宋菲菲，胡小貞，金相燦，余輝

中國環(huán)境科學研究院湖泊工程技術中心，北京 100012

國外不同類型湖泊治理思路分析與啟示

宋菲菲，胡小貞*，金相燦，余輝

中國環(huán)境科學研究院湖泊工程技術中心，北京 100012

為給我國湖泊水污染控制與富營養(yǎng)化治理提供可借鑒的思路與經驗，選取位于日本、歐洲、北美等地的17個湖泊進行案例剖析，根據這些湖泊的自然特征(湖泊面積、平均水深與水體功能)將其分為大中型淺水湖泊、深水湖泊以及景觀(小型)湖泊三種典型類型。通過資料整理分析、對比研究和集成凝練等技術手段，分析三類湖泊的治理思路及治理技術。分析得出，湖泊治理應堅持不懈、持續(xù)治理；在良好規(guī)劃的基礎上，分階段科學治理；重視長期監(jiān)測與基礎研究；以污染源控制為基礎，多種技術手段并用；進行生態(tài)修復，保持湖泊自然生態(tài)特征；加強流域管理，并重視立法、環(huán)境教育與公眾參與。

國外湖泊；類型；治理；啟示

湖泊是人類賴以生存的國土資源，具有調節(jié)河川徑流、發(fā)展灌溉、提供工業(yè)和飲用水源、繁衍生物、溝通航運、改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境、觀光旅游以及開發(fā)礦產等多種功能。隨著社會經濟的迅速發(fā)展，我國很多湖泊受到了污染，部分湖泊水污染加劇并呈現富營養(yǎng)化趨勢[1-3]?！?010年中國環(huán)境狀況公報》[4]顯示，我國26個國控重點湖泊(水庫)中，水質滿足Ⅱ類的1個，占3.8％；Ⅲ類的5個，占19.2％；Ⅳ類的4個，占15.4％；Ⅴ類的6個，占23.1％；劣Ⅴ類的10個，占38.5％。主要污染指標為總氮和總磷?？梢?，雖然近年來我國在一些主要湖泊開展了一系列的水環(huán)境治理工作，但是目前的湖泊水環(huán)境發(fā)展形勢依然十分嚴峻，尤其在湖泊治理經驗、成套治理技術和管理體系等方面均面臨著較多的困難和挑戰(zhàn)。

國外在湖泊富營養(yǎng)化治理方面起步較早，很多湖泊在經濟發(fā)展期先后出現了嚴重的富營養(yǎng)化問題，在經歷了長時間的“先污染、后治理”的治理模式后均得到了較好的恢復。國外在湖泊污染與治理的長期探索過程中，積累了許多寶貴經驗[5-7]。通過研究國外湖泊富營養(yǎng)化治理的成功經驗和不足之處，對我國湖泊治理工作具有很好的借鑒意義。

1 國外湖泊治理案例的選取

1.1 研究對象

根據國外湖泊的自然特征和治理情況以及資料的可獲得性，選取了日本的霞浦湖、琵琶湖，北美五大湖(蘇必利爾湖、密歇根湖、休倫湖、伊利湖、安大略湖)，美國的摩西湖、華盛頓湖、阿勃卡湖、切薩皮克灣、城市公園湖泊，瑞典的Trummen湖、Finjasj?n湖，德國的博登湖，斯洛文尼亞的布萊德湖以及荷蘭的費呂沃湖等17個湖泊進行水污染控制與富營養(yǎng)化治理案例剖析。

1.2 研究方法與技術路線

通過資料整理分析、對比研究和集成凝練等技術手段，根據湖泊自然特征(湖面面積、平均水深與水體功能)將17個湖泊分為大中型淺水湖泊、深水湖泊以及景觀(小型)湖泊三種典型類型，并從技術角度對其治理思路進行系統(tǒng)分析，以供國內湖泊治理借鑒。國外湖泊水體污染控制與富營養(yǎng)化治理案例分析技術路線如圖1所示。

圖1 國外湖泊水體污染控制與富營養(yǎng)化治理案例分析技術路線Fig.1 The technology roadmap of water pollution control and lake eutrophication management in abroad

2 案例湖泊類型劃分及治理思路分析

2.1 案例湖泊類型劃分

研究發(fā)現，17個湖泊在20世紀不同年代隨著湖邊地區(qū)工業(yè)發(fā)展和人口增長，以及大量工業(yè)廢水和生活污水的排放，均產生了嚴重的富營養(yǎng)化現象，藻類大量繁殖，從而引起了水華現象，嚴重影響了周圍居民的生產和生活。應根據湖泊污染程度進行治理，同一湖泊，水體功能不同，對其污染程度的判別也應有所差別。而湖泊自然特征不同，湖泊治理思路也應不同,很多適合于淺水湖泊治理的工程措施，在深水湖泊富營養(yǎng)化防治中顯然是不可行的[8-9]。

因此，根據17個湖泊的湖面面積、平均水深與水體功能等特征，將其劃分為三種類型，分別為大中型淺水湖泊、深水湖泊和景觀(小型)湖泊(表1)。

2.2 大中型淺水湖泊治理思路

由于大中型淺水湖泊具有平均水深相對較小，環(huán)境污染壓力大，生態(tài)自我修復能力差，易受湖泊底泥的再次污染等特征，在采取了包括城市下水管網全面建設，生活污水削減與轉移，深度處理，嚴格控制污染物的排放及河湖同治等針對流域污染源(點源、面源與內源)系統(tǒng)控制的一系列措施的同時，開展了湖泊及流域生態(tài)修復，此外，對流域進行綜合管理也取得了很大的成效。治理思路如圖2所示。

2.2.1 污染源系統(tǒng)控制

大中型淺水湖泊的污染源治理要綜合考慮點源、面源及湖泊內源的污染控制。在日本，針對生活污水、工業(yè)點源、農業(yè)面源以及湖泊內源的控制，實施了一系列的政策和方針。如提高下水道系統(tǒng)普及率，截至2005年，霞浦湖流域和琵琶湖流域的下水道系統(tǒng)普及率均已達到50％以上；平均排放量達到20 m3d的工廠設施以及《湖泊水質保護特別措施法》規(guī)定的指定區(qū)域的特別設施都必須執(zhí)行最嚴格的水質排放標準；日本極力倡導發(fā)展環(huán)境友好型農業(yè)，對畜牧業(yè)的廢水排放也有嚴格的規(guī)定；在湖泊內源控制方面，對湖泊漁業(yè)養(yǎng)殖技術進行必要的指導；另外，截至2010年底，霞浦湖流域計劃完成800萬m3的疏浚量[10-11]。在阿勃卡湖，為降低外源磷的輸入，圣約翰斯河水資源管理局購買了面積近8 000萬m2的農場，其中809萬m2已改造成為濕地，可減少入湖總磷的85％以上[12-13]。

表1 國外17個湖泊的特征及類型劃分

1)為琵琶南湖的平均水深。

圖2 大中型淺水湖泊治理思路Fig.2 The management idea of large and medium-sized shallow lakes

2.2.2 湖泊及流域生態(tài)系統(tǒng)修復

生態(tài)修復是湖泊富營養(yǎng)化控制必不可少的措施，而淺水湖泊的生態(tài)修復可分為湖泊生態(tài)修復及流域生態(tài)修復兩個部分。在琵琶湖、霞浦湖、阿勃卡湖的治理過程中，采用了一系列的湖泊生態(tài)修復技術：1)1992年，頒布了《滋賀縣琵琶湖的蘆葦叢保護法》，并實施了對保護區(qū)內蘆葦叢的養(yǎng)護項目；2)加強入湖河流河口及湖內植被(濕地)的建設，不但可以削減降雨初期流入湖泊的污染負荷，同時可過濾湖水中的懸浮物，提高湖水的透明度；3)捕獲砂囊鱺和通過生物操縱，以達到除磷除氮、改善湖水透明度、降低營養(yǎng)循環(huán)以及減輕魚類對浮游動物的攝食壓力，降低藻類生物量；4)提高水位變化幅度以幫助鞏固沿岸帶沉積物，為埋在沉積物里的植物種子提供萌芽機會[11-13]。

與此同時，流域的生態(tài)修復同步進行。如加強湖泊流域地區(qū)稻田自凈功能改善；使用天然材料，積極修繕河水凈化措施；建設大規(guī)模的人工濕地及生態(tài)園；充分利用河流及池塘的自然凈化功能等。通過減少徑流負荷，去除導致浮游植物大量繁殖的磷[10-13]。

2.2.3 湖泊流域綜合管理

湖泊治理固然重要，但是如果沒有長效的管理機制，只會變成“邊治理，邊污染”的模式，達不到湖泊治理的最終目的。綜合淺水湖泊管理的經驗得出：1)以流域為單元，建立專門的政府管理機構及研究機構；2)制定相應的湖泊污染治理相關法律法規(guī)；3)長期監(jiān)測是湖泊研究的重要基礎；4)普及環(huán)保知識，積極對公眾進行環(huán)境教育，動員全民參與[10-14]。

2.3 深水湖泊治理思路

深水湖泊具有儲水量大、水力停留時間長等特點，一旦遭受污染，難以治理。故以預防為主，嚴格控制污染源入湖，并加強湖泊生態(tài)系統(tǒng)管理(以生態(tài)系統(tǒng)保育為主)及流域管理。其治理思路如圖3所示。

圖3 深水湖泊治理思路Fig.3 The management idea of deep lakes

2.3.1 湖泊污染源控制

深水湖泊由于其水深的特殊性，湖泊內源的治理相對較難。故其污染源的控制、治理主要為湖泊點源和面源的污染控制。

在德國的博登湖，國家及地方政府對湖泊的治理投入了大量的人力和財力。包括大力興建城市污水處理廠及改善下水管網和泵站，污水處理率由1972年的25％增加到1997年的93％；由于雨污分流改造造價過高，建造了許多蓄水池和雨水泵站，采用溢流儲存的方式解決雨水問題；同時還采取了一系列限磷措施，從1980年起，磷的增長趨勢已停止，磷濃度也從1979年的87 mgm3降至1999年的15 mgm3，到2009年降為12 mgm3[15-16]。

在北美五大湖，為達到磷負荷的削減目標，1989年，加拿大政府采取了耕作保持及合理施用化肥、草皮護坡水道及緩沖帶和牲畜污物管理等措施[17]，1990年，安大略西南部排入伊利湖的磷每年減少200 t。1972年以來，美加兩國共投資120多億美元建造及裝配城市污水處理廠，到1978年加拿大有89％及美國有64％城市污水處理廠排水都能達到污水排放規(guī)定[14,17]。

2.3.2 湖泊生態(tài)系統(tǒng)管理

在博登湖的治理過程中，分別采用了保護生態(tài)系統(tǒng)的三大管理措施：1)嚴格控制湖泊及其周邊地區(qū)的開發(fā)建設；2)保護湖泊動植物棲息地——湖濱帶；3)實行河湖同治，拆除歷史上用于防洪作用的水泥護坡，恢復為灌木、草木，建立健康的湖泊生態(tài)系統(tǒng)[15-16]。1972年，美加兩國共同頒布了《大湖區(qū)水質協議》，該協議實施后，北美禿鷹以及其他一些物種已經重返五大湖流域棲息；1978年，對協議進行了修訂，強調兩國將修復并維持五大湖流域生態(tài)系統(tǒng)水體中化學、物理和生物組成的完整性，并共同致力于減少污染；2009年，在《邊界水域條約》簽訂100周年紀念儀式上，美加兩國均表示，將采取積極的保護措施保護五大湖地區(qū)免受外來物種、氣候變化以及其他現有或潛在問題的威脅[17-18]。

2.3.3 湖泊流域強力管理

為了加強湖泊流域的管理，博登湖流域和北美五大湖流域均建立了任務分工明確的各層級管理機構，尤其是跨流域的湖泊，為免遭嚴重的水質污染，須建立超越地方政府利益，獨立的第三方利益協調與決策機構，制定治理湖泊水污染治理條例及水資源保護法則，實施民間湖泊保護組織與政府機構相互監(jiān)督，共同管理，大城市負責制等一系列管理措施[14,16]。

2.4 景觀(小型)湖泊治理思路

景觀(小型)湖泊耐污染負荷能力較差，由于城市建設的加速進行，使得大量的工農業(yè)和城市生活污水流入城市景觀湖泊，使其水體受到了嚴重污染。根據水體功能的差異，景觀(小型)湖泊的治理方法相對較為簡單(圖4)。

圖4 景觀(小型)湖泊治理思路Fig.4 The management idea of landscape lakes

1970年，作為荷蘭弗萊福蘭省重要的自然風光和娛樂場所，費呂沃湖爆發(fā)嚴重的藍綠藻污染，湖水渾濁，動植物種群和飼養(yǎng)的水禽急劇減少，湖泊生態(tài)遭到了嚴重的破壞。治理初期，在費呂沃湖周邊建設了兩座污水處理廠以減少外源磷的輸入，但是，僅減少外源輸入并不能很快使湖泊生態(tài)得到恢復；為減少內源磷的釋放，在冬季又對湖水進行了引水稀釋[19]。美國的摩西湖以及斯洛文尼亞的布萊德湖在實施截污減排和引水稀釋工程后，湖泊水體富營養(yǎng)化現象有了根本性的好轉[20-21]。位于美國路易斯安那州巴吞魯日的城市公園湖泊和瑞典的Trummen湖[7]的處理措施主要為全湖沉積物的疏浚。在城市公園湖泊，將表層被重金屬污染的沉積物放在凹陷處，然后覆蓋上深層未被污染的沉積物，剩余的沉積物在湖泊的南部構造沙灘以增加湖泊氧氣的貯存能力，減少魚類的頻繁死亡[22]。

3 對我國湖泊治理的啟示

通過對國外17個湖泊水污染控制與富營養(yǎng)化治理案例思路的分析及總結(表2)，對我國的湖泊治理具有啟示意義。

表2 國外湖泊污染治理年限和效果

3.1 湖泊治理是一項長期艱巨的任務，應堅持不懈、持續(xù)治理

湖泊治理是一項長期艱巨的任務，從表2可以看出，所有湖泊治理均在10年以上，最長的北美五大湖，甚至達到104年，湖泊面積僅1 km2的Trummen湖，在治理上也花費了13年的時間[7]。我國的一些重富營養(yǎng)化湖泊如太湖、滇池、巢湖等，從20世紀90年代前后才開始對其進行研究和治理，在治理技術上還處于初步的摸索和實踐階段。因此，在湖泊治理過程中對其長期性一定要有充分認識和準備，不能急于求成，要尊重自然規(guī)律，從人與湖泊和諧共存的角度出發(fā)，全面恢復湖泊的生態(tài)環(huán)境。

3.2 湖泊治理應在良好規(guī)劃的基礎上，分階段科學治理

湖泊的污染不是一年造成的，其逆向演替也是一個較長的過程，需要花費大量的精力和財力。從幾個湖泊的花費來看，日本的霞浦湖、琵琶湖和德國的博登湖歷時最久，花費最大。湖泊的治理需要制定一個科學的規(guī)劃，如霞浦湖、琵琶湖、切薩皮克灣等，均設立了湖泊分階段治理目標，進行分階段治理。日本的“琵琶湖綜合保全整備計劃”的治理時間為1999—2020年，共22年，分為二期，第一期計劃為1999—2010年，第二期計劃為2010—2020年，其主要目標是水質保全，水源涵養(yǎng)及自然環(huán)境與景觀保全。目前，在第一期的治理的基礎上，第二期第一階段的綜合治理已取得了極其顯著的成效[24]。

3.3 應重視長期監(jiān)測與基礎研究，良好了解與認知湖泊

日本對琵琶湖和霞浦湖湖盆的形成與演變開展了半個多世紀的深入研究，琵琶湖還建有博物館，從多學科進行了長期的研究。在琵琶湖與霞浦湖均建立了水質自動監(jiān)測站，進行連續(xù)自動監(jiān)測；另外還設立了50個監(jiān)測點，每月監(jiān)測一次，由縣與國家有關監(jiān)測單位共同進行，所得數據共同分析、整理，并向社會公布。琵琶湖與霞浦湖的監(jiān)測資料已積累長達40多年[23-24]。

布萊德湖治理的成功與研究人員的長期研究，尤其是應用水污染與富營養(yǎng)化發(fā)生機理以及水質模型預測治理效果等密不可分，這一點對于我國富營養(yǎng)化湖泊的治理同樣具有重要的指導意義。

目前，國際上還成立了一些針對具體湖泊的專門研究機構，如琵琶湖研究所，作為非常著名的湖泊研究所對琵琶湖進行了深入的研究，同時每年均有充足的研究經費保證，用于琵琶湖與霞浦湖兩湖的調查研究，而且長期堅持不間斷，該研究所為琵琶湖的治理做出了重要貢獻。

3.4 湖泊治理應以污染源控制為基礎，多種技術手段并用

布萊德湖作為重富營養(yǎng)化湖泊成功恢復的典范，對于目前我國在湖泊治理方面遇到的一些困惑和問題具有很多啟示意義。從布萊德湖治理經驗來看，湖泊治理的成功，離不開入湖污染問題的就地解決。布萊德湖治理初期藍藻水華的反復出現說明，其富營養(yǎng)問題的最終解決也是伴隨著湖泊周邊污染的成功攔截而實現的。

湖泊水污染治理與富營養(yǎng)化控制任務的長期性與艱巨性，決定了湖泊的治理是一項復雜的系統(tǒng)工程，需要多手段并用。就我國湖泊水庫的污染狀況而言，不僅需要綜合采用各種技術手段，同時還需考慮經濟、法律以及必要的行政手段，這也是國際湖泊治理的共同經驗。

Finjasj?n湖經歷了40多年的治理，1987—1992年的底泥疏浚工程花費巨大(4 600多萬元人民幣)，但收效甚微；而1992—1994年的調控食物鏈結構和興建人工濕地，僅花費1 000多萬元人民幣，卻收效顯著[25-26]。

3.5 進行生態(tài)修復，保持自然生態(tài)特征是湖泊治理的重要基礎

琵琶湖經過30多年艱難的綜合治理歷程，取得了舉世矚目的成就，有許多值得借鑒的教訓，如琵琶湖面源污染的控制與治理還存在許多問題。過去在琵琶湖流域修建的許多灌排工程，都只從水利的角度來設計，并未考慮環(huán)境與生態(tài)的影響因素，水泥混凝土的湖堤河岸及農田排水渠，使河岸湖濱的生態(tài)功能遭到極大破壞，農田排水直接入湖，對琵琶湖的水環(huán)境造成很大壓力。

目前滋賀縣政府已開始著手恢復自然生態(tài)，但恢復工程本身又是一個巨型工程，又會帶來新的環(huán)境問題，給滋賀縣政府所制定的2050年使琵琶湖恢復到20世紀50年代水質的環(huán)境目標[11]帶來巨大的挑戰(zhàn)。這類教訓非常值得我國借鑒。

3.6 加強流域管理，建立專門的湖泊管理機構

對于我國湖泊，特別是太湖這樣的大型淺水湖泊，其水污染治理、富營養(yǎng)化控制以及水生態(tài)恢復是一個漫長的過程。而現階段我國對湖泊的富營養(yǎng)化發(fā)展過程與機制以及預測方面的研究多于恢復技術方面的研究，對湖泊的治理也偏重一些工程性措施，諸如截污工程、管網改造、底泥疏浚和引水沖污等，其中對外污染源的控制很少真正落實，因此難以取得令人滿意的效果。

對湖泊的富營養(yǎng)化治理我國應建立專門的管理機構進行綜合管理。如阿勃卡湖的圣約翰斯河水資源管理局，即是對湖泊生態(tài)恢復進行統(tǒng)一綜合管理的機構[13]。在落實外源營養(yǎng)鹽的控制前提下，種植水生植物，調整水體中魚類結構，開展生態(tài)恢復，逐步實現水質的持續(xù)性改善。

3.7 立法、環(huán)境教育和公眾參與

立法作為湖泊及其流域管理的重要組成部分，在湖泊污染治理中不可或缺。北美五大湖、琵琶湖及霞浦湖等湖泊均是在相應的法律法規(guī)保障下進行污染治理的[10-11,18]。

環(huán)境教育與公眾參與是湖泊治理與保護工作中十分重要的內容。如琵琶湖管理部門對流域的所有學生從13歲開始都要進行環(huán)境教育，設立琵琶湖教育基地，供學生進行水質測定，并配備有專門對學生進行環(huán)境教育的教師，也有專門的船只(水上之船)供學生上船學習考察，進行環(huán)境教育，提高環(huán)保意識，霞浦湖還建設了供公眾參與的生態(tài)園，因此，琵琶湖和霞浦湖治理與保護獲得的成功與政府和公眾的關注和支持是密不可分的，尤其是在樹立環(huán)保意識和確保環(huán)保資金的立法方面有很多可供我國學習和借鑒的地方。

4 結語

從國外湖泊水體污染和富營養(yǎng)化治理的經驗可以看出，湖泊治理需要技術手段與管理措施并用。重視對湖泊的長期監(jiān)測與基礎研究，并在良好規(guī)劃的基礎上，堅持不懈，分階段持續(xù)治理。將來可結合我國不同類型湖泊特征做進一步研究，提出具體的湖泊治理建議。

志謝:衷心感謝“十一五”水專項湖泊主題組專家、各項目負責人及相關課題負責人提供的幫助。

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AnalysisofLakeManagementStrategiesofDifferentTypesofLakesAbroadandEnlightenmentsforChina

SONG Fei-fei, HU Xiao-zhen, JIN Xiang-can, YU Hui

Lake Engineering Research Centre, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China

Cases of 17 lakes from Japan, North America and Europe were studied in order to provide guidelines and experience for the pollution control and treatment of eutrophication in domestic lakes. According to the differences in area, average depth and function of the water body, the lakes could be divided into three types: large or medium-sized shallow lakes, deep lakes, and landscape (small) lakes. Various analytical methods including data analysis, comparative study and data integration were employed to analyze the control strategies and techniques of the three types of lakes. Based on the results, the following summaries could be drawn: a) the lake management should be persistent; b) the control should follow a stepwise scientific procedure based on good planning; c) attention should be paid to the long-term monitoring and basic researches; d) source control of pollutants using integrated methods should be the primary task; e) ecological remediation should be performed in order to restore the natural ecosystem in the lakes; f) watershed management should be strengthened, and legislation, environmental education and public participation be encouraged.

foreign lakes; lake type; lake management; enlightenment

1674-991X(2013)02-0156-07

2012-07-06

國家水體污染控制與治理科技重大專項(2009ZX07106-005)

宋菲菲(1987—)，女，助理工程師，主要從事湖泊生態(tài)修復研究，feijieyongyuan@163.com

*責任作者:胡小貞(1975—)，女，副研究員，長期從事湖泊污染控制技術研究，huxz@craes.org.cn

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10.3969j.issn.1674-991X.2013.02.025