中非视角下的生态环境保护与治理

徐永新，祁继红,2

(1.西开普大学 地球科学系，南非 开普敦 7535; 2.河北工程大学 水利水电学院，河北 邯郸 056038)

1 中非水资源概况的对比

“丝绸之路经济带”和“21世纪海上丝绸之路”被简称为“一带一路”(见图1)，它贯穿了亚欧大陆，东边连接亚太经济圈，西边进入欧洲经济圈，在经济发展、改善民生等方面发挥了重要作用。而在“一带一路”沿线，除中亚地区的48个国家中绝大多数存在水安全问题外，沿线还存在一些水资源短缺的国家。

图1 “一带一路”路线图Fig.1 Roadmap of Belt and Road

非洲是“一带一路”沿线中的重要节点。非洲大陆有低地与高地，东南部是高原，西北部是平地(见图2)。东非大裂谷水资源比较丰富，分布了众多湖泊。在这个方面上，非洲不存在物理意义上的缺水，其缺水主要由于对水资源的管理不善、水法执行力度不够以及良政实施不到位造成的。很奇特的是非洲主要河流中的尼罗河、刚果(扎伊尔)河和赞比西河的河源区常有地下水补给。地下水和地表水之间的相互转化关系使得跨境流域系统的研究显得尤为复杂。

图2 非洲大陆地貌概况及年均降水量分布Fig.2 General geomorphology and annual average precipitation of Africa continent

非洲城市人口的年增长率为3.5%，总人口为12亿，相当于世界人口的14%，其中71%的人口年龄<25岁，说明非洲是一个很有活力的大洲。非洲有2 000多种语言，基督教占总人口的45%，穆斯林占40%。其中66%的人口生活依靠农业，有50%的非洲人每天的生活费不足1美元。根据国际贫困标准，这些人口还没有脱贫。北部非洲的城市化率高于撒哈拉以南的非洲地区，城市化的发展使人口的饮用水质量得到了改善。

非洲占世界大陆面积的20%，中国陆地面积约为非洲的1/3。非盟把非洲分成了5个区域经济共同体，以促进非洲全面稳定的发展。非洲仍有种族隔离阴影、技术落后和管理层腐败等问题，导致非洲大陆水资源的综合利用受到了阻碍。国家间也不乏为了争夺资源而发生的冲突，如：埃塞俄比亚在青尼罗河上修建了“大复兴”水坝，使得它与埃及的关系因尼罗河的水资源分配问题雪上加霜。

以上是对非洲基本情况介绍，下面通过数据对中国和非洲部分国家城市化发展及水资源的基本情况进行分析。赤道横穿非洲中部，那里降雨量丰沛，南北两端尤其是地中海气候带降水量偏少。2014年全球年均降水量分布见图3。由图3可知2014年非洲具有代表性的国家尼日利亚、埃塞俄比亚、南非、纳米比亚、埃及和中国的年均降水量分别为1 150、848、495、285、51、645 mm[1]。

图3 2014年全球年均降水量分布[1]Fig.3 Global annual average precipitation in 2014[1]

大数据显示的过去500 a(截至2015年)城市化进程情况中(见图4)[1]，南非城市化程度为64.83%；中国在近几年中发展较快,达到55.50%；尼日利亚和纳米比亚比较接近，分别为47.84%和46.90%;埃及近些年发展缓慢，为42.78%；埃塞俄比亚较低，仅为19.43%左右。

图4 过去500 a城市化进程情况(截至2015年)[1]Fig.4 Urbanization over the past five centuries (as of 2015)[1]

从1975—2015年的人均取水量数据(图5)[1]来看，埃及人均取水量最多，将近900 m3，中国约为400 m3，南非接近300 m3，纳米比亚接近200 m3，尼日利亚和埃塞俄比亚最低，不足150 m3。

图5 1975—2015年人均取水量情况[1]Fig.5 Water withdrawals per capita from 1975 to 2015[1]

1975—2016年水的生产率(每m3淡水抽取量的GDP)数据分析见图6[1]。由图6可知，尼日利亚水的生产率最高接近30美元，纳米比亚与南非接近，均>25美元；中国约为15美元，埃塞俄比亚约为5美元，埃及最低约3 美元。从这些数据中可知，不同国家在水资源的综合利用方面存在很大差距。当今水安全、水资源利用效率、气候变化和全球变化、海绵城市、老窑水、页岩气开发的水力压裂引起的环境影响、跨境(跨界)流域的研究以及国际间合作交流的建立是水资源利用及保护方面需要考虑的主要因素。

图6 1975—2016年水的生产率情况[1]Fig.6 Water productivity from 1975 to 2016[1]

2 中国水环境的巨变

近年来笔者应邀参与了林同棪国际工程咨询(中国)有限公司在中国的一些生态环境方面的咨询服务，结合国外的管理经验，分享近年来对中国水资源及生态环境保护的一些看法。生态文明写入中国宪法[2]，生态保护——绿水青山就是金山银山已成为基本理念，可见中国政府对生态环境保护的力度和决心之大。曾记得时代周刊的封面，写着“中国是世界上最大的建筑工地”。这是当时整个中国大陆的一个缩影。改革开放40多年来，中国发生了翻天覆地的变化，比如40 a来重庆两江四岸的巨变(见图7)。

图7 中国重庆40 a来的变化Fig.7 Change of Chongqing over the past four decades

中国城市化迅速发展，人口由1949年的约5.4亿发展到了2018年约14亿。人与滨水之间的关系也经历了惧水、近水到今天的亲水的过程。城市中滨水景观规划是一个系统工程，它由各种要素组成，形成不同的结构以展现其系统功能。其中生态服务部分也有各种属性，包括支持性服务、调节性服务以及社会效益，这些都应该放进一个大系统里去分析考虑。这涉及到从母系统到子系统，从子系统到母系统，以及子系统与子系统之间的相互作用关系等等。因此，人与滨水之间的关系不是相互独立的。

首先，分析一下水环境的问题。工业高速发展和迅速的城市化进程对水资源的需求和污水处理能力的要求也发生了变化。我国城市化的过程可以具体分为人口城市化、产业城市化和地域城市化3个方面，从产业角度来看就是劳动力从第一产业向第二、第三产业转移的过程。这种进程在相对较短的时间内全面展开，面对高度集中的城市供水调配引发了跨流域调水，包括西水东调、南水北调，以及正在考虑建设的红旗河工程。这些工程使水系重构，河湖环境变化。有些地区填湖造地，使得下垫面硬化，改变了城市水文动态，进而导致区域水量减少，生态基流不足[3-4],地下水利用不足。

工业的高速发展和迅速的城市化同时也带来大量污水的集中排放。我国的污水收集率由1978年的20%到了2018年的94%，在东部沿海地区还更高。这已经达到甚至超过发达国家标准。但污水处理和达标能力差，从城市到乡村，污水处理能力参差不齐。以重庆为例，污水处理项目有城市政府建设投资的，还有环保投资的等等。最大污水处理厂的处理能力有96万t/d，村镇有不少处理能力仅几十吨，处理能力很差。老城区内几乎都还是雨污合流制，雨污分流制还未实现全面覆盖。

上述问题的出现，在很多地区曾经导致了有河必干，有水必污的现象。2019年，笔者应邀去云阳县考察，获悉彭溪河的国控断面化学需氧量(COD)严重超标，水华时有暴发，尤其是在三峡大坝水位接近低水位时(比如145 m)问题尤为突出。

人们开始采取一些方法和措施对本地区的污染水体进行治理。 为了削减合流制溢流污染，监控工业、农业以及乡镇污染源，对入河湖的排污口进行了整治；同时实施清淤疏浚，加强水体以及岸线的垃圾治理；必要时，通过化学及生物化学手段实施水质净化；还要加强水体及生境的生态修复，比如打造城市环湖园林绿化及开展海绵城市建设；引用雨水、再生水、地下水作为生态补水，促进活水循环以用于恢复基流。总之，“外源截污、内源控制、水质净化、生态修复以及活水循环”这些治水方法都是原则性的。如果没有地域性与针对性，它会蜕变成放之四海而皆准的教条主义。

过于强调监测断面的水质达标，有可能导致大量水体(包括湖泊、河流)沦为大规模的露天污水处理场。有的流域过量引进单一树种，破坏了生物多样性，同时改变了在包气带内根部的水分分布，影响了土壤水的水循环功能。在降雨充沛地区、荒漠地区、盐碱化地区所种植的树种都是有区别的，比如笔者参与考察的河西走廊东南端甘肃武威的民勤湿地，它夹在西北边的巴丹吉林沙漠与东南边的腾格里沙漠之间。巴丹吉林沙漠的梭梭树与部分三北地区防护林的高大乔木、塔里木的胡杨柽柳、西南地区的速生经济作物是不同的。在西南地区，利用单一植物进行生态修复由来已久(20多年前)。森林是一种生态系统，单纯的单一树种与森林的生态功能相去甚远。如重庆的市树是黄葛树，近来却大量种植桂花树，银杏树植于公路街道两旁，其环境影响还有待评估。

人们生活、工作、休憩在流域上。水是流域的“血液”，缺少了它，就像人体缺少了血液一样，无法健康运行。流域“血液”供给不足，河/湖就会产生严重的“贫血”。河流如果接受过多的营养物质，就会患上“高血脂”，影响其“代谢”。“代谢”功能一旦受阻，就会产生一系列的“健康”问题，比如“富营养化”等一些病症。“患病”的流域就会出现问题(见图8)。

图8 水生态环境的恶化Fig.8 Deteriorated water eco-environment

中国新疆东南部的罗布泊曾经是中国第二大内陆湖[5]，其面积相当于7～8 个白洋淀。罗布泊曾经是一片一望无际的水域，生机盎然，肥美的水草和鲜活的鱼虾曾孕育了富饶繁荣的楼兰古国，曾是西域最美的“塞上江南”。 然而这片美丽的绿洲在20世纪中后期迅速退化，“萎缩”。到了70年代(1972年)，罗布泊已经滴水无存。实际上还有很多“疾病”如河流被 “截肢”，被 “毁/整容”，河流“发烧”或是出现 “脑梗”。这些种种，不是水质出了问题，而是环境中水资源质量出了问题。水质是我们取水样后送去测试可以得到的各种化学组分，而水资源质量不仅仅包括水质，还有水量及水文动态，以及相关的物理、生化参数。水资源质量的目标就是要把水资源质量量化、标配化、区间化。

水资源质量的管理目标，要地域化，即针对每个流域应该有不同的管理级别或目标，也涉及到系统的尺度问题。不同的管理级别有不同的资源质量指标[4]。现以南非开普敦的一条河流健康治理保护为例。按照1998年南非颁布的水法规定，任何一条河流中的每一个监测断面都会有5个评价指标，即河岸植被指标、生境完整性指标、水质、鱼类指标和南非评分系统[6-7](见图9)。南非中央政府每年都要向居民在线公布河流健康状况报告。在执行这种健康治理保护的方法后，南非的河流生境保护较为良好。

图9 南非水资源质量评价体系Fig.9 Assessment system for water resource quality in South Africa

3 对重庆“清水绿岸”保护的思考

在生态环境保护中，生态区的划分是一个很重要的概念，其中有：地质地貌分区，如我国的三级地貌；气候分区，如热带季风气候、亚热带季风气候、温带季风气候、温带大陆性气候和高山高寒气候；生态分区，如森林、草原、湿地、荒漠、农田和城市生态系统；流域分区，如一级流域、二级流域等，或是两江四岸(是长江流域上游的一个子系统[8])等。

以四山三谷的清水绿岸和两江四岸为例，两江四岸受控于四山三谷的地质地貌条件。要营造人水和谐的城市滨水区，需要关注这里约400多km的河道与近400 km的岸线(清水绿岸和两江四岸)，需要有一个健康的水环境、水生生态环境、生物生态环境的支持与调节。因此，制定了“清水绿岸”和“两江四岸”的治理目标。

“清水绿岸”：计划到2021年，建成20条共约427 km长的“清水绿岸”，把原黑臭水体打造成为鱼翔浅底的清澈河流、开放共享的绿色长廊、舒适宜人的生态空间。河流水质力争达到地表水环境质量Ⅳ类及以上标准(到2020年，基本消除劣Ⅴ类水体)，主要河段全年不断流并保持稳定生态基流，流域范围内394 km2城市建成区基本达到海绵城市规划指标要求，绿化缓冲带的绿化覆盖率达到80%以上。同时，建立健全城市水环境治理长效机制，实现城市水体长制久清。

“两江四岸”：两江四岸沿长江，上起九龙坡区西彭镇，下至江北区五宝镇；沿嘉陵江，上起北碚城区，下至渝中区朝天门;河道中心线长度约180 km，两侧岸线总长约394 km(含江津段30 km)。 打造山清水秀生态带、立体城市景观带、便捷共享游憩带、人文荟萃风貌带的生态景观产品(见图10)。

图10 都市区主要次级河流地理空间分布Fig.10 Geographic and spatial distribution of major secondary rivers in urban Chongqing

在打造人水和谐的生态景观产品的时候，需要考虑这个产品的属性，包括它的安全性、实用性、美观性、经济性以及标志性，最后还有人民的满意度。“清水绿岸”和“两江四岸”的治理不能忽略消落带的影响[9-10]，它是三峡库区消落带与嘉陵江等次级支流消落带在主城区的一种迭加而产生的动态水环境。 因此，应该充分考虑需要治理的这个系统各方面的因素，只有这样才能准确定位。

重庆市山城的特点是“地上地下一体化”，这对系统的工程地质条件分析非常重要。如对两江四岸的地质及地貌的分析，传统的河谷地貌学对各种阶地的研究及分类，以及由消落带诱发的边坡稳定问题，还有嘉陵江组的岩溶管道在两江四岸的分布规律等等。如果流域地质环境出了问题，城市滨水区就可能有风险。在重庆这个四山三谷体系中地下水和地表水的相互作用非常重要(见图11、图12(a))。需要弄清楚有多少地下水流入了两江。利用水文地质剖面[3]来表达岩溶管道系统在两江四岸的可能分布特点，因为岩溶通道常常变成最危险的污染通道。

从统计数据来看，主城区地下水年资源量为5.32亿m3，若按人均日用水量136 L计算，可满足1 000万人/a的用水量， 但地下水实际利用率不高[3](见表1)。在生态修复中，怎样高效利用现有水资源包括地下水资源来减轻乡镇供水问题，以及如何利用地下水进行生态补水,可以从重庆山地的特殊地貌特点来探讨如何综合利用五水(降水、森林水、地表水、土壤水以及包括岩溶水在内的地下水)来保护进行生态环境。

图11 重庆“四山”地质全景模型Fig.11 Geologic model of “Four Mountains”in Chongqing

表1 2019年主城各地区地下水水资源量和使用情况Table 1 Groundwater storage and usage in districts of urban Chongqing in 2019

山上的岩溶槽谷常可作为理想的地下水库选址，比如海底沟水库。这里主要是要管理好含水层的储存以及它对生态补偿的调节功能[11](图12)。

图12 重庆“四山”A-A′水文地质剖面图及其地下水库的调节功能示意图Fig.12 Hydrologic and geologic profile of A-A′ section and the regulation function of underground reservoir

海底沟水库发源于嘉陵江组岩溶系统[12]，是中国最大的地下水库，地下库容约1 340万m3，水域面积超过60 km2，为渝中区的2倍。水库的水位海拔近400 m，高出嘉陵江近200 m。日流量为10 000多m3，具有供水、养鱼(三文鱼)以及休闲旅游等生态服务功能。

4 结 语

尽管中国和非洲在生态环境保护方面存在差异，但是都应该遵循可持续发展这一基本原则。流域水资源质量是河湖整体健康的一个重要概念，河流的健康不是追求单一的断面指标达标，而是需要对各级流域系统的水资源质量制定目标函数，而不是单一的水质等级分类达标，同时要减少对河湖的治理和改造。要坚持河长制基本原则中提到的尊重自然、顺应自然、保护自然的理念；坚持问题导向，因地制宜，一河一策、一湖一策。

人类在地球上出现的时间很短。如果把46亿年的地球历史折算成为12 h的话，那么人类出现的时间仅仅是最后的十几秒。即使很短，但人类出现至今，对地球已产生了重大影响，甚至已对它进行了破坏性改造。因此有些学者提出，我们已经从“全新世”进入了“人类世”。只有达到生态文明，尊重自然，适应自然，保护自然，合理利用自然，才能够做到真正的可持续发展。 因此，在水生态环境的治理中建立怎样的水资源质量分级管理体系，尽量以自然修复为原则去修复生态环境，这才是我们真正应该思考与解决的问题。

致谢：第一作者在疫情期间应邀回到中国，得益于中国外国专家局的邀请及中国驻南非大使馆的帮助。感谢长江水利委员会和长江科学院邀请第一作者作专题报告。