒河、内卡河、美因河、那赫河、摩泽尔河和鲁尔河等河流直接相连)。莱茵河流域总面积达18.5万平方千米,其中德国占据了最大的一部分,约为55.6%,即105478平方千米。相较之下,意大利占比最小,仅为总流域面积的0.03%,拥有莱茵河流域面积51平方千米。莱茵河发源地为瑞士山区的积雪和冰川,流经奥地利、德国、法国和卢森堡,进入荷兰的平坦地区。莱茵河流域的降雨量为500-2000毫米,多年平均流量为2200立方米/秒。莱茵河总径流量的50%来自瑞士境内的阿尔卑斯山脉,到了夏季,山上的积雪和冰川融化量占总径流量的比例上升到70%。在地下水分布方面,波恩和荷兰之间的河段两岸地下水最为丰富,主要原因是该地区有20-30米厚的砂和砾石,且具有非常好的透水性。
发达国家和地区的国际河湖治理管理经历了从资源开发、环境保护到生态治理的认识提高和实践发展过程,有益经验包括注重建立综合协调机构,注重法律法规和配套政策,注重多目标综合保护利用,注重多要素系统治理,注重科技支撑引领,加强多元化投融资保障,加强社会公众参与等。20世纪30年代,随着各个国家生态学的发展,人们对于河流有了新的认识,很多国家开始将生态学融入河流水利工程中,河流生态修复理论和技术开始发展并走向成熟。20世纪50年代之前,莱茵河的治理主要以裁弯取直等河道整治工程和坝工建设为主。保护莱茵河国际委员会(ICPR)成立后,委员会从生态系统的角度出发,协调沿岸国家对莱茵河进行多要素的系统化治理,并对沿岸国家的治理措施实施适应性管理:基于莱茵河流域完善的监测体系,定期对各个国家的治理情况进行评估,并调整和制定下一个阶段的修复任务和修复措施。本研究从莱茵河的治理历程和成功经验2个方面对莱茵河生态修复模式进行分析,归纳出对我国河流生态修复的启示。
1 莱茵河治理历程
莱茵河的治理历程根据时间线和治理任务可以分为5个阶段:传统河道整治阶段、大坝集中建设阶段、水污染治理阶段、生态修复阶段、系统提升阶段。
1.1 传统河道整治阶段(19世纪上中叶)
1817-1874年,被誉为“莱茵河之父”的图拉对上莱茵河进行规划并实施了“纠正性”方案,对莱茵河进行裁弯取直,该方案的本意是保护莱茵河畔的居民免受洪水侵袭、改善河道通航条件、改造冲积地为农业用地。但是该方案没有预见到随之而来的许多水文、生态方面的负面影响。1850年之后,随着莱茵河沿岸人口增长、工业化加速,氯负荷增加,但水质恶化相对来说并不明显。
1.2 大坝集中建设阶段(19世纪下半叶-20世纪上半叶)
在19世纪下半叶到20世纪上半叶,沿岸国家为了满足发电需求,在莱茵河流域大规模建设大坝和堰坝。但是,大坝的大规模建设破坏了鱼类的洄游通道,导致鱼类数量锐减,具有代表性的是鲑鱼,莱茵河检测到的鲑鱼数量从1870年的28万尾下降到1945年的零尾。19世纪下半叶,欧洲社会工业进入了高速发展时期,煤炭、石油等资源的消耗急剧增加,许多能源、化工、冶炼企业将工业废水直接排入莱茵河。重金属化合物、农药、碳氢化合物和有机氯化物等6万多种有害化学物进入河流,导致水环境遭到严重破坏,生物物种数量急速下降。莱茵河流域生活着5800万人,其中有3000万人以莱茵河为直接饮用水源,莱茵河被污染后给他们造成了严重的饮水健康问题。
1.3 水污染治理阶段(20世纪中叶-1987年)
二战后工业化加速、人口快速增长、航运频繁污染加剧导致莱茵河水质持续下降。1950年7月,在荷兰的提议下,荷兰、德国、瑞士、卢森堡、法国等国家在瑞士巴塞尔成立了莱茵河流域的国际保护组织,即保护莱茵河国际委员会(International Commission for the Protection of the Rhine,ICPR)。此后,流域内各国通过委员会合作解决问题,但由于没有明确规定各国在莱茵河污染问题上的责任和义务,取得的成效并不明显。20世纪60年代,莱茵河水质进一步恶化,水生动植物几乎全部消失,一度被人们称为“欧洲的下水道”。
为了解决莱茵河日益加剧的污染问题,1963年莱茵河沿岸国家签订了《莱茵河保护公约》。然而在1967年,托雷卡尼号油轮失事,12万吨原油泄漏,造成了严重的水体污染,环境问题开始成为政治议事日程的重要问题。1972年,联合国在斯德哥尔摩举行了世界各国政府第一次共同讨论环境问题的联合国人类环境会议,促使人们和各国政府注意人类活动正在破坏自然环境,加速了莱茵河沿岸各国政府对莱茵河的治理。1970年到1985年,ICPR商定了3项公约:《控制化学污染公约》《控制氯化物污染公约》《防治热污染公约》,旨在控制和减少莱茵河的污染物排放。1986年11月1日,瑞士桑多兹化学公司位于巴塞尔的仓库发生火灾,1351吨农用化学品爆炸,十几吨剧毒化学品流入莱茵河,500千米的河水被严重污染,河中动植物数量锐减,下游水厂被迫全部关闭。
1.4 生态修复阶段(1987-2000年)
桑多兹污染事件的发生震惊了全球,成为莱茵河治理历程中的关键转折点,促使相关国家全力支持莱茵河的环境治理工作。经过一年的商讨后,于1987年制定了“莱茵河行动计划”(又称“鲑鱼-2000”计划)。该计划详细提出了要使生物群落重返莱茵河及其支流所需要的条件,总目标是莱茵河要成为“一个完整的生态系统骨干”。沿岸各国投入了数百亿美元用于治污和生态系统建设。
截至1995年,莱茵河全面实现了莱茵河行动计划的预定目标,莱茵河沿岸工业区污染实现减排50%,部分污染物实现减排90%。1993和1995年,莱茵河发生了2次大洪水,造成了严重的洪水灾害,ICPR将防洪纳入工作议程。1998年ICPR制定了洪水行动计划,在2000、2005、2020年3个规划水平年设定了灾害损失、最高洪水位、洪水风险图、洪水预警系统4个方面的目标,强调防洪行动计划与恢复莱茵河生态紧密结合,包括蓄滞洪区管理、土地利用规划框架、流域综合管理等方面内容。2000年,“鲑鱼-2000”计划实现了预期目标,莱茵河沿河森林茂密,湿地发育,水质清澈洁净。鲑鱼已经从河口洄游到上游瑞士一带产卵,鱼类、鸟类、两栖动物重返莱茵河。同年欧盟颁布了《欧盟水框架指令》,其在此后的莱茵河生态修复中起到了重要的指导作用。
1.5 系统提升阶段(2000年-至今)
2001年1月,莱茵河部长级会议通过了“莱茵河2020”计划。“莱茵河2020”计划相较于“莱茵河2000”计划,在生态恢复、防洪、水质改善和地下水保护领域都设立了明确的目标,修复措施更为全面,被视为“莱茵河行动计划”(1987-2000年)的进一步延续。截至2020年,“莱茵河2020”计划取得了丰硕的成果:
(1)生态治理方面:截至2020年,委员会完成了124个河湖清淤和水系连通,实现了222公里岸线生态化改造,新增28%以上与莱茵河相连的鲑鱼栖息地(总面积超过1300公顷),为鱼类提供了更多的生存和繁衍场所。近年来,莱茵河流域每年可以检测到数百尾鲑鱼从北海洄游至莱茵河并自然繁殖,这是莱茵河在水生态治理方面取得成效的有力证明。
(2)水质改善方面:莱茵河流域的总氮排放量从2000年的35万吨/年降低到了2021年的低于30万吨/年,总磷排放量从2000年的近2.5万吨/年降低至不到2万吨/年,杀虫剂排放量显著减少,重金属污染进一步降低,水体中阿特拉津浓度稳定低于饮用水标准(0.1微克/升),地下水优良水体比例达96%。
(3)防洪方面:恢复了140平方千米洪泛区(略低于预期目标160平方千米),工程蓄洪总量达3.4亿立方米,维护和加固了2290公里以上的堤防,实现了洪水风险图的全覆盖,洪水预报的时间提前2倍,进一步改进了洪水预报和公告系统。
2020年2月,保护莱茵河国际委员会通过了“莱茵河2040”计划,该计划是“莱茵河2020”计划的进一步延续。“莱茵河2040”计划通过栖息地连通、水质安全、减少洪水风险、有效管理低水位4个方面来应对污染、生物多样性丧失和气候变化带来的挑战,最终目标是建立一个可持续管理的莱茵河流域,使其能够抵御气候变化的影响,为人类和自然提供宝贵的生命线,且该计划的宗旨与联合国2030年议程的17个可持续发展目标(SDG)相符合。
2 莱茵河治理的成功经验
2.1 从生态系统视角认识和治理莱茵河
莱茵河治理的成功,源于ICPR在治理过程中充分认识到河流生态系统是一个复杂的整体,涵盖水文、地貌、水质和生物群落等多个生态要素,从生态系统的视角重新认识莱茵河,而不是单一要素的局部性治理,解决了“头痛医头,脚痛医脚”的问题,是典型的系统治理思路。将保护莱茵河生态系统的结构和功能、维持其健康作为终极目标,并将鲑鱼作为莱茵河治理的指标性物种,以其数量和生存状况反映莱茵河治理效果。同时,以包括供给、调节、支撑、文化4大类生态系统服务功能的评估体系对莱茵河治理的综合效益进行评估,跳出了局限于供用水、防洪、航运等用途性思维模式,使治理工作更具战略性和持续性。
2.2 统一协调管理的机构
自1950年成立以来,保护莱茵河国际委员会(ICPR)经历了多次调整和完善,目前委员会成员包括德国、法国、卢森堡、荷兰和瑞士,欧盟以国际组织的身份作为委员会的一员,共同致力于保护莱茵河流域的环境和生态系统。欧盟的加入促进了莱茵河生态修复与水资源管理的整合,特别是与《水框架指令》的相互衔接方面。此外,欧盟也在协调莱茵河流域各国的河流生态修复工作方面发挥了至关重要的作用,推动了流域的可持续发展。
ICPR着眼于整个流域的生态和经济效益,协调统筹沿岸各国治理措施,对沿岸每个国家的取水、排放以及生态都有明确的要求,有效解决了上游和下游国家地水资源冲突的问题,同时也有效提升了水资源的利用效率。ICPR要求各国将其治理措施和标准落实到本国的法律中,并在欧盟的帮助下,进一步推动了莱茵河流域沿岸国家落实相关决议的力度。
ICPR的组织框架比较完善,主要组成部分包括,全体大会、战略小组(SG)、秘书处、洪水和低水位工作组、水质/排放工作组、生态工作组、数据管理和制图组。总体来看,保护莱茵河国际委员会(ICPR)的各个机构职责分工清晰,各机构在工作中高效协作,各个专家组都对各自的工作计划有明确时间段要求,每个阶段要求取得相应成果。
2.3 完善有效的监测体系
ICPR在莱茵河沿岸建立了57个监测站,采用先进的监测手段对河水进行监控。最初的监测着重于水体测量,后来监测对象逐渐扩展到悬移质、底质和生物相中众多化学物质,还增加了生物监测手段。每个监测站都有有效的水质预警系统,通过连续生物监测和在线化学监测,对短期和突发性污染事故进行预警,以预防并及时发现和治理水污染物。
委员会的成员国和具体国家的职责部门开展了相关的国际协调监测活动。而其他非政府机构,则关注一些特殊问题,并与政府机构密切合作。
2.4 系统性措施和连续性计划
保护莱茵河国际委员会根据莱茵河水文、地貌、水质等生态要素现状特点,在治理措施方面采取了“筑巢引凤”式的河流生境修复系统措施,包括重建水文情势的脉冲特征、恢复河流形态多样性、污染排放管控、在干支流大坝上修建鱼道以恢复生境连通性等,其底层逻辑为良好的生境条件会更适宜生物群落的恢复和保护。从“莱茵河行动计划”开始,委员会的治理措施就关注于莱茵河的整个生态系统的健康,包括减少河流污染、恢复鲑鱼数量、提高防洪能力等,这体现了莱茵河治理的系统性措施。
在委员会的组织下,从1987年“莱茵河行动计划”启动,到2000年的“莱茵河2020”计划,再到如今的“莱茵河2040”计划,每一个阶段的河流修复都是结合了上一个阶段的修复成果,进一步制定新阶段的修复任务和目标,体现了莱茵河治理计划的连续性。
2.5 公众和利益相关者参与
莱茵河生态修复的成功离不开公众和利益相关者的参与,非政府组织在ICPR内作为观察员参与决策过程,例如参与制定流域管理计划、环保监督以及建言献策等,起到了不可替代的作用。治理莱茵河不仅仅是政府的职责,也是沿河工厂、企业、农场主和居民共同的利益所在。公众的参与使许多问题更容易解决,如水资源的管理、防洪风险区划定后的税收政策调整、防洪预警与撤退等。
3 对我国河流生态修复相关工作的启示
莱茵河治理最终实现了莱茵河全方面的提升,其治理成功经验也成为制定《欧盟水框架指令》(WFD)的背景和基础。该案例成为全世界河流治理的优秀典范,值得我国学习和借鉴,其对于我国河流生态修复相关工作的启示主要包括以下6个方面。
3.1 建构河流伦理
水利部部长李国英在2023年联合国水大会全体会议上发出倡议“尊重自然界河流生存的基本权利,把河流视作生命体,建构河流伦理,维护河流健康生命,实现人与河流和谐共生”。河流伦理建立在承认和尊重河流生命、价值和权利的基础上,其目标是维持河流健康生命。河流伦理把仅限于人与人之间的道德关系扩展到河流生命体,确立了河流新的价值尺度,提出维护河流永续生存的权利,以及人类在开发利用河流时应遵循的基本原则等一系列全新的理论观点,为实现人与河流和谐相处提供了有力支撑。
3.2 建设生态系统服务功能完备的河流系统
联合国《千年生态系统评估》(Millennium Ecosystem Assessment 2005)把生态系统服务分为4部分:一是支持功能,包括营养物质循环、初级生产、生成土壤等;二是供应功能,为人类提供淡水、食品、木材、纤维、燃料等;三是调节功能,包括调节气候、调节洪水、缓解灾害、水体自净等;四是文化功能,包括美学与精神价值、教育和休闲旅游等。建设生态系统服务功能完备的河流系统才能系统性、持续性满足人们美好生活的需求,这需要对于河流从单纯的利用性、工程性思维向生态系统思维转变,强化多项生态服务功能的协同实现,建设服务功能完备的河流系统。
3.3 强化流域统一协调管理
以《长江保护法》《黄河保护法》等相关法律法规为依据,以河湖长制工作机制为抓手,整合涉水部门相关力量,以流域为单元,以江河断面生态状况为指针,遵循流域水循环、污染物输移转化、土壤侵蚀和泥沙输送、植被结构和根系效应等生态过程基本规律,统筹流域和区域,协调河流上下游、左右岸、干支流、地上地下,明晰陆域过程对河流生态状况的影响机理,构建河流断面生态目标倒逼下的断面-排口-陆域控制单元治理目标体系,建立不同流域治理场景下的河流生态健康状况推演关系,形成强化流域治理管理的具体路径。
3.4 逐步建立完善的河湖健康评估监测网络
从莱茵河的成功实践中可以看出,完善的河流监测体系对于保证河流生态修复效果长期良好至关重要,我国应将建立流域完善的监测体系作为生态修复重点任务之一。对于我国来说,可以构建一个全国范围的水生态监测网络,在水系分布、地形地貌、气候分区、土地利用等自然地理分区要素的基础上制定选点规则,并结合已有监测力量,进行大尺度布设监测点位,建立河湖健康评估监测网络,以有效支撑河湖监管。通过进行河湖健康评价工作,逐步建立全国河湖健康档案库,推进水生态监测和评价由常规理化指标监测评价向水生态环境综合监测评估转变,促进监测手段不断更新,由传统手工地面监测向人工智能化和天地一体化方向发展。
3.5 采用利于河流韧性与活力的河流生态修复措施
我国传统的河流治理模式以防洪为主,相对忽视了河流生态健康,使河流应对冲击的恢复能力降低,甚至丧失了应有的生命活力,水生物种数量大幅减少,河流生态系统恶化。河流过程包括水文、水力学过程、地貌过程、物理化学特性、生物过程等,河流生态修复是针对被人类活动干扰的河流,恢复其多种自然过程,需从多采用硬性固定技术转变为多采用利于河流韧性与活力的生态修复技术,比如NbS(Nature—based Solution)技术可以在河流治理中发挥作用,通过修复湿地、河流侧带和洪泛区等生态系统,增加河流的蓄水和调节能力,缓解洪水和干旱等极端天气对河流生态系统的影响,实现水文调节、水质净化、生态修复和生物多样性的恢复。同时,在河流生态修复过程中,河流的各类自然过程和生态要素存在极大的不确定性,为河流生态修复项目的立项、规划、设计、施工、监测等方面带来了巨大风险。为了保证河流生态修复项目按照预期目标发展,需要在河流生态修复工程建设各阶段采用负反馈方法进行适应性管理。按照规划—设计—执行(包括管理)—监测—评估—调整的流程,以调查与监测数据为基础,对河流生态修复立项分析、项目规划、项目区施工、项目区后评估等阶段进行论证和检验,并基于信息反馈和新的认识,结合最新技术进展,对各阶段的目标、任务进行修改和完善。
3.6 提升河流生态修复的公众参与度
河流生态修复工作不仅涉及专业性技术,更涉及公众认知和价值取向等社会性工作。Euler等对德国、英国和西班牙案例的比较分析表明,提升公众在流域管理中的参与度是确保河流生态修复效果的有效手段。我国2014年新修订的《中华人民共和国环境保护法》,以及2015年4月国务院印发的《水污染防治行动计划》,都强调了要加强公众参与和社会监督。河湖长制的实施也有效提高了公众参与度,使公众成为环境的直接利益相关者。为进一步提升公众参与度,需加强以下3方面措施:第一,培养公众参与能力,通过开展知识普及和专业培训,帮助公众高质量地参与到河流生态修复工作中;第二,扩大河湖长制宣传,利用河湖长制的有效机制,充分调动公众参与河湖保护的热情;第三,强化信息公开,应夯实各项事务中的公示环节,增加公众对河流治理相关信息的全面了解。
4 结论
莱茵河两百年治理历程,经历了河道整治-坝工建设-污染治理-生态修复-系统提升5个阶段,整个过程是价值观重塑、科学认知提升、技术工具进步的螺旋式上升,并且和社会经济发展阶段密切相关。莱茵河沿岸国家在保护莱茵河国际委员会的统一协调下,基于科学的修复理论与技术,使莱茵河焕发新生。我国应学习莱茵河治理的成功经验,在基本观念上尊重自然界河流生存的基本权利,把河流视作生命体,建构河流伦理,维护河湖健康生命;从生态系统视角加深对河流的理解,积极强化流域管理,建立完善的河湖健康评估监测体系,采取韧性活力的软硬结合治理措施,依托河湖长制完善公众参与机制;落实河湖生态环境复苏路径,加强河湖生态系统保护与修复,从水生态考核中反馈优化相关措施,提升河湖生态系统质量和稳定性,促进我国生态文明建设。
来源:环境生态学,2023,第5卷第12期 作者:王文统 赵进勇 张 晶 冯 硕