粵港澳大灣區水生態修復及展望

趙玲玲,夏 軍,楊 芳,楊 龍,徐 飛,*

1 廣東省科學院廣州地理研究所 廣東省遙感與地理信息系統應用重點實驗室/廣東省地理空間信息技術與應用公共實驗室, 廣州 510070 2 中國科學院地理科學與資源研究所 中國科學院陸地水循環及地表過程重點實驗室, 北京 100101 3 珠江水利委員會珠江水利科學研究院 水利部珠江河口動力學及伴生過程調控重點實驗室, 廣州 510611

水是流域生態系統的重要驅動力和制約因素,流域水文過程影響生態系統結構與功能,同時生物過程也對水循環要素產生作用[1-3]?；浉郯拇鬄硡^是國家發展戰略,主要區域珠三角9市是我國三大城市群之一,區域經濟快速發展,人口持續增加,水資源需求量不斷增長,社會經濟活動高度發展,在劇烈的人類活動作用下,區域河流水質污染問題突出,如廣州前航道、西航道、后航道、黃埔水道、佛山水道、順德水道、西南涌、大石水道、白坭河、前山河、平洲水道、石岐河、天沙河、高明河、潭江和流溪河街口以下河段以Ⅴ—劣Ⅴ類為主；受河湖底泥、航運和水體養殖等內源污染,入河排污口未經處理或處理不徹底直排、亂排,及集水區垃圾污染進入河道形成黑臭水體[4-5]。嚴重的水體污染和生態環境破壞導致水生態系統功能退化,水生生物多樣性面臨嚴峻挑戰,魚類種類和數量明顯下降,一些重要的經濟和名貴魚類資源如唇魚、桂華鯪、倒刺鲃等已由盛而衰,瀕臨滅絕；中華鱘、鰣魚等珍稀魚類自20世紀70年代以來在北江已基本絕跡,灣區水生態系統服務功能退化甚至喪失[6-7]。

生態恢復是幫助退化、受損或毀壞的生態系統恢復的過程,是一種旨在啟動及加快對生態系統健康、完整性及可持續性進行恢復的主動行為[8-10]。簡單條件下,生態恢復包括去除明確的干擾并讓生態系統進行自發的修復；在比較復雜情況下,生態恢復需要引入當地的鄉土種,盡可能除去有害的、入侵性的外來種或控制其發展?？偟膩碚f,生態恢復著眼于重啟或加快這種自然恢復過程,從而使生態系統重回原來的固有軌跡[11-14]。生態系統或者區域生態環境的修復則是一項昂貴又非常耗費時間的工作。在實踐中恢復有修復、重建、改進和替代四種策略,生態修復根據土地利用計劃,將受干擾和破壞的土地恢復到具有生產力的狀態,確保該土地保持穩定的生產狀態,不在造成環境惡化,并與周圍環境的景觀保持一致[15-16]。生態修復強調對生態系統過程、生產力和服務功能的修復,而生態恢復的目的則是重建之前存在的生物物種組成和群落結構的完整性[17-18]。

水生態系統修復是指基于系統生態學、恢復生態學、生態水工學、景觀生態學、化學、物理學等基本原理,以自然恢復為主,輔以人工措施,使遭遇破壞的水生態系統結構、功能與景觀恢復到人們所期望的人水和諧的參照水平或狀態；水生態系統修復實質是在人的干預下的水生態系統朝著原有良性循環方向的回歸,其核心是重建水生態系統平衡[19-21]。

根據受損生態系統修復模型(圖1),對生物物種和功能受損不大的水生態系統,移除干擾可依賴自然恢復；對于生態系統受損超越了受生物或者非生物因子控制的不可逆閾值,水生態系統恢復需要分步完成,需要在人工和自然雙重作用下跨越被生物和非生物控制的躍遷閾值[22-23]。珠三角由于劇烈人類活動干預,水污染嚴重,近40%的河長水質在IV和劣V類,導致水生物減少或消失,水生態系統功能退化嚴重,其功能水平低于非生物控制躍遷閾值,需要進行恢復物理環境的改造。

圖1 受損嚴重的生態系統修復模型[24] Fig.1 Severely damaged ecosystem rehabilitation model

針對該形勢,本文從工程建設、水環境治理、空間規劃和管理機制四個方面,梳理灣區近期開展的與水生態修復相關的水生態文明建設、水污染防治行動計劃、水生態空間劃定和推進河長制等工作,并對其中用到的技術、指標和制度進行梳理；然后以深圳茅洲河流域綜合治理和廣東萬里碧道作為水生態修復的點、面代表,從水生態修復的整體目標、采用的技術措施、評價指標體系和管理制度等方面分析當前的工作現狀；總結灣區水生態修復現狀；提出適合灣區的水生態修復框架,探討灣區水生態系統修復面臨的問題并展望未來。

1 灣區水生態修復相關實踐梳理

根據生態文明建設意見水利部提出把生態文明理念融入到水資源開發、利用、治理、配置、節約、保護的各方面,全面推進水生態文明建設。水生態文明是指人類遵循人水和諧理念,以實現水資源可持續利用,支撐經濟社會和諧發展,保障生態系統良性循環為主體的人水和諧文化倫理形態[25]；城市水生態文明是水生態文明建設的重點和關鍵,2014年和2015年選擇兩批105個基礎條件較好、代表性和典型性較強的城市,根據自身地貌和河流特點開展試點,將河湖生態修復列為建設重要內容；粵港澳大灣區有廣州、珠海、東莞和惠州四個試點城市。各城市根據灣區特點,從水管理、水安全、水環境、水生態和水文化五個方面構建了灣區城市水生態文明考核指標體系(表1)。指標體系中水管理、水安全、水環境和水文化方面的指標在灣區基本適用,但由于灣區處于平原網河區,河網密布,人類活動影響劇烈,指標體系中的水生態指標不適合灣區情況,例如河流生態基流滿足程度指標,考核河流選擇是按河流的流域面積大于100 km2進行,然而灣區城市河流多為過境河流,且地勢平坦,集水面積難以劃分,應采用河流的生態功能遴選考核對象；另外河流縱向連通性指數,該指標指100 km河長中阻隔河流連通的人工建筑物數量,灣區為了防洪防潮和控制污染物運動,建造大量水閘泵站,所以該指標沒有考慮灣區該情況,建議選用一定敏感時期河流的流速來考核其連通性；另外的水域空間率指標,指水域面積占總面積的比例,然而在珠三角由于自然條件歷史上形成基塘系統農業格局,魚塘占水域較大比例,然而魚塘生態功能與其他水域差別較大,不宜由同一指標考核。

表1 粵港澳大灣區水生態文明建設評價指標分類[38]

圍繞城市水生態文明建設的目標,灣區實施了一系列與水生態系統修復相關的措施,(1)開展河湖水系連通建設,改善了河流(湖泊或水庫)的連通性,促進了水體流動性,提高了水資源和水環境的承載力；(2)實施“珠江三角洲河涌整治與修復規劃”、“南粵水更清行動計劃”和城市黑臭水體治理。提出珠三角各市河涌整治的總體要求,以界河及跨地市河涌的整治修復為突破口,以泄洪整治和水環境修復為重點,建立功能完整、健康的河涌水系,達到泄洪順暢、排澇安全、水質清潔、生態健康、景觀優美“五位一體”的總體目標,實現安全、水清、岸綠、景美[26-28]；(3)保護河湖水域岸線,開展水生態空間管控；水生態空間范圍劃定與功能定位包括明確水域、岸線及水源涵養、水土保持等陸域涉水生態空間范圍,明確水生態空間的主導功能定位,水域岸線等水流產權確權劃界等,并針對不同功能范圍制定相應管控指標體系[29-33]。(4)在管理方面,實行最嚴格水資源管理制度考核,全面推行河長制。全面建立省、市、縣、鄉四級河長體系；開通“智慧河長”開放平臺,接受群眾監督,構建責任明確、協調有序、監管嚴格、保護有力的河湖管理保護機制[34-35]。(5)開展河湖生態健康評價和水生態修復；灣區根據《河湖生態保護與修復規劃導則》、《河湖健康評估導則》和《河湖生態系統保護與修復工程技術導則》[26]進行了九大河流的健康評估并啟動了“萬里碧道”綜合修復工程,對灣區河湖生態修復工作中的主要技術進行梳理(表2),同時針對當前一些流域區域生活生產生態用水矛盾突出、河湖生態功能下降等問題,明確灣區主要河流生態流量保障目標,不斷改善河湖生態環境目標[36-37]。

表2中的修復技術是針對灣區河道自然和污染特點設計和選擇,均在灣區水生態系統修復中應用和實踐,灣區主要城鎮大部分處于珠江河口網河區域,大多數河道受徑潮共同作用,在水動力方面,水流在徑潮力共同作用下,呈現來回往復流的水動力特征；同時,在水體水質方面,網河區水體含鹽度普遍偏高。表中所列生態修復技術,均考慮了珠三角網河區河道特有的水動力及鹽度特征,在珠三角區域水生態修復工作中得到了廣泛應用。網河區域聯圍筑閘現象普遍,水動力控導技術可充分利用感潮河道的動力特征,顯著提高水體置換率,改善水動力狀況,解決內外水體交換不暢,往復流中段水動力弱的問題。好氧反硝化脫氮技術中采用的菌種,具備比國內外同類型技術中耐鹽度和脫氮率更高的菌種,能更好地適用于鹽度較高的水體；菌種撒播技術可利用感潮河道往復流的流態特征,雙向播撒菌種,并可加速菌種從生物膜上脫落,增大菌種沿水流擴散的范圍,附著于底泥表面形成表層生物膜,抑制底泥釋放。

表2 粵港澳大灣區水生態修復常用技術[38]

2 粵港澳大灣區水生態修復的典型案例

2.1 粵港澳大灣區嶺南魅力碧道網

灣區“三江匯流,八門入?！焙佑拷诲e,水網相連,有大小河道324條,城市河涌12259條,河道總長度約為3.14萬km,河網密度居世界四大灣區之首,珠三角水網自古以來都是重要的水陸運輸通道。大量城鎮沿水分布,水系2 km范圍內集中了珠三角地區83%的建設用地,人水關系密切,水生態系統功能退化,需要系統修復提升其功能,碧道是“山水林田湖草”系統理念在灣區的具體實施的典型案例。(1)以水為紐帶,統籌全域,系統治理理念的體現；碧道是以水為紐帶,以河湖庫及河口海岸帶為載體,統籌生態,安全,文化、景觀和休閑功能建立的復合型廊道[37]。把水安全作為重要的基礎,保障防洪防潮排澇、碧道設施和人民安全。以水生態自然恢復為主,人工修復為輔,防止破環性建設行為,以流域為單元,統籌干支流、上下游、左右岸,統籌城鎮與鄉村、陸域與水域,系統治理。(2)構建生態-生活-生產復合廊道,實現人地關系和諧發展；以安全為前提,依托河湖水域及堤防,形成江河安瀾的行洪通道,并提供充足的水資源；以生態保護與修復為核心,以河道管理范圍為主體,依托岸邊帶及周邊陸域綠地、農田、山林等形成的生態廊道,構成水道與開發活動區域之間的防護與緩沖；以濱水游徑為載體,串聯城鄉鄰水街區和居民點的生活空間、景區和鄉野的休閑空間,配套服務空間形成休閑漫道；帶動河湖水域周邊產業發展形成生活活力濱水經濟帶,最終形成“三道一帶”總體目標[37](圖2)。

圖2 碧道“三道一帶”總體建設空間范圍示意圖[39] Fig.2 Schematic diagram of overall construction space scope of “three roads and one belt” of Bidao

(3)提出分類型,按功能的管控指標體系；碧道按河道所處的位置,分為都市型、城鎮型、鄉野型和自然生態型四種類型(圖3)。結合河流水系、周邊城鄉建設及功能特點,各類型碧道建設任務總量和重點有所區別,各有輕重。提出不同河段的10個指標,生態流量保障率、都市型、城鎮型碧道防洪達標率、河湖管理范圍劃定完成率、水功能區水質達標率、縣級以上集中式飲用水源水質達到或優于III類比例、生態岸線比例、單條特色重點段的最小長度、碧道兩側2 km范圍內特色資源的連通度、都市型、城鎮型碧道獨立游徑的連續貫通率和碧道沿線地帶體質升級規劃方案完成率。(4)依灣區特點和功能分區,提出系統修復措施；在北部水源區,加強水土保持,提升水源涵養能力,加強飲用水水源地保護,推進中小河流治理；在河網區加強水資源調配、水污染治理、城市內澇治理和河提險工段治理,硬質堤岸生態化改造；在河口區突出生態維育和水岸經濟帶功能,加強生態保育。將碧道建設和生態保護與修復相結合,沿珠江三角洲主干河流建設連通山海的生態廊道,串聯城鄉,是城市內部的水系、綠地同城市外圍河湖、森林、耕地形成完整的生態網絡(圖4,表3)。(5)碧道管理是水生態文明管理體系在灣區的綜合體現；實施運行管理制度方面,按照“省統籌指導,市縣政府建設為主”的原則,建立由省全面推進河長制工作領導小組統一組織、省直有關部門和各地市共同參與的碧道規劃建設實施機構；省河長制辦公室負責統籌協調和督促指導各地開展萬里碧道的規劃、建設與管理,將碧道建設與河長制工作考核結合,建立碧道巡查機制,碧道的管理維護責任主體為各縣級以上人民政府。

表3 特色廊道名稱及水系構成一覽表

圖4 珠三角碧道特色空間格局[39] Fig.4 The special spatial pattern of Bidao in the Pearl River Delta

灣區碧道工程屬于區域尺度上的水生態系統修復,是在當前河流綜合整治工作的基礎上對河流生態系統綜合評價的基礎上開展的,針對存在的問題在不同的尺度上采用適宜的修復技術,目標在于實現河道的復合廊道功能,建立區域人水和諧的指標體系進行考核,在管理方面以河長制為基礎,當地管理部門為主體進行。

2.2 茅洲河流域綜合治理工程

茅洲河流域綜合治理是灣區碧道系統的典型局部,茅洲河位于深圳市西北部,流經深圳市光明區、寶安區和東莞市長安鎮,全河長41.61 km,下游11.7 km為與東莞市的界河。全流域面積388.2 km2,屬珠江口水系,整個水系集雨面積1 km2及以上的河流共計59條。河流嚴重污染,茅洲河流域的干支流水質劣于地表水V類,水體黑臭,水生態系統功能喪失；同時存在洪、潮、澇的水安全問題；橫跨2市3地,屬地管轄部門多。

圖5 茅洲河水系Fig.5 Maozhou river system

茅洲河流域問題具有灣區城市小流域綜合治理的典型性。流域內承載人口數量多,建成區建筑密度大,中小型企業數量多,分布散,具有灣區社會經濟高度發展的特點；同時茅洲河上游涵養水源,中游河網縱橫,下游屬于河口感潮河段,具有珠三角河網的典型結構,茅洲河河流相對短小,生態基流匱乏；茅洲河是跨界河流,管理涉及關系復雜,具有水生態修復管理方面的典型性。

茅洲河流域水生態系統功能水平低于非生物控制躍遷閾值之下,其生態系統修復需要物理環境的改善,前期茅洲河流域已實施的治理工程(截污減排,擴容增效,連通管道等)多為改善物理環境解除外部干擾,其創新的跨行政區管理模式很好的為系統治理提供支持；目前茅洲河水環境已得到改善,從流域水生態系統功能水平看將進入下個階段的生物修復,逐步實現碧道的多功能復合廊道作用。

(1)建立跨行政區的創新管理模式。茅洲河水環境治理方案從全流域的高度進行統籌。提出了一個平臺、一個目標、一個系統、一個項目的“四個一”的創新治理模式,實現治理的全流域跨行政區統籌。“一個平臺”即全流域領導的高規格聯動工作平臺,協調解決茅洲河流域兩市三地需銜接和決策的事項；“一個目標”即深莞兩市圍繞一個治理目標,以保護水資源、保障水安全、提升水環境、修復水生態、彰顯水文化為原則,解決水問題；“一個系統”即深莞兩市聯合編制流域治理方案；“一個項目”即以茅洲河流域綜合整治作為一個整體項目[40-41]。通過“河長制”將責任落實到茅洲河全流域層面,建立省、市、區三級的“總河長”、“河長”和“涌長”體系,全面負責統籌推進河流整治,對轄區內的水環境質量達標負第一責任人責任。各級“河長”確定一個聯系部門,協助其履行職責,將責任細化到具體部門和個人?！八膫€一”包括：一河一檔“基礎工程則摸清河流底數；“一河一策”先導工程則針對每條河的本底條件,逐一制定治理策略；“一河一建”網絡工程是以河流為單元,建設點、線、面、體、質的網絡工程,把征地拆遷、河道綜合整治、雨污分流管網建設、排污口整治、河道清淤、水質提升、分散式污水處理、生態補水等8類建設任務變成具體項目；“一河一管”保障工程就是強化水環境監督管理；“一河一景”生態工程,則是堅持治水與治城相結合、治污與造景相協調,依托豐富的地形地貌和“山湖河?！辟Y源,在城市風貌塑造中凸顯“依山、環湖、畔河、濱?！眱群?推動產水相聯、城水相融、人水相親,著力打造“水清、流暢、岸固、景美”生態景觀水網[42]。

(2)流域統籌,系統治理,解除外部干擾；針對現狀污染物大量入河、污水處理設施已滿負荷運行的現狀。滿足削減污染總量需求,首先需要充分挖掘、提升污水處理能力。在污水處理能力提成基礎上,提出六大技術系統,開展六類治理工程(圖6)：防洪防澇與水質提升監測系統、污水截排管控系統、污泥處理再生利用系統、工程活水增凈驅動系統、生態美化循環促進系統和水環境治理管理信息云平臺系統[40]。通過分散與集中處理相結合實現水環境優良；通過洪、潮、澇共治實現水安全保障；通過多水源活水保質實現水資源優化配置；通過底泥清淤、引配水等多元手段實現水生態修復；通過挖掘南粵文化和茅洲河濱河工業元素提升水文化；通過產業創新升級、濱水景觀營造和城市有機更新發展水經濟。將茅洲河流域建設成水環境治理、水生態修復的標桿區、人水和諧共生的生態型現代濱水城區。

圖6 茅洲河流域整體治理思路Fig.6 Thoughts on the overall management of Maozhou River Basin

茅洲河綜合治理工程是生態修復在河流典型生態系統尺度上的一個具體應用,其水生態系統功能已嚴重退化,處于非生物控制功能水平階段,根據該現狀,制定移除物理干擾,恢復水環境為第一階段目標,通過12項具體措施對水環境進行提升。項目考核指標體系也與該階段的物理干擾移除工程相關,管理方面創新的提出四個一的管理模式,解決了跨界河流綜合治理的難題。

3 粵港澳大灣區水生態修復框架

大灣區地處三角洲平原河網河口區,人口密集,社會經濟活動劇烈；灣區河湖庫水系在不同尺度上發揮著不同的作用,受到不同的影響。在生態系統尺度上,江河湖庫作為一個典型生態系統其結構、功能受損和修復受生態水文過程機理調控；水是流域生態系統物質循環和能量流動的動力和載體,山水林田湖草是一個有機體,水生態系統修復需在流域尺度下進行,確定修復目標、生態控制敏感點和關鍵段、整體和局部關系；在區域生態系統尺度,關注人與自然生態系統的關系,減小干擾,促進人與自然和諧發展。

圖7 粵港澳大灣區水生態修復框架Fig.7 The framework of water ecological restoration in the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area

(1)系統評價灣區不同尺度水生態系統健康狀況,識別區域水生態系統面臨主要干擾,確定現狀受干擾水生態系統所處的退化階段；根據水流級別、生態功能、及其在生態水文過程中的作用,確定水生態系統重要(敏感)部位和關鍵節點,建立水生態系統整體和局部的關系；

(2)確定生態修復的整體目標,基于當前受損水生態系統所處的階段,根據未來社會經濟發展需求,確定具有嶺南水鄉特色的參照水生態系統；建立不同階段具體修復目標；

(3)選擇修復措施技術；根據灣區平原河網區水動力和強調控的特點,按照水生態系統結構和功能退化機制,確定所處的階段和需要修復的位置,根據自然修復為主,人工干預為輔的原則,選取修復的工程技術措施和非工程措施。

(4)修復效果的指標選取；根據灣區水熱資源豐富,人類活動劇烈的特點,以修復參照水生態系統為目標,確定不同尺度下適宜灣區特點的河流健康指標、流域景觀合理配置指標和區域人水和諧指標。

(5)建立區域水生態系統修復管理模式和制度,如河長制、最嚴格水資源管理制度和水污染防治管理辦法等,為區域水生態系統可持續發展提供保障。

4 結論與建議

4.1 結論

(1)灣區水生態系統受到嚴重干擾,面臨退化。灣區屬于平原河網區,水動力條件天然不足,同時近年快速社會經濟發展和城鎮化進程,以及傳統農業和畜牧養殖高效集約化生產模式的轉變,大量廢污水排向或匯入自然水體,導致湖庫的內源污染和內河涌污染；水功能區達標率低,喪失水功能的劣五類河長近40%,水生態系統典型生物減少甚至消失,生物多樣性面臨挑戰。

(2)灣區從工程、水環境治理、空間管控和管理制度方面進行了大量的工作,包括在水生態文明建設框架下開展的各類河道綜合工程,河湖水系連通工程等；在水污染防治行動計劃下開展的南粵水更清行動和黑臭水體治理等水環境提升措施；在空間規劃中進行水生態空間管控的相關研究；近年將水生態系統修復推到新高度,河長制解決了各項措施制度在流域和行政區落實時邊界不清的難題；

(3)依據生態修復理論,灣區水生態系統受到強烈干擾而退化,處于非生物控制躍遷閾值之下,所以當前進行的直接和間接的修復多數為解除或減輕外界干擾,營造生態系統需要的物理環境的改造,處于非生物修復階段。

4.2 建議

4.2.1問題

(1)當前修復措施零敲散打,從不同專業角度出發,導致專業碎片化。在建已建的大截排系統、分散處理設施、雨污分流管網、河道原位治理等一系列相關工程分別從各自專業角度提出建設任務及目標,難以與整體目標有效對接。頭疼醫頭腳疼醫腳的碎片化治理問題亟需調整。而山水林田湖草是一個有機整體,需要一個整體目標,根據不同生態系統及其面臨的主要問題,進行敏感要素及關鍵過程的識別,在系統的布局下進行各個環節的逐步修復,最終實現退化生態系統功能的恢復。

(2)流域水系劃片治理,導致治理措施空間破碎化,銜接困難。各項目之間存在治理邊界責任劃分不清,建設時間序列無法匹配,造成片區之間的銜接問題。造成諸如片區管網邊界高程不統一而無法銜接、建成污水干管由于泵站未完成而無法通水、支流下游清淤截污完成而上游整治未動工等現象時有發生；同一片區又有不同部門在水生態系統修復中交錯,同一片區形成不同的治理措施,難以在功能上銜接形成修復合力。

(3)缺乏修復后評估機制,目前開展修復工程多處于消除干擾階段,該階段進展的效果如何？何時進入下一個生物修復階段？這些問題缺乏系統的評估。

4.2.2展望

(1)當前水生態系統修復第一個階段除去非生物干擾作用已接近尾聲；在對第一階段水生態系統修復評價的基礎上,進入生物修復階段,根據恢復生態學理論,受損生態系統恢復主要是恢復生態系統的結構和功能,且一般生態系統結構恢復后,生態系統的功能會逐步和部分恢復,并進入靠生態系統自我調節能力和自組織能力的自修復階段。所以在該階段水生態系統結構恢復是重點。需要構筑物質循環和能量輸流動順暢的河湖水系連通空間結構,開展基于生態位的生物種群結構和營養結構的調查分析。

(2)針對珠江河口網河特點,構建基于水生態系統、流域生態系統和區域生態系統多尺度的修復框架灣區主要城鎮大部分處于珠江河口網河區域,大多數河道受徑潮共同作用,水動力方面,水流呈現來回往復流的水動力特征；水質方面,網河區水體含鹽度普遍偏高。在江河湖庫典型生態系統尺度上,要基于灣區水動力條件和水質情況選擇適合的修復技術途徑和工程措施；在景觀生態系統尺度上,運用異質景觀格局和過程理論,根據灣區丘陵山區屏障帶河流、平原水網區高調控性河流和河口濱海濕地景觀格局,確定整體目標和關鍵部位；在區域生態系統尺度上針對熱帶亞熱帶水網區特點構建人水和諧可持續發展管理策略。

(3)將生態補償、生態服務功能價值和生態修復措施相結合,形成水生態修復中的退出機制。