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[分享]奥运系列之一《水的奥运》

佛心
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头衔: 海归少将
声望: 院士

加入时间: 2007/09/15
文章: 2040

海归分: 321305

标题: [分享]奥运系列之一《水的奥运》 (1107 reads) 时间: 2008-8-02 周六, 13:20

作者：佛心在海归商务发贴, 来自【海归网】 http://www.haiguinet.com

北京，你的名字曾是水乡

一座城市往往因水而活，或许你并不知道今日倍受缺水困扰的北京，历史上其实是一个水系极其发达、水资源丰饶的地区。这一点，从它街巷胡同的名称里就可以看得出来：三里河、莲花池、北河槽、水关、苇沟、白水洼、海淀、团结湖……等等，无一不带着“水”的痕迹。

地质活动留下痕迹

大约1.5亿年前，中国东部地区迎来了剧烈的造山运动，燕山山脉和太行山以西的高地就是这期间被抬高起来的，并形成了北京三面环山、一面临海的地形。而造山带来崎岖不平的地貌，逐渐演变成许多坑塘、洼地、河流和湖泊。

1978年春天，地处北京最繁华的商业中心王府井金鱼胡同的中央美术学院在挖地道时发现了鲸鱼脊椎骨，一些专家推测，这和距今1万年左右的黄骅海浸有关。根据地质钻孔岩芯资料显示，渤海湾西岸近10万年发生过三次比较大的海浸，最近的一次，海水到达了河北省黄骅境内，在那里造成地下5～10米的一段海相沉积层，北京所处区域也在海浸范围之内。

地质活动给后来的北京城留下了永定河、潮白河、拒马河、句河等四条主要天然河道，加上公元7世纪初隋朝时开凿的北运河，由此而生五大水系。

永定河流经北京市西部、西南部、南部，属海河水系。历史上曾名治水、湿水、桑乾河、清泉河、卢沟河、浑河、小黄河、无定河等，清康熙三十七年(1698)钦定为“永定河”。它的上游有两支，桑乾河发源于山西省宁武县神头泉，洋河发源于内蒙古自治区兴和县。下游在商代、西周、春秋至西汉、东汉至隋等朝代间曾多次改道变迁。永定河在奔流中形成了明显的冲积扇，这些松软土地成为适宜的种植条件。潮白河上游分别为潮河和白河，潮河因“时作响如潮”而得名，白河因河沙洁白得名，这两条支流最终都注入了密云水库。拒马河古称涞水，后又称巨马河，“巨马”乃水大流急如巨马奔腾之意，后相传因曾拒石勒之马南下又被写作“拒马”。无论“巨马”还是“拒马”，都是形容它水势之大。因水大流急，拒马河对所经山地切割作用强烈，形成许多两壁陡峭的峡谷，一路下来尽是野三坡、十渡等风景胜地。句河发源于河北省，这条历史悠久的河流不仅浇灌了平谷东南部的土地，也给海子水库提供了丰富的水源。北运河是著名的南北大运河的北端，它的上游是温榆河。

人类文明的烙印

考古学家在北京周边地区发现过早期农耕和渔猎的遗迹，据考证出现于大约7000～4000年之前，距今3000多年前的琉璃河商周古城遗址已经显示出了某些“城市”的雏形，像世界上许多大城市一样，北京，也是傍水而生的。除了生活用水之外，这些河道还将要担任运输的重任，让文明得以发展并向周边辐射。这个城市后来成为辽、金、元、明、清五个朝代的都城。

中国的封建都城每年都需要从国内产粮区调运大批的粮食，通过最经济的水路运抵，因此出现了“漕运”。元朝初年，为了彻底解决首都漕运的水源问题，元世祖忽必烈让水利学家郭守敬主持开凿了一条由大都直到通县的运河，后者踏遍了北京的山山水水，觉得利用卢沟河(永定河)的水源重新修整金口河是最简单的办法，1266年按计划完成了这一工程，但没过几年肆虐的河水便开始威胁两岸百姓，30年后不得不废弃掉这条河道。郭守敬又踏上寻找新水源的路途，当他来到昌平城东时，发现有一处汩汩作响的泉眼常年不断，这就是白浮泉，于是产生了一个新的治水想法。他将白浮泉水向西引到瓮山泊，也就是今天颐和园的昆明湖，又通过金代开凿的长河、高粱河，引水入城，注进积水潭。那时侯积水潭水面开阔，比今天的什刹海大得多。南方运粮的大船沿着京杭运河上行，一直能停泊到大都城内，皇城的北门外。此即通惠河的由来，

除了大大小小的河流，北京历来湖泊也是众多，莲花池、北海、昆明湖等湖泊早在金代就已经开发利用，此后经元、明、清各代修缮，更成为风景优美的皇家御园。建国初期，城区共有湖泊12处，总面积4百万平方米。

昆明湖是京西北部一座较大的人工湖泊，不仅作为通惠河的水源调节库，也是著名的风景区。明代以后更扩大为“好山园”、“西湖景”。后由于白浮引水工程的废弃，泉水减少，湖面积减少。清代乾隆年间，扩湖筑堤，形成北京西部的一座蓄水库。直到1957年永定河引水工程建成前，包括玉泉山水系在内的昆明湖始终是北京城区的唯一地表水源。什刹海古代是一大片水域，元代发展漕运将其作为停泊之用。明代扩城后，积水潭遂失去码头作用。至清代逐步发展成为三部分，西部仍称作积水潭，中部、南部因明代于北岸建有什刹海庙，故称什刹海。后来水面面积逐渐减少，稻田面积逐渐增加，环境有所恶化。北海和中海在古代又称为白莲潭，曾是一大片池沼水域。辽代在这一带水域开辟园林，金代在此建成大宁宫，元代则以这一水域为中心建设元大都城，北海成为只有宫廷内苑的太液池。明代将中海南部扩挖，形成北、中、南三海。由于明、清两代的精心营建，不仅使楼台殿阁交相辉映，还开挖了许多小溪、小池，成为皇家林苑。玉渊潭在古代为一片水乡，风景优美。金代开始拓为园林别墅，著名文人王郁在此隐居，筑台钓鱼，始称钓鱼台。园中水域修建水池，名玉渊潭。至清代为保京城不受西山洪水威胁，挖南旱河导洪水入玉渊潭，使玉渊潭成为西郊调节洪水的湖泊。乾隆皇帝又在湖东建养源斋行宫，重修钓鱼台，成为皇家的游乐场所。

然而，人类的不当活动和保护意识的薄弱一直在侵害着这个城市的水。特别是到了近现代，工业化的加速发展、居民生活方式的变化和人口的越来越密集，使得北京市的水环境质量越来越低。清洁水被污染后排入河湖，为了改善这一状况又要动用清洁水去更替，导致大量的水浪费。市区可用作观赏的水越来越少，上个世纪五六十年代人们还可以随处找到游泳戏水的自然水体，现在已经很难找到。未经处理的污水不仅污染了下游水，还对土地和农作物造成再污染。2000年左右北京市平原约有1/2的地区表层地下水受到侵害。

节水与治理

到2007年为止，北京已经连续8年干旱。这个地区的水资源主要来自天然降水，部分来自境外，每年大约可提供40亿立方米的可用水，承担着1500万人口的生活用水、数万家工矿企业的生产用水和480万亩农田的灌溉用水。从水资源总量和城市发展需求来说，北京属于严重缺水地区，人均占有量不足300平方米，是全国人均水平的1/8，世界人均水平的1/30，在全世界120个国家首府和大城市中排在了百位以外。

北京的缺水是和整个中国的水资源状况不可分的，中国国内660个城市中，有400个正受到水资源缺乏的影响，政府已将水资源缺乏作为影响经济发展的首要障碍之一。

而放眼全球，形势一样严峻，淡水只占地球全部水量的3％，其中两极冰川和冰帽就占去2％，不能使用。因此世界上40％人口的80个国家都面临着缺水的危险。

据瑞典水文学者马林·福肯马科斯(Malin Falkenmarks)提出的研究论证，人均在1700立方米／年以上的基本没有缺水情况，1000～1700立方米／年的可能有缺水情况，1000立方米／年的已有供水不足情况，500立方米／年的即为绝对缺水。现行国际标准则规定为人均量2000立方米／年的为缺水边缘，1000立方米／年的为人类生存起码需求。而联合国估算2025年世界用水总量达到44840亿立方米，届时受水资源短缺困绕的世界人口将增加到总数的2/3，到2050年有44亿人(全球人口100亿)占有水量在1700立方米／年以下。

雨水、再生水利用

北京申办2008年奥运成功之后，提出了“绿色奥运”的口号，节水也成为这一主题的重要组成部分，即“充分利用雨水、再生水，为奥运营造良好环境”。

据奥组委官方网站透露，在奥运场馆中，水立方、顺义水上公园、奥运村、奥林匹克森林公园及奥林匹克公园北区场馆群都建立了污水处理系统。其中在网球中心内，还特别建立了污水处理站，直接把各种污水转化成中水循环使用。同时，清河再生水厂和北小河再生水厂还将提供奥运中心区再生水水源。包括龙形水系在内的奥林匹克公园景观水系，将每年利用300多万吨中水。主场馆鸟巢就是一个典型的节水工程，70%的供水都要由回收水代替，其中23%来自雨水，这些回收水不但可以用于比赛跑道的冲洗，还能用于场馆的室外绿化工程建设者蓝星水处理公司开发的这套雨洪回用系统把建筑屋面、比赛场及周边地区约2万多平方米的雨洪水收集起来，集中在总容积为12000立方米的水池中，经过石英砂过滤、超滤膜过滤和纳滤膜过滤三道目前世界上最先进的处理工艺，对雨水进行深化处理，一年能处理雨水67000立方米，处理后的雨水是53000立方米，可以满足体育场至少50%的水量需求。而所有奥运绿化项目都使用了微喷、滴灌、渗灌等节水灌溉技术，部分绿化项目采用了雨水利用措施，一年可节约清洁水源80万立方米。

虽然水体质量不高，但不容否认的是北京的水环境基础相当不错，具备富有层次的三环水系。一环水系为紫禁城的护城河，二环水系为整个外圈的护城河，三环水系是北面的清河、南面的小羊河、东面的坝河、东南方的北运河、西南方的永定河，清河段更是贯穿了奥运中心区，在这些水系中，大约有273公里的河道，水面积达到510公顷。近年来，北京持续对河道进行综合治理，大部分城市河湖水质都已得到改善，以其尽快达到“三环碧水绕京城”。

而“引温入潮”跨流域调水工程，则将大大改善奥运水上运动场馆周边的水环境，为奥运会营造良好的生态景观。

清洋河治理

奥林匹克森林公园内的清洋河原称清河导流渠、仰山大沟，因2008年奥运会和综合整治工程而改此名，意为“清澄北京，洋洒奥运”。治理后的清洋河具备三大功能：一是确保奥运主场馆区及森林公园防汛排水安全；二是提升奥运森林公园的整体环境水平；三是为奥运水系的水质净化提供循环通道。河道治理将河道景观功能和防水排水功能并举，重点打造生态景观河道，景观效果与奥林匹克森林公园统一。为了贯彻“科技”和“绿色”的理念，工程建设中大量使用了生态砖、生态袋、鱼巢砖、铅丝石笼等生态型材料。

整治后的清洋河目前最窄的地方有23米宽，最宽的地方达到了100多米，将成为鸟巢所在的奥运主场馆区域的排水河道。在清洋河沿岸的改造中还设计了多处草坪，形成河岸边的开放空间。河道周边为公园生态展示区，设计有湿地、招鸟区等。河道种植重点体现生物多样性，采用复层种植的手法，通过对乔、灌、地被、草及水生植物的合理搭配，并尽量利用现已自然形成的植物群落，形成层次丰富的植物群落，以期能在今后形成稳定性高、能自我维持、少人工管理的生态型绿地。

密云：北京生命线

北京林业大学水土保持学院曾和一些奥运相关部门建立合作，提出了一些切实可行的计划，以保证奥运期间的水质安全。虽说奥运只是一个短时间内的活动，但要做好也并不容易，需要长期、系统的安排。2005年，该学院院长、国家林业局水土保持重点开放实验室主任余新晓教授建议，应该尽快进行中幼林的抚育，即人工林的经营，作为保证整个水源安全的基础。北京市已经将这作为一个工程，几年来都坚持在做。

水库保护与经营

余教授多年来从事的主要工作之一就是研究密云水库流域植被和水之间的关系。起始于中国的商贸部及林业部与德国的技术合作部的一个合作项目，这是北京地区第一个国际合作环保项目，具体执行方为德国技术合作公司(GTZ)。他为此在德国慕尼黑大学呆了两年，为项目做储备。之后延续了很长时间，从1999年直到2008年，一直担任长达九年的“密云水库保护与经营技术研究项目”的中方专家。

北京林业大学在北京做林和水的关系、水源保护，到现在已经20多年了。1987年他们和北京林业局(后改名为北京园林绿化局)就在密云水库边上建了一个生态站，并被国家林业局批准为“首都圈森林生态定位研究观测站”，主题是如何保护大都市的环境与水源。

为什么要做密云水库，或者说这么关注密云水库呢？它是中国华北地区最大的一个生态水库，在全国来说这种规模的水库也是屈指可数，上世纪50年代末期开始修建，1961年开始蓄水，库容是43亿立方米。当初修建时是多目标的：防洪、发电、养殖、灌溉以及水源供应。随着水资源形势的变化，特别是到了90年代中期以后，其他的用途如工业、农业用水都退了出去，只剩下最重要的一个功能，即作为饮用水源。目前，北京共有1500万人口，其中70%～80%的人所喝的饮用水都来自与此。北京原来有两个大的水库：密云水库和官厅水库。但是官厅水库在建成和运行过程中有相当多的问题，它的上游主要部分位于河北境内，和密云水库一样，建成都是在上个世纪五十年代末六十年代初，这些年的发展过程中污染比较严重，九十年代初就退出了饮用水的供水系统，迫使密云水库从原来的多功能转向单功能，变成北京唯一的饮用水源地，因此很多人比喻密云水库是北京的生命线。密云水库作为北京的供水源主要有两种方式：一种是直接取水，进入水源厂进行处理，然后进入饮用水；另一种是水库放下来的水储存在以怀柔为中心的地下备用。

此外还有一个重要原因，从五十年代以来，来水量(上游的入库水)和降水量都在减少，面临双重压力。整个积水面积是15790平方公里，在北京境内也就5000平方公里，其余都在河北境内，承德和张家口两地。这些上游地区也要发展，无论是农业和种植业的变化，还是工业的进展都需要用水，这就导致来水量减少。特别是从1999年开始，一直处于相对偏干旱的状况下，很多年份降水不足正常降水量(550～600毫升/年)的2/3。根据他们掌握的资料显示，历史上密云水库最大的库存都不到30亿立方米。在干旱年份，每年储水量就10亿多，而北京一年正常用水量不会低于10～12亿立方米。这就是北京现在面临的水资源状况。

植被与水

关于如何做好密云水库的水资源保护工作，水利、环保、农村各部门都有自己的做法。余教授的研究是关注如何以生物措施为主体，通过植被达到保护水源的目的。他表示：“我们在科研方面做的工作就是如何通过植被来调节、涵养水源，让水量和水质都得到改善。从学科角度来说，做了大量基础性研究，要搞清楚森林以及森林植被到底对水有什么样的影响。反过来，水对植被又有什么影响。”在国内在一个区域连续集中地做这么长时间，还是非常少见的。

他们分别在群落水平、系统水平和景观水平这三个尺度上，选择典型流域和典型植被，长期观测现有植被，关注其水量、水质、土壤侵蚀状况，并且和生产结合进行一些处理，比如说原来植被较少，就采取人工造林或加强经营的方法让植被多起来，原来差的植被让它好起来，在时间上分别采集。通过这些工作，在理论上实现了几个比较重要的突破：搞清楚了三个层次——植被的冠层、地表的地被物层、临地土壤层对水作用和影响的机制过程。

在不同尺度上，森林植被对水的影响是不同的，越小的尺度影响越明显。产水量是一个很重要的指标。一个有趣的现象是“在小流域和坡地尺度，或者说在生态系统和群落这个水平上，植被的增加，从少到多，或者从没有变到有，都会使产水量降低。但在大尺度，几千平方公里的景观水平上，植被的增加带来的影响就是产水量增加。”这是一个在学术界存在重大争议的问题。余教授对此提出了自己的解释：小流域储水有限，森林对水的影响也是一个有限的短的过程。当流域范围增大之后，流域本身调节能力会加强，并不取决于森林。这时候有森林和没森林主要的区别在于：有森林的情况下可以使得地表水转化为地下水的量提高，所以从总径流角度来说，水并没有减少。

无论哪个尺度上做，植被的增加对水质的影响都是很明显的，越小的尺度越明显。氮、磷和COD污染指标都在下降。这就回答了关于密云水库的一个重要问题：在大气降水和径流减少的情况下，它的水质为什么没有发生变化？主要的原因在于这些年，密云水库整个的植被状况越来越好，北京有专门的水源保护林等项目在做这个工作。

再来谈谈土壤侵蚀的问题。无论哪个尺度，植被的增加都会使得侵蚀状况得到改善，而在小尺度上更明显。找到了一个重要的：生态用水定额。他们发现，在这个区域范围内，植被存在需要的最低用水量为375毫升，占这个区域平均降水量的68%。“数字是枯燥的，但它反映出来一条重要信息，那就是，在北京和河北这个半干旱区域，年降水量在500毫升以上，所以植被建设是有足够空间的。因为一直以来很多人对中国北方地区的植被建设提出一些异议，主要担忧在于水的限制。而我们的研究结果说明了这不是问题所在，简而言之就是有足够的水。”

理论也支撑了大量技术工作，比如找到了适宜在这个地区生长的树。它需要的特质是抗性很强——抗旱、低耗水、抗贫瘠，本身还得无污染。栎类的树种被认为比较适合，最典型的森林类型就是松栎混交型。华北地区是核桃和柿子的生长地，有的地方还是作为特产，但“我们并不建议在一级保护区种植这两个树种，原因在于它们的根系中醌和酚的含量很高，这些物质进入水体以后，对水体的质量影响较大。”他们还从林水平衡角度做了大量理论研究，大幅度降低了造林密度。现行国家规范是220～330株/亩，而余教授提出了一个低得多的数值：60～110株/亩为最佳。在整个华北地区，现有的天然林几乎为零。因为这个区域远古以来就是一个人类居住区，原来的树木几乎都不存在了，现有的主要是灌木，针对灌木，一些人工的、定向的恢复技术正在逐步实施起来，目的还是在于水源保护。

作者：佛心在海归商务发贴, 来自【海归网】 http://www.haiguinet.com

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