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    党的二十大报告提出,必须牢固树立和践行绿水青山就是金山银山的理念,站在人与自然和谐共生的高度谋划发展。近期召开的全国生态环境保护大会提出,以高品质生态环境支撑高品质发展,加快推进人与自然和谐共生的现代化。

    如何实现人与自然和谐共生的现代化?在守护绿水青山的N种方式中,科技创新的力量最不可或缺。

    为深入贯彻落实习近平生态文明思想,践行“山水林田湖草沙生命共同体”理念,近年来,国家地质实验测试中心充分发挥自身优势,立足于地学,针对矿山、农田、场地等水土污染与生态环境损毁,创建地球化学工程生态修复技术体系,建立一系列应用示范,取得了重要进展和成果。

    以地学方案解决赣南稀土矿山生态问题

    江西赣州是我国优势矿种离子吸附型稀土矿床的发源地,素有“稀土王国”之称。经历50余年的开发,赣南稀土矿山在为新中国建设立下汗马功劳的同时,对生态环境造成了破坏。

    据了解,赣南稀土开采经历了池浸、堆浸、原地浸提全过程,具有稀土矿区生态问题的典型代表性。江西赣州离子型稀土矿集区位于“南岭丘陵山地带”,有多条重要水系的源头,生态破坏可能影响周边乃至华东、华中、华南地区,生态安全战略意义重大。

    矿山生态修复是生态保护修复的重要内容。科研人员深刻地认识到,矿山生态修复绝不仅仅是复原受损地形、简单绿化,而是必须因地制宜、治标更治本。

    以形成典型生态问题的绿色解决方案为目标,2012年以来,研究团队依托“全国矿山地质环境综合调查与评价(国家地质实验测试中心)”项目以及“矿区土壤生态功能恢复技术”课题,分别在世界离子型稀土矿首发地及开采地赣南足洞废弃矿山及定南岭北矿区进行调查评价、修复技术研发与应用示范。

    针对离子型稀土矿开采后存在的典型生态问题,研究团队建立了障碍度评价模型,分析功能恢复障碍因子;研发了天然黏土矿物材料、复合生物炭材料、生物地毯材料、微生物菌剂材料等一系列土壤改良材料;提供了一套复配型保水保肥材料及三类分区植物配置模式;系统梳理总结了矿山生态修复经验技术,创新研发了稀土矿区土壤原位改良的“天然黏土矿物土壤重构-植被配置技术”“稀土矿区蓝莓修复技术”和“地球化学工程+生态袋柔性结构技术”等系列技术,形成了一套土壤改良、植被配置与土地增值开发为一体的综合修复技术;提出了适用于花岗岩发育区的废弃稀土矿山土壤-植被生态修复的地学综合解决方案。

    研究团队2014年在足洞废弃稀土矿山原地浸矿场建立了废弃稀土矿山生态修复综合示范基地,长期进行修复技术应用和科学研究。2021年,研究团队在定南县岭北废弃稀土矿山堆浸场地开展植被复绿,以及中草药和经果林种植示范,植被覆盖度达到75%以上,经果林亩均收入超过3000元。目前,足洞废弃稀土矿山生态修复综合示范基地已成为自然资源部助力赣州乡村振兴的一个“示范窗口”。定南岭北矿区把矿山综合治理和生态循环农业相结合,打造了废弃矿山治理的定南样板,为我国南方离子型稀土矿区构建绿色种养循环农业提供了经验参考。

    废弃稀土矿山修复前后对比图

    “修复后,矿区水土流失率从85%降至10%,氨氮污染程度平均下降10%,土壤有机质含量提高21%以上,植被覆盖率提高90%。与传统修复方法相比,修复成本降低了30%至50%。修复后,矿区土壤肥力由最低肥力提高至中等肥力水平,示范基地种植的高附加值的经济作物蓝莓亩产1500斤,每亩经济收入约3.5万元至5.0万元。经多年跟踪检测,蓝莓果实中有害元素含量远低于国家标准,且富含有益人体健康的多种营养元素。”科研人员用数字证明,相关成果在实现生态效益的同时,为当地生态修复产业发展和乡村振兴带来了新希望。

    对于下一步工作,科研人员表示,将开展不同类型稀土矿山生态修复技术攻关,建设南方离子型稀土矿生态修复示范区的“赣州样板”,进一步加强废弃稀土矿山增值利用技术在江西、广东、广西等地的推广应用。

    以改良技术助力张北盐碱地增产增收

    盐碱化被称为土地的“顽疾”。“春天白茫茫,夏天雨汪汪,十年九不收,糠菜半年粮”,一首民谣道出了盐碱地上种粮之难。我国盐碱地多,开发潜力大。破解盐碱地综合利用这个战略问题必须发挥科技创新的关键作用。

    2020年至2022年,国家地质实验测试中心在北京市西城区政府对口帮扶县——张北县组织开展了700平方千米的生态地质调查,取得明显成效。调查发现,张北地处北方干旱半干旱气候区,区内年均降水量300毫米,年均蒸发量1850毫米,蒸发量是降水量的6倍左右,加之季节性河流的多次丰枯,快速交替,表层土壤的水盐迁移运动以上运行为主,使得浅层土壤中盐碱离子无法随水淋滤进入深层土壤而富集于地表,是区域土壤盐渍化形成的重要诱因。

    针对张北地区土壤盐碱化特点,科研团队研究提出“根系微障-生物质炭”生态保护修复方案,在保水保肥、提高地力、“以肥代药”等方面效果显著。

    改良耕地与周边盐渍化耕地对比

    改良后作物

    所谓“根系微障-生物质炭”生态保护修复方案,是研究团队运用2018年自主研发的在重金属污染稻田改善土壤微环境取得显著效果的“根系微地球化学障”技术理念,针对张北盐碱地高盐、高碱、有机质与养分含量较低、质地疏松等问题,研发具有高有机质含量、高比表面积等特征的生物炭-天然矿物复合材料,在播种时期随种子和种肥施入作物根系土壤,通过构建“微型屏障”有效降低土壤pH值、提升土壤肥力、限制盐分在土壤-作物系统中的迁移转化、为微生物扩展生存空间,实现盐碱地“重茬”问题低成本、高效治理。

    据介绍,通过调查、研究和应用,实验测试中心与北京市西城区政府、河北省张北县人民政府和张北厚道养生盐碱地种植公司联合建立了张北盐碱地改良应用示范基地——生态修复示范基地,示范面积1100余亩,成功实现了盐碱土地改良。通过种植藜麦、甜菜、油莎豆等高附加值作物,产量产值均有明显提升,每亩增收均超过千元。张北县人民政府认为“系列成果为该县构筑现代农业体系、打赢脱贫攻坚战、推动乡村振兴战略实施等提供了强大助力。”2023年5月27日,河北省委书记、省人大常委会主任倪岳峰在该基地视察调研时强调,要进一步扩大盐碱地改造规模,提高盐碱地综合利用效率,把开展盐碱地综合利用摆上重要位置,充分发挥科技创新的关键作用,加大盐碱地改造提升力度。据了解,下一步,研究团队将在扩大张北地区盐碱地改造提升规模的同时,加大不同类型盐碱地改良和综合利用科技攻关力度,提出“品种-农艺-工程-产业”一体化盐碱地综合利用解决方案,为我国开展大面积盐碱地改造提供可借鉴的示范样板,服务国家粮食安全战略。

    以初心和使命做美丽中国建设者

    除了上述两处亮点,国家地质实验测试中心从20世纪90年代初即开始环境地球化学与生态保护修复研究,主持相关项目20余项,积累了丰富的经验。特别是在我国全面推进生态文明建设以来,国家地质实验测试中心承担了一系列有关生态环境修复的项目,开展生态修复技术研发与示范,并获得了令人瞩目的成绩:

    ——在江西德兴铜矿源头开展工作,将微生物技术应用到酸性矿山废水治理工作中,在保证处理效果的同时,考虑修复治理成本为企业增加收入,改善修复工艺,研发修复装置,取得了良好的效果;

    ——在江西赣州市,开展在产农田重金属污染修复工作,首创性提出“根系地球化学障”修复模式和技术,使稻米中镉去除率超过80%,显著降低修复参与人员的劳动强度和修复成本;

    ——在湖南湘潭,针对化工场地多重金属-有机污染物的复合污染土壤问题,提出了电动化-稳定化修复技术,为复合污染场地修复和复垦提供了经济高效的新型技术方法;

    ——在云南安宁,采用多层次植被搭配技术建立生态恢复示范区,实现矿山采空区植被快速恢复,实时监测生态参数,调整植被养护方案……

    纤纤不绝林薄成,涓涓不止江河生。

    随着一个个项目的实施、一项项新技术和材料的研发和应用,越来越多的成果从实验变成示范,把“白茫茫”变成“绿油油”,把满目疮痍变成绿意融融,把寸草不生变成姹紫嫣红。

    “其实,除了我们的技术支撑,这些成绩的取得也来自各方的支持和配合。”研究团队成员举例说,2020年“全国矿山地质环境综合调查评价”项目野外工作任务重、时间紧,项目组临时党支部积极与当地党支部对接,通过党建活动建立了良好的互助合作关系。赣南地质调查大队(现更名为:江西省地质局第七地质大队)第一时间派出10余名专业技术人员支援项目开展野外调查、取样等工作,并提供样品存放和加工场地。在赣州红色热土工作期间,项目组成员在不断提升业务水平的同时,收获了更多的精神财富,秉持理想信念、坚守初心使命、敢于担当作为。

    生态修复工作常常要面对恶劣的环境、艰苦的条件、棘手的问题,但当被问及如何面对与克服这些困难时,团队成员用朴素的话语道出了他们十足的信心和决心——“乐在其中,我们就是想把生态修复的文章写在祖国大地上。”

    生态修复,非一日之功。期待,在新时代新征程上,他们继续以科技创新为笔,为建设美丽中国书写高质量发展的“绿色答卷”。

    把生态修复文章写在祖国大地上

    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

    近日,从国家知识产权局网站获悉,中国地质调查局岩溶地质研究所研发的“便携式沉积物捕获器”获得国家实用新型专利授权,专利号:ZL 2017 2 0092632.4。

    本实用新型专利涉及一种便携式沉积物捕获器,包括捕获装置、过渡装置和收集装置,所述捕获装置、所述过渡装置和所述收集装置上下依次可拆卸,连接后用于内陆湖泊河流中,内陆湖泊河流中的沉积物悬浮物穿过所述捕获装置后经过过渡装置再进入到所述可更换的收集装置内完成捕获。整个装置为内部空心的长条柱状结构,在所述捕获装置的顶部开口处设有用于穿过沉积物的一定尺寸大小的蜂窝板,侧壁上设有用于将其内部水体排出的通孔。此结构一方面是为了在遇到快速流水时不易倾倒,即使稍微倾斜也不会倒出内部接收的沉积物,另一方面防止水中生物(如鱼)或是水流中的杂物等从蜂窝板上的孔掉落到捕获器装置内。

    本实用新型专利结构简单,易于安装维护,成本低,易携带,非常适合内陆湖泊河流的沉积物捕获,容易投放回收。

    便携式沉积物捕获器获国家实用新型专利

     

    8月3日,中国地质调查局青岛海洋地质研究所承担的“渤海湾西部等重点海岸带综合地质调查”项目完成2016年潮间带及河流地质取样工作,获得了大量珍贵样品和第一手资料,为开展了海陆地质调查的无缝对接提供基础资料。

    据了解,本次地质取样工作历时近60天,主要工作区包括天津-河北及莱州湾3米水深以浅的潮间带地区以及天津的海河、永定新河和河北的南排水河三条河流,采用调查船/箱式取样和快艇/火钳式取样的工作手段。累积完成表层沉积物样品312站位,备份样品238站位;海水样品43站位,海水悬浮体样品43站位;海水镭同位素样品60站位,现场水文多参数测试80站位。

    调查期间,项目组克服了海岸带地区围填海工程多、养殖区分布密集等因素的影响,圆满完成了设计工作量,为进一步研究潮间带河流的基础地质和地球化学调查提供了宝贵的第一手资料,同时也为开发潮间带调查的新技术新方法的提供基础数据。

    箱式取样器作业
     
    火钳式取样作业
    渤海湾西部潮间带及河流地质取样工作顺利完成

    开展青藏高原科学考察

    安装地质灾害监测预警设备

    扶助开发农产品

    查看地质灾害现场

    商南县十里坪镇红岩村有机农产品种植推广基地

    自2013年以来,中国地质调查局西安地质调查中心按照部、局统一部署,发挥地质调查工作优势,重点在西北地区安全饮水、优势特色土地资源利用、战略性关键矿产资源开发、减灾防灾等方面发挥技术支撑与政策优势,助力秦巴山区、南疆四地州、甘青藏区全面完成脱贫攻坚任务,中心南疆大型资源基地调查团队被国务院表彰为“全国民族团结进步模范集体”。

    秦巴山区

    查明生态经济体系建设的自然资源基础

    秦巴山区集中连片特殊困难地区(以下简称“片区”),跨河南、湖北、重庆、四川、陕西、甘肃六省市的80个县(市、区),集革命老区、大型水库库区和自然灾害易发多发区于一体,内部差异大、贫困因素复杂,是国家新一轮扶贫开发攻坚战主战场中涉及省份最多的片区。片区总面积为22.5万平方公里。2010年末,总人口3765万人,其中乡村人口3051.6万人,少数民族人口56.3万人。片区西起青藏高原东缘,东至华北平原西南部,跨秦岭、大巴山两大山系和长江、黄河、淮河三大流域,是渭河、汉江、丹江、嘉陵江等河流的发源地,森林覆盖率达53%,是国家重要的生物多样性和水源涵养生态功能区,区内矿产资源品种多样,天然气蕴藏量大。

    自2013年以来,西安地调中心累计投入经费8714万元,先后组织实施秦岭成矿带文康—凤太地区地质矿产调查、秦岭及宁东矿产资源集中开采区地质环境调查、丹江流域及陕南陕北重要城镇地质灾害调查、渭河盆地及邻区氦气资源调查评价、安康地区地质遗迹调查、关中平原城市群综合地质调查等多个项目,查明了自然资源基础。

    在区域新发现金、铅锌多金属等矿点、矿化点35处,圈定金、铅锌、铜多金属找矿靶区9处,服务支撑形成资源开发基地数量4个,查明划分华阴—潼关、兴平—咸阳、周至—蓝田等3处氦气远景区,以及渭南—固市1处生物气远景区。深化自然资源部“地质调查﹢”扶贫模式,大力促进实施成果转化,积极推进陕甘川革命老区经济振兴和脱贫攻坚战工作。

    查明了区内地质灾害成灾背景条件,初步对地质灾害发育类型、分布规律形成认识,编制了1∶5万灾害地质图、地质灾害分布图等图件。开展地质灾害防灾减灾科普宣传,积极参与陕西山阳“8· 12”地灾应急救援,编制完成了“6·18”宁强县向家坝滑坡应急调查报告、略阳县凤凰山北侧滑坡调查简报。形成资料及时提交地方政府防灾减灾,为政府落实执政为民理念、保障区内群众生命和财产安全提供了基础资料。

    新发现县级以上地质遗迹147处。经专家鉴评,确定世界级1处、国家级3处、省级6处,遴选地质公园候选地1处,推荐地质文化村候选地2处,支撑地质文化村建设1处。编制了汉滨区、紫阳县、岚皋县、镇坪县地质遗迹资源分布图和地质遗迹保护与利用区划图,为地方政府将文化资源转化旅游经济提供了基础资料。

    积极开展实地帮扶工作。自2013年起,先后派驻工作队员12人次进驻陕西省商南县十里坪镇红岩村,连续驻村时间近2000个工作日,开展贫困户“一对一”帮扶、教育培训、入户慰问、捐款捐物、累计投入扶贫资金300余万元。在红岩村圈定5处具有开发纯净水、矿物质水的潜力区及富硒土地5650亩,推动建成商南县首个富硒产业基地,发现茶叶、核桃、玉米、土豆、蔬菜等十余种富硒农产品,建成商南县十里红岩绿色农产品推广中心,在售主要商品十余种,实现稳定年销售40万元,实现村集体稳定年收入大于5万元。制定产业、土地利用、生态环境等“多规合一”发展规划,助力乡村振兴。2020年2月27日,陕西省政府批复商南县退出贫困县序列。

    南疆地区

    助力荒漠戈壁变成经济发展热土

    南疆的和田地区、克孜勒苏柯尔克孜自治州、喀什地区和阿克苏四地州,既是少数民族高度聚居区,也是中巴经济走廊国内核心地区和必经之路。受制于90%以上国土为戈壁、沙漠和高原,片区为国家级深度贫困区,国家扶贫开发工作重点县26个、贫困村2247个、贫困人口159万,分别占全疆的74.3%、88.0%、85.9%。同时,区内特色农业优势鲜明,是全国重要优质商品棉生产基地,新疆重要粮食生产基地和特色林果业生产基地。黑铁、锰、铅、锌、铜、金、稀有金属锂和非金属石灰石、石膏,以及煤炭、油气等能源矿产资源丰富。

    8年来,西安地调中心累计投入经费1.63亿元,先后组织实施西北五省耕地区土地质量地球化学调查、西昆仑大红柳滩—甜水海地区大型矿产资源基地综合调查、西昆仑铁铅锌资源基地调查与勘查示范、新疆和田地区火烧云—大红柳滩铅锌锂大型资源基地综合调查评价、新疆成矿带成矿过程研究与找矿靶区优选评价、新疆西南天山萨瓦甫齐地区矿产地质调查等多个项目,为南疆地区发展特色农业、绿色矿业提供了资源基础。

    摸清调查区土地质量生态状况,划定南疆绿色农业适宜区125处,面积2435万亩;圈定富硒土地2254.84万亩,并提出绿色富硒土地开发潜力区75处(其中兵团12处);发现18种天然富硒农产品,进而构建了南疆特色土地资源数据库及查询系统。打造了新疆巴州西部西域富硒土地开发利用示范样板,示范引领南疆富硒特色产业发展。提交了喀什、阿克苏等8县域土地质量调查成果报告,得到地方政府高度认可。

    坚持科技创新引领西昆仑新锰锂铅锌找矿重大突破,形成玛尓坎苏亿吨级富锰矿、大红柳滩百万吨级锂矿和火烧云千万吨级铅锌矿3处大型资源基地。圈定找矿靶区57处,其中大红柳滩锂矿、玛尓坎苏锰矿矿业权出让获得收益28亿元。在新疆成矿带预测大型矿集区2处,金属找矿靶区19处,钾盐找矿靶区1处。编制完成的柴达木盆地北缘煤矿区含煤岩系放射性异常系列图为地方国土空间用途管制提供了依据。

    开展了火烧云—大红柳滩铅锌锂资源基地综合调查,实施资源潜力、环境影响和技术经济“三位一体”综合评价,并提出绿色矿业发展建议。与克州政府、和田行署签署战略合作协议,创建了“地质调查﹢”精准扶贫的“克州模式”,并形成示范效应,在南疆探索出屯垦戍边到富民固边的边疆建设新模式。

    甘青藏区

    脱贫攻坚和生态保护共赢

    甘青藏区世居少数民族主要有藏族、回族、土族、撒拉族和蒙古族,汇聚了藏区特殊的地理生态和族群文化环境。自然环境艰苦、经济发展落后,农业产业化经营水平低,工业处于初级阶段,贫困发生面广、贫困程度深、治理难度大,保护与发展矛盾较为突出。

    同时,这一片区也是产业脱贫、做大工业自然资源基础较好的地区。其中,青海片区内跨级东昆仑、祁连和三江北段等成矿带和柴达木多能源沉积盆地,资源丰富。甘肃片区的甘南藏族自治州位于我国著名的“川陕甘”金三角地区,是国内三大金矿资源集中区之一,开发利用潜力巨大。

    2013年以来,西安地调中心累计投入经费1.25亿元,先后组织实施青海省玉树州地质灾害详细调查及综合研究、柴达木盆地区域水文地质调查、青海格尔木大型水源地技术经济与环境综合评价总结报告、青海1∶25万东台吉乃尔湖幅大灶火幅(部分)格尔木幅(部分)区域重力调查、青海矿业开发地质环境效应调查、东昆仑铜镍多金属资源基地调查、重点区域成矿预测、地质矿产调查、大型矿产资源基地综合调查及生态地质调查等多个项目。取得的成果为片区推进产业脱贫、增强生态环境保护的内生动力,实现脱贫攻坚和生态保护共赢,提供了充足的物质基础。

    摸清了调查区土地质量生态状况,圈定绿色富硒土地资源2760平方公里,初步编制了富硒资源开发利用建议;新发现富硒油菜、四季豆、牧草、牛羊肉等富硒农牧产品;有效打动地方财政投入868万元开展门源富硒资源精细化调查。开展地质灾害科普宣传、详细调查及综合研究,向政府提交地质灾害专报3份,成果报告及系列图件6份。圈定重点区域局部重力异常47个;将区内已知盐类资源、油气藏分布规律与重力异常进行了对比分析,圈定盐类资源成矿有利区2处,油气资源有利区带3条。

    在缺水区域施工探采结合井30眼,提供饮用水源保证十余处,有效解决了当地农牧业群众饮水和周边枸杞地农业灌溉供水。在青海格尔木开展了大型水源地技术经济与环境综合评价总结报告,对产生土壤次生盐渍化和诱发荒漠化现象进行调查,提出了环境风险可控、科学合理的意见建议。为泽库县政府编制了遥感图、地貌地势图、土地沙化图等图件,为泽库县申请沙漠公园提供了数据支撑。

    查明青藏高原矿业开发引起的矿山地质环境问题类型、分布、程度及发展趋势;构建了青藏高原地质环境承载力评价指标体系,完成青藏高原典型矿区的地质环境承载力评价;构建了青藏高原矿业开发地质环境损害经济补偿评估体系,并对青藏高原典型矿区的地质环境损害经济损失进行了评估;改进了基于土壤水热运移机理的高寒草甸区人工治理技术,总结了矿山废弃地植被恢复模式;提出了青藏高原绿色勘探开发有针对性的对策建议,项目成果及时提供地方政府及相关企业使用。

    助推形成石头坑德大型远景勘查基地,促进形成了哈日扎—那更康切尔沟大型银、多金属矿勘查开发基地,奠定了青藏高原北部东昆仑地区矿业开发的资源基础。拉动地方和商业性矿产勘查19项次(资金16906.71万元),深化了自然资源部“地质调查﹢”精准扶贫模式。在北祁连选择典型地区开展地质遗迹景观调查。编制大比例尺地质遗迹专题图件及地质演化简史,分级评价其科普、科学及观赏价值,分析地质遗迹景观保护的影响因素,为祁连山国家公园规划编制、功能分区划定、资源确权登记等提供了坚实的资料支撑,为旅游扶贫产业发展提供了规划建议。

    六盘山区

    为红土地再添发展新动能

    六盘山集中连片特困地区是红军长征一、二、四方面军的会师地。受制于区域自然条件恶劣,常年干旱少雨,地质灾害频发,地形破碎,沟壑纵横,基础设施条件落后等因素影响,经济发展滞后,脱贫任务艰巨。

    自2013年以来,西安地调中心累计投入经费3746.22万元,先后组织实施西北五省耕地区1∶25万土地质量地球化学调查、六盘山盆地中生界油气战略选区调查、天水—宝鸡地区1∶25万基础地质调查修测、商丹—大柴旦地区区域地质调查等多个项目,取得的系列成果正成为红土地发展的新动能。

    开展重大突发地质灾害调查,建立地质观测基地6处。建立并不断充实西北片区地质灾害应急响应专家队伍和后勤物资保障基地。总结西北地区重大突发地质灾害分布规律,研究了地震和极端降雨诱发的地质灾害的机理与成灾模式,开展重大突发地质灾害应急调查、评估与监测工作。

    摸清土地质量生态状况,圈定绿色富硒土地资源1335平方公里;提出了甘肃静宁县苹果种植适宜性区划,有效服务了甘肃省辰宇生态农业有限责任公司有机苹果示范园建设。开展了六盘山盆地中生界油气战略选区调查,评价六盘山盆地固原凹陷中生界油气地质条件良好,优选了页岩油气有利目标区一处。

    开展商丹—大柴旦地区区域地质调查,完成调查面积400平方公里、进行北祁连沟弧盆体系早古生代构造演化与矿产、地质景观成岩关系调查,调查总结祁连山早古生代洋—陆演化与典型板块构造遗迹景观的关系,申报野外观测基地,服务于祁连山国家公园建设,为旅游扶贫产业发展提供了规划建议。

     

    为脱贫攻坚注入地质科技力量

    近日,中国地质调查局西安地质调查中心科技创新再添新品,收到了国家知识产权局对名为“一种内流盆地山前地下水调蓄系统及调蓄方法”的调查研究成果颁发的发明专利证书。该专利由“柴达木盆地1:5万巴音河-塔塔凌河流域水文地质调查”项目提出,旨在为缺水地区对有限水资源实现高效利用提供强有力的技术支撑。

    我国西北干旱内陆盆地是国家能源、盐湖矿产和粮食生产的重要基地,同时也是陆上丝绸之路通道,区内布局了一批重要的经济区。但水资源不足严重制约着区内经济社会发展,解决水源的保障供给是当地发展的头等大事。柴达木盆地是典型的干旱内流盆地,矿产资源和能源资源丰富,是我国最大的钾盐生产基地之一,以及我国最大的国家级循环经济试验区所在地。2010年,中国地质调查局柴达木盆地1:5万水文地质调查工作实施以来,项目组始终将解决水的问题作为工作的主要内容,在调查评价地下水资源的同时,将采取地质技术使有限的水资源得以高效利用,助力破解用水困局作为突破的目标。经过近八年的调查研究和科学试验,确认盆地每条较大河流的山前冲洪积扇均是一个调蓄功能良好地下水库,利用其调蓄河水,特别是洪水可减少水资源浪费并有效增加可用水资源量。2018年项目终于完成了干旱盆地山前含水层系统调蓄水资源技术方法的总结,2019年元月提请国家技术发明专利,2021年2月26日获得国家知识产权局专利证书。

    西安地调中心干旱盆地山前含水层系统调蓄水资源技术...

    中国地质调查局青岛海洋地质研究所滨海湿地科研团队利用辽东湾164个表层沉积物样品和5条流入河流的39个类似表层沉积物样品进行孢粉分析,深入探讨了辽东湾海域表层沉积花粉和孢子的分布特征、传播方式和可能来源。结果表明,表层沉积物中的孢粉组合与区域植被分布有很好的相关性,辽东湾不同部位孢粉组合的变化反映了沿岸局部植被的变化。高花粉浓度主要分布在流入河流的河口、沿海水域和海洋泥质区。河流冲积样品的花粉组合特征与水深< 8.5 m的近岸海域表层沉积孢粉相似。河流冲积物和近岸海域表层沉积物孢粉主要以草本花粉为主,且草本花粉的百分比和浓度随着水深的增加而降低,表明辽东湾沿岸水域的花粉和孢子主要由流入的河流搬运而来。然而,水深> 8.5 m的海域表层沉积孢粉组合与河流冲积物明显不同。在水深>8.5米表层样品中,乔木花粉占主导地位,尤其以空气传播的松属花粉为主,同时还有大量水流携带的卷柏孢子,这两类孢粉来源范围较广。在辽东湾,风和的输送决定了深水区的孢粉分布格局,而河流和沿岸流的输送决定了浅水区的孢粉组合特征。辽东湾孢粉由陆向海的变化特征为该海域化石花粉组合和过去海平面变化的解释提供了理论依据。

    相关成果论文《Pollen distribution and transportation patterns in surface sediments of Liaodong Bay, China》(辽东湾表层沉积物孢粉分布和传播机制)已在线发表在环境科学顶级期刊《Science of the Total Environment》(中科院分区1区top,影响因子6.551)上。

    1 研究区孢粉样点地理位置以及区域植被图

    2 辽东湾海域表层沉积物孢粉浓度与平均粒径、沉积物运移趋势以及主导风向关系图

    该项研究得到了国家自然科学基金项目(41876057, 41506062, 41406069, 41706057)、国际科技合作重点项目(2016yfe0109600)、地质调查项目(DD20160144, DD20189503)以及泰山学者项目(ts201511077)的支持,该成果是我国海域表层沉积孢粉研究领域发表的首篇一区文章,相关研究显著提高了我国在海洋孢粉传播与沉积过程研究的国际影响力。

    青岛海洋所辽东湾表层沉积孢粉研究取得重要成果

    《海洋地质与第四纪地质》、《海洋地质前沿》,均创刊于20世纪80年代改革开放初期,迄今已有40年的历史。在过去的五年里,两刊又有新进展,最新出版90期,刊载研究论文1170篇,载文量在全国海洋地质学科中排在前2位,成为国内海洋地质领域最重要的学术传播载体。海洋地质两刊在“十三五”期间不断进取并连获好评,在学界展现出良好影响力。 

    一、优化栏目,强化约稿,突出刊载高水平论文。2017年,《海洋地质与第四纪地质》进行改版,增加了“本期特稿”栏目,通过向专家约稿,累计刊载30余篇高水平论文。汪品先院士撰写的“大洋钻探与中国的海洋地质”,系统总结了ODP在中国南海航次取得的成就,对中国海洋地质深海之路提出殷殷期许。张国伟院士撰写的“西太平洋─北印度洋及其洋陆过渡带:古今演变与论争”,聚焦“一带一路”关键海域,提出了探索板块活动的基本地学问题。王颖院士撰写的“火山地貌例述”,对全球典型火山地貌进行了分类总结,提出了监测、预警以及自然灾害防治建议。

    二、加强专辑出版,集中报道海洋地质重大成果。“十三五”期间,两刊加大专辑出版力度。《海洋地质与第四纪地质》出版专辑9期,《海洋地质前沿》出版专辑16期,合计占比27%,超出以往2倍以上。2017年,两刊主编吴能友所长组稿出版“天然气水合物研究进展”专辑,已经成为热点中的亮点,3年累计引用达到170次,是一般期次被引的3倍以上。2018年,同济大学杨守业教授任特邀主编,组稿出版“中国东部中小河流河口过程研究专辑”,聚焦当下人类活动影响与中小河流源汇过程,通过对10条典型河流的实地测量,揭示我国东部发生的陆海作用过程与机理。2016年,陈建文研究员任特邀主编,组稿出版 “南黄海油气调查新技术方法专辑”,提出“高富强”地震勘查技术,通过创新采用高覆盖次数、富低频、强震源方法,破解海相中—古生界探测难题。该论文不仅成为《海洋地质前沿》首发高被引论文,“高富强”地震勘查技术还获评全国“地质科技十大进展”。

    三、守正创新,两刊插上飞翔的翅膀。2017年,主办单位审核并正式颁布《青岛海洋地质研究所期刊出版管理规定》,首次将两刊工作纳入整体制度体系,确保两刊规范运行。随后两年,两刊完成“腾云投审稿系统”流程再造,通过实施“学科编辑制度”,加快了稿件的审理时效,将以往半年左右的审稿周期缩短为3个月。两刊新建独立网站,全面转型数字出版。新设 “优先发表”栏目,将原来1年左右的出版周期缩短为录用后1个月就可以在线发表。新网站采用先进的xml一体化出版平台,全流程数字化彻底告别传统纸和笔,进入现代化的光与电。同时推出的微信公众号与网站内容同步更新,实现了编者和作者与读者的实时互动,两刊出版进入数字化、全媒体新阶段。

    四、屡获好评,两刊展现广泛影响力。“十三五”期间,两刊获得一系列好评和荣誉。《海洋地质与第四纪地质》第8次入选“中文核心期刊要目总览”,入选“中华人民共和国成立70周年精品期刊展”;2020年,CNKI最新发布《中国学术期刊影响因子年报》,《海洋地质与第四纪地质》影响因子由去年的0.859提升到今年的1.034,综合排名由曾经的5名以后上升到现在的第2位。《海洋地质前沿》同样取得显著进步,“十三五”期间连续进入“科技核心期刊”行列,并首次被CSCD收录;2019年,《海洋地质前沿》在27种“海洋类期刊”中名列第9位,达到历史新高。纵览国内科技期刊格局,海洋地质两刊载文量位居所在领域前两位,已经成为我国海洋地质科研成果出版和传播的最重要载体。

    当前,海洋地质两刊正处在两大转变的时代潮流之中:一是传统地质工作转向对地球系统科学的探索,海洋地质研究率先走向深海大洋;二是我国正从期刊大国走向期刊强国,“培育世界一流科技期刊”将是今后一段时间的重要任务。两刊将积极学习贯彻习近平总书记系列讲话精神,按照全局工作部署,更好地做好期刊出版工作,为促进我国海洋地质学科的繁荣发展做出贡献。

     

    守正创新 再结硕果 海洋地质两刊“十三五”期间迈上...

    近日,自然资源部中国地质调查局岩溶地质研究所“湿地水资源调控与综合管理技术研发与试验示范”专题组查明了广西桂林会仙湿地示范区岩溶水文地质条件,湖泊河流水资源转化关系,确定了会仙湿地示范区水资源调控方案。

    会仙湿地示范区位于会仙湿地典型区域内,是由岩溶所承担的国家重点研发计划项目“漓江流域喀斯特景观资源可持续利用关键技术研发与示范” 3个示范区之一。湿地处桂江-柳江分水岭地带,是漓江流域最大的岩溶湖泊型湿地,属岩溶峰林平原地貌,风景秀丽,景观价值高。史料记载,宋朝以前,会仙湿地面积约65平方千米,目前湿地面积萎缩到不足6平方千米。人们在湿地内挖塘养鱼,疏水造田,河岸养殖,导致湿地水位持续下降,水面急剧减少,水质不断恶化。湿地生态需水量供给明显不足,不仅导致湿地功能和效益不断下降,也严重影响了湿地旅游产业的发展。

    专题组与课题负责单位桂林理工大学重点调查了睦洞河、桂柳古运河、会仙河坝、八仙湖等地,受制于湿地岩溶水文地质和构造条件,湿地补给范围有限,湿地核心区至河流的水位差小,水循环缓慢,加之湿地内人类活动的影响,湿地生态环境问题严峻。为解决示范区水量和水质的问题,专题组确定了如下水资源调控方案。首先在睦洞湖出口处、八仙湖出口处修建水坝,增加会仙河原坝高程,以适当抬高示范区河流和湖泊水位,增加湿地水量供给,缓解枯季干旱的影响,同时也不影响周边农田的生产耕作。下一步,专题组将进一步确定蓄水方案,坝址选址和地表、地下水监测等具体措施。

    岩溶所确定会仙湿地示范区水资源调控方案

    7月23日12时41分,我国在海南岛东北海岸中国文昌航天发射场,用长征五号遥四运载火箭成功发射首次火星探测任务天问一号探测器,迈出了我国行星探测第一步。

    那么,地质学家对我国即将开启的火星探测有着怎样的期待?记者采访了中国工程院院士、中国地质科学院赵文津研究员及其科研团队——

    火星探测窗口期 多国发布“追星”计划 

    “地质学是与开展深空探测关系最为密切的基础性学科之一。”早在2005年,赵文津便与多位同事从行星地质的角度关注深空探测、思考研究月球与火星的相关地质问题。在他的倡议下,自然资源部中国地质调查局组织开展了月球遥感地质、月球重力场、月球编图、月球与火星实验场选址研究、微型钻机研究等工作,取得了重要进展。

    他认为,一系列重要地质问题既是火星探测的基础科学问题,也是探测的目标,而更加广泛的行星地质研究,则是人类更多地了解地球自身演化以及与邻近星球相互关系的钥匙。“研究火星等类地行星,有助于思考地球有关的环境、资源及灾难等重大科学问题。”

    赵文津科研团队成员杨宏伟博士告诉记者,人类对于火星的探测始于1960年,到目前为止,人类实施的火星探测活动已达50次,其中,21次成功进入火星轨道、15次成功登陆火星,而成功开展实地调查的仅为10次,最近的一次是2018年5月5日发射、11月27日着陆的美国“洞察号”。

    基于数十年的探测数据和影像,人们已对火星的基本地形地貌、地质构造、表面及次表面岩石矿物、磁场、重力场、大气成分及变化等有了初步的了解。

    比如,火星地貌最突出的特点是南北半球的强烈对比:北方是被熔岩填平的低矮平原,南方则是充满陨石坑的古老高地,最大的撞击盆地为海拉斯坑,直径达2300千米;赤道附近有萨希斯盾形火山区、水手大峡谷、艾丽斯米火山群;南北极有以干冰和水冰组成并呈旋扭形状结构的极冠;整个星球表面由沙丘地貌、侵蚀沉积地貌和流体冲刷与沉积地貌组成。

     

    从火星北极上空看Borealis盆地的影像

    再比如,火星的火山和地球上的不太一样,除了重力较小使盾形火山能长得很高不易崩塌之外,因缺乏明显的板块运动,火星内部的热量只能集中从以热点分布的火山释放,熔岩的不断堆积也使火山越来越高。海拔约22千米的火星最高峰——奥林帕斯盾形火山就是由于大量熔岩喷发层叠堆积而形成的。

    火星最高山峰与地球上最高山峰对比

    然而,这颗红色星球的更多奥秘还并不为人所知。

    “在今年7月下半月开始的短短几周时间内,是发射火星探测器的窗口期。此时,地球与火星之间的距离最短,如果发射探测器,大约7个月之后就可抵达火星。”赵文津告诉记者,“这一窗口时间相隔26个月。如果错过这次机会,就要等2022年的下一个窗口期。”

    也正因为如此,今年的火星探测尤为热闹,美国、中国、阿联酋等多个国家都公布了火星探测器发射计划。

    按照之前美国宇航局公布的计划,美国新一代火星探测车“毅力号”(Perseverance)将于7月30日发射,并预计在2021年2月降落在杰泽罗陨石坑的着陆点。“毅力号”将搭载X射线荧光谱仪、紫外拉曼光谱仪、测地雷达、钻头等一系列先进科学仪器,重点搜索古代生命存在的迹象,在岩石和土壤中钻取样本,测试从火星大气层中提取氧气的实验装置,并释放人类首架火星直升机——“机智号”小型自动旋翼飞行器,测试火星大气层能否支持飞行。

    阿联酋的“希望号”火星探测器已经于7月20日发射升空,预计2021年第一季度抵达火星轨道。其主要任务是研究火星大气和环境,以及火星液态水消失的原因。

    我国的火星探测器由长征五号运载火箭发射升空,2021年到达火星后一次性完成“绕、落、巡”三大任务,即探测器先围绕火星运行探测火星的整体概况,然后释放登陆器在预定着陆点降落,之后登陆器释放火星巡视车,对火星表面重点地区进行巡视勘查。

    选择最佳着陆点 瞄准火星关键地质问题 

    在多国掌握发射、测控、入轨、登陆火星能力的情况下,获得新的科学发现和新的认知是国家综合实力最有显示度的内容和标志。

    据介绍,长期以来,人们最为关注的是火星上是否存在生命。因为,火星与地球的相似性高,使之被认为是太阳系中除地球外最可能存在生命的星体。但是,到目前为止,仍没有确切证据证明生命曾出现在火星地质历史中。所以,重新审视生命存在的条件以及火星历史上是否可能存在生命存在的条件,成为当前火星生命探测的另一种思路。

    赵文津认为,选择好着陆点有着至关重要的意义。“一方面是考虑降落条件,确保登陆的成功几率;另一方面则与火星探测行动的科学目标密切关联。”

    据杨宏伟介绍,在已成功登陆的火星探测器中,“凤凰号”降落在靠近北极的地方,并首先在北极的次表层发现水冰;“海盗2号”选择在北纬50°附近着陆,在火星表面直接开展土壤、岩石样品分析,不仅发现火星上存在大量的玄武岩和硫酸盐类矿物,还发现火星历史上曾存在大量水;“好奇号”和“洞察号”的着陆点都在艾丽斯米火山省南部的赤道附近,“好奇号”发现了硫、氮、氧、磷、碳等生命必要元素,火星大气中甲烷周期性增加的规律,以及古代河流的证据;“洞察号”重点了解了更深层地震波速度变化、陨石撞击频度,以及火星内部活动情况;另外,包括2台火星车在内的5台探测器则集中在水手大峡谷等多个峡谷谷口的大型冲积扇地带。

    好奇号着陆点地面显示的成层岩层

    赵文津表示,许多有重大科学意义的地区都可以在未来的探测行动中着重考虑,如西部萨希斯大火山岩省、年代最新的奥林帕斯火山区、亚马逊大平原、水手大峡谷、南半球的大型海拉斯盆地,以及从未探测过的南北过渡带深部和南极地区。

    在一份建议中,赵文津和杨宏伟分析提出了未来任务5个可供参考的着陆点及其科学目标:

    ——乌托邦平原区及四周,着重推动地下水冰探测。

    ——萨希斯大火山岩省南部布格负异常区,着重了解喷出的火山岩岩性和年龄及火山喷出残留气体等。

    ——水手大峡谷附近,了解岩石岩性剖面与裂谷张裂的机理,探讨深部岩浆活动、岩性和年龄。

    ——海拉斯盆地,以盆地为中心进行探测。

    ——奥林帕斯山等年轻火山区的河口地带,转换思路探寻生命存在的遗迹。

    火星探测与地球上的探测手段相同,均为重点地区探测研究与区域性的综合调查相结合。“我们地质科学工作者应重点研发适用于火星自然条件下的地质调查技术,同时加强对深空探测数据的科学研究。”赵文津强调。

    火星地质调查 六大科学热点有待深化 

    道阻且长,行则将至。

    赵文津认为,火星地质有6大科学研究热点有待深化和扩展:

    一是水的问题。

    水,作为生命之源,始终是各国火星探测和研究的重要对象之一。那么,火星水是否存在?如果存在,其经历了怎样的演化历史?

    火星极区水冰的存在、盐类矿物的分布、冲击地貌、沉积环境,以及在非高纬度地区的地下发现的大量液态水,都说明了火星表面曾经有大量水覆盖地表。一要就已发现水冰存在的地区进一步证实其为水冰或是其他地质因素引起的现象;二要研究火星的水去了哪里?为什么会消失?地球上的水未来是否也会消失?三要着手研究极区的冰帽,了解其发生、发展、变化情况。

    二是火星的大气。包括大气成分和结构特征、火星的气候变化等。

    火星大气结构特征、循环机制等仍是主要科学问题。火星大气的挥发过程、二氧化碳的来源及演化过程、甲烷的来源等,都是目前关注的热点。

    三是火星生命。也就是过去和现在是否有生命存在的可能性,以及火星环境的宜居性研究。

    从地球生命角度来说,火星地表温度与昼夜温差变化为生命的存在提供了可能。然而,至今火星的探测者们只发现了碳的有机分子、水存在的痕迹和地表黏土等现象,没有直接证据证明火星上曾经存在生命。而大气甲烷、历史上的温暖气候、太阳风的辐射作用,以及一些地段出现的高氯酸盐类强烈氧化剂等,都对生命的产生和存在不利。目前,美国正着力在几个古老的火山岩区的大型峡谷口大面积冲积扇地区进一步探寻生命存在。

    四是火星的地表成分、岩性特征和地质地貌特征。

    美国地质调查局依据多次火星探测的资料编制了一张小比例尺的火星地质图,但是重点地区需要有更多了解。“如在地表以玄武质火山岩为主的地区,发现了辉石、橄榄石等矿物,盐类矿物的大面积分布也很突出,这也是我国建立青海大浪滩火星实验场的缘由。下一步,可以重点探究奥林匹斯山、水手大峡谷侧壁出露岩层、海拉斯坑底部等的岩性和年代,并加强对火星壳岩性、年代、热状态的探测,以便深化认识,并向深部推演。”

    全火星地质及岩性特征图(2014年美国地质调查局)

    五是火星壳及内部结构特征。

    通过火星布格重力场可以了解火星内部结构特征,但是还需要有其他数据对重力分层和深度的控制,所以很需要有地震探测数据和各大区域的典型地质断面的建立。美国已在月球上安设了6个地震台,取得了十分可贵的深部分层数据,而2018年发射的“洞察号”火星探测器也承担了地震探测的任务——安装了一台地震仪和一台热流计,开始了对火星深部结构的探测。如果火星深部存在分层现象,说明火星的演化的程度已进了一步,那火星壳、幔、核的结构和成分特征如何?这些都需要进一步探究。此外,还需要对火星磁场特征和产生原因进行研究解译,因为地球磁场的来源反映了地球地质历史中内核的形成和进行的运动。

    六是火星火山特征及热状态和演化历史、陨石撞击频率及其影响。

    根据已有数据,火星表面温度在最大照度下赤道为17℃,极区降至-43℃,一个点上昼夜温差可达到51℃,比月球的温差要小。而火星三大火山岩省分布的众多火山口,可能存在深部物质,加强相关探测和研究,很有可能由此揭开“火星体温”的秘密,了解火星现在热状态及其热演化历史。

    赵文津认为,作为我国迈向火星乃至更加遥远太空的第一步,这对了解行星具有更加重大的意义。“我们希望在各种技术越来越成熟的背景下,天问系列能帮助人类获得更多来自火星的第一手资料,真正开启火星地质调查和深化认识的新阶段。但任何科学目标都不可能一蹴而就,就像‘天问’之名,表达的便是一种坚韧执着的科学精神——对自然和宇宙的探索征途漫漫、永无止境。”

    院士赵文津详解:火星地质调查六大科学热点

    为落实中国地质调查局与柬埔寨矿产能源部矿产资源总局 “中国-柬浦寨海洋地学与海岸带地质灾害合作”协议,8月1-8日,中国地质调查局“赴柬埔寨技术交流和地质考察”团组对柬埔寨矿产资源总局进行了访问,圆满完成了海岸带地质调查及海陆地学编图技术培训、磅逊湾地区海岸带联合野外地质考察和后续合作工作对接等任务。中国地质调查局局机关及青岛海洋地质研究所7人参加了本次出访。

    据了解,柬方高度重视与中方联合开展海洋地学领域合作,柬埔寨矿产能源部秘书长Peng Navuth、矿产资源总局局长Yos Monyrath、矿产资源总局副局长Ung Dipola, SiengSotham、地质局局长Kong Sitha及柬埔寨理工大学地质资源与岩土工程学院院长KryNallis与我方代表团开展了多轮合作商谈。

    座谈期间,中国地质调查局相关负责人代表出访团组说明了本次来访的主要目的任务,介绍了中国地质调查局海洋地质调查工作的总体情况,表达了中方愿与柬埔寨矿产资源总局一起持续深入推进中-柬海洋地学领域合作的期望。青岛海洋所陈小英博士、李杰博士等对柬方技术人员开展了海岸带地质调查及海陆地学编图技术培训,并对中-柬海洋地学合作工作方案及2018年度工作安排、建议作了详细说明。柬方表示,完全赞成中方的工作建议,将与中方一道落实工作细节,尽快推动合作取得更大进展。

    随后,代表团在柬埔寨矿产资源总局、西哈努克省矿产资源厅工作人员陪同下,开展了磅逊湾周边地区联合野外地质考察。双方共同考察了磅逊湾东南部海滩(Ochheuteal Beach、OuChheuteal Beach)、西哈努克港开发管理现状、磅逊湾北部SreAmbel River和 PreakAndongToek (Piphot) River河口。总体来看,柬埔寨海岸带开发处于初级阶段,没有系统规范的管理,没有专门的水文监测站,也没有这两条河流的历史水文数据,海洋地质调查工作基础非常薄弱。

    8月7日,双方在柬埔寨金边进行了总结会议,进一步讨论了中国-柬埔寨海洋地学研究与海岸带减灾防灾工作计划,就2018年开展磅逊湾地区海岸带联合地质调查、海洋地学编图联合地质考察、地震台站布设、人员互访与技术培训工作安排达成一致意见。此外,中方根据野外地质考察情况对柬方海岸带科学管理提出了相关建议。

    据介绍,通过本次技术交流和联合地质考察,极大地推动了“中国-东盟海洋地学研究与减灾防灾倡议”项目有关工作,进一步落实了中国地质调查局与柬埔寨矿产资源总局海洋地质科学与海岸带地质灾害研究合作协议。下一步,将进一步加强与柬方沟通与交流,将中柬海洋地学合作打造成中国-东盟海洋地学合作的典范,促进中国-东盟海洋地学合作工作的开展。

     

    与矿产资源总局讨论工作计划

     

    访问西哈努克省矿产能源厅

     

    商讨野外地质考察路线

     

    河口野外考察

    中-柬海洋地学合作取得新进展