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    水资源是人类生存的基础性资源,地下水是水资源的重要构成,尤其在我国北方是主要的供水水源,是维持生态环境的关键因素,对确保民众饮水安全、粮食安全和生态安全等具有非常重要的作用。非常遗憾的是,我国并不是地下水资源丰富的国家,许多地区多年平均地下水开采量超过多年平均地下水可开采量,造成地下水超采。

    从已查明的情况看,全国地下水资源状况不容乐观。全国地下水开采总量已逾1100亿立方米,北方部分地区供水总量中逾七成为地下水;21省(自治区、直辖市)平原区分布有地下水超采区,其中19省(自治区、直辖市)分布有严重超采区。地下水超采区在我国平原区的分布面积总共约30万平方公里。

    地下水超采造成的地下水水位连续降低、含水层疏干、地面沉降、水质变差、海(咸)水入侵等一系列生态与环境问题,危及供水安全、粮食安全和生态安全,严重制约经济社会的良性发展。

    一是降落漏斗不断扩大,含水层不再含水。华北平原太行山前平原区的浅层地下水水位连续多年降低,南以石家庄石德铁路为界、北以邢台市为界、东部至宁晋泊-大陆泽地带的地下水水位埋深一般为30.0m左右,部分区域大于40.0m,第一含水组已基本处于疏干状态。深层地下水水头变化受开采影响很大,华北平原在开采强烈的中部和东部平原区下降幅度较大。

    二是地面沉降撼动我国大地。由于地下水超采,地面沉降迅速发展并逐步蔓延,在沿海地区尤为突出。地面沉降可造成水库大坝、河堤、楼房等建筑物裂缝、坍塌,成为重要的地质灾害,经济损失巨大、社会影响深远。

    三是海(咸)水入侵毁万亩良田。在滨海地区,人类过量开发利用地下水资源引起的地下水水位大幅降低,破坏海水与地下淡水界面间原有的动态平衡,致使咸淡水界面向靠近大陆方向移动。海水入侵的特征是隐蔽性、多样性和周期性,灾害一旦发生,将引起地下水水质恶化,影响区域内的地表植被生长,致使生态退化;使部分农田遭到不同程度的盐渍化,导致土地生产力下降、作物减产,灌溉机井报废,农田沦为荒地;还会造成工业生产和人民生活用水困难等多种问题。此外,深层地下水长期超采还有可能导致浅层咸水入侵深层淡水。

    四是平原河道断流甚至干涸,整体生态环境趋于干化。20世纪60年代,太行山前平原区包气带厚度为3~5m,由于浅层地下水位降低,致使包气带厚度增大至如今的10~40m,中部平原区由2m增大至5~10m,引发了土壤干化、植被枯萎、生态恶化等问题。地下水位降低也会加速湖泊湿地范围的萎缩进程,不仅加剧了气候环境干化,还导致一些水生及滨水生物群落的减少或者消失。

    面对地下水超采,我们应该怎么办呢?

    首先要建立水资源的统一管理体制,加强地下水保护。加强地下水管理工作,必须建立取水许可制度,实现开采量控制,达到地下水采补平衡。地下水开发利用与保护具有复杂性,需全局统筹,在现有水资源管理制度上进行必要改革。随着社会发展对水资源需求的日益增加,实行水务工作统一部署管理迫在眉睫。

    其次要加强水土保持工作,涵养水源。地下水补给是水循环的重要组成,水土保持工作是实现地下水补给的重要措施之一。工程措施与生物措施并重,层层拦蓄,充分涵养水源,减少地表水土流失,实现对地下水的补给,进而保障水资源的可持续利用。

    水土保持与边坡防护

    再次要节约用水,科学用水,降低对地下水需求与依赖。对于工业用水需大幅提高水的重复利用率,推广先进节水技术;推进清洁生产战略,加快污水资源化步伐,实行排污收费制度;通过价格和政策调控,鼓励工业使用再生水。对于农业用水,实施节水优先战略,积极调整种植模式,适度发展旱作农业和种养结合等模式;推广节水灌溉技术,择优发展喷灌、微灌、水肥一体化等规模化高效节水灌溉。针对民众生活,要提高城镇供水效率,杜绝“跑、冒、滴、漏”;全面推广使用节水器具和设备;加强节水的宣传工作,提高全民节约用水的自觉性和自主意识;实行计划用水和定额管理,以经济手段为杠杆促进节水工作的开展。

    第四是完善地下水监测网络,为科学开采地下水提供数据支撑。地下水动态监测是一项长期的水文地质工作,为实现水资源的科学管理,要求监测数据真实、准确、完整,这对于识别区域水文地质条件,实现社会经济的可持续发展具有重要作用。

    最后要因地制宜建造拦蓄工程,加强地下水回灌。除了在有条件的地区修建地表水库进行拦蓄之外,在没有合适的地形条件或是工程造价太高、蒸发损失大而不适合建地表水库的地方,选择地下含水层条件较好的地区,利用人工回灌储存地下水以备后用,是值得重视的手段。

    面对不容乐观的地下水超采现状和已经造成的危害,我们应当警醒。地下水不是“取之不尽,用之不竭”的,改善和保护地下水资源刻不容缓,不要让一时的发展透支子孙后代的幸福。

    (作者单位:中国地调局水环所)

    超采地下水给我们带来了什么

    4月16日,在联合国教科文组织国际岩溶研究中心"岩溶与气候变化"国际培训班开幕式上,国际岩溶研究中心发布全球岩溶科技创新合作倡议,此倡议对于在全球范围内推动广泛合作共享,共绘岩溶科技创新未来蓝图具有重要意义。联合国教科文组织驻华代表夏泽翰、斯洛文尼亚共和国驻华大使苏岚、自然资源部国际合作司副司长范黎、中国科学技术交流中心主任高翔、国际岩溶研究中心主任彭轩明出席开幕式并致辞,来自克罗地亚驻华使馆参赞Bisera Fabrio女士等20个国家的40多名驻华使节以及专家学者出席开幕式。

    本次培训班开幕式暨中国-斯洛文尼亚(中国-中东欧国家)岩溶科技创新合作半月行开幕式,被列入中关村论坛主要活动之一,是"中国-中东欧国家同'新'结"(China-CEEC InnoShare)2024年首场活动。活动主题为"共享、共进、共应对;共商、共行、共发展",期望通过合作解决共同面临的气候变化背景下岩溶区资源环境问题。

    夏泽翰、苏岚在致辞中强调,此次活动对于加强全球岩溶生态环境的保护与利用及探索岩溶碳汇技术研发新路径具有重要作用,对于促进各国科技界互知互信,共同应对时代挑战也具有建设性意义;希望更好地实践以"和平合作、开放包容、互学互鉴、互利共赢"为核心的丝路精神,落实共商共建共享原则,通过共同努力,以岩溶地质领域国际合作交流为抓手,助力联合国2030可持续发展目标实现。

    范黎指出,推动地球科学进步,促进气候变化背景下岩溶区可持续发展需要各国科学家的共同努力;此次活动能够为中国—中东欧国家合作机制巩固与发展提供积极助力,希望通过多双边合作及各类国际平台,为各国或地区可持续发展提供地质科技支撑力量。

    高翔表示,加强岩溶碳循环及其环境效应研究,既能助力全球岩溶生态环境保护,也能为人类合作应对气候变化、实现碳减排、碳中和提供创新路径,起到一举两得、事半功倍的效果,希望各国岩溶科技工作者加强协同攻关与国际合作,不断开创人类生态文明新境界、共同开启全球岩溶区治理新进程。

    彭轩明提到,在自然资源部中国地质调查局的支持下,国际岩溶研究中心主持实施了"'一带一路'重点区岩溶地质调查与编图"等多个国际地质调查项目,正在实施的全球岩溶监测站网建设、岩溶关键带对比研究在相关参与国的支持下取得积极进展,促成了中国-斯洛文尼亚岩溶地质"一带一路"联合实验室顺利获批;希望将中-斯洛文尼亚岩溶地质合作打造成中国与中东欧国家及其他"一带一路"典型岩溶国家之间的合作范式,共同推进全球域岩溶科技的创新与发展。

    开幕式上,国际岩溶研究中心发布《全球岩溶科技创新合作倡议书》,希望通过岩溶关键带与气候变化研究、岩溶水资源开发与保护、岩溶地质灾害预警与防治、岩溶地质遗迹保护以及岩溶生态系统生物多样性保护领域的合作研究,共同实现岩溶科技创新发展,共同推进2030可持续发展目标的实现。来自斯洛文尼亚、克罗地亚、斯洛伐克、塞尔维亚、土耳其、印度尼西亚和中国的学者共同签署倡议书。

    国际岩溶研究中心、中国-斯洛文尼亚岩溶地质"一带一路"联合实验室分别向外籍专家颁发聘书,希望通过推动国际合作团队建设,培养岩溶地质科技中青年人才,带动岩溶科技创新合作发展。中国科学技术交流中心就国际杰青计划进行推介。国际地质灾害与减灾协会主席汪发武教授,奥地利科学院外籍通讯院士、国际地球化学学会会士程海教授,分别围绕气候变化下的岩溶区防灾减灾、岩溶记录与气候变化做主旨报告。来自斯洛文尼亚、克罗地亚、塞尔维亚、斯洛伐克、土耳其等国家岩溶领域的知名学者围绕各自科研重点、最新成果及创新合作需求做学术报告。

    此次国际培训班为期14天,将在北京、武汉、桂林开展培训。室内培训以岩溶水文地质研究、岩溶水生生态系统、岩溶地质灾害预警与防治、岩溶地质遗迹多样性保护为主要内容;结合水环境治理、岩溶水资源监测、岩溶地质遗迹保护等野外实习,将系统全面介绍气候变化背景下的岩溶科技创新工作成果。

    全球岩溶科技创新合作倡议发布

    8月8日,由中国地质调查局武汉地质调查中心教授级高级工程师程龙牵头的海生爬行动物研究团队与中国地质大学(武汉)、湖北省地质科学研究院和英国布里斯托大学合作研究的成果“First filter feeding in the Early Triassic: cranial morphological convergence between Hupehsuchus and baleen whales(海洋滤食方式在早三叠世首现:湖北鳄与须鲸的头骨形态趋同)”在线发表于国际知名期刊《BMC Ecology and Evolution》。中国地质大学(武汉)地球科学学院与武汉地质调查中心联合培养的博士生方子晨为第一作者,程龙为唯一通讯作者。

    湖北鳄是一类史前生活在海洋中的爬行动物,与熟知的鱼龙来自同一祖先。湖北鳄是最早的海生爬行动物之一,与最早的鱼龙几乎同时在早三叠世晚期(距今约2.48亿年)出现。鱼龙在三叠纪-白垩纪晚期的海洋中广泛分布,但是湖北鳄不仅只出现在我国湖北省的南漳和远安两县交界地区的南漳-远安动物群中,而且在早三叠世末期迅速灭绝。迄今为止,湖北鳄共包括5个属种,南漳湖北鳄是其中最常见的物种。

    南漳湖北鳄的吻部细长且不长牙齿,背部生长一列骨板,肋骨肿大,腹膜肋粗壮且紧密排列。南漳湖北鳄的身体笨重,在水中游泳能力较弱。以往发现的南漳湖北鳄化石标本往往呈侧向保存,无法全面观察到头骨的特征,导致不能准确认识它的生活习性。近年来,研究团队长期从事南漳-远安动物群研究,采集到了两件呈顶面出露和一件呈腹面出露头骨的南漳湖北鳄化石标本。通过对上述化石标本研究,发现南漳湖北鳄的两侧前颌骨和鼻骨几乎不接触,在吻部中间形成一条狭长的吻中缝;上颌的两侧唇边各发育一列浅槽。在几何形态测量学研究的基础上,通过与现生的130种水生四足动物进行形态趋同对比分析,研究团队发现南漳湖北鳄的吻部结构趋同于现代海洋中的须鲸。

    须鲸体型巨大,是现代海洋食物链顶端的特殊类型,它的上颌生长梳状排列的角质须,只以小型浮游动物为食。须鲸在捕食时,借助吻中缝和下颌扩充口腔空间,尽可能张开大口一次吞下大量海水,接着闭上嘴巴将水吐出,海水中的食物便会被鲸须挡住而留在口中。所以,研究团队推测出南漳湖北鳄的上颌可能也生长类似鲸须的软组织。另外,结合南漳湖北鳄较弱的运动能力,研究团队进一步提出南漳湖北鳄可能类似须鲸中的弓头鲸或露脊鲸,采取游速较慢的持续滤食方式在海水表层小型浮游动物。

    这种现代海洋生态系统中独特的进食策略在早三叠世南漳-远安动物群中的发现,进一步说明二叠纪末生物大灭绝之后随着生物快速复苏,现代海洋生态系统的雏形在早三叠世时期已经形成。

     

    南漳湖北鳄滤食生态复原图

    全球最早滤食性海生爬行动物——2.48亿年前的“须鲸...

    我国是海洋大国,海域辽阔,海岛众多。随着经济社会的快速发展和对自然资源需求的加剧,海洋生态环境尤其海岛生态环境问题,日益成为公众和政府关注的重大问题。海岛地区人民群众对优质生态产品和优良生活环境的需求日趋迫切。

    2017年印发的《关于海域、无居民海岛有偿使用的意见》明确提出,开展生态美、生活美、生产美的“和美海岛”建设。2021年6月,经全国评比达标表彰协调小组办公室批准,“和美海岛”被列为国家级创建示范活动,由自然资源部组织实施。2022年5月,自然资源部办公厅印发《关于开展和美海岛创建示范工作的通知》,标志着“和美海岛”示范创建工作正式启动。2023年6月,自然资源部公布了首批“和美海岛”名单,共有33个海岛入选。

    我国为什么开展“和美海岛”创建示范工作?“和美海岛”创建示范的重点任务和目标是什么?首批“和美海岛”有哪些特点?记者就此采访了自然资源部海域海岛管理司副司长樊祥国。

    “人岛和谐”的积极探索

    记者:开展“和美海岛”创建示范工作的背景是什么?

    樊祥国:根据全国海域海岛地名普查结果,我国共有海岛11000余个,其中有居民海岛480多个。这些海岛在壮大海洋经济、拓展发展空间、保护海洋环境、维护生态平衡和国家海洋权益、保障国防安全等方面扮演着重要角色。然而多数海岛面积相对狭小,生态系统脆弱,一旦遭到破坏难以恢复,且海岛地区经济社会发展形态模式与陆地不同,地区经济发展不平衡、不充分的问题更为突出。因此,加强海岛的生态保护、促进海岛地区经济高质量发展,探索“人岛和谐”可持续发展之路显得格外重要和迫切。在此背景下,经全国评比达标表彰协调小组办公室批准,自然资源部在全国启动了“和美海岛”创建示范工作。

    “和美海岛”是指“生态美、生活美、生产美”的海岛。而基于海岛“小”和“脆弱”的固有特征考虑,海岛发展中要求始终坚持生态保护优先,要将经济活动、人类行为限定在海岛生态环境能够承受的范围之内,坚持人与自然和谐共生,以“和”至“美”。从这个意义上讲,“和美海岛”创建的本质是对人岛关系的理性调适,其目的是在保障生态系统健康的基础上,促进海岛保护利用综合效率和效益,形成岛绿、滩净、水清、物丰的“和美”新格局。

    评价指标体系特色鲜明

    记者:“和美海岛”创建示范工作考评有哪些特点?

    樊祥国:为确保“和美海岛”创建示范工作考评的科学合理、客观公正、公开公平,规范统一评选标准,我们组织国家海洋信息中心和自然资源部海岛研究中心在大量调查研究的基础上,经意见征求和反复验证形成了《和美海岛评价指标》,作为“和美海岛”创建示范工作成效评价的“标尺”和海岛高质量发展的“方向灯”。《和美海岛评价指标》紧紧围绕“生态美、生活美、生产美”的“和美海岛”内涵,设置了包括生态保护修复、资源节约集约利用、人居环境改善、绿色低碳发展、特色经济发展、文化建设和制度建设等7个方面的36项指标。总体来看有三大特点:

    一是坚持生态优先。海岛兼具海洋和陆地生态环境特征,是山水林田湖草沙系统化治理的天然试验场。同时,海岛生态系统十分脆弱,统计资料显示,世界上90%的爬行类、两栖类及50%的哺乳类灭绝皆发生于海岛地区。因此,我们考虑“和美海岛”创建必须坚持生态优先,并设置了植被覆盖率、自然岸线保有率、野生动植物保护效果等7项生态保护修复相关指标,为海岛“生态美”保驾护航。

    二是坚持以人民为中心。碧海蓝天、干净整洁的岛容岛貌、安全的饮用水、可靠的电力通信、便捷的交通、完备的防灾减灾设施是“生活美”的必要条件。2017年海岛统计调查公报显示,我国大陆300多个村级及以下海岛污染物还没有得到有效处置,还有近10%的有居民海岛没有电力供应,大部分海岛防灾减灾能力明显不足。针对现存问题,指标体系设置坚持以人民为中心的发展思想,围绕人民生活最关切的方面,在海岛空气、水、电、交通、防灾减灾等方面进行考核和创建引导,设置了9项指标,着力引导海岛地区人居环境改善。

    三是坚持绿色发展。海岛面积相对狭小、资源有限,实施全面节约战略、绿色低碳发展至关重要。因此在指标设置中,重点设置了资源节约集约利用、绿色低碳发展、特色经济发展等12项指标,引导海岛地区坚决贯彻“绿水青山就是金山银山”的理念,推动生态产品价值实现,打造“生产美”的绿色新样板。

    打造海岛高质量发展典范

    记者:“和美海岛”是如何产生的?这些海岛有哪些特点?

    樊祥国:自2022年印发《关于开展和美海岛创建示范工作的通知》以来,各地依据相关要求开展创建工作。创建单元为单个海岛或岛群,以有居民海岛为主,兼顾少量已开发利用的无居民海岛。

    根据工作安排,2023年初,自然资源部组织各地进行了网上申报。全国共有64个海岛报送了申报材料,经各省自然资源主管部门组织初审,向自然资源部择优推荐海岛52个。4月,自然资源部组织专家对申报材料进行了初审,随后又进行了现场核查。通过最终评审,在符合入围条件的50个海岛中,共有33个海岛考评结果优秀,经社会公示后,获得“和美海岛”称号。

    为推动“和美海岛”创建示范工作取得实效,确保评审结果的准确、客观、公正,我们制定了“材料审查—现场核查—专家评审”的评审机制。其中,材料审查方面,建立了“市—省—国家”三级审查,逐级对各岛的申报材料严格审核,提出审查意见400余条,并反馈各地补充、修改和完善。同时还配套建设了信息化考评系统,全面采用信息化申报、网上材料审核的方式,进一步确保评审的公平公正。现场核查方面,组建了由专家带队的核查小组,逐岛逐项指标进行现场核验和评估打分。专家评审方面,邀请来自高校、科研院所和部直属单位的权威专家,涵盖了资源管理、海洋经济、生态保护、人文地理等相关领域,全面保障创建示范评审结果的科学权威、客观公正。

    通过近一年的创建评审,各地按照创建示范要求,扎实开展工作,取得了积极成效。经专家初步审核,本次初评结果与去年摸底测评相比有了明显变化,大家知道了海岛发展应该坚持什么理念,重点保护什么,海岛管理应该朝着什么方向发展,每个海岛的特色和优势资源是什么。最终创建的“和美海岛”不是千篇一律的,而是各具特色,有自己的产业和文化特色,不仅要生态美,还要生产美和生活美;不仅强调物质文明,还要精神文明与生态保护同步协调发展,成为海岛地区高质量发展的典范。

    推动海岛地区绿色低碳发展

    记者:“和美海岛”创建示范的目标和重点任务是什么?

    樊祥国:“和美海岛”创建示范的目标是建设一批“生态美、生活美、生产美”的“和美海岛”,促进海岛地区生态环境明显改善,人居环境和公共服务水平明显提升,居民收入显著提高,特色产业和绿色发展方式优势凸显,公众海岛保护意识普遍增强,推动海岛地区实现绿色低碳发展,促进资源节约集约利用,形成岛绿、滩净、水清、物丰的人岛和谐“和美”新格局。

    围绕上述目标,主要开展4项重点任务:一是加强海岛生态系统保护修复。通过严控围填海、退围还海还湿、保护修复自然岸线和滨海湿地、增殖放流等,恢复、修复红树林、海草床、芦苇、碱蓬等水生植物,加强鱼类、鸟类等生物及其栖息环境的系统保护与恢复、修复,保护海岛生物多样性,加强海岛生态系统稳定性,提升海岛生态系统服务功能。鼓励对红树林、海草床、盐沼等蓝碳生态系统开展固碳增汇相关工作的探索和实践。

    二是改善海岛人居环境质量。加强基础设施建设,完善岛内道路、给排水、供电、通信等各项设施建设;改善对外交通条件,提升桥梁、轮渡码头等交通设施建设;提高抵抗风暴潮、海岸侵蚀等灾害的能力,综合提升海岛公共服务水平;加强岸滩垃圾污染治理,减少岸滩和海漂垃圾,提升海水优良水质比例,高品质打造公众亲海空间。

    三是推动形成人岛和谐共生的发展格局。坚持生态优先、绿色发展的生产生活方式,协调平衡生态空间与利用空间,实施开发强度管控,降低岛陆建设用地强度,增加海岛资源利用产出,提高海岛利用效率,提升海岛资源节约集约利用水平;不断发挥海岛生态系统服务功能,提供优质生态产品,创造高品质物质和精神财富,推动海岛地区高质量发展。

    四是强化对海岛生态保护和开发利用的监测与评估。开展对海岛生态、生活、生产要素的定期监测、社会问卷调查和经济统计分析,全面评估“和美海岛”建设的生态、社会和经济效益。加强“和美海岛”建设与运行的监督管理,对入选“和美海岛”进行抽查,发现问题及时督促整改,形成“和美海岛”建设的长效机制。

    接下来,将积极发挥“和美海岛”的示范引领作用,以加强生态保护、改善人居环境、增加岛民幸福感为重点,以提升海岛综合治理能力为落脚点,紧紧围绕“生态美、生活美、生产美”的创建主线,坚持一岛一品,实施有关任务和工程措施,形成保持“和美”的长效机制,持续满足人民群众对优美生态环境与美好生活的需要。

    广东珠海东澳岛
     
    以“和”至“美” ——自然资源部有关司局负责人解读...

    根据美国地质调查局发布的最新研究报告,美国全国用水量从2010年起持续降低,2015年美国每天取水量为3220亿加仑(12.2亿立方米)。这意味着从2010年起用水量已减少9%,当时每天取水量约为3540亿加仑(13.4亿立方米),这是自1970年以来的最低水平(370亿加仑,约14亿立方米)。

    “用水量持续下降,是因为我们持续努力有效利用关键水资源,这是令人鼓舞的,”内政部水科学助理部长蒂姆佩蒂说。“水是我们不能没有的一种资源,它的合理使用有助于确保维持人类以及生态和环境的需求。”

    图1 2015年美国各州的用水量分布图 

    2015年,12个州的总取水量占到美国总取水量的50%(按用水量排序):加利福尼亚州、得克萨斯州、爱达荷州、佛罗里达州、阿肯色州、纽约州、伊利诺伊州、科罗拉多州、北卡罗来纳州、密歇根州、蒙大拿州和内布拉斯加州。

    图2 2015年从西向东美国各州各类用水量累积图

    加利福尼亚占所有类别取水总量的近9%,占淡水总取水量的9%。得克萨斯州占所有类别取水总量的约7%,主要用于火力发电、灌溉和公共供水。佛罗里达州的盐水取水量占比最大,占全国总取水量的23%,大部分含盐地表水用于火力发电。得克萨斯州和加利福尼亚州含盐地下水取水量占美国总量的59%,主要用于采矿。

    美国地质调查局局长介绍:“美国地质调查局致力于提供全国用水的综合报告,以确保资源管理者和决策者掌握水资源管理所需的信息。这些数据对于了解全国不同气候环境中的水量平衡至关重要。”从1995年开始,美国地质调查局对两类用水量进行估算:火力发电和灌溉。

    消耗性用水量是总取水量中由于蒸发、植物蒸腾或被产品吸收等原因而不能立即使用的部分。美国地质调查局的水文学家介绍:“消耗性用水量是水量预算的关键组成部分。重要的是不仅要知道从一个水源中抽取多少水,而且还要知道有多少水不再用于其他直接用途。”

    美国地质调查局估计,2015年火力发电产生的消耗性用水量为每天43.1亿加仑(0.16亿立方米),占总量的3%。相比之下,2015年灌溉产生的消耗性用水量为732亿加仑(2.77亿立方米),约占总量的62%。全国火力发电的取水量最大,为每天1330亿加仑(5亿立方米),其他主要用途分别为灌溉和公共用水。火力发电和公共供水的取水量下降,而灌溉取水量增加。总的来说,这3类用途占总取水量的90%。火力发电用水量比2010年下降了18%,是所有类别中下降比例最大的。灌溉取水(全部为淡水)增加了2%。公共供水的取水量下降了7%。

     图3 1950-2015年各类用水量趋势

    导致火力发电用水量下降18%的因素有许多,包括发电厂使用更高效冷却系统技术、保护水生生物的取水量下降以及发电厂关闭。

    与2005年至2010年一样,尽管全国总人口增加了4%,但公共供水量在2010年至2015年期间有所下降。公共供水系统所服务的人数继续增加,国内人均公共供水量从2010年的每天88加仑降至2015年的每天82加仑。国内人均用水总量(公共供水量和自备水供水量合计)从2010年的每天87加仑减少到2015年的每天82加仑。

    美国全国用水量下降到1970年以来最低水平

    摘要:英国地质调查局和英国著名学府赫瑞瓦特大学联合组建莱伊尔中心,这是一个“开创性”的国家级研究中心,重点研究地球与海洋科学问题,并且将在应对气候变化方面走在世界前列。

    英国政府对莱伊尔研究中心的总投资为2100万英镑,联合投资方还包括英国自然环境研究理事会(NERC,英国地质调查局的上级单位)、苏格兰高等教育资助委员会(SFC)和赫瑞瓦特大学,其中苏格兰高等教育资助委员会将提供350万英镑经费支持。该中心位于苏格兰爱丁堡的赫瑞瓦特大学校园内,汇集了英国地质调查局的专业知识和大学的学术创新,可以确保后代研究者应对“世界面临的全球性科学和技术挑战”。目前,莱伊尔中心正在撒哈拉以南非洲研究气候变化问题,研究深海采矿的方案,以及研究海岸带生态系统的保护工作。

    赫瑞瓦特大学与英国地质调查局的这次联姻,在研究型实验室创建了英国唯一的深海底钻探设施和英国最先进的研究型水族馆。莱伊尔中心将通过倡导创新、协作和企业精神,致力于以可持续的方式解决自然资源和能源供应与安全中的一些重大问题,致力于培养应对全球性挑战的新一代优秀科研人才。在国际顶尖科研人员的共同努力下,莱伊尔中心正在由世界领先的学者和科学家解决重大全球性问题的解决方案:从海岸带生态系统保护到如何依靠内陆水系解决未来水需求问题;从撒哈拉以南非洲地区应对气候变化到寻求不会危机全球环境的深海采矿解决方案。

    莱伊尔中心的研究主题集中在两个主要方面:应用地球科学和生态科学。该中心将面临科学大挑战(见图1),其第一战略阶段,所确定的4大研究主题包括:

    (1)气候、生命及地表环境;

    (2)水以及地下环境中的生命;

    (3)地球能源资源;

    (4)风险、灾害及不确定性。

    图1 莱伊尔中心面临的科学大挑战

    莱伊尔中心目前已经涵盖非常广泛的综合研究领域,包括:

    • 海洋生态系统变异性的生物地球化学驱动力;

    • 海底生态学和生物地球化学:从热带海岸到深海的模式与作用过程;

    • 水母爆发对深海生态系统的生态影响;

    • 水生生物的生态毒理学和病理生理学;

    • 支撑海洋空间规划(MSP);

    • 能源:生物地球科学中的一个统一原则;

    • 河流和沿海地区是全球碳和营养素循环的“热点”;

    • 北极生态系统和全球变化;

    • 缺氧的海洋:生物地球化学热点和极端气候模式;

    • 表层和深部环境中的地质微生物学;

    • 碳酸盐岩储层;

    • 与CO2储存和非常规天然气生产相关的潜力和风险。

    莱伊尔中心旨在通过与其他国家和国际性研究机构的战略合作伙伴关系巩固和拓展这些核心优势,包括:

    • 能源:包括地震技术、碳捕获和储存、页岩气、清洁煤和非常规天然气、地热能、地下储气库;

    • 气候变化:包括土壤中的碳、土壤可持续性、海岸带污染、海岸线变迁、古气候、环境响应;

    • 海洋地球科学:包括大陆边缘、海洋地质灾害、油气勘探远景区、海洋钻探研究;

    • 土地利用/开发:包括浅层地质灾害、地球物理作用过程、城市地质(开发/土地利用的地下相互作用过程);

    • 水:包括水资源、水质和保护、生态和生物多样性、流域过程、洪水;

    • 矿产和废物:包括资源可供性、废弃矿山和受污染的土地、放射性废物;

    • 地球科学技术:包括地球和行星观测和填图、摄影、数学建模、数字建模与可视化系统;

    • 地球灾害:包括地震、火山和地磁;

    • 信息学:包括传感器开发和部署、数据创新、大数据、遥测。

    莱伊尔中心的科学创新精神体现在:(1)激发超越传统界限的、新的和变革性思想;(2)鼓励新的科学文化素质;(3)为新一代学术带头人、初级和高级研究人员以及学生创建一个充满活力的家园;(4)成为内外部专家参与的平台和交流的焦点,为非学术利益相关者、政策制定者和社会提供知识交流和建议的窗口。

    背 景:

    英国自然环境研究理事会(NERC)作为英国环境科学的最重要资助者,正在通过获得商业、能源和工业战略部(BEIS,这是2016年7月才由英国几个部合并组建的一个部,可能是目前全球最大的“部”)的资助来支持英国地质调查局和莱伊尔中心。NERC在英国是一个非部门公共机构,每年来自BEIS的经费大约为3.3亿英镑。

    赫瑞瓦特大学是一个全球性机构,学生超过30000名,专注于科学、技术、工程、商业和设计,特别专注于对发展至关重要的全球性问题的解决,如气候变化和能源。成立于1821年,大学校园在爱丁堡、迪拜和马来西亚也有专门的校区。该大学在思想和解决方案方面是公认的全球领导者。该大学在苏格兰排名第一,在英国排名前十,82%的研究领域处于国际先进水平,在世界范围内享有盛誉,是一所古老而又充满活力的学校。在学科排名中,矿业与采矿工程位居全球第34名。

    英国地质调查局是NERC的一个组成机构,是全球历史最悠久的地质调查局,是国家客观、公正和最新地质知识与信息的主要提供者,供政府、商业界和个人用户进行决策。地质调查局的主要职能是维持和发展国家对其地质情况的了解,以改进决策,提高国民财富和降低风险。也与国家和国际科学界合作在战略领域开展研究,包括能源和自然资源,环境变化和灾害的脆弱性,以及对地球系统的一般知识。

    英国地质调查局和赫瑞瓦特大学在此前已经开展过多方面的合作,成功的项目数不胜数,其中的一些旗舰项目包括:(1)创新型研究生教学和研究计划(英国自然环境研究理事会石油和天然气领域博士生培养研究中心);(2)海洋环境和生态系统评估(地平线2020计划:跨大西洋评估和基于深水生态系统的欧洲空间管理计划);(3)深时科学钻探(IODP);(4)全球领先的水资源和能源管理系统。其中的一些合作项目包括但不限于:(1)苏格兰碳捕获和储存(SCCS);(2)与政府机构其他极具影响力的合作伙伴关系如海上苏格兰、苏格兰国家遗产(SNH)、联合自然保护委员会(JNCC)、农业食品与生物科学研究所(AFBI)、英国海道测量局(UKHO)、海事和海岸警卫局(MCA)和国家环保总局(SEPA);(3)石油工业(石油和天然气管理局OGA以及二十一世纪勘探路线图古生代项目)。

    (摘自《国外地质调查管理》2017年第18期(总第55期))

     

    英国政府成立莱伊尔研究中心

    我的大半生都是泡在海洋里的,只要国家需要,我必倾力而为!

    ——中国工程院院士、中国海底科学奠基人之一

    金翔龙

    海洋石油勘探

    大陆架研究

    地球物理探测

    ……

    他把自己的生命

    融进了祖国的海洋事业

    每一次面临人生抉择时

    “国家需要”始终是

    决定性的砝码

    中国工程院院士、中国海底科学奠基人之一 金翔龙

     

    在六十余载的科研生涯中

    他取得了诸多成就

    为我国海洋科学事业作出了

    重大贡献

     

    1990年

    在联合国海底管理局

    和海洋法法庭筹委会会议上

    他为我国

    争得了15万平方公里

    东太平洋理想矿区

    使我国成为世界上

    国际海底先驱投资者

     

    20世纪90年代后期

    在他的推动下

    海洋“863”项目启动

    并最终研发出

    海底声像处理系统

    海底视像处理系统

    多波束海底地形电子成图系统

    打破了国外软件在该领域的

    长期垄断

     

    近年来

    他积极推动

    海底天然气水合物资源勘探研究

    为我国南海神狐海域

    天然气水合物试采成功

    奠定基础

    金翔龙在海洋调查船上

     

    如今

    他仍活跃在海洋事业一线

    在他的带领下

    一批批年轻的科研人员

    成为我国海底科学研究的

    中流砥柱

    他对此倍感欣慰:

    “我已到夕阳西下的时候,

    只想尽力多做些工作,

    为年轻人铺铺路,

    海洋广袤的舞台真正属于他们。”

    他是中国工程院院士

    自然资源部第二海洋研究所研究员

    中国海底科学奠基人之一

    金翔龙

     

    六十余载海底勘探路

    ——记中国工程院院士、著名海底科学家金翔龙

    金翔龙,中国工程院院士、自然资源部第二海洋研究所研究员,中国海底科学奠基人之一。如今已是耄耋之年,但他依然活跃在学术研究和工程生产一线。

    “我的大半生都是泡在海洋里的,只要国家需要,我必倾力而为!”金翔龙说。

    从致力于海洋石油勘探,到大陆架研究;从中国边缘海海底勘查,到渤海、黄海、东海和南海地球物理探测;从推动中国参与引领大洋矿产开发,到推进海洋高新技术开发与海洋工程产业“突围”……在他每一次的人生选择中,“国家需要”始终是那颗最具决定性的砝码。

    “对,就是她,海洋!”

    1934年11月,金翔龙出生于江苏南京。彼时的中国正处于民族危急、国难当头的关口,他的幼年和童年是在动荡和战乱中度过的。尽管当时的生活颠沛流离,但他酷爱读书,从小就养成了独立好学的习惯和爱国的情怀。

    18岁那年,为了响应国家发展地质事业的号召,金翔龙报考了北京地质学院,选择了当时较为冷门的地质专业。随后4年的刻苦学习以及对柴达木盆地的实地考察,为他日后开展地质工作打下了坚实的基础。

    在金翔龙毕业前夕,国家正在制定《十二年自然科学技术发展纲要》,“向科学进军”的号角振奋着一代热血青年。金翔龙陷入了沉思:国内地质勘探与国外相比差距很大。在国外,海洋早已成为热点,而我国的地质调查却仅限于陆地,海域还是一片神秘的“处女地”。

    “对,就是她,海洋!”在一次学术讨论会上,他把自己的选择告诉了马杏垣老师,诚恳地征询其意见。马杏垣听完他的想法后说:“从沙漠到海洋,这条路对!”

    20世纪50年代,中国海洋科学研究仅限于生物学,海洋地质科学仍是一块空白。因此,在海洋科学领域,金翔龙没有可借鉴的经验。经过一番思考,他回到母校求教王鸿祯老师。王鸿祯写了一封信,让他去北京饭店找正在参加中科院学部会议的童第周(时任科学院生物学部主任)和曾呈奎(专事海洋生物学研究)。面对这位执著的青年,两位先生十分高兴,欢迎他走进海洋科学的天地。

    1957年,金翔龙带着几件简单的行李来到中科院水生生物研究所青岛海洋生物研究室(中科院海洋研究所前身)报到。5月的青岛空气清新,走在街上,夹杂着海腥味的细雾迎面扑来,金翔龙心绪难平,他暗暗鼓励自己:目标已确定,路就在脚下,勇敢向前!

    开启海洋石油的大门

    到青岛后,金翔龙便开始着手组建实验室、组织人员培训、组建试验基地,为全国首次海洋普查做准备。

    1958年,我国首次大规模海洋普查工作全面展开。那年冬天,一次惊心动魄的海上经历让金翔龙至今记忆犹新。“当时海上风浪骤起,船长建议我们避风。我正在后甲板采集样品,采样器已经下海,机器还在运转,不能停下来。海浪一浪高过一浪,调查船在波峰浪谷间剧烈颠簸。突然间,天昏地暗,身体也不由自主往下滑,我意识到一定是船被浪压到水下了。我本能的反应是四处乱抓,好在摸到一根钢缆,并死死地抓住。最后船终于露出水面,海水向甲板四周溢去。这时我才发现,刚才海水已把我冲到甲板的边缘,多亏了那根钢缆,否则后果不堪设想。”

    那时的海上调查,只是采集海底沉积物、测量海水的深度。“学地质、搞勘探,最终目的不就是为了找矿嘛。”金翔龙说。而要找到矿就要进行海底地震勘探。经过不懈努力,他们终于踏上了海底地震勘探的征程。金翔龙带领我国第一个海洋地震队成功完成了中国海上第一条地震剖面(龙口-秦皇岛)的勘测。金翔龙根据海上地震勘测及钻井资料,识别出渤海是一个断裂控制形成的、具有巨厚沉积的构造盆地,并划分出其海底构造单元,评价了其海底油气远景,指出渤海西南部为油气富集区。

    随后几年里,他全身心投入中国边缘浅海的海底勘查与研究,率先开展渤海、黄海和东海地球物理探测,探查海底地质构造、海底沉积物、海洋地球物理与地质构造特征、矿产资源等。

    掀开海洋地质学新篇章

    1985年,金翔龙调入位于杭州的海洋二所工作。通过与德国和法国的国际合作,在南海和东海展开以海洋地球物理探测为主的大规模海底探查。在南海首次取得深海地壳洋壳性质的重要证据,发现了铁锰结壳等。

    “八五”期间,他主持了大陆架及邻近海域勘查和资源远景评价研究国家攻关项目,并主持、负责原国家海洋局承担的大洋多金属结核资源勘探与开发研究国家重大专项。大陆架与邻近海域的调查有力地支持了我国大陆架与专属经济区的国家海洋权益维护,受到国家表彰。

    长期以来,大洋矿产资源是国际资源争夺的一个焦点。1990年,金翔龙受命代表我国出席联合国海底管理局和海洋法法庭筹委会会议,接受联合国技术专家组对我国东太平洋多金属结核矿区申请的技术审查。面对联合国从各国聘请来的十几位专家,金翔龙以流利的英语作了技术介绍,阐述我国太平洋勘探区的面积与位置、采用的调查手段与船只、勘探程序与精度、矿区选定与划分的原则,并提出5种矿区分配方案。

    金翔龙说:“中国的申请方案在具有相等商业价值的含义上是个最佳建议,诸位专家在检验与计算后一定也会这么认为。”

    经过5天5夜的奋战,金翔龙最终为我国争得了15万平方公里的东太平洋理想矿区,使我国成为世界上第5个国际海底先驱投资者。

    20世纪90年代后期,在他的推动下,海洋“863”项目开始启动,他主持了“863”海洋高技术研究项目海底地形地貌与地质构造探测技术研究,组织项目并重点研究海底多波束和深拖系统的全覆盖高精度探测技术,自主设计、开发了海底声像处理系统、海底视像处理系统和多波束海底地形电子成图系统3套软件,打破了国外软件在该领域的长期垄断。

    海洋强国梦

    进入21世纪,面对国家能源供应日趋紧张的严峻形势,金翔龙积极推动我国海底天然气水合物资源的勘探研究,并于2001年2月与戴金星院士共同主持了以“天然气水合物研究现状及我国的对策”为主题的第160次香山学术研讨会。

    随着天然气水合物国家专项的持续调查与研究,我国在南海北部陆坡天然气水合物勘探和资源评价方面取得重大成果,并成功获取了水合物实物样品。

    2017年5月18日,正在我国南海神狐海域作业的钻探平台“蓝鲸一号”传来了令人振奋的消息——我国海域天然气水合物试采取得圆满成功,中国从此成为全球领先掌握海域天然气水合物试采技术的国家。

    作为我国海底科学的奠基人之一和学科带头人,金翔龙时刻关注国家海洋事业的发展。自然资源部组建以来,他着力推动海洋高新技术开发和海洋工程科学在国民经济方面的应用,积极为海洋强国建设献计献策。

    金翔龙认为,参与全球竞争的关键在于深海的技术研发,尤其是基础技术研发,除了各种“大国重器”的研发、设计外,很多看似不起眼的“小部件”才是真正的核心技术,更需要基础研发来支持,防止在各种高端设备的关键元器件上被国外“卡脖子”。

    金翔龙表示,党的十八大以来,我国对海洋发展越来越重视,要关心海洋、认识海洋、经略海洋。建设海洋强国,迫切需要年轻的海洋人才,希望更多地引进技术人才,通过自主培养和引进“两条腿走路”,实现人才交流的良性循环。

    时至今日,金翔龙为我国的海洋科学事业已奋斗60余载。在他的带领下,一批批年轻的科研人员成为我国海底科学研究的中流砥柱。金翔龙倍感欣慰:“我已到夕阳西下的时候,只想尽力多做些工作,为年轻人铺铺路,海洋广袤的舞台真正属于他们。”

    金翔龙把自己的生命融进了祖国的海洋事业,他的信念、理想始终未变。“我的中国梦,就是看到一个强大的祖国,一个真正的海洋强国。”金翔龙说。

    院士金翔龙:六十余载海底勘探路

    9月25日上午,美国国家地理一行25人参观了自然资源部中国地质调查局岩溶地质研究所桂林毛村岩溶碳循环与碳汇野外基地,重点考察了山湾岩溶峰丛洼地与非岩溶中低山地貌、背地坪岩溶生态系统及背地坪岩溶泉等几处。

    首先,岩溶所曹建华研究员给参观者讲述了岩溶地区碳迁移的故事,从土壤有机质到土壤呼吸,土壤二氧化碳到岩溶作用吸收二氧化碳并转变成溶解无机碳,再到水生植物光合作用利用无机碳合成有机碳,为他们打开了认识岩溶碳循环规律新的大门。随后,一行人考察了三湾岩溶峰丛洼地与非岩溶中低山地貌,了解了如何初步识别南方湿润亚热带气候区岩溶地貌以及形成的机制。紧接着,来到背地坪岩溶林地,了解了与地带性红壤相比,岩溶生态系统中土壤具有富钙偏碱的特点。最后,考察了背地坪岩溶泉,指出岩溶水高溶解无机碳浓度是碳酸盐岩快速溶解的证据。

    双方还就岩溶和非岩溶地区土壤的形成及对植物的影响,碳交易等问题展开了交流讨论。

     

     

     
    美国国家地理一行参观岩溶所毛村野外基地

    章程,男,52岁,博士,专业技术三级,岩溶所岩溶动力学与全球环境变化室主任。专业方向:岩溶水文地质

    解决资源环境问题或基础地质问题情况:

    首次发现岩溶区地表水体中存在高含量惰性有机碳,14C等分析岩溶作用形成的碳汇在百年尺度上是稳定的。发现西南岩溶区水生植物光合作用产生的碳钙原位沉降是一种真正意义上的碳汇,产生比温带岩溶区高多倍的碳汇量,固碳潜力更大,指出河流生物地球化学过程是岩溶碳循环的重要组成部分。揭示植被演替或恢复可促进岩溶作用,即石漠化治理可增加岩溶碳汇,从灌丛到次生林地再到原始林地,由岩溶作用产生的碳汇可增加2到8倍,研发碳酸类(弱酸)离子自动化连续监测技术方法,为碳汇量估算精度提高与梳理人为干预实现增汇途径奠定技术方法支撑。 

    实现转化应用和有效服务情况:

    主持完成部行业专项项目“我国典型岩溶动力系统碳汇动态监测与评价”,在碳汇监测与评价方法改进等方面获得突破,研发的水体土壤二氧化碳高分辨率在线捕捉技术在“应对全球气候变化地质调查综合研究”等项目中得到应用,证实了岩溶碳汇的稳定性以及人工增汇的可能。主持完成IGCP598“环境变化与岩溶系统可持续性”项目,推广岩溶碳循环监测新方法,将建设碳汇监测站的技术手段推广到“一带一路”岩溶区,建立泰国热带岩溶碳汇国际监测站、洞穴和土壤碳循环监测点。 

    促进科学理论创新和技术方法进步情况:

    开展岩溶碳汇的稳定性研究,研发了一系列高精度的在线监测仪器设备,包括便携式水中二氧化碳分压测试技术、便携式水陆两用温室气体采集设备、土壤二氧化碳浓度的监测装置及监测方法、洞穴滴水的水文水化学自动监测以及取样装置、洞穴二氧化碳浓度与温湿度连续自动监测技术等。相关监测技术方法已获国家发明专利2项,实用新型专利3项,推动了岩溶碳汇研究技术方法的进步。 

    促进人才成长和团队建设情况:

    开展岩溶碳汇的稳定性研究,研发了一系列高精度的在线监测仪器设备,包括便携式水中二氧化碳分压测试技术、便携式水陆两用温室气体采集设备、土壤二氧化碳浓度的监测装置及监测方法、洞穴滴水的水文水化学自动监测以及取样装置、洞穴二氧化碳浓度与温湿度连续自动监测技术等。相关监测技术方法已获国家发明专利2项,实用新型专利3项,推动了岩溶碳汇研究技术方法的进步。 

    章 程

    近日,由自然资源部中国地质调查局武汉地质调查中心主办的“南漳-远安动物群研究与保护利用现场交流会”在湖北省南漳县成功召开。会上,中国地质调查局古生物与生命-环境协同演化重点实验室首个野外研究基地正式揭牌。国家古生物化石专家委员会办公室专职副主任王丽霞出席会议。 

    会议介绍了开展“南漳-远安动物群”研究的科学意义、工作进展、取得的重要成果以及野外研究基地的有关情况。王丽霞表示中国地质调查局古生物与生命-环境协同演化重点实验室野外研究基地,是科研单位和地方政府在古生物化石研究与保护利用方面开展合作的成功案例,值得推广,并希望野外研究基地充分发挥古生物化石资源保护和科普宣传作用。

    武汉地调中心负责人指出,将发挥武汉地调中心基础地质研究特别是地层古生物学科优势,继续支持开展“南漳-远安动物群”研究与化石保护利用工作。

    湖北省南漳县人民政府有关领导对武汉地调中心“南漳-远安动物群”研究团队,在南漳县古生物化石研究与保护利用、野外研究基地建立等工作中付出的努力、取得的成果表示祝贺和衷心感谢。

    湖北省南漳和远安两县交界地区产出大量保存完整的早三叠世海生爬行动物化石,代表了全球最早的海生爬行动物群落,被命名为“南漳-远安动物群”。该动物群对研究爬行动物水生适应辐射和早三叠世生物复苏具有重大科学意义,成为首批获得批准的国家重点保护古生物化石集中产地。“南漳-远安动物群”是中国地质调查局古生物与生命-环境协同演化重点实验室重要研究内容之一,野外研究基地的成立,将有力促进古生物与生命-环境协同演化重点实验室发展和国家重点保护古生物化石集中产地建设。

    与会代表还考察了野外研究基地内有关地质剖面和“南漳-远安动物群”化石野外展示厅。湖北省地质学会地层古生物与构造地质专业委员会委员、湖北省南漳县和远安县国家重点保护古生物化石集中产地有关领导和代表参加了会议。

     

     考察“南漳-远安动物群”化石产地

       “南漳-远安动物群”化石野外展示厅

     
    中国地质调查局古生物与生命-环境协同演化重点实验室...

    泰晤士河是英国伦敦的母亲河,但在19世纪中期以后,河流污染严重,生态环境不断退化。从19世纪中期至今,英国政府与社会对其开展了长期治理。在治理过程中,以英国环境研究理事会及英国地质调查局为代表的地球科学研究机构做出了卓越贡献,提供了大量基础数据和地球科学认识。泰晤士河的治理,形成了在法律、机构、资金、产业、科研、技术等多方面的经验,可为我国江河污染治理和生态修复提供借鉴。

    工业革命以来的严重污染

    泰晤士河全长约346千米,为英格兰最长河流,全英国第二长河,也是全世界水面交通最繁忙的都市河流和伦敦地标之一。泰晤士河流域面积13100平方千米,占英国国土面积的5.4%;形成了许多城市,除去伦敦之外,还有牛津、雷丁和温莎等,是全国经济发达地区,人口占全国的1/5。泰晤士河是伦敦的主要水源,占总供水的2/3。直到18世纪,泰晤士河水产丰富、野禽成群、风景如画,是著名的鲑鱼产地。

    泰晤士河整个流域的大规模污染主要由工业化引起的人类活动增加所致,且随着社会发展,污染的类型和分布不断变化。

    英国地质调查局的泰晤士河流域三维综合建模

    1780年代,抽水马桶开始流行可看作是污染的开始。因为泰晤士河是伦敦居民的主要水源,污染使伦敦市霍乱相继爆发,导致1832年死亡5275人,1849年死亡18036人,1854年死亡11661人。

    1878年9月3日,“爱丽丝公主号”沉船事件发生。船上800名乘员中有 650人溺毙,这一事件让英国社会高度关注排污口以下河段的污染问题。

    战后即上世纪50年代,合成洗涤剂的广泛使用导致附着在水体表面的污染物难以被降解,河水溶解氧(DO)几乎为零,形成严重污染,几乎没有鱼类能生存。甚至发生了停靠在泰晤士河码头船体的镀层被污水腐蚀而变黑事件,造成了恶劣的国际影响。

    泰晤士河污染所导致的严重后果,迫使英国政府经历了一百多年的治污历程。

    实施全流域治理修复

    泰晤士河流域的治理修复过程可分为三个阶段:转移污染、流域修复和监测巩固。

    1. 转移污染——隔离排污,终端处理

    1848年英国议会通过了《都市排污法》,测量、设计并改进了伦敦下水排污系统。建立起“隔离式”排污系统方案。方案从1834年就已提出,但政府部门间的博弈和讨论不断,一直无法实施。

    直到1858年夏,泰晤士河“恶臭”大规模爆发,迫使在河边工作的英国议会和政府迅速行动,通过一项法案以“改进下水排污系统,尽最大限度防止污水直排泰晤士河”。从1858年到1885年,伦敦泰晤士河相继建成隔离排污系统,加上排污口污水处理,基本奠定了英国泰晤士河水污染治理的“隔离排污、终端处理”的百年规划理念,影响直至今天。

    2. 流域修复——统一管理,系统治理

    1955年至1975年,泰晤士河开始了第二阶段的治理,主要是将治理的范围扩展到了全流域,并采取了系统方法进行修复。这一时期,英国水资源经历了从地方分散管理到流域统一管理的历史演变。

    从1960年代起,英国对河段实施统一管理,把泰晤士河划分成10个区域,合并了200多个管水单位,建成一个新的水务管理局——泰晤士河水务管理局,实现了全流域统一管理的可能。

    这次治理秉承全流域治理的理念。大伦敦地区的180个污水处理厂缩减合并为十几个较大的污水处理厂,各类下水和污水处理设施合理布局,升级改造污水处理设施技术,并采取了对河流充氧的措施来提高河流的溶解氧。 目前,泰晤士河全流域建设污水处理能力几乎与给水量相等。沿岸的生活污水须经处理后才能排放,污水处理费计入居民的自来水费。

    到上世纪80年代,河流水质已恢复到17世纪的原貌,达到饮用水水源地的水质标准。鱼类绝迹百年后,多种鱼重返泰晤士河。

    3. 监测巩固——全域监测,科技助力

    1975年后,泰晤士河的治理进入了巩固阶段,水资源全流域管理的方法不仅解决了污染治理资金不足的难题,而且促进了城市经济的发展。在此阶段,英国政府一方面不断投资对污水处理设施进行技术改造,如对污水的处理已采用超声波监测控制、污泥密度和包膜电极监测溶解氧等新技术,此外遥测技术也得到使用。另一方面严格控制工业污水的排放,对沿河两岸的工矿企业严加监督,规定除了经过净化处理的水以外,将任何东西排进泰晤士河都是非法的。此外政府利用科研机构开展了全流域多要素的水质监测,并实施了生态净化。

    经济转型和产业升级也是治污的有力措施。近年来,随着英国产业的升级改造和大伦敦区的经济模式转换,重污染工业企业相继关闭,代之以各类文化和服务机构,大大缓解了泰晤士河的污染压力。今天泰晤士河已经重现昔日的碧水蓝天。

    针对一直以来下水道雨污不分流导致的问题,英国政府宣布将耗资20亿英镑,于2020年前在伦敦地下80米处修建一条长达32千米的排污水道,进一步改善污染物在河道外的输送条件。

    环境科研机构的重要作用

    英国环境研究理事会(NERC)下属的各科研机构,如英国地质调查局(BGS)和生态水文中心(CEH)与全国环境保护机构合作,在泰晤士河流域开展了大量的调查研究工作,有力地支撑了系统治理和生态恢复。

    1. 调查监测——提供治理所需的地球科学基础数据

    BGS在泰晤士河口开展钻探,测量汞异常,以确定污染程度和深度,并对防洪和排污进行河道调查,内容包括人居环境调查、河道周围地形图测制、水文调查、水位和河道容量调查等。

    BGS通过河流栖息地调查,形成了流域基底数据,包括地质、地形、水质、水流量等;通过水生微生物分析,揭示季节、年份变化。同时,为了保障城市建设需要,BGS还开展了多个图幅的 1∶2.5万砂石资源调查。

    NERC和环保机构合作开展了水源地监测,在饮用水水源区、重要物种区、娱乐水域、营养敏感区、保护区内布置了上千个监测点,从源头和末端进行水质监测。

    2. 研究评价——深入研究地上地下水相互作用和污染物的运移机理

    BGS研究了地下水-地表水相互作用,通过地下水体、基本流量、硝酸盐、过渡区域、观测站数据、洪泛区、水质、气候变化等因素的分析,揭示泰晤士河流域的地下水体化学状况、灰岩含水层水质量等。

    CEH在上游对影响水资源的土地利用、气候因素、人为磷输入源进行研究,并通过历史水位和全球变化引起的海平面上升模拟,积极评估防洪设施的防洪水平,为达千年一遇水平,确定需加固的区段。

    3. 模拟预测——以三维地质建模和时序分析支持水管理的科学决策

    BGS建立了伦敦地区和泰晤士河流域三维地质模型,包含基本构造、地层、城市地下空间、地质灾害、土地利用、含水层特性数据、水位数据、钻孔地球物理数据、海岸和海洋等数据,从而构建跨学科、多要素、面向决策的整合科学研究基础。

    BGS使用过去120年的降雨、径流、蒸散等数据进行水流模拟,形成基于时间序列分析的预测成果。

    CEH通过藻类和磷集成模拟的流域研究,对一系列缓解和适应战略的成本效益进行了评估,认为最有效的策略是将化肥用量减少20%,同时对废水进行高标准处理。其结果可使水质接近欧盟水框架指令的指标。

    CEH通过区域气候模式获得的降雨量和潜在蒸发量,模拟了泰晤士河流域未来流量的变化。

    4. 支持修复——机构主动作为,助力保护修复

    NERC的各科研机构主动参与并实施伦敦各河流行动计划(2009),恢复和改善伦敦的各条河流,改善洪水管理;改善野生动物栖息地,支持可持续发展;帮助城市适应不断变化的气候,为伦敦人提供更好的生活。

    我国可以从中借鉴什么

    1. 建立权威的流域管理机构对流域实施统一管理

    1960年成立的泰晤士河水务局,被赋予流域管理机构的权力后,治理产生了立竿见影的效果。这种大胆的体制改革被欧洲称为“水工业管理体制上的一次重大革命”。从泰晤士河流域的治理经验来看,一个强有力的具有综合决策和协调手段的流域管理机构是整治流域水污染的基本条件。

    我国当前应改变流域用水、管水、治水等工作的分散局面,解决无权过问行政及经济方面受到制约的局面,可成立治理专门委员会,对流域进行统一规划与管理,提出水污染控制政策法令和标准,并建立相关治理项目。

    2. 加快完善水污染治理相关法律法规

    从泰晤士河的治理历程来看,逐步完善水污染防治相关法律法规发挥了举足轻重的作用。内容涉及水资源保护、污染源管理和控制、水环境管理、水质监控等方面。其中,《污染控制法》明确了对各种违规行为的处罚规定,对污染城市河流及其他水环境的行为,起到令行禁止的作用。

    我国可在目前水资源保护标准上,充分考虑水环境保护、水资源管理和水污染防治三者的历史依存关系,坚持水资源开发利用和水环境管理监督职能应完全分开的原则,适时出台一些法律。

    3. 重视科技创新,以地球系统科学引领规划治理

    在泰晤士河治理过程中,科学技术的支持作用非常突出,特别是泰晤士河的第二次治理是在有关科学研究的前提下实施的。科学研究帮助水务局制定了科学合理、符合生态原理的治理目标,根据水环境容量分配排放指标,并及时跟踪监测水质变化。在此过程中,英国环境研究理事会和英国地质调查局发挥了专业优势,提供了十分有价值的地球科学数据和知识。

    我国在水污染治理中既要持之以恒,同时也需要科学的研究与规划。尤其是要发挥中国地质调查局的地球系统科学优势,持续不断地提供调查、监测数据,深入研究地表水和地下水的关系,适时提供关于流域的研究评价成果,为治理和修复提供地球系统科学解决方案。

    4. 建立资金保障机制,开辟多种融资模式

    为了解决资金缺口问题,泰晤士河采取了多种融资方式,这些融资方式成功的一个主要特点是市场化运作。如泰晤士河水管理局通过向排污者收取排污费,并发展沿河旅游娱乐业,仅1987年~1988年,其总收入就达6亿英镑,这不仅满足了水环境治理的需要,还向政府上交盈利2亿英镑。我国可充分调动政府、企业与社会的积极性,为私营部门进入污染治理领域创造制度与政策环境,从而造就多元化融资模式。

    5. 加快促进沿岸产业结构的转型升级

    泰晤士河在治理过程中并没有强迫关闭沿岸企业与工厂,而是提高了排污相关指标。全面实行“污染者付费”原则,并制定了相关法律,加快促进沿岸产业结构的转变。因此,我国可探索构建政府部门与流域企业的和谐关系,引导、鼓励其实现转型升级、绿色发展,从源头上减少污染,并在治理中加强政府管理。

    6. 掌握先进的污染处理技术和生态防治措施

    泰晤士河在治理过程中结合了工程治理措施与生态防治措施,采用了先进的污水处理技术,以及如芦苇床处理系统为代表的湿地污水处理工艺,以实现人工净化加自然净化的效果。我国也应该应用这些污水处理技术,引进或探索适合于我国气候条件的生态净化措施,寻找可检测污染物水平的化学、生物指标。

    (作者单位:中国地质调查局发展研究中心)

     

    地球科学机构在泰晤士河流域治理中的支撑作用

    莱茵河是欧洲的重要航道及沿岸国家的供水水源,对欧洲社会、政治、经济发展起着重要作用。19世纪下半叶以来,莱茵河流域工农业快速发展造成了严重的环境与生态问题,莱茵河一度被称为“欧洲下水道”和“欧洲公共厕所”。莱茵河流域各国直面问题,汲取教训,制定治理目标并开展有效行动,历经多年努力,整个流域实现人与自然和谐相处。莱茵河流域管理被誉为国际流域管理的典范。梳理和总结莱茵河流域管理的发展历程、经验与做法,有助于为我国流域治理与国土空间管制提供借鉴。

    工业化城市化阶段莱茵河流域出现的主要问题 

    1850年以后,莱茵河沿岸人口增长和工业化加速。二次世界大战后,随着工业复苏和城市重建,莱茵河流域工业化再度加速,莱茵河周边建起密集的工业区,以化学工业和冶金工业为主。伴随着一个多世纪的工业化进程,莱茵河流域先后出现了严重的环境污染和生态退化问题,主要表现在以下方面。

      

      图1 莱茵河流域综合治理历程(引自王思凯,张婷婷等.莱茵河流域综合管理和生态修复模式及其启示.长江流域资源与环境, 2018,27(1):215-224) 

    一是废弃物任意排放,水土污染严重。

    自1850年起,随着莱茵河沿岸人口增长和工业化加速,越来越多有机和无机物排入河道,氯负荷迅速增加。二次世界大战后,随着工业复苏和城市重建,莱茵河水质更加恶化。1973~1975年监测数据表明,每年大约47吨汞、400吨砷、130吨镉、1600吨铅、1500吨铜、1200吨锌、2600吨铬、1200万吨氯化物随河水流入下游荷兰境内。

    二是生态环境快速退化,生物多样性受损严重。

    河道污染和不适当的人类活动造成了生态环境退化。18世纪与19世纪之交,由于水力发电、航运发展和河道渠化,同时机械工具过度捕捞,鱼类大量减少。至1940年鲑鱼几乎从全莱茵河流域绝迹。水生动物区系种类数量大幅度减少,种类谱系以耐污种类为主。

    三是流域洪水问题突出,经济损失不断增大。

    莱茵河流域洪水问题十分突出。1882~1883年、1988年、1993年和1995年发生了流域性大洪水。由于流域内土地开发利用、水利和航运基础设施建设的发展,天然洪泛区域不断减少,洪水最高水位、时段洪峰流量一涨再涨,沿河堤防和其他防洪工程并不能提供百分之百的安全保证,沿洪泛区受堤防保护的居民区和工业区的危险性加大,潜在的洪灾损失普遍增大。

    四是土地开发无序,次生灾害突出。

    20世纪,由于西欧人口剧增,为增加粮食产量,莱茵河两岸的土地被大规模开垦。人们在大量的灌木林地中开挖沟渠,降低水位以适合农作物生长。流域的各种自然风貌也因此被改变,排水使得大片土地沉陷并低于海平面,加上海水位上涨,致使防洪形势十分严峻。

    为了改善通航条件,采用工程措施裁弯取直和束窄河道。由于被束缚在很窄的范围内,且取直以便通航,河道水流的流速加快,河床冲蚀严重并伴随下切,水位下降,引发周边地区水位下降,森林、农田缺水,使四周湿地的生态系统大受影响。旱年,在德国境内的莱茵河段是多支叉的呈“辫子状”的游荡性河流,大量支流构成非常复杂的河系。由于洪泛区不断改变,在此区域居住十分危险。

    莱茵河流域综合治理历程与主要措施 

    从20世纪50年代开始,相关国家启动了莱茵河流域治理,经历了污水治理初始阶段、水质恢复阶段、生态修复阶段、提高补充阶段(图1)。

    (1)污水治理初始阶段

    1950年,瑞士、法国、卢森堡、德国和荷兰五国联合成立了保护莱茵河国际委员会(ICPR),并于1963年签订《莱茵河保护公约》,首要目的是解决莱茵河日益严重的环境污染和水污染问题。流域内各国通过委员会进行合作,但并没有明确各自在控制污染扩大方面的义务,因此在污水治理初始阶段没有取得比较明显的成效。

    (2)水质恢复阶段

    1986年,瑞士发生的重大莱茵河污染事件终于唤醒民众、企业和政府,流域内各国开始着手开展莱茵河的综合治理。各国开始采取了一系列积极措施防止水质恶化。

    (3)生态修复阶段

    在水质逐渐恢复的基础上,ICPR又提出了改善莱茵河生态系统的目标,既要保证莱茵河能够作为安全的引用水源,又要提高流域生态质量。从生态系统的角度看待莱茵河流域的可持续发展,将河流、沿岸以及所有与河流有关的区域综合考虑。

    (4)提高补充阶段

    2001年,“莱茵河2020计划”发布,明确了实施莱茵河生态总体规划。随后还制订了生境斑块连通计划、莱茵河洄游鱼类总体规划、土壤沉积物管理计划、微型污染物战略等一系列的行动计划。2000年后,这些行动计划已经从当初迫在眉睫的挑战转向更高质量环境的创建和生态系统服务功能的开发上来。

    莱茵河流域综合治理措施与做法主要包括:

    (1)建立流域多国间高效合作机制

    莱茵河流经多个国家,多国之间合作是流域治理成功的重要保障。莱茵河流域合作治理的核心机制是1950年成立的ICPR,经过60多年发展,已成为全球流域治理领域的一个多国间高效合作的典范。ICPR具有多层次、多元化的合作机制,既有政府间的协调与合作,又有政府与非政府的合作,以及专家学者与专业团队的合作。它不仅设有政府组织和非政府组织参加的监督各国计划实施的观察员小组,而且设有许多技术和专业协调工作组,可将治理、环保、防洪和发展融为一体。

    (2)树立一体化系统生态修复理念

    在欧洲工业化进程中,莱茵河沿岸各国都对其进行了大规模的开发,采取了大量的工程措施,如筑坝、河道疏浚,以及裁弯取直、截断小支流等。这些改造使得原先自然的、动态的、难预计的河流转变为静态的、可以设计的人工河道,以方便管理和获取各种利益。河流空间因此遭到蚕食,引发许多不良结果。而对这些不良结果的治理依然是通过引入和采取新的工程性措施,如此便形成了恶性循环。长此以往,莱茵河已变得面目全非。意识到过多的人为作用对河流自然发展规律的破坏,莱茵河流域治理开始探索河流的动态和一体化治理,即注重工程和非工程措施的结合,以及源头控制、分散治理。观念上的转变引导治理措施和治理目标的改变,更加注重维护、恢复河流的自然特性,且更注重其生态恢复,从而为各种生物提供了生存环境。

    (3)推进流域基础地质、环境地质与生境调查

    根据流域治理需要,莱茵河沿岸各国开展了基础地质调查、水文地质调查与填图工作。法国、德国等国家1∶10万、1∶5万地质填图已基本完成。在基础地质填图基础上,各国开展了水文地质、自然灾害等环境地质调查与填图工作。德国联邦地球科学与自然资源研究所牵头,自1960年开始经过50余年的努力,编制完成了1∶150万欧洲水文地质图系。1982年,欧共体环境总司组织编制了1∶50万欧洲地下水资源图系,由38幅、148张图件组成,覆盖了比利时、德国、丹麦、法国、爱尔兰、意大利、卢森堡、荷兰和英国等9个国家。2013年,在对1∶150万欧洲水文地质图进行矢量化的基础上,Cornu等人编制了欧洲地下水生境分布图,反映与生物相关的地下水流、含水层孔隙大小和渗透性的空间变化。

    (4)分阶段编制并联合实施流域治理规划

    20世纪80年代以来,ICPR在国际合作框架下,签署了一系列有关莱茵河流域治理的协议。签约国家协调一致,共同采取行动,对莱茵河环境改善和流域管理起到了巨大作用。1976年,各成员国签署了控制化学污染公约、控制氯化物污染公约,要求各成员国建立监测系统和水质预警系统,控制化学物质的排放标准。1987年通过的“莱茵河行动计划”,从河流整体生态系统出发来考虑莱茵河治理,并将鲑鱼的重新回归作为治理效果的重要标志,以此提出“鲑鱼2000行动计划”。1998年,“莱茵河洪水管理行动计划”获得通过。2001年,莱茵河部长会议通过了“莱茵河2020计划”,包含4个方面的治理目标:生态系统改善、防洪、水质及地下水保护。

    (5)建立量化指标体系和各种生态修复模式

    莱茵河规划和治理在欧盟框架下统一实施,在目标上达成统一,并制定了许多量化考核指标。在“莱茵河行动计划”中,主要目标包括污染控制和改善生态环境等部分,就是以珍贵鱼类重返莱茵河(“鲑鱼2000”)为实现生态目标的重要标志,即到2000年让鲑鱼回到莱茵河。对于上述目标,每个国家都采取了相应的措施。其它还有许多需要各国共同参与、公众能够直观感受到的恢复性指标,如使莱茵河兰德平原到2020年受到洪水危害的程度与1995年相比减少25%等。

    (6)建立完善的监测预警体系

    为了确保水体保护与治理的有效性,保护莱茵河委员会在莱茵河及其支流建立了水质监测站,从瑞士至荷兰共设有57个监测站点,通过最先进的方法和技术手段对莱茵河进行监控,形成监测网络。每个监测站还设有水质预警系统,通过连续生物监测和水质实时在线监测,能及时对短期和突发性的环境污染事故进行预警。ICPR和莱茵河水文组织(CHR)于1990年共同开发了“莱茵河预警模型”,对莱茵河水质进行实时监测,防止突发性污染事故。

    (7)建立流域信息互通平台

    ICPR致力于推动行动计划的有力实施,同时注重各国间的密切合作与协调。其所建立的“国际警报方案”是莱茵河沿岸各国的信息互通平台,当发现污染物时,在瑞士、法国、德国和荷兰设置的7个警报中心能够及时沟通,迅速确认污染物来源,并发布警报。

    对我国的启示 

    一是以流域为单元开展自然资源与生态环境调查评价。

    流域自然资源与生态环境调查评价是推进流域治理的基础。根据污染治理、灾害防治和水、土地等自然资源管理的需要,开展污染物、地表水、地下水、土地、生态系统等调查评价,摸清自然资源分布与生态环境变化状况;以土壤、包气带、含水层为重点开展基础地质、水文地质、生态地质综合调查,建立近地表圈层三维地质框架。

    二是建立全流域统一的监测体系。

    莱茵河综合治理面临的第一个挑战是建立一个从瑞士到荷兰的统一监测体系,需要对不同国家的监测站、检测物质和分析方法进行对比并统一意见。针对我国流域的实际情况,应分别在干流、支流、湖泊、河口、近海等不同水域设置监测站点,包括水质状况、水文动态以及生物情况,全流域采用统一科学的综合监测方法,及时信息共享,掌握上下游动态,并实时在网上公布。

    三是研究制订流域综合规划与治理行动方案。

    莱茵河流域生态环境治理是一部历经百年的人类与河流关系史,教训极为深刻。我国流域开发建设应做好顶层设计,重视流域生态安全,统筹处理好产业布局、人口集聚与生态环境保护的关系,优先支持沿江城市环保基础设施适度超前发展。在控制污染物总量排放的前提下,探索激发微观主体保护流域生态环境的积极性。研究流域发源地在全球气候变暖过程中的生态环境变化,并及时采取应对措施。

    四是加强河流生态保护与修复。

    目前,我国各大流域上下游、干支流、左右岸和水陆之间,开发建设缺乏统筹,生态空间不断被挤占,导致河流连通性降低、生态系统割裂,河流的生态系统服务价值在不断降低。在过去的20多年中,莱茵河治理已经从治理污染、关注防洪效果、提高航道保证程度,到逐步重视生态环境保护和生态系统的修复。在近期的所有规划和行动计划中,保护湿地、在三角洲地区开辟自然保护区、拆除支流上的大坝或设置鱼道等具体的措施和内容,更多地从人与自然和谐的角度采用综合性的措施恢复河流生态系统。

    五是建立高效的跨行政区全流域协调机制。

    为了打破部门和地域之间的分割状况,在整个流域尺度上建立行政区间协调机制,着力在航运、水电开发、水利工程建设以及水资源分配等方面开展区际协作,解决水、土、生物等资源类型的开发利用与生态环境管理中存在的冲突,强化流域开发管理的区域协调,减少省际之间流域纠纷事件发生,实现流域开发共建共享。探索建立流域开发管理省(市)协作组织,不定期召开流域事务协调对接会议,建立长江流域共同开发管理的合作框架,积极落实各方达成的合作共识。

    六是鼓励企业和公众参与。

    流域综合治理,需要政府和企业、公众的合作与共同努力。整合现有的流域合作管理机制并建立相应的开发交流平台,让公众能够更便捷的获取流域管理的政策法规以及水文、生态和环境监测报告等公开信息。同时,参与决策过程,监督各地的执行情况,成为流域管理的重要一员。可以学习德国的经验,颁布《环境信息法》,既保证了公众享有参与和监督的权力,还规定了公众参与环境安全管理的详细途径、方法和程序。□

    (作者单位:中国地质调查局发展研究中心)

    莱茵河流域综合治理经验与启示