徐永新，祁繼紅,2

(1.西開普大學(xué) 地球科學(xué)系，南非 開普敦 7535; 2.河北工程大學(xué) 水利水電學(xué)院，河北 邯鄲 056038)

1 中非水資源概況的對(duì)比

“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”和“21世紀(jì)海上絲綢之路”被簡(jiǎn)稱為“一帶一路”(見圖1)，它貫穿了亞歐大陸，東邊連接亞太經(jīng)濟(jì)圈，西邊進(jìn)入歐洲經(jīng)濟(jì)圈，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展、改善民生等方面發(fā)揮了重要作用。而在“一帶一路”沿線，除中亞地區(qū)的48個(gè)國(guó)家中絕大多數(shù)存在水安全問題外，沿線還存在一些水資源短缺的國(guó)家。

圖1 “一帶一路”路線圖Fig.1 Roadmap of Belt and Road

非洲是“一帶一路”沿線中的重要節(jié)點(diǎn)。非洲大陸有低地與高地，東南部是高原，西北部是平地(見圖2)。東非大裂谷水資源比較豐富，分布了眾多湖泊。在這個(gè)方面上，非洲不存在物理意義上的缺水，其缺水主要由于對(duì)水資源的管理不善、水法執(zhí)行力度不夠以及良政實(shí)施不到位造成的。很奇特的是非洲主要河流中的尼羅河、剛果(扎伊爾)河和贊比西河的河源區(qū)常有地下水補(bǔ)給。地下水和地表水之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系使得跨境流域系統(tǒng)的研究顯得尤為復(fù)雜。

圖2 非洲大陸地貌概況及年均降水量分布Fig.2 General geomorphology and annual average precipitation of Africa continent

非洲城市人口的年增長(zhǎng)率為3.5%，總?cè)丝跒?2億，相當(dāng)于世界人口的14%，其中71%的人口年齡<25歲，說明非洲是一個(gè)很有活力的大洲。非洲有2 000多種語言，基督教占總?cè)丝诘?5%，穆斯林占40%。其中66%的人口生活依靠農(nóng)業(yè)，有50%的非洲人每天的生活費(fèi)不足1美元。根據(jù)國(guó)際貧困標(biāo)準(zhǔn)，這些人口還沒有脫貧。北部非洲的城市化率高于撒哈拉以南的非洲地區(qū)，城市化的發(fā)展使人口的飲用水質(zhì)量得到了改善。

非洲占世界大陸面積的20%，中國(guó)陸地面積約為非洲的1/3。非盟把非洲分成了5個(gè)區(qū)域經(jīng)濟(jì)共同體，以促進(jìn)非洲全面穩(wěn)定的發(fā)展。非洲仍有種族隔離陰影、技術(shù)落后和管理層腐敗等問題，導(dǎo)致非洲大陸水資源的綜合利用受到了阻礙。國(guó)家間也不乏為了爭(zhēng)奪資源而發(fā)生的沖突，如：埃塞俄比亞在青尼羅河上修建了“大復(fù)興”水壩，使得它與埃及的關(guān)系因尼羅河的水資源分配問題雪上加霜。

以上是對(duì)非洲基本情況介紹，下面通過數(shù)據(jù)對(duì)中國(guó)和非洲部分國(guó)家城市化發(fā)展及水資源的基本情況進(jìn)行分析。赤道橫穿非洲中部，那里降雨量豐沛，南北兩端尤其是地中海氣候帶降水量偏少。2014年全球年均降水量分布見圖3。由圖3可知2014年非洲具有代表性的國(guó)家尼日利亞、埃塞俄比亞、南非、納米比亞、埃及和中國(guó)的年均降水量分別為1 150、848、495、285、51、645 mm[1]。

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

大數(shù)據(jù)顯示的過去500 a(截至2015年)城市化進(jìn)程情況中(見圖4)[1]，南非城市化程度為64.83%；中國(guó)在近幾年中發(fā)展較快,達(dá)到55.50%；尼日利亞和納米比亞比較接近，分別為47.84%和46.90%;埃及近些年發(fā)展緩慢，為42.78%；埃塞俄比亞較低，僅為19.43%左右。

圖4 過去500 a城市化進(jìn)程情況(截至2015年)[1]Fig.4 Urbanization over the past five centuries (as of 2015)[1]

從1975—2015年的人均取水量數(shù)據(jù)(圖5)[1]來看，埃及人均取水量最多，將近900 m3，中國(guó)約為400 m3，南非接近300 m3，納米比亞接近200 m3，尼日利亞和埃塞俄比亞最低，不足150 m3。

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

1975—2016年水的生產(chǎn)率(每m3淡水抽取量的GDP)數(shù)據(jù)分析見圖6[1]。由圖6可知，尼日利亞水的生產(chǎn)率最高接近30美元，納米比亞與南非接近，均>25美元；中國(guó)約為15美元，埃塞俄比亞約為5美元，埃及最低約3 美元。從這些數(shù)據(jù)中可知，不同國(guó)家在水資源的綜合利用方面存在很大差距。當(dāng)今水安全、水資源利用效率、氣候變化和全球變化、海綿城市、老窯水、頁巖氣開發(fā)的水力壓裂引起的環(huán)境影響、跨境(跨界)流域的研究以及國(guó)際間合作交流的建立是水資源利用及保護(hù)方面需要考慮的主要因素。

圖6 1975—2016年水的生產(chǎn)率情況[1]Fig.6 Water productivity from 1975 to 2016[1]

2 中國(guó)水環(huán)境的巨變

近年來筆者應(yīng)邀參與了林同棪國(guó)際工程咨詢(中國(guó))有限公司在中國(guó)的一些生態(tài)環(huán)境方面的咨詢服務(wù)，結(jié)合國(guó)外的管理經(jīng)驗(yàn)，分享近年來對(duì)中國(guó)水資源及生態(tài)環(huán)境保護(hù)的一些看法。生態(tài)文明寫入中國(guó)憲法[2]，生態(tài)保護(hù)——綠水青山就是金山銀山已成為基本理念，可見中國(guó)政府對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的力度和決心之大。曾記得時(shí)代周刊的封面，寫著“中國(guó)是世界上最大的建筑工地”。這是當(dāng)時(shí)整個(gè)中國(guó)大陸的一個(gè)縮影。改革開放40多年來，中國(guó)發(fā)生了翻天覆地的變化，比如40 a來重慶兩江四岸的巨變(見圖7)。

圖7 中國(guó)重慶40 a來的變化Fig.7 Change of Chongqing over the past four decades

中國(guó)城市化迅速發(fā)展，人口由1949年的約5.4億發(fā)展到了2018年約14億。人與濱水之間的關(guān)系也經(jīng)歷了懼水、近水到今天的親水的過程。城市中濱水景觀規(guī)劃是一個(gè)系統(tǒng)工程，它由各種要素組成，形成不同的結(jié)構(gòu)以展現(xiàn)其系統(tǒng)功能。其中生態(tài)服務(wù)部分也有各種屬性，包括支持性服務(wù)、調(diào)節(jié)性服務(wù)以及社會(huì)效益，這些都應(yīng)該放進(jìn)一個(gè)大系統(tǒng)里去分析考慮。這涉及到從母系統(tǒng)到子系統(tǒng)，從子系統(tǒng)到母系統(tǒng)，以及子系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間的相互作用關(guān)系等等。因此，人與濱水之間的關(guān)系不是相互獨(dú)立的。

首先，分析一下水環(huán)境的問題。工業(yè)高速發(fā)展和迅速的城市化進(jìn)程對(duì)水資源的需求和污水處理能力的要求也發(fā)生了變化。我國(guó)城市化的過程可以具體分為人口城市化、產(chǎn)業(yè)城市化和地域城市化3個(gè)方面，從產(chǎn)業(yè)角度來看就是勞動(dòng)力從第一產(chǎn)業(yè)向第二、第三產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的過程。這種進(jìn)程在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)全面展開，面對(duì)高度集中的城市供水調(diào)配引發(fā)了跨流域調(diào)水，包括西水東調(diào)、南水北調(diào)，以及正在考慮建設(shè)的紅旗河工程。這些工程使水系重構(gòu)，河湖環(huán)境變化。有些地區(qū)填湖造地，使得下墊面硬化，改變了城市水文動(dòng)態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致區(qū)域水量減少，生態(tài)基流不足[3-4],地下水利用不足。

工業(yè)的高速發(fā)展和迅速的城市化同時(shí)也帶來大量污水的集中排放。我國(guó)的污水收集率由1978年的20%到了2018年的94%，在東部沿海地區(qū)還更高。這已經(jīng)達(dá)到甚至超過發(fā)達(dá)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。但污水處理和達(dá)標(biāo)能力差，從城市到鄉(xiāng)村，污水處理能力參差不齊。以重慶為例，污水處理項(xiàng)目有城市政府建設(shè)投資的，還有環(huán)保投資的等等。最大污水處理廠的處理能力有96萬t/d，村鎮(zhèn)有不少處理能力僅幾十噸，處理能力很差。老城區(qū)內(nèi)幾乎都還是雨污合流制，雨污分流制還未實(shí)現(xiàn)全面覆蓋。

上述問題的出現(xiàn)，在很多地區(qū)曾經(jīng)導(dǎo)致了有河必干，有水必污的現(xiàn)象。2019年，筆者應(yīng)邀去云陽縣考察，獲悉彭溪河的國(guó)控?cái)嗝婊瘜W(xué)需氧量(COD)嚴(yán)重超標(biāo)，水華時(shí)有暴發(fā)，尤其是在三峽大壩水位接近低水位時(shí)(比如145 m)問題尤為突出。

人們開始采取一些方法和措施對(duì)本地區(qū)的污染水體進(jìn)行治理。 為了削減合流制溢流污染，監(jiān)控工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)污染源，對(duì)入河湖的排污口進(jìn)行了整治；同時(shí)實(shí)施清淤疏浚，加強(qiáng)水體以及岸線的垃圾治理；必要時(shí)，通過化學(xué)及生物化學(xué)手段實(shí)施水質(zhì)凈化；還要加強(qiáng)水體及生境的生態(tài)修復(fù)，比如打造城市環(huán)湖園林綠化及開展海綿城市建設(shè)；引用雨水、再生水、地下水作為生態(tài)補(bǔ)水，促進(jìn)活水循環(huán)以用于恢復(fù)基流?？傊?，“外源截污、內(nèi)源控制、水質(zhì)凈化、生態(tài)修復(fù)以及活水循環(huán)”這些治水方法都是原則性的。如果沒有地域性與針對(duì)性，它會(huì)蛻變成放之四海而皆準(zhǔn)的教條主義。

過于強(qiáng)調(diào)監(jiān)測(cè)斷面的水質(zhì)達(dá)標(biāo)，有可能導(dǎo)致大量水體(包括湖泊、河流)淪為大規(guī)模的露天污水處理場(chǎng)。有的流域過量引進(jìn)單一樹種，破壞了生物多樣性，同時(shí)改變了在包氣帶內(nèi)根部的水分分布，影響了土壤水的水循環(huán)功能。在降雨充沛地區(qū)、荒漠地區(qū)、鹽堿化地區(qū)所種植的樹種都是有區(qū)別的，比如筆者參與考察的河西走廊東南端甘肅武威的民勤濕地，它夾在西北邊的巴丹吉林沙漠與東南邊的騰格里沙漠之間。巴丹吉林沙漠的梭梭樹與部分三北地區(qū)防護(hù)林的高大喬木、塔里木的胡楊檉柳、西南地區(qū)的速生經(jīng)濟(jì)作物是不同的。在西南地區(qū)，利用單一植物進(jìn)行生態(tài)修復(fù)由來已久(20多年前)。森林是一種生態(tài)系統(tǒng)，單純的單一樹種與森林的生態(tài)功能相去甚遠(yuǎn)。如重慶的市樹是黃葛樹，近來卻大量種植桂花樹，銀杏樹植于公路街道兩旁，其環(huán)境影響還有待評(píng)估。

人們生活、工作、休憩在流域上。水是流域的“血液”，缺少了它，就像人體缺少了血液一樣，無法健康運(yùn)行。流域“血液”供給不足，河/湖就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的“貧血”。河流如果接受過多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，就會(huì)患上“高血脂”，影響其“代謝”?！按x”功能一旦受阻，就會(huì)產(chǎn)生一系列的“健康”問題，比如“富營(yíng)養(yǎng)化”等一些病癥?！盎疾　钡牧饔蚓蜁?huì)出現(xiàn)問題(見圖8)。

圖8 水生態(tài)環(huán)境的惡化Fig.8 Deteriorated water eco-environment

中國(guó)新疆東南部的羅布泊曾經(jīng)是中國(guó)第二大內(nèi)陸湖[5]，其面積相當(dāng)于7～8 個(gè)白洋淀。羅布泊曾經(jīng)是一片一望無際的水域，生機(jī)盎然，肥美的水草和鮮活的魚蝦曾孕育了富饒繁榮的樓蘭古國(guó)，曾是西域最美的“塞上江南”。 然而這片美麗的綠洲在20世紀(jì)中后期迅速退化，“萎縮”。到了70年代(1972年)，羅布泊已經(jīng)滴水無存。實(shí)際上還有很多“疾病”如河流被 “截肢”，被 “毀/整容”，河流“發(fā)燒”或是出現(xiàn) “腦?！?。這些種種，不是水質(zhì)出了問題，而是環(huán)境中水資源質(zhì)量出了問題。水質(zhì)是我們?nèi)∷畼雍笏腿y(cè)試可以得到的各種化學(xué)組分，而水資源質(zhì)量不僅僅包括水質(zhì)，還有水量及水文動(dòng)態(tài)，以及相關(guān)的物理、生化參數(shù)。水資源質(zhì)量的目標(biāo)就是要把水資源質(zhì)量量化、標(biāo)配化、區(qū)間化。

水資源質(zhì)量的管理目標(biāo)，要地域化，即針對(duì)每個(gè)流域應(yīng)該有不同的管理級(jí)別或目標(biāo)，也涉及到系統(tǒng)的尺度問題。不同的管理級(jí)別有不同的資源質(zhì)量指標(biāo)[4]?，F(xiàn)以南非開普敦的一條河流健康治理保護(hù)為例。按照1998年南非頒布的水法規(guī)定，任何一條河流中的每一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面都會(huì)有5個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，即河岸植被指標(biāo)、生境完整性指標(biāo)、水質(zhì)、魚類指標(biāo)和南非評(píng)分系統(tǒng)[6-7](見圖9)。南非中央政府每年都要向居民在線公布河流健康狀況報(bào)告。在執(zhí)行這種健康治理保護(hù)的方法后，南非的河流生境保護(hù)較為良好。

圖9 南非水資源質(zhì)量評(píng)價(jià)體系Fig.9 Assessment system for water resource quality in South Africa

3 對(duì)重慶“清水綠岸”保護(hù)的思考

在生態(tài)環(huán)境保護(hù)中，生態(tài)區(qū)的劃分是一個(gè)很重要的概念，其中有：地質(zhì)地貌分區(qū)，如我國(guó)的三級(jí)地貌；氣候分區(qū)，如熱帶季風(fēng)氣候、亞熱帶季風(fēng)氣候、溫帶季風(fēng)氣候、溫帶大陸性氣候和高山高寒氣候；生態(tài)分區(qū)，如森林、草原、濕地、荒漠、農(nóng)田和城市生態(tài)系統(tǒng)；流域分區(qū)，如一級(jí)流域、二級(jí)流域等，或是兩江四岸(是長(zhǎng)江流域上游的一個(gè)子系統(tǒng)[8])等。

以四山三谷的清水綠岸和兩江四岸為例，兩江四岸受控于四山三谷的地質(zhì)地貌條件。要營(yíng)造人水和諧的城市濱水區(qū)，需要關(guān)注這里約400多km的河道與近400 km的岸線(清水綠岸和兩江四岸)，需要有一個(gè)健康的水環(huán)境、水生生態(tài)環(huán)境、生物生態(tài)環(huán)境的支持與調(diào)節(jié)。因此，制定了“清水綠岸”和“兩江四岸”的治理目標(biāo)。

“清水綠岸”：計(jì)劃到2021年，建成20條共約427 km長(zhǎng)的“清水綠岸”，把原黑臭水體打造成為魚翔淺底的清澈河流、開放共享的綠色長(zhǎng)廊、舒適宜人的生態(tài)空間。河流水質(zhì)力爭(zhēng)達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅳ類及以上標(biāo)準(zhǔn)(到2020年，基本消除劣Ⅴ類水體)，主要河段全年不斷流并保持穩(wěn)定生態(tài)基流，流域范圍內(nèi)394 km2城市建成區(qū)基本達(dá)到海綿城市規(guī)劃指標(biāo)要求，綠化緩沖帶的綠化覆蓋率達(dá)到80%以上。同時(shí)，建立健全城市水環(huán)境治理長(zhǎng)效機(jī)制，實(shí)現(xiàn)城市水體長(zhǎng)制久清。

“兩江四岸”：兩江四岸沿長(zhǎng)江，上起九龍坡區(qū)西彭鎮(zhèn)，下至江北區(qū)五寶鎮(zhèn)；沿嘉陵江，上起北碚城區(qū)，下至渝中區(qū)朝天門;河道中心線長(zhǎng)度約180 km，兩側(cè)岸線總長(zhǎng)約394 km(含江津段30 km)。 打造山清水秀生態(tài)帶、立體城市景觀帶、便捷共享游憩帶、人文薈萃風(fēng)貌帶的生態(tài)景觀產(chǎn)品(見圖10)。

圖10 都市區(qū)主要次級(jí)河流地理空間分布Fig.10 Geographic and spatial distribution of major secondary rivers in urban Chongqing

在打造人水和諧的生態(tài)景觀產(chǎn)品的時(shí)候，需要考慮這個(gè)產(chǎn)品的屬性，包括它的安全性、實(shí)用性、美觀性、經(jīng)濟(jì)性以及標(biāo)志性，最后還有人民的滿意度?！扒逅G岸”和“兩江四岸”的治理不能忽略消落帶的影響[9-10]，它是三峽庫區(qū)消落帶與嘉陵江等次級(jí)支流消落帶在主城區(qū)的一種迭加而產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)水環(huán)境。 因此，應(yīng)該充分考慮需要治理的這個(gè)系統(tǒng)各方面的因素，只有這樣才能準(zhǔn)確定位。

重慶市山城的特點(diǎn)是“地上地下一體化”，這對(duì)系統(tǒng)的工程地質(zhì)條件分析非常重要。如對(duì)兩江四岸的地質(zhì)及地貌的分析，傳統(tǒng)的河谷地貌學(xué)對(duì)各種階地的研究及分類，以及由消落帶誘發(fā)的邊坡穩(wěn)定問題，還有嘉陵江組的巖溶管道在兩江四岸的分布規(guī)律等等。如果流域地質(zhì)環(huán)境出了問題，城市濱水區(qū)就可能有風(fēng)險(xiǎn)。在重慶這個(gè)四山三谷體系中地下水和地表水的相互作用非常重要(見圖11、圖12(a))。需要弄清楚有多少地下水流入了兩江。利用水文地質(zhì)剖面[3]來表達(dá)巖溶管道系統(tǒng)在兩江四岸的可能分布特點(diǎn)，因?yàn)閹r溶通道常常變成最危險(xiǎn)的污染通道。

從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，主城區(qū)地下水年資源量為5.32億m3，若按人均日用水量136 L計(jì)算，可滿足1 000萬人/a的用水量， 但地下水實(shí)際利用率不高[3](見表1)。在生態(tài)修復(fù)中，怎樣高效利用現(xiàn)有水資源包括地下水資源來減輕鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水問題，以及如何利用地下水進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水,可以從重慶山地的特殊地貌特點(diǎn)來探討如何綜合利用五水(降水、森林水、地表水、土壤水以及包括巖溶水在內(nèi)的地下水)來保護(hù)進(jìn)行生態(tài)環(huán)境。

圖11 重慶“四山”地質(zhì)全景模型Fig.11 Geologic model of “Four Mountains”in Chongqing

表1 2019年主城各地區(qū)地下水水資源量和使用情況Table 1 Groundwater storage and usage in districts of urban Chongqing in 2019

山上的巖溶槽谷?？勺鳛槔硐氲牡叵滤畮爝x址，比如海底溝水庫。這里主要是要管理好含水層的儲(chǔ)存以及它對(duì)生態(tài)補(bǔ)償?shù)恼{(diào)節(jié)功能[11](圖12)。

圖12 重慶“四山”A-A′水文地質(zhì)剖面圖及其地下水庫的調(diào)節(jié)功能示意圖Fig.12 Hydrologic and geologic profile of A-A′ section and the regulation function of underground reservoir

海底溝水庫發(fā)源于嘉陵江組巖溶系統(tǒng)[12]，是中國(guó)最大的地下水庫，地下庫容約1 340萬m3，水域面積超過60 km2，為渝中區(qū)的2倍。水庫的水位海拔近400 m，高出嘉陵江近200 m。日流量為10 000多m3，具有供水、養(yǎng)魚(三文魚)以及休閑旅游等生態(tài)服務(wù)功能。

4 結(jié) 語

盡管中國(guó)和非洲在生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面存在差異，但是都應(yīng)該遵循可持續(xù)發(fā)展這一基本原則。流域水資源質(zhì)量是河湖整體健康的一個(gè)重要概念，河流的健康不是追求單一的斷面指標(biāo)達(dá)標(biāo)，而是需要對(duì)各級(jí)流域系統(tǒng)的水資源質(zhì)量制定目標(biāo)函數(shù)，而不是單一的水質(zhì)等級(jí)分類達(dá)標(biāo)，同時(shí)要減少對(duì)河湖的治理和改造。要堅(jiān)持河長(zhǎng)制基本原則中提到的尊重自然、順應(yīng)自然、保護(hù)自然的理念；堅(jiān)持問題導(dǎo)向，因地制宜，一河一策、一湖一策。

人類在地球上出現(xiàn)的時(shí)間很短。如果把46億年的地球歷史折算成為12 h的話，那么人類出現(xiàn)的時(shí)間僅僅是最后的十幾秒。即使很短，但人類出現(xiàn)至今，對(duì)地球已產(chǎn)生了重大影響，甚至已對(duì)它進(jìn)行了破壞性改造。因此有些學(xué)者提出，我們已經(jīng)從“全新世”進(jìn)入了“人類世”。只有達(dá)到生態(tài)文明，尊重自然，適應(yīng)自然，保護(hù)自然，合理利用自然，才能夠做到真正的可持續(xù)發(fā)展。 因此，在水生態(tài)環(huán)境的治理中建立怎樣的水資源質(zhì)量分級(jí)管理體系，盡量以自然修復(fù)為原則去修復(fù)生態(tài)環(huán)境，這才是我們真正應(yīng)該思考與解決的問題。

致謝：第一作者在疫情期間應(yīng)邀回到中國(guó)，得益于中國(guó)外國(guó)專家局的邀請(qǐng)及中國(guó)駐南非大使館的幫助。感謝長(zhǎng)江水利委員會(huì)和長(zhǎng)江科學(xué)院邀請(qǐng)第一作者作專題報(bào)告。