［美國(guó)］ R.E.弗里亞斯 等

美國(guó)可持續(xù)水規(guī)劃采用的水資源管理技術(shù)

［美國(guó)］ R.E.弗里亞斯 等

圍繞水資源的可持續(xù)發(fā)展，結(jié)合美國(guó)缺水方面的管理經(jīng)驗(yàn)，介紹了目前美國(guó)可持續(xù)水規(guī)劃中所使用的一些水資源管理技術(shù)，包括缺水管理和流域生態(tài)管理方面的技術(shù)，如實(shí)施最佳流域管理實(shí)踐(BMP)，以及低影響開發(fā)(LID)等。并對(duì)項(xiàng)目選擇和優(yōu)先排序的標(biāo)準(zhǔn)，以及美國(guó)正在實(shí)施的“大沼澤地”生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)項(xiàng)目進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。

水資源管理;可持續(xù)水規(guī)劃;最佳流域管理實(shí)踐(BMP);低影響開發(fā)(LID);管理技術(shù);美國(guó)

資源可持續(xù)的利用與管理，既要求滿足當(dāng)代人的需求，又要求能提高子孫后代滿足其需求的能力。美國(guó)總統(tǒng)設(shè)立的可持續(xù)發(fā)展理事會(huì)認(rèn)為:經(jīng)濟(jì)發(fā)展應(yīng)當(dāng)使當(dāng)代人和后代人都受益，并且不會(huì)對(duì)地球的生態(tài)系統(tǒng)或者資源系統(tǒng)造成破壞性的影響。為此，流域管理者需要制定可行的可持續(xù)規(guī)劃進(jìn)行水資源管理，如應(yīng)對(duì)缺水、洪水及水質(zhì)等方面的問(wèn)題，并適應(yīng)目前及未來(lái)潛在的、可能的氣候變化。

1 可持續(xù)水規(guī)劃

所謂可持續(xù)水規(guī)劃，就是在可持續(xù)原理的基礎(chǔ)上，采用穩(wěn)健而多樣化的長(zhǎng)期規(guī)劃和管理方法來(lái)全面解決影響水資源管理和開發(fā)的環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)方面的問(wèn)題。水規(guī)劃者應(yīng)充分理解面臨的各種水資源問(wèn)題，以使規(guī)劃所作出的決定對(duì)目前和未來(lái)都是適合的，同時(shí)認(rèn)清未來(lái)的不確定因素。這就是為什么可持續(xù)水規(guī)劃提供的綜合性方法能夠解決全流域管理、生態(tài)系統(tǒng)管理、缺水和多雨天氣等問(wèn)題的部分原因。

流域管理和生態(tài)系統(tǒng)管理的重點(diǎn)在于弄清和管理徑流、徑流量及環(huán)境，以便對(duì)流域環(huán)境進(jìn)行保護(hù)。人們?yōu)閷で蟪鞘械目焖侔l(fā)展而制定的不完善城市規(guī)劃，可能會(huì)增加徑流的峰值流量及徑流量，并因土壤侵蝕和非點(diǎn)源性污染而造成地表水水質(zhì)下降。作為城市水資源管理和規(guī)劃的一部分，可以以流域?yàn)閱卧獙?shí)施最佳管理實(shí)踐(BMP)，以管理徑流和保護(hù)水源(包括地下水和地表水)供應(yīng)。

缺水可能是人口增長(zhǎng)和開發(fā)造成的用水競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果，也可能是水源減少的結(jié)果，包括水源獲得的安全性和穩(wěn)定性，與氣候變化或者氣候適應(yīng)能力，以及與不斷增加的用水限制措施等均有關(guān)系。受到限制的經(jīng)濟(jì)條件也會(huì)制約或者減少實(shí)施大型供水工程的資金。

應(yīng)對(duì)這些問(wèn)題的一種持續(xù)性方式為:首先檢查供水系統(tǒng)，提高供水系統(tǒng)的供水效率(例如擴(kuò)大系統(tǒng)的蓄水量)，提供優(yōu)化服務(wù)(例如更新或者改進(jìn)系統(tǒng)操作)，然后執(zhí)行需求管理計(jì)劃(如水土保持)，以作為增加供水水源的一種方式。在實(shí)施這些關(guān)鍵性措施時(shí)，也需要考慮為開發(fā)多樣性供水制定長(zhǎng)期的供水規(guī)劃。

例如，波多黎各供水和污水管理局(PRASA)是為波多黎各居民提供水源和污水處理服務(wù)的政府部門。最近面臨的任務(wù)是需要增加拉哈斯(Lajas)灌區(qū)的供水，以滿足該地區(qū)未來(lái)發(fā)電、農(nóng)業(yè)、環(huán)境(為卡塔赫納瀉湖供水)及飲用水的需求。拉哈斯灌溉系統(tǒng)是一個(gè)地表供水系統(tǒng)，位于島嶼的西南部，由2座水電站和6座水庫(kù)組成(部分水庫(kù)泥沙淤積已經(jīng)相當(dāng)嚴(yán)重)，電站和水庫(kù)由輸水隧洞連接。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，PRASA攜手其他政府機(jī)構(gòu)決定對(duì)灌溉系統(tǒng)的調(diào)度進(jìn)行優(yōu)化，使水庫(kù)溢流量最小化，從而達(dá)到使水庫(kù)蓄水量、水電站發(fā)電量最大化的目的。這種規(guī)劃方式將通過(guò)降低成本、增加投資效益來(lái)增加系統(tǒng)的供水，同時(shí)能夠避免近期實(shí)施花費(fèi)較多的大型投資項(xiàng)目，例如水庫(kù)清淤和疏浚等。

多雨的天氣條件會(huì)導(dǎo)致洪水和超強(qiáng)度的暴雨徑流，造成水資源質(zhì)量下降，污水收集系統(tǒng)負(fù)擔(dān)過(guò)重，從而導(dǎo)致合流制系統(tǒng)污水溢流(CSO)達(dá)不到聯(lián)邦和州規(guī)章的要求，并造成生命財(cái)產(chǎn)損失。由于目前的動(dòng)態(tài)氣候條件仍將持續(xù)，因此，合理評(píng)估和規(guī)劃現(xiàn)有排水基礎(chǔ)設(shè)施極為重要，以便于管理增加的徑流，充分利用暴雨洪水，并將其作為一種供水水源。

2 全面水資源管理

每項(xiàng)技術(shù)在針對(duì)某一特定地區(qū)或某一特定時(shí)段時(shí)，其優(yōu)勢(shì)和重點(diǎn)各不相同。盡管重點(diǎn)可能是一個(gè)或者兩個(gè)決定性參數(shù)，或者是效果和效益的比較，但還是要謹(jǐn)慎考慮到可能受決策影響的外部因素或者是其他因素。規(guī)劃中選定的參數(shù)可能受公眾對(duì)基本建設(shè)改擴(kuò)建項(xiàng)目、資金約束以及為大多數(shù)人謀取社會(huì)效益等需求的驅(qū)動(dòng)。更為可能的是，在制定建議方案時(shí)，可以對(duì)因果關(guān)系進(jìn)行更廣泛的評(píng)估。如果設(shè)計(jì)決定是基于最小化投資和預(yù)算周期作出的，則這些參數(shù)中只有少數(shù)的幾個(gè)可能會(huì)被進(jìn)一步量化，或者給出具體的投資效益。如果沒(méi)有進(jìn)行這種廣泛的評(píng)估，則所實(shí)施的水利基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目可能不符合《國(guó)家環(huán)境政策法》這一類型的法律的要求，或者人們可能會(huì)就政策的一致性、公眾可接受性，或者能否獲得資金支持等提出質(zhì)疑。

通常，可以將一系列單一的技術(shù)進(jìn)行整合，用在各種可供選擇的綜合性項(xiàng)目中，然后對(duì)這些方案進(jìn)行規(guī)劃以滿足具體的需要。例如，獲得具體水文條件下的年平均水量，減少雨污水的溢出量，使雨污水總量不超過(guò)排水系統(tǒng)的排泄能力，基于具體的碳排放量設(shè)計(jì)基礎(chǔ)設(shè)施，或者減少能源的使用和物質(zhì)消耗。然后根據(jù)一系列可持續(xù)標(biāo)準(zhǔn)或者原則對(duì)這些項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)估，最后通過(guò)一個(gè)專業(yè)的和透明的決策支持過(guò)程，將這種評(píng)估作為確定優(yōu)先項(xiàng)目的方式。

項(xiàng)目選擇和優(yōu)先排序的標(biāo)準(zhǔn)如下:

(1)整體性?？紤]人與生態(tài)的關(guān)系，以維持生物物理系統(tǒng)的整體性，以及人類所依賴的、不可替代的生態(tài)支持功能。

(2)充足性和機(jī)會(huì)。確保有足夠的資源來(lái)維護(hù)預(yù)期水平的服務(wù)，每個(gè)人都有機(jī)會(huì)尋求改善的途徑，并且不傷害子孫后代尋求效益和機(jī)會(huì)的可能性。

(3)平等性。從各種不同的用戶群中進(jìn)行有效選擇，但要縮小在健康、安全、社會(huì)認(rèn)同和政治影響等方面不可接受的差距。這些用戶可能是目前人口中不同的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)群體或具有不同價(jià)值觀的群體，當(dāng)考慮子孫后代時(shí)，這些人群也可能是好幾代人。

(4)效率性。減少對(duì)物質(zhì)、勞力和能源的總需求，并減輕對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的其他壓力。

(5)民主和文明。加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施能力建設(shè)，在一個(gè)信息更加發(fā)達(dá)、綜合性更強(qiáng)的管理、市場(chǎng)、體制及個(gè)人決策等實(shí)踐中應(yīng)用可持續(xù)性原則。

(6)不確定性和彈性。減少不確定性，避免對(duì)可持續(xù)性基礎(chǔ)造成嚴(yán)重的或不可挽回的損失，并且要應(yīng)對(duì)突發(fā)事件，進(jìn)行適應(yīng)性管理。

(7)短期和長(zhǎng)期的一致性。立即和交互實(shí)施可持續(xù)性的所有原則，尋求相互支持的長(zhǎng)期效益。

對(duì)一個(gè)或者兩個(gè)變量進(jìn)行規(guī)劃，其優(yōu)越性在于，這種規(guī)劃能夠進(jìn)行直接對(duì)比，以及立刻進(jìn)行權(quán)衡評(píng)估。然而卻不能將這些內(nèi)容統(tǒng)合到復(fù)雜的水和自然系統(tǒng)中去，因此不能提供一個(gè)綜合的可持續(xù)的水資源管理方式。應(yīng)當(dāng)綜合考慮流域與生態(tài)系統(tǒng)管理、缺水和多雨天氣條件各種內(nèi)在的和外在的關(guān)系。實(shí)際操作中，應(yīng)該對(duì)這些相互之間的關(guān)系進(jìn)行評(píng)估，以確定未來(lái)基本改擴(kuò)建項(xiàng)目申請(qǐng)和實(shí)施所必需的計(jì)劃步驟。

例如，在考慮流域管理和生態(tài)系統(tǒng)管理時(shí)，可以進(jìn)行供水研究，以確定未來(lái)可持續(xù)供應(yīng)水源，可能包含有對(duì)未來(lái)氣候變化的合理假設(shè)。一個(gè)綜合的流域管理規(guī)劃還需要包括對(duì)水質(zhì)和水量的保護(hù)，以及對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施適應(yīng)未來(lái)徑流流量、防洪和水資源保護(hù)的能力進(jìn)行可持續(xù)評(píng)估。

圖1示出了在綜合性或者整體性水資源管理中能夠使用的一些相互關(guān)聯(lián)的技術(shù)，用于應(yīng)對(duì)缺水的其他技術(shù)還包括水庫(kù)和基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行、水資源重新分配(短期的和長(zhǎng)期的)，以及系統(tǒng)效益評(píng)估等。

圖1 可持續(xù)水資源管理規(guī)劃技術(shù)

在美國(guó)南佛羅里達(dá)州，正在實(shí)施一個(gè)名為“大沼澤地”(Everglades)的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)項(xiàng)目，有3個(gè)項(xiàng)目區(qū)被納入該規(guī)劃。為了恢復(fù)這片超大沼澤地的生態(tài)系統(tǒng)，流域管理者將重點(diǎn)放在在正確的時(shí)間分配正確的水量和確保一定的水質(zhì)上，以解決流域和生態(tài)系統(tǒng)的問(wèn)題，以及缺水和多雨天氣的問(wèn)題等。

流域和生態(tài)管理包括實(shí)施BMP，例如在農(nóng)耕地帶種植條狀植被，以過(guò)濾流經(jīng)畜牧區(qū)的徑流，減少?gòu)搅髦袪I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量等。建立暴雨洪水處理區(qū)，以在徑流進(jìn)入“大沼澤地”之前，進(jìn)一步減少?gòu)搅髦袪I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量，處理好奧基喬比(Okeechobee)湖的富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題。佛羅里達(dá)州政府部門通過(guò)購(gòu)買大片的農(nóng)業(yè)耕地，將會(huì)極大地促進(jìn)水資源管理，改善整個(gè)流域的供水，提高水質(zhì)和促進(jìn)環(huán)境恢復(fù)。

缺水問(wèn)題則可以通過(guò)以下兩種方式加以解決:①將多余的水蓄入地上水庫(kù)中;②通過(guò)實(shí)施含水層儲(chǔ)存與回采(ASR)技術(shù)來(lái)增加地下水蓄量。增加的蓄水量將會(huì)在干旱期提供給“大沼澤地”，以解干旱燃眉之需，同時(shí)在濕潤(rùn)多雨的季節(jié)儲(chǔ)蓄更多的洪水徑流。

多雨天氣形成的徑流可以通過(guò)修建地表水庫(kù)的方法加以解決。水庫(kù)增加的庫(kù)容，能夠產(chǎn)生防洪效益并改善水質(zhì)，這主要是通過(guò)減少洪峰流量和管理徑流量，進(jìn)而管理剩余徑流量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

在“大沼澤地”生態(tài)恢復(fù)的實(shí)例中，當(dāng)這3個(gè)區(qū)作為綜合性可持續(xù)水資源管理方式的一部分進(jìn)行整合時(shí)，它能夠使環(huán)境效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益最大化。如果單獨(dú)考慮這幾個(gè)區(qū)，則需要的經(jīng)費(fèi)將會(huì)更多。在這種情形下，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，“大沼澤地”的利益相關(guān)方會(huì)得到回報(bào)。當(dāng)考慮減洪、水質(zhì)改善，以及同時(shí)減少建筑材料和勞力方面的花費(fèi)時(shí)，將會(huì)獲取更大的效益。

盡管有很多水資源管理技術(shù)可以利用，但是可持續(xù)水規(guī)劃受那些重點(diǎn)在于能夠保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)、增加水源供應(yīng)和管理洪水條件的技術(shù)的支持。下文介紹的是一些在水規(guī)劃時(shí)需要考慮的、能夠促進(jìn)可持續(xù)水資源綜合管理和一體化管理的技術(shù)和實(shí)踐。

3 流域和生態(tài)系統(tǒng)管理

流域和生態(tài)管理技術(shù)包括通過(guò)改善水質(zhì)和供水方面的服務(wù)保護(hù)地表和地下供水水源的流域管理方法及實(shí)踐。

低影響開發(fā)(LID)是一種綜合性的土地規(guī)劃和工程設(shè)計(jì)方式，旨在維持和保持城市和流域在人類開發(fā)之前的水文流量特征。大多數(shù)的國(guó)家對(duì)維護(hù)流域的歷史環(huán)境和條件作了法律要求，而LID則提供了達(dá)到這些要求的方式。

通過(guò)LID可在源頭或者接近源頭的地方管理徑流，這些管理控制分布均勻、分散且范圍很小。BMP為其控制形式，即將模擬站點(diǎn)的水文特征設(shè)計(jì)成人類開發(fā)之前的特征，設(shè)計(jì)技術(shù)包括通過(guò)入滲、過(guò)濾、蓄水、蒸發(fā)過(guò)程將徑流基本上維持在水源區(qū)。

BMP包括:

(1)蓄滯洪區(qū)。蓄滯洪區(qū)是種植了植被的洼地，除了降雨期間或降雨之后的其他任何時(shí)間都是干涸的。地表水徑流流到洼地，但有一定量的徑流被保留下來(lái)用以改善水質(zhì)，其他的徑流允許滲入可透水的泥沙層。在正常設(shè)計(jì)的情況下，只要所滯蓄的水下滲之前沒(méi)有降雨，蓄滯洪區(qū)是沒(méi)有出流的。

(2)滯留池。和蓄滯洪區(qū)不同的是，滯留池是指全年或者雨季可能有，也可能沒(méi)有永久性蓄水的水池，也叫暴雨水池或者雨季水塘，這些蓄水池塘周邊有植被(濕地)，通過(guò)泥沙沉淀和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的化學(xué)吸收，對(duì)流入池內(nèi)的暴雨徑流進(jìn)行處理。在正常運(yùn)行情況下，根據(jù)設(shè)計(jì)，這些池塘滯蓄的出流量要小于下游河道設(shè)計(jì)的排泄能力，并且其流速要明顯低于入流。

(3)植被洼地。植被洼地通常是寬淺的河槽，河槽的兩邊、坡地和底部種植了茂密的直立型植被，例如蘆葦?shù)取Ｖ脖煌莸乜梢允侨斯ぴO(shè)計(jì)或者天然形成的，可以用來(lái)沉積徑流中特殊的污染物，例如懸浮泥沙、重金屬等，對(duì)暴雨徑流進(jìn)行過(guò)濾，減緩暴雨洪水的流速，進(jìn)而減少對(duì)土壤的沖刷。

(4)集雨園。集雨園是指長(zhǎng)著天然深根植物的淺盆地或者淺洼地，這些植物允許水流滲入土壤中。適當(dāng)合理的集雨園能夠有效地沉積暴雨徑流中大部分常見污染物，改善水質(zhì)，促進(jìn)污染物轉(zhuǎn)化為無(wú)毒物質(zhì)。

(5)透水性鋪蓋。透水性鋪蓋是能夠承受一定重量的鋪蓋，同時(shí)下面還有一層粒狀結(jié)構(gòu)，便于水流在入滲和排入控制出口之前可暫時(shí)存蓄起來(lái)。水滲入顆粒狀物質(zhì)，從而使從非透水區(qū)流出來(lái)的徑流流速減緩。

(6)滲濾槽。滲濾槽是一種填滿了碎石和石塊的低淺的渠槽，它能夠形成臨時(shí)性地下蓄水池，增加暴雨徑流的下滲。徑流通過(guò)渠槽的底部和濾槽兩側(cè)進(jìn)入底土，最終到達(dá)地下水面。

BMP包括各種合理的方式和手段，能夠被納入LID的組成部分，通過(guò)無(wú)數(shù)個(gè)成本低、效益高的系統(tǒng)方法在源頭上限制暴雨徑流的流速。當(dāng)對(duì)為降低徑流流速和減少?gòu)搅髁慷ǖ男^(qū)域的排水系統(tǒng)進(jìn)行管理時(shí)，在區(qū)域及以下層面考慮實(shí)施BMP很重要，因?yàn)檫@能夠大大減少暴雨徑流管理和處理方面的花費(fèi)。

4 結(jié)論

水資源管理不善或管理效率低下對(duì)全人類都有負(fù)面影響，不管是在發(fā)展中國(guó)家還是發(fā)達(dá)國(guó)家。實(shí)際上，全球每30 min就會(huì)有125人死于因飲用水惡化而導(dǎo)致的水傳播疾病。

水系統(tǒng)是相互關(guān)聯(lián)的，且當(dāng)有目的地對(duì)運(yùn)行工程和基本建設(shè)改擴(kuò)建項(xiàng)目進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，水系統(tǒng)便能夠發(fā)揮多種效果和效益。美國(guó)聯(lián)邦和州的相關(guān)制度要求，應(yīng)對(duì)所建議采取的行動(dòng)的整體原因和效果進(jìn)行評(píng)估，而這種評(píng)估在認(rèn)定對(duì)環(huán)境破壞最小或者是投資最省的項(xiàng)目方面起著關(guān)鍵性作用。人們常常尋求多個(gè)目標(biāo)，并從所選擇的方式中獲得次要的效益和效果。

聯(lián)邦和州為公共健康和環(huán)境保護(hù)制定的政策已經(jīng)制約了附加的規(guī)章制度的執(zhí)行，從而影響了企業(yè)或者實(shí)體對(duì)其基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的管理，包括供水水源、污水管理和水質(zhì)保護(hù)等。這些公共政策的制定通常會(huì)隨著嚴(yán)重程度、實(shí)施進(jìn)度以及圍繞政治進(jìn)程的各種要素的變化而變化。可持續(xù)水規(guī)劃應(yīng)當(dāng)考慮所有管理者在將決策轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行規(guī)劃時(shí)遇到的經(jīng)費(fèi)問(wèn)題，而這些規(guī)劃在資金投入方面是可以接受的，并且得到政治上的支持。

對(duì)于專業(yè)規(guī)劃者來(lái)說(shuō)，將水和自然資源系統(tǒng)作為一個(gè)整體進(jìn)行考慮很重要。這對(duì)用戶滿足其目前和未來(lái)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的需求既是限制也是機(jī)會(huì)。

水資源綜合規(guī)劃者可以建立一個(gè)大型的技術(shù)工具箱，應(yīng)當(dāng)使用透明的、包括了多方利益集團(tuán)以及信息靈通的決策支持方式提出靈活的建設(shè)性建議。如果應(yīng)用得當(dāng)，這些方法可以支持政治進(jìn)程，適應(yīng)需要的基本建設(shè)改擴(kuò)建項(xiàng)目，并能夠應(yīng)對(duì)常常需要增加服務(wù)成本的現(xiàn)實(shí)。

建立技術(shù)工具箱可能是采納和實(shí)施大型水資源項(xiàng)目過(guò)程中最簡(jiǎn)單的一環(huán)。更大的困難包括獲得不同社會(huì)群體(政治的、環(huán)境的、經(jīng)濟(jì)發(fā)展組織等)的支持，這就是為什么精心開發(fā)的、設(shè)計(jì)良好的技術(shù)總是被束之高閣的原因。

如果技術(shù)方案得不到實(shí)施，基礎(chǔ)設(shè)施就不能為用戶提供滿意的服務(wù)，并且當(dāng)危機(jī)發(fā)生時(shí)，還要為未來(lái)更大的投資承擔(dān)更多的責(zé)任。這在拉斯維加斯(內(nèi)華達(dá)州南部)、坦帕(美國(guó)佛羅里達(dá)州西部港市)和薩克拉門托三角洲(加州)等很常見。

面對(duì)諸多壓力——人口增長(zhǎng)、基礎(chǔ)設(shè)施老化、改擴(kuò)建基礎(chǔ)設(shè)施資金投入滯后、變化的水文條件(包括干旱和洪水)，以及多方利益團(tuán)體要求更多參與政治進(jìn)程等，迫切需要有一個(gè)可持續(xù)的水規(guī)劃。

李紅梅 孔祥林 摘譯自《美國(guó)水行業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)刊》

2009年第5期

TV213.4

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1006-0081(2011)09-0001-04

2011-04-20