流域水資源和生態環境綜合治理啟示
——千島湖及新安江流域案例

張昊澤,黃會斐,高凱拓,郭 帥,劉冰心,周佳恒,*

(1.浙江工業大學土木工程學院,浙江杭州 310023;2.浙江省城鄉規劃設計研究院,浙江杭州 310030;3.聚光科技<杭州>股份有限公司,浙江杭州 310012)

流域生態綜合治理是在流域范圍內,以治理水資源為主要目標,綜合運用水資源調控、水環境保護、水資源開發利用、水資源保護、水資源管理等技術手段,實現水資源的有效利用和環境保護的綜合治理。近年來,太湖流域、滇池流域等都開展了流域生態綜合治理,不僅修復了流域水環境及周邊生態環境,還帶動了綠色產業的發展[1-2]。對治理案例分析發現,雖然我國流域生態治理取得了顯著的成效,但也陸續暴露出存在的問題:傳統治理形式對生態環境工作重點及關鍵問題把握不足,治理效能有待加強;人與自然和諧相處理念落實得不夠,可持續發展能力有待提高;政策的引導作用不強,難以有效調動群眾主觀能動性;補償及績效考核等機制不完善,治理積極性及效率存在提升空間[3-4]。研究認為,這些問題制約了流域生態環境治理效能及可持續性,如何從技術支持、政策優化、成果評價等方面探索解決流域生態環境治理的新思路、新模式,具有重要的理論和實際意義。

論文基于浙江千島湖及新安江流域水資源與生態環境保護項目,從技術、機制、經濟等多角度入手,系統分析、總結開展流域水資源和生態環境綜合治理過程中的經驗,以期提高我國流域治理和生態環境保護的有效性和可持續性。

1 項目背景

1.1 千島湖與新安江流域

1.1.1 流域自然概況

新安江為錢塘江的正源,源頭自徽州(今黃山市)和今江西婺源的浙源鄉境內,新安江東入浙江省,經淳安,最終和蘭江在建德匯入錢塘江。新安江干流長為373 km,流域面積為11 674 km2,平均流量約為166 m3/s。作為華東地區水生態安全的重要支柱,新安江終年可保證在地表Ⅲ類水標準以上,是國內水質最佳的河流水系之一(圖1)。

圖1 千島湖與新安江流域

千島湖作為浙江省最廣闊的淡水湖,其包括1 000余個面積大于2 500 m2的島嶼,上游的新安江水系匯入錢塘江,最后注入東海。千島湖集水面積為10 442 km2,水庫面積為567.40 km2,平均水深為34 m,最大水深為97 m。湖區洪水位為108 m,最大庫容為216.26億m3,正常庫容為178.4億m3。千島湖集25條大小溪流、河川匯集,其中以新安江來水量最多,占千島湖總來水量的57%。而位于浙江省內的各條入庫河流(武強渓、中洲、進賢溪、百畝畈等)占千島湖來水量的43%[5]。

1.1.2 流域環境概況

千島湖及新安江流域具有優異的自然資源,有效帶動了周邊城市經濟發展。但近年來的發展強調經濟建設而對自然保護重視不足,產生了一系列環境問題。監測數據表明,千島湖水體富營養化程度在不斷加劇,2001年—2006年為貧營養狀態,而2007年—2015年已均為中營養狀態,且營養狀況指數均在30以上,湖水透明度總體上呈緩慢下降趨勢。農業污染是千島湖及新安江流域污染排放主要來源,其占總氮的60%和總磷的81%。同時,千島湖流域林相較為單一,其森林大多由人工針葉林組成,生物多樣性及森林生態系統的恢復能力不佳[6]。此外,流域區域經濟發展不平衡,部分地區供水設施建設相對滯后,存在水質性及資源性缺水問題。由此可見,對千島湖及新安江流域的水資源與生態環境進行綜合治理具有現實意義[7]。

1.2 項目由來

針對千島湖及新安江上游流域日趨嚴峻的水環境問題,2013年12月國家制定了《千島湖及新安江上游流域水資源與生態環境保護綜合規劃》(簡稱為《綜合規劃》),該規劃提出到2020年,千島湖主要水質指標穩定保持在Ⅰ～Ⅱ類,營養狀態持續改善,主要入湖河流及其支流水質在2015年基礎上進一步提高。這表明對千島湖及新安江流域水資源與生態環境保護已上升為國家戰略。

浙江省于2018年以《綜合規劃》為依據,啟動了浙江千島湖及新安江流域水資源與生態保護項目。項目通過農業面源污染治理、林業生態修復、農村飲水安全提升等工程進行流域水資源與生態環境綜合治理。

2 項目實施與成效

為解決千島湖及新安江流域面臨的主要問題,浙江千島湖及新安江流域水資源與生態保護項目從流域綜合治理提升、水資源管理提升和機構能力建設、項目管理與績效考核3個方面入手,其治理內容涵蓋生態環境綜合治理、森林生態系統修復、水資源管理、生態補償及績效考核機制建立等多個專業領域,以期提高千島湖及新安江流域治理和生態環境保護的有效性和可持續性。

2.1 流域生態環境綜合治理

2.1.1 重點控制區域劃分

為提高生態環境治理效能,項目基于水文SWAT(soil and water assessment tool,SWAT)模型,在治理前期對重點流域進行污染特征識別,以期明確主要污染形式及來源。通過考察重點區域地形地質、土壤、用地類型、天氣等變量,利用SWAT模型對目標流域內氮、磷、農藥及泥沙等污染物遷移轉化進行了模擬[8]?；谖廴疚锓植紡姸?明確流域內重點控制區域范圍及地塊類型,提出針對性的綜合治理建議。

以大同溪為例,其位于建德市千島湖流域南部,水系總面積約為144 km2。水系內無主要工業點源和大型集中式養殖點。治理前總氮平均濃度指標處于Ⅳ～Ⅴ類,總磷濃度指標處于Ⅰ～Ⅱ類。其地形相對平坦,坡度在15°以下的平地占41%,25°以上的坡地面積占比30%左右。由于不同利用類型的土地,其營養物強度具有差異,例如水田、旱地、茶園等農業用地與森林相比,具有更高的污染貢獻和污染強度。項目基于衛星遙感對大同溪水系土地利用情況進行分析,結果顯示其森林覆蓋率約為53%。農業以水田為主,其占地約為32%。經濟作物以桑樹、果樹及茶園為主,占地約為10%。項目在此基礎上采用水文SWAT模型模擬,獲得了大同溪水系中總氮、總磷及泥沙流失強度空間分布(圖2)。

圖2 大同溪水系總氮、總磷及泥沙強度空間分布

在此基礎上,根據污染物強度確定大同溪流域內的重點控制區域。劃分后的重點控制區域分別占總氮、總磷及泥沙負荷總量的51.7%、48.7%及36.4%。其地塊類型以農業用地為主,占流域農業用地總面積的46.8%(圖3)。研究認為,通過SWAT模型模擬流域污染分布,項目明確了流域重點控制區域范圍及土地類型,識別了流域治理關鍵問題,在此基礎上給出了針對性生態修復意見,如:施用有機肥或緩釋肥,從源頭上減少農業用地污染物的產生;植被緩沖帶有效地對污染物進行攔截、吸收、轉化和分解,減少污染物進入收納水體等,提高了綜合治理效率。

圖3 大同溪水系重點控制區域范圍及土地類型

2.1.2 農業面源污染控制

研究[9]指出,農業面源污染是地表水污染的主要來源,有超過50%的氮和磷的排放來自農業活動。種植過程中過量使用的化肥和農藥會隨徑流進入湖體,造成水體污染。研究發現,2015年約有10 460 t的CODCr和930 t氨氮排放進千島湖和新安江流域,其中農業排放的總氮和總磷約占排放總量的70%。項目對農業面源污染進行控制,通過土壤肥力診斷指導施肥,以有機肥、配方肥替代傳統化肥,提高施肥效率,減少化肥使用。

以淳安縣為例,項目聯合農業農村局、淳安縣財政局、淳安縣林業局,對淳安縣142家單位30 000畝(1畝≈666.67 m2)果園開展農業面源污染防治工作,在鼓勵單位采用有機肥和配方肥的同時,基于土壤肥力測定明確最佳施肥量,提高施肥效率。同時,項目在政策管控的基礎上,對農戶及相關工作人員開展農業面源污染治理項目培訓,通過技術人員講解面源污染形成機理、化學除草劑等農藥對生態系統危害、測土配方施肥的科學意義等知識,提高農戶對有機肥及配方肥的接受度,并強化了項目相關人員的工作水平,提升了群眾的主觀能動性。

項目實施期間淳安縣化肥、農藥使用量較項目評估時基線值減少10 646 t和248.16 t,分別減少約23.3%和25.6%。同時,項目通過回收和安全處置廢棄農藥容器的方式,降低農藥對地表水污染。截至2021年12月31日,累計回收廢棄農化容器184.3 t,廢棄農藥包裝回收率達到90%以上。由于項目的貢獻和政府的支持,淳安縣被評為“2020全國綠色農業十佳發展范例”。

2.1.3 森林生態系統修復

千島湖周圍山林廣泛分布馬尾松人工林,現有馬尾松純林共105萬畝,但林相結構單一,不利于森林可持續經營。馬尾松人工林存在松毛蟲周期性危害,以及潛在的松材線蟲病威脅,而一旦遭遇蟲害就會導致嚴重的林木死亡、景觀衰敗,生態功能退化[7]。同時,集中連片的針葉人工林容易發生土壤退化,降低森林生態功能。項目采用間伐撫育、人工造林等手段,結合綜合病蟲害管理(integrated pest management,IPM),采用環境改善、物理防治和化學防治多手段組合實現森林生態系統治理。

以淳安縣為例,針對森林群落演替的復雜性,通過合理補植、優化混交比例及混交方式來改善單一林分問題。對于原有針葉純林,通過補植耐蔭樹種、改善闊葉幼樹生長條件等方式,加速現有針葉純林正向演替,形成穩定的針闊混交森林群落。對于原有芒桿林地,采用補種木荷、銀杏等喬木樹種,形成郁閉幼樹林冠層,減少林地陽光抑制芒桿生長。同時在交通便利的芒稈山地區,根據農戶意愿種植油茶、香榧、山核桃、楊梅等經濟作物,充分恢復生態環境功能,并為村集體和農戶提供經濟收入,提高了農戶參與積極性及主動性。項目實施過程中60%以上的農戶參與了林相改造項目。

項目實施期間,淳安縣2018年共計完成森林修復工程面積17 018畝,其中撫育間伐面積為10 701畝,撫育間伐補植面積為2 194畝,直接補植面積為1 963畝,人工造林面積為2 160畝。2019年完成建設面積共31 559畝,其中間伐撫育16 644畝,撫育間伐補植5 180畝,直接補植3 756畝,人工造林3 946畝。單一林相正在逐步向多樣化、多結構的森林景觀恢復轉變,有助于減少徑流,增強土壤蓄水能力,減少洪水風險和森林火災發生率。

2.2 水資源管理

項目前期調研指出,流域內水資源管理及綜合利用存在不足。以淳安縣為例,其農村供水存在水質性缺水和資源性缺水的問題。淳安縣的分散式供水工程數量居多,城市水廠和農村水廠數量少。在凈水工藝方面,城市水廠均采用常規處理工藝,大量分散供水工程以簡易處理設備凈水為主,存在水質風險。從水質監管來看,僅城市水廠和一家鄉鎮水廠能做到水質自檢,水質監管能力相對薄弱。同時,淳安給水系統96.2%的供水設施以彩溪溝(河道)作為水源,受降水影響較大,供水水量保障存在一定風險。

項目總投資共3.5億元,建設8個新建水廠供水項目和8個現狀水廠管網延伸項目。服務范圍包括淳安縣楓樹嶺鎮、大墅鎮、安陽鄉、里商鄉、威坪鎮等18個鄉鎮,共包含188個行政村、6.23萬戶,設計服務人口共21.81萬人,最高日總用水量為3.76萬m3/d,設計供水總規模為3.84萬m3/d。項目實施期間,農村水質性缺水及資源性缺水問題得到解決,飲用水提升工程取得了良好的進展。

2.3 流域生態補償機制建立

流域生態補償是指當不同行政地區在利用流域生態資源發展過程中,由流域中的“生態收益者”對“生態保護者”給予一定補償。對實施生態保護的流域地區居民,為補償其環境保護資金投入及喪失的發展機會,生態環境收益方會給予經濟性、技術性及政策性支持作為補償[10]。常見的經濟性補償方式包括財政轉移支付、建立補償基金、水權交易等。

有效的流域生態補償機制能促進上下游不同行政區域形成聯動機制,協同改善流域生態環境質量,實現不同地區、不同利益群體的和諧發展。但在實踐過程中,流域生態補償仍存在利益群體間關系復雜,生態補償主體模糊,權責不明晰;缺乏明確且具有可操作性的流域生態補償的運行機制,補償標準科學性不足;生態補償方式相對單一、市場化及公眾參與度不高等問題[11]。如何明確生態補償主體,完善流域生態補償機制,以多元化的形式進行生態補償是現有研究的重點。

2.3.1 浙皖兩省跨省流域生態補償機制

自浙皖兩省在2012年正式簽訂《新安江流域水環境補償協議》,共建流域上下游生態補償資金以來,已建立了以水質考核為主兼顧產業、人才補償的多維度補償方案,用于新安江流域環境整治和生態保護。2023年—2025年,浙江省每年出資8億～12億元、安徽省每年出資8億元,補償資金總額共16億～20億元。2026年—2035年雙方出資額度和比例根據協商結果動態調整。在實施流域生態補償的過程中,浙皖兩省共同確立了生態補償考核指標,并明確了補償資金的分配方式。項目生態補償考核與資金分配由斷面水質補償指數P值與產業和人才補償指數M值共同決定。

(1)斷面水質補償指數

斷面水質補償指數P值按照《地表水環境質量標準》,以高錳酸鹽指數、氨氮、總氮、總磷4項考核指標和常年年均濃度值為基本限值,測算補償指數,并基于此實行分檔補助。根據《新安江流域水環境補償試點實施方案》,補償指數P值測算公式如式(1)。

(1)

其中:P——斷面的補償指數;

K0——水質穩定指數,考慮降雨徑流等自然變化因素,取值0.9;

ki——指標權重系數,高錳酸鹽指數、氨氮、總氮、總磷分別為0.22、0.22、0.28、0.28;

Ci——某項指標的年均質量濃度(高錳酸鹽、氨氮、總氮、總磷),mg/L;

Cio——某項指標的基本限值(高錳酸鹽、氨氮、總氮、總磷),mg/L。

根據國控街口斷面補償指數P值,浙皖兩省調整補償資金出資額度如下:若P<0.95,補償資金安徽出資8億,浙江出資12億,共20億;若0.951.00或新安江流域安徽省界內出現重大水污染事故(以生態環境部界定為準),安徽出資8億,浙江出資8億,共16億。

(2)產業和人才補償指數

產業和人才補償指數M值結合了試驗重點區和試驗協同區,試驗重點區計算主要針對綠色食品加工、生物醫藥與大健康、電子信息、節能環保、文化旅游五大主導產業,試驗協同區計算主要針對區內全部三次產業,以區內全社會單位能耗國內生產總值(GDP)和五大主導產業的高新技術企業數量、研發(R&D)人員總量、勞動生產率為考核指標?；谏弦荒杲y計數據為基本限值,測算補償指數,并基于此實行分檔補助。產業和人才補償指數測算如式(2)～式(3)。

(2)

(3)

其中:M重——產業的補償指數;

M協——人才的補償指數;

k重i——產業補償指標權重系數,全社會單位能耗GDP、高新技術企業數量、R&D人員總量、勞動生產率分別為0.3、0.3、0.2、0.2;

M重i——產業補償某項指標的年值(全社會單位能耗GDP、高新技術企業數量、R&D人員總量、勞動生產率);

M重io——產業補償某項指標的基本限值(全社會單位能耗GDP、高新技術企業數量、R&D人員總量、勞動生產率);

k協i——人才補償指標權重系數,全社會單位能耗GDP、高新技術企業數量、R&D人員總量、勞動生產率分別為0.3、0.3、0.2、0.2;

M協i——人才補償某項指標的年值(全社會單位能耗GDP、高新技術企業數量、R&D人員總量、勞動生產率);

M協io——人才補償某項指標的基本限值(全社會單位能耗GDP、高新技術企業數量、R&D人員總量、勞動生產率)。

試驗重點區和試驗協同區的補償指數加權測算出實際產業和人才補償指數的M值,測算補償指數,并基于此實行分檔補助。計算如式(4)。

M=M重×0.8+M協×0.2

(4)

根據安徽省內試驗重點區和試驗協同區M值大小,浙皖動態分配全部補償資金:若M>1.3,撥付75%補償資金給安徽省,撥付25%補償資金給浙江省;若1.0

這筆補償資金將用于上下游生態保護、環境治理、產業優化升級等領域,兼顧上游突發不可抗力環境事件對下游造成污染的賠償,調動各方參與流域生態保護的積極性。研究發現,隨著浙皖兩省生態補償機制的制定與實施,安徽省的生態環境保護力度明顯增大,在兩輪試點后,新安江出境水質考核指標全部達標,表明生態補償機制有效促進了上下游對流域的協同保護,改善了生態環境質量。

2.3.2 世行項目生態補償機制

浙江千島湖及新安江流域水資源與生態保護項目同時采用國內與國際金融組織合作的形式,通過世界銀行和大自然保護協會(TNC)及多家公益基金會合作,在千島湖及新安江流域生態保護項目區域內建立了用于生態補償的千島湖水基金。該基金采用流域下游用水者向流域上游水資源保護者及非營利性機構提供補償資金的方式,協同改善及保護生態系統。同時,下游用水者還可通過水環境改善進行獲利,實現了一定程度的生態補償機制的市場化運行。

該基金在示范水稻田中采用精準施肥結合綠肥使用,取代了10%的化肥,有效降低了30%～40%的氮磷流失風險,同時實現稻谷增產11.8%。示范茶園的覆蓋措施有效減少了徑流中57.31%的總磷和44.03%的總氮,并提升土壤肥力。通過生態溝渠建設,將徑流中CODCr、總氮及總磷分別降低了15%以上,有效凈化農田退水,并提高了生物多樣性,實現了對上游水資源和水生態的保護。同時,該基金通過農產品研發、生產和品牌打造,在示范茶園設立了“千島清泉”品牌,通過有機農產品的銷售及推廣,以多元化的形式進行生態補償,為示范項目農戶帶來平均800元/畝增收,提高了公眾在生態補償中的參與度。

2.4 績效考評制度構建

完善的績效考評制度能全方位考核項目的進度和質量,作為項目的成效評估的重要標準,同時可以為流域治理提供數據支撐。為了全面正確地評估項目實施的績效,項目實施中采用主要污染物減量目標作為實施績效考核指標,考核指標包括:項目實施之后的總氮排放減少量、項目實施之后的總磷排放減少量、水土流失的減少量、獲得清潔飲用水的農村人口增量等目標參數(表1)。

表1 項目目標指標

同時,為了確保項目實施的有效性,本項目細化了不同階段的具體績效指標,包括:項目范圍內少用的殺蟲劑(t/a)、項目范圍內減少的磷消耗量(t/a)、項目范圍內減少的氮消耗量(t/a)等,并對指標進行動態考核?？冃Э荚u制度的構建對確保項目實施的質量與進度發揮了重要的作用。

3 結論和建議

流域水環境綜合治理對推動流域生態文明建設具有重要意義。本文基于浙江千島湖及新安江流域水資源與生態環境保護項目,對其在流域水環境綜合治理中獲得的成果及經驗進行總結。研究指出,項目采用綜合性治理措施,以小流域治理為單元,通過農業面源污染控制、森林生態系統修復、水資源管理等工作修復了流域生態系統。同時構建了科學合理的流域生態補償機制,為全國生態補償體系貢獻了浙江經驗。

為更好地協調上下游流域生態、社會及經濟關系,提高流域治理和生態環境保護的有效性和可持續性,研究對流域生態綜合治理提出如下建議:(1)在流域水環境綜合治理中應不斷優化綜合治理方式,合理運用模型模擬等科學手段,識別治理重點及關鍵問題,提高治理效率;(2)應充分發揮群眾主觀能動性,在政策調控的基礎上,采用宣傳、經濟補償等手段提高群眾對生態治理的認同度及參與度,落實人與自然和諧相處理念;(3)明確生態補償主體,完善流域生態補償機制,以多元化的形式進行生態補償,提高流域上下游綜合治理積極性;(4)構建合理的績效考評制度,提高項目質量,評估項目實施成效。