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德国湖泊水体管理及其对我国的启示(上篇)
发布日期:

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摘 要:德国和欧盟对作为静止水体的湖泊管理没有专门单独的法规,管理湖泊根据基础性水法的一般规定。通过大量建设污水处理设施和对水危害设施和物质的严格许可审批制度,德国湖泊扭转了自上世纪六七十年代起严重的水体污染,现下面临的主要威胁来源于农业面源污染。湖泊水体作为水生态系统中的一部分,在欧盟《水框架指令》的影响下,水体综合管理理念也适用在湖泊水体管理中。湖泊管理需要从水生态系统出发,从汇水区整体着手,加强各行政区域和各相关专业领域交流、协调与合作。从博登湖管理可见,多层次多领域的协调机构、通过民主协调制订的管理规划以及以信息透明为基础的公众参与是其成功的重要因素。德国湖泊治理在流域综合管理、多种协调机制、严格用水管理和废水排放许可制度、全面而高标准的废水处理技术、以及经济手段和公众参与制度方面的建设,都值得借鉴。
  关键词:
  湖泊水体管理;水体综合管理;博登湖;德国《水平衡管理法》;欧盟《水框架指令》;
  近几十年来,因急剧增加的水体使用和不能跟进的水体管理,我国水的自然生态功能严重受损,污染严重。尤其是湖泊,水质恶化多次引起蓝藻爆发,甚至威胁到对周边以湖泊为饮用水水源地的供水危机,因此各级政府都十分重视主要湖泊的管理。在近几年,各级政府针对湖泊的单独立法日益兴盛。虽然各国水情不同,具体水管理体制也不一样,但相关理念与制度设计也可能为我国湖泊管理提供一定借鉴意义。以下介绍和分析德国湖泊的基本情况和法律基础,并以博登湖管理为案例介绍具体的管理机制与治理措施,最后提出对中国湖泊治理的一些建议。
  德国湖泊概况及其管理
  (一)德国湖泊概况
  湖泊区别与河流虽然具有自己的特殊性,但在德国和欧盟的水治理中,尤其是按《水框架指令》的要求,仍然按流域单元进行管理。德国在《水平衡管理法》中明确规定了德国境内的十大流域,并将划分地图(见图一)作为法律附件。流域单元的统一管理在水管理基本法律中得到明确保障。
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  图一:德国十大流域划分图
  (作为《水平衡管理法》附件一)
  根据《水框架指令》第二条第(5)项对湖泊的定义,是指静止的内陆地表水体。湖泊一般是指静止3天以上的水体,与流动水体一起都属于地表水体,静止水体与流动水体只是理论上的相对区分,要严格界分并不可能也无必要。德国有约780个面积大于0.5平方公里以上[1]的自然湖泊(约750个)和人工湖泊(约30个),大于25平方公里的湖泊有10个(见表一),面积10平方公里以上的有26个,湖泊分布很不均衡,大多分布在德国东北部的低洼平原地带和南部阿尔卑斯山脚区域,都在距今约12000年之后形成。其中位于德国、瑞士和奥地利三国之间的博登湖(Bodensee,又称康斯坦茨湖,英语Lake Constance)是德国湖面最大、水最深以及水体量最多的湖。因为德国所处的有利气候条件,在水量管理上问题较少,关键是改善水体的质量和结构,以及水管理如何应对气候变化的挑战。
  [1] 根据《欧盟水框架指令》相关要求,大于50公顷水面的湖泊需要分析和评估。
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  水体的化学特征只是湖泊特征的其中一方面,因为湖泊的地形地貌与水文情况都各不相同,湖泊水体特征差别就很大。确定湖泊水体特征,首先是要确定湖泊类型,对于湖泊的类型化研究相比河流要进行的晚。[2]欧盟《水框架指令》在规定了确定水体的化学与生态质量的同时,也规定了在整个欧盟范围内依流域基于统一程序进行监测和评价。此前,在德国和多数欧洲国家都不存在这样复杂的生态评价体系来评价水体质量。在欧盟《水框架指令》(Water Framework Directive, 2000/60/EC, 简称WFD)附件II中通过表格1.2.2(见表二)对湖泊类别化作了进一步的规定,可按体系A或体系B进行分类。依体系B分类,决定湖泊特点以及决定生物群结构与组成的物理因素与化学因素按必选和可选因素进行区分,必选因素包括:海拔、经纬度、湖面大小和深度、地质,可选因素:平均水深、湖泊形状、存在历史、平均水温、气温变化、酸度中和能力、混合特征(如水体流动因素)、本底营养状况、平均底层组成、水位波动。
  [2] 在之前的湖泊研究中,德国湖泊被简单分为:阿尔卑斯山前湖泊、德国北部分层和不分层湖泊、人工挖掘湖泊以及火山湖,参见:Umweltbundesamt, Wasserbeschaffenheit der wichtigsten Seen in der Bundesrepublik Deutschland –Datensammlung 1981-2000, Berlin, 2003.
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  虽然在欧盟《水框架指令》附件II以及《水框架指令的共同实施战略指导文件十:河流和湖泊——类型、参考条件和分类系统》[3]中对湖泊已经给出了评价因子,而且在欧洲范围内也有对湖泊类型化和湖泊评估的研究,但德国联邦和州的水管理工作共同委员会(LAWA)[4]还是决定研究和制订适合德国和适合欧盟《水框架指令》多方面综合要求的湖泊评估标准。[5]Mathes等人在2002年的研究报告中[6],根据不同因素:生态区域、地理特征、湖泊面积、汇水区的影响和湖水分层特征等,将德国水面面积大于0.5平方公里属于欧盟《水框架指令》达标要求范围内的湖泊,首先按生态区域与地理位置区分为三种,分别是南部的阿尔卑斯山区湖泊、中部山区湖泊和北部德国平原湖泊,然后再根据钙含量、汇水区面积的大小、湖泊水分层情况、汇水区域面积以及冰封时间,将阿尔卑斯山区湖泊再分为四类,将中部山区湖泊再细分为五类以及将北部低洼平原湖泊也细分为五类,此外又将不能完全归入以上类型的湖泊分为特殊的自然湖泊和特殊的人工湖泊,特殊的自然湖泊如沼泽湖(Moonseen)和潟湖(Strandseen), 特殊的人工湖泊如挖掘湖(Baggerseen)和采矿后形成的湖泊(Tagebaurestseen)。[7]
  在湖泊类型化的基础上,再根据水文形态学、生物学和化学水质来确定湖泊的整体特征和水体状况优良级别。与流水相比较,静止水体尤其要考虑到:浮游植物、植物和水生植物、动物以及鱼类。因此,对湖泊生态特征的判断,生物学上的质量特征主要是藻类、水生植物、水底的无脊髓动物、鱼类作为主要判断依据。
  [3] Common Implementation Strategy for the Water Framework Directive (2000/60/EC) – Guidance document N. 10 –River and lakes – Typology, reference conditions and classification systems.
  [4] 该机构是联邦与州在水管理事务上的联系枢纽,协调联邦与州之间在水管理上职责与具体的法律实施。
  [5] U. Miscke/B. Nixdorf (Hrsg), Gewaesserreport (Nr. 10): Bewertung von Seen mittels Phytoplankton zur Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie, 2008.
  [6] Mathes, J., Plambeck, G., & J. Schaumburg, 2002. Das Typisierungssystem für stehende Gewässer in Deutschland mit Wasserflächen ab 0,5 km² zur Umsetzung der Wasserrahmenrichtlinie. In: Nixdorf, B. & R. Deneke (Hrsg.), (2002) Implementierung der EU-Wasserrahmenrichtlinie in Deutschland: Ausgewaehlte Bewertungsmethoden und Defizite, BTUC-AR 5/2002, S.: 15-24.
  [7] Mathes, J., G. Plambeck & J. Schaumburg (2002). Das Typisierungssystem für stehende Gewässer in Deutschland mit Wasserflächen ab 0,5 km2 zur Umsetzung der Wasserrahmenrichtlinie. In: Nixdorf, B. & R. Deneke (Hrsg.), Ansätze und Probleme bei der Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie. Aktuelle Reihe BTU Cottbus, Sonderband: 15-24.
  (二)德国湖泊面临的主要生态环境问题
  1 富营养化问题
  静止水体与流动水体的评价标准是有区别的,因此对于湖泊的评价与河流的评价也是不同的,这规定在《水框架指令》附件II以及《水框架指令的共同实施战略指导文件十:河流和湖泊——类型、参考条件和分类系统》中。湖泊的最主要影响一直是来自汇水区过量的营养物质汇入并由此导致的富营养化。相对于流动水体中营养物质排入能较快得以下降,在相对静止的湖水中营养物质往往以沉淀的形式累积起来并在一定条件下再次释放。因此只有在减少营养物质排入的前提下,才能减缓水藻的生长。湖泊富营养化往往与湖泊汇水区域的居住人口密度、农业开发利用强度有关,富营养化最终导致湖泊的生态系统遭受破坏。
  2 水体形态学上的问题
  湖泊富营养化与湖泊汇水区的居住人口密度、农业土地利用集约化程度以及水生态系统中各种有机组织的营养化质排入密切相关。除了营养物质排入严重影响湖泊外,另外一直没有引起重视的影响因素是湖泊水动力的改变和湖岸区域形态学上的改变。在夏天水温也相对稳定、汇水区域较小的深水湖泊往往是贫营养物质的湖泊,而长期处于水体交换的浅平湖泊更容易生产营养物质。另外,湖泊的旅游开发导致自然湖岸结构破坏,由此作为许多水生动物和两栖动物及水生植物的生存空间以及作为鱼苗生长区域浅滩区的重要生态功能得不到满足。在2004年德国首次有关湖泊水形态压力的调查中发现,主要因素有:湖滩的人类影响(如游泳、旅游业)、湖岸体结构的改变、在近湖周边的结构性变化(如土地利用和建设)等。
  另一个影响来自湖泊的渔业生产,湖泊中往往更多引入普通食用型鱼类,由此改变了生物链结构。取水对于湖泊水体的影响往往取决于不同的用途,在德国,整体上取水对湖泊影响较小,只有在个别情形下或者在很小的区域范围内有一定影响。因为作为发电厂的冷却用水是德国用水最多的领域,所以排出的温水对于水体有着重要影响。
  3 整体评价
  根据德国联邦与各州在水事务管理合作委员会(LAWA)在1999年制定的一个行政规范,水体状况被区别为实际状况(Ist-Zustand)和参照状况(Referenz-Zustand)两个标志,实际状况表示最新实际测得的营养化状况,而参照状况表示自然的潜在状况。评估结果显示,几乎所有的湖泊,其实际状况都要较参照状况高一个级别。[8]通过实际状况和参照状况的比较才有可能对水体按纯生态的标准来进行完整评估。确定实际状况需要测定含氧量、叶绿素a、透明程度以及总磷含量。对于实际的营养化状况的评价必须要与自然的潜在营养化状况进行比较。这才能表明水体状况,其没有受到人类行为的影响,只是基于地理、水文、水形态等特征所决定的。
  德国对其湖泊水体的营养化程度分为五个等级,分别是:Oligotroph (Trophiestufe I)、Mesotroph (Trophiestufe II)、Eutroph (Trophiestufe III)、polytroph (Trophiestufe IV)、Hypertroph (Trophiestufe V)。第三、第四等级又分为弱和强两个档次。
  [8] http://www.umweltbundesamt-daten-zur-umwelt.de/umweltdaten/public/theme.do?nodeIdent=3171
  根据以上不同的影响因素,对德国主要湖泊的长期监测结果分析,大部门湖泊属于中营养化程度,只有个别达到弱富营养化,其余为贫营养化。[9]但对湖泊营养化程度的评价在实施《水框架指令》后需要转化到统一的“生态状况”评价体系下来,包括生物的、水形态的、化学和物理等因素,因此除了浮游藻类外还需要将水生植物、底栖动植物和鱼类考虑进来,以及对于湖泊岸边区域的形态结构进行描述与评估。因此在对湖泊的评级中不仅要考虑水体的化学和生物特征,还需要考虑水生态特征和水体形态特征[10]。
  湖泊要实现《水框架指令》中规定到2015年达到良好水体的环境目标,最主要的挑战是大量的营养物质影响。湖泊中大量生长的藻类,最直接原因是来自农业的面源污染以及污水处理设施和雨水排泄带来的物质污染[11]。因此,按照2004年德国联邦环境部依《水框架指令》的要求对德国水体的综合评估结果,湖泊水体中到指令规定的2015年只有38%的水体能达到所要求的目标,有24%的水体不能确定是否能按期实现,而还有38%的湖泊水体不能如期实现目标。[12]
  [9]http://www.umweltbundesamt.de/wasser/themen/fluesse-und-seen/seen/zustand/tab_lawa _trophiezustand.pdf
  [10] 对于这些概念的进一步阐述详见沈百鑫:对德国和欧盟水法中的概念之考察及对我国水法之意义 (上/下),载《水利发展研究》,2012年第1/2期,第71-76/82-88页;
  [11] BMU, Die Wasserrahmenrichtlinie – Ergebnisse der Bestandsaufnahme 2004 in Deutschland, S.12.
  [12] BMU, Die Wasserrahmenrichtlinie – Ergebnisse der Bestandsaufnahme 2004 in Deutschland, S.15.
  (三)德国湖泊管理及饮用水保障
  控制湖泊富营养化也同样是保障饮用水供应的要求,尤其是对于大城市。
  柏林的两个湖泊进行了成功的治理,Tegeler湖和Schlachten湖,这两个湖都是柏林城市内湖,作为饮用水水源。这两湖泊都是很典型的由于多种使用导致的污染,如内河航道、休闲娱乐、废水排放,另外湖水还通过隔岸过滤的形式作为饮用水,以及作为人工补充地下水。因此这两个湖自上世纪70年代起就受到富营养化的危害。为了长期保障湖水做为自然的不需要经过杀菌消毒的饮用水源,自上世纪八十年代起对于磷物质的输入进行了严格的管理,经过25年治理,总磷浓度从原来的1000 µg/L下降到10-20 µg/L。但在研究中也发现,尽管总磷浓度在开始治理几年后就迅速下降到100 µg/L左右,但藻类和蓝藻菌的生长并没有随着总磷含量下降,年均的叶绿素浓度几乎保护不变,而夏天的最高值仅是少许下降。藻类和蓝藻菌明显下降出现在当总磷浓度降至60-100µg/L(Tegeler湖)以及30µg/L(Schlachten湖)时。这个研究结果也表明,只有当总磷浓度降至一定的门槛供值以下,而且这个门槛值因为湖泊的不同特点,特别是水文物理学方面的原因,各湖泊也不一样。
  在德国工业化进程中直到上世纪70年代,地表水体也同样受到严重污染,因此建造水库为人口集中的大城市输送饮用水,这类水体主要集中在德国中部,因为地形地质条件和周边茂密的森林覆盖对于建造大坝和拦蓄清洁饮用水提供了有利条件。这些水库除了用作饮用水供应水源外,还作为经营用水、水电开发和疗养,部分还作为防洪设施。
  德国湖泊的另一个特点是有大量采矿后形成的人工湖,其中Hambacher湖在蓄水后成为德国第二大湖。这些湖泊因为形成时间较短,生态特征往往不明显,所以按《水框架指令》需要以生态趋势来考核。在地下水较少的地区,德国有大约130个水库用作饮用水水源供应大约10%的德国人口。对于这些水库的管理重点是通过优化策略的模型处理来控制在汇水区通过农业、工业和城镇污染物质排入,对藻类和毒性蓝藻菌的出现进行评估和分类,在区域保护的理念下进行发展。
  文章内容部分发表在原标题《德国湖泊治理的经验与启示》,载《水利发展研究》2014,5:72-79/6:86-92;和《德国湖泊水体管理及其对我国的启示》, 王圣端(主编),中国湖泊环境演变与保护管理,北京:科学出版社, 2015, 420-442.
  作者简介:
  沈百鑫(1975-),男,浙江绍兴人,德国亥姆霍兹联合会环境研究中心(HelmholtzCentre for Environmental Research – UFZ)研究员。在德国完成欧盟反垄断法的法学硕士研究后,转向更感兴趣的环境法研究。协调负责中德合作项目——太湖周边城市流域水管理的法律与政策机制比较研究,主要方向为:中国、德国及欧盟水体保护法律比较研究。发表水体保护政策与法律相关论文三十余篇。