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DOI:10.13928/j.cnki.wrdr.2004.07.005

水利发展研究 !\·$

浅析水源保护区的生态恢复问题

袁 志 彬

（中国科学院 科技政策与管理科学研究所，北京

!\#\）

我国水源污染问题日益严重，已经开始影响到城市饮用水的水质安全。基于 这【 摘 要】 近年来，一现实，分析探讨了水源保护区的生态恢复问题，提出了建立生态水源保护区的概念和内涵。生 态水源保护区是具有湿地处理系统、林木缓冲系统和清新空气保护系统三维一体化的、可以实现水 源保护和水量保证的、符合可持续发展要求的水源保护区。这一概念首次从三维一体的角度全面 系统地研究了水源保护区的生态恢复问题，可以从三个层次加以理解：一是水质保护；二是水质净 化；三是符合可持续发展要求的水质安全保障。 生态水源保护区的内涵，是要求将新的科学理念

（生态水源保护区的概念）融入到水源保护工作中，逐步实现面向生态的水源保护和水资源调控。 另外，介绍了国内外在水源生态恢复、建立生态水源保护区方面的具体措施和实践。

【 关键词】 水源保护区；水质；生态恢复

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! 生态水源保护区概念提出的理论依据

!\! 多样性和主导性原理 在复合生态系统控制论

原理中，有一个多样性

和主导性原理。 该原理认为，系统必须有优势种和 拳头产品为主导，才会有发展的实力；必须有多元化 的结构和多样化的产品为基础，才能分散风险，增强 稳定性。主导性和多样性的合理匹配，是实现生态 系统可持续发展的前提.!/。

在一个健全的水生态系统中，动物、植物和微生 物处于一种食物链的复杂关系，是一种相生相克的 平衡制约关系。 水是生物群落生命的载体，又是能 量流动和物质循环的介质。 可以说，水是生态系统 的组成部分，与动物、植物和微生物共生共存，水为 生物群落提供生命之源；反过来，生物群落又净化了 水，使得流水不腐、清水长流，形成了自然界的特殊 功能，也形成了水体自然净化的机制。

下空中的水蒸汽成云降雨，形成致冷网络去平衡热 网络，才能从根本上解决人类面临的高温、沙化、水 危机三大问题。

蔡教授对京津水源地太行山、吕梁山植被等情 况进行周密调查后认为，只要根据这些地区造水和 储水的不同功能，种植和恢复适宜的草、灌木丛和树 木，三年左右时间即可形成致冷造水结构.,/。

# 生态水源保护区的概念和内涵

#\! 生态水源保护区的概念 笔者认为，生态水源保

护区是不仅具有一定的

湿地系统、林木系统，还应有清新的空气，而且可以 充分发挥水体的自净作用的水源保护区。这样的水 源保护区可以说是水、陆、空三维立体式的空间，是 实现水源安全保护的有力措施。具体来说 ，可 以将 其定义为具有湿地处理系统、林木缓冲系统和清新 空气保护系统三维一体化的、可以实现水源保护和

!\# 生态造水理论

蔡铭昆教授长期研究低空空间技术和理论，他 认为，必须在地面大量恢复和重建造水结构，大量引

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收稿日期： ,\*)\!),0

作者简介： 袁志彬（!0(0—），男，河北邱县人，助理研究员，博士。

研究与探讨

水量保证的、符合可持续发展要求的水源保护区。

种共生机制，就是一种水土与生物两种复杂系统之 间的相互作用，并且在此作用的过程中，各自都得到 整体改进，即植物得到了生长和成熟，水土也由最开 始的被污染得到了恢复和再生!-#。

!\! 生态水源保护区的内涵 建立生态水源保护区，

对水源保护区进行生态

恢复，就要认真考虑其内涵。 生态水源保护区的内 涵应包括良好的森林生态系统、完善的湿地系统和 可靠的空气净化系统。

!\!\$ 空气净化系统 在水源保护区仅有良好的水质

是不够的，还需

要可靠的空气净化系统进行保护。可靠的空气净化 系统不仅本身含有较少的污染物质，而且还可以起 到空气净化和对污染物的过滤作用。

!\!\# 森林生态系统 要保护好水源，就必须大力建设水源涵养、防护

林区，营造良好的森林生态系统。 具体措施可以包 括植树造林，最大限度地扩大水源地保护区内的绿 地面积。

森林生态系统是一个综合体，大气降水在流经 这个系统时需要经过多个环节，简单地说就像水分 流经多层吸附体一样，每一个过程对水质都有相应 的净化作用。在林冠结构设计比较好的生态林内， 由于在各层林冠及枯枝落叶层的保护下，林内土壤 一般不会发生加速水土流失，即使森林上方或林内 有泥沙及半分解物质等进入径流中，也会被枯枝落 叶层过滤而沉积下来。所以，凡是从林内流出的地 表径流都是泥沙含量很少的清水，枯枝落叶层深厚 的土壤 ，有 利于雨水向土层中渗透 ，增 加地下水贮 量 ，进 而增加地下水对河川的补给量 ，因 此森林系 统净化水质的生态效益是十分明显的!\#。 因此 ，良 好 的 森 林 生 态 系 统 能 有 效 地 防 止 水 源 的 物 理 、化 学和生物污染。 水分通过森林生态系统时，化学成 分也将发生变化，如湖南省生态学会对湘西八大公 山林区的水质状况进行的调查表明， 水质指标如

!\$ 建立生态水源保护区的具体措施 建立生态水源保护区，就是采用生态方法（或模

拟生态方法）对水源水质进行生态修复和保护。 具 体来说，就是利用培育的植物、动物或培养、接种的 微生物的生命活动，对水中污染物进行转移、转化及 降解作用，从而使水体得到净化的技术。本质上说， 这就是对自然界恢复能力和自净能力的一种强化。 具体措施包括：人工湿地处理技术、生物膜法处理技 术、土地处理技术及生物操纵技术等。

!\$\# 生物膜法处理技术

生物膜法是指用天然材料（如卵石）、合成材料 （如纤维）为载体，在其表面形成一种特殊的生物膜。 生物膜表面积大，可为微生物提供较大的附着表面， 有利于加强对污染物的降解作用。生物膜法具有较 高的处理效率，其有机负荷较高，接触停留时间短， 减少占地面积，节省投资，主要工艺方法有生物廊 道、生物滤池、生物接触氧化池等。生物膜法对于受 有机物及氨氮轻度污染的水体有明显的效果。 日 本、韩国等都有对江河大水体修复的工程实例。

$%&、 溶解氧、$’&(、)*&(、+(、,’(等 均符合饮用水标 准。

最近几十年来，世界上许多国家和地区极力关 注水源枯竭、水资源污染及水质恶化等问题，较多地 开展了森林与水质关系的研究，诸如欧美、日本、澳 大利亚、马来西亚等国，通过小集水区技术以及定位 观测、对比试验等方法，研究不同的森林经营方式和 程度对流域水质的影响，揭示森林在河流及湖泊的 盐碱化、富营养化形成过程中的防治效益。

!\$\! 人工湿地处理技术

人工湿地的原理是利用自然生态系统中物理、 化学和生物的三重共同作用来实现对水质的净化。 这种湿地系统是在一定长宽比及底面有坡度的洼地 中，由土壤和填料（如卵石等）混合组成填料床，污染 水可以在床体的填料缝隙中曲折地流动，或在床体 表面流动。在床体的表面种植具有处理性能好、成 活率高的水生植物（如芦苇等），形成一个独特的动 植物生态环境，对污染水进行处理!.#。

人工湿地的显著特点之一是对有机污染物有较 强的降解能力。由于这种处理系统的出水质量好， 适合于处理饮用水源，或结合景观设计，种植观赏植 物改善风景区的水质状况。 英、美、日、韩等国都已 建成一批规模不等的人工湿地。

!\!\! 湿地生态系统 湿地生态系统就是利用土壤与

植物之间的一种

综合作用，并使水参与其中，从而使植物与水土都得 到本质上的改变和提高。湿地是一个完整的生态系 统，其所有因素之间都是相互联系、互为因果的。在 完善的湿地生态系统中，存在着一种共生机制。 这

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水利发展研究 !\·$

!\#\# 土地处理技术 土地处理技术是一种古老但行

之有效的水处理

技术，它是以土地为处理设施，利用土壤—植物系统的 吸附、过滤及净化作用和自我调控功能，达到某种程度 对水的净化的目的。国外的实践经验表明，土地处理 系统对于有机化合物尤其是有机氯和氨氮等有较好 的去除效果。德国、法国、荷兰等均有成功的经验。

总结上面介绍的三种方法，我们认为，目前国际 保护城市河流（或湖泊）水质的主要做法是尽量还河 流以天然状态，除去以前人工在河岸或河底铺设的 任何硬质材料，软化河床，并在两岸广植野生植物， 使河水中的水生生物和岸边的动植物形成天然的生 态系统，达到自然平衡。 城市饮用水水源的保护最 终目标是恢复地表水的天然生态功能，使取水口附 近的水源保护区成为一个天然的澄清池。

其是林地土壤中的次生矿物，如%!&’()&·*+&)#·,-&). 等非晶体或准晶体的粘土矿物，氧化吸持氢离子，具 有正电荷，对阴离子有吸持作用。从而，进入林地土 壤的雨水，已经溶有多种可溶物质，在林地土壤吸持 和流动过程中，经土壤胶体的离子转换和为植物吸 收之后，使溪水维持高质量的水质。 我们将这一过 %/.程称之为“森林土壤对水的净化机制”。

#\! 加拿大温哥华 据有关资料显示，温哥华地区是

北美最安全最

清洁的饮用水地区之一。 之所以有如此高的美誉， 除了得天独厚的自然环境外，还在于他们有一套独 特的管理方法。 他们对饮用水管理的独特之处是： 对水域地区实行了封闭式的管理。在 0$0 12& 范围 内，不经允许任何人不得擅自入内，并绝对禁止游 泳、划船、垂钓、野营等活动。他们认为，要保持水的 优质 ，仅 仅对水进行氯化处理是远远不够的 ，必 须 首先保证空气的清新，森林不遭破坏，水源不受污染%3.。 他们视新鲜空气为水源的首要消毒剂，这一指导思想 是应该为全球各大城市所学习和借鉴的。

!\$ 国外类似概念及实践 美国爱荷华州提出需要

将生态区的概念引入到

水资源管理中。所谓生态区，是指在生态系统中具 有相对均匀一致性的地理区域（如土壤类型、地形和 天然植被）。 通过爱荷华州自然资源部和美国环保 局的合作努力，!\# 年，爱荷华州确定了 \ 个生态 区和亚生态区。 在生态区或亚生态区内，对具有相 对均匀一致性的土地和水资源开展诸如水质评价、 建立管理目标和确定水质标准等水资源管理活动 非常有效。在爱荷华州其他水质管理活动中，如水 质监测站的分布和功能水区的划分等也都要求引入 生态区概念。

#\ 江苏省苏南地区 针对目前日益严重的饮用水

水源普遍受到污染

（主要是有机污染）的问题，从 !\4 年开始，中国科 学院南京地理与湖泊所和无锡市有关单位共同协 作，在中桥、马山和梅园水厂，分别进行了水源地保 护———取水口的物理—生态工程的净 化试验研究， 取得了一些初步成果%$.。 该工程对藻类的去除率为

# 建立生态水源保护区的实践

#\日本本州

!\$\ 年 ，日 本中野秀章等人著 的《森 林和水的 科学》，就日本本州的福岛和枥木两县的界河———黑 川进行了研究。其上游是森林，中游是草场（牧场）， 下游是水稻田（村庄）。实测的结果是上游森林地的 溪水，不仅感观上清澈，测定的水质也极佳；中游草 地受草地施肥和牲畜粪便污染；而下游再加上水稻 田施肥、农药和村庄生活污染，水质最差。此项研究 的突出成果，在于证明了林区溪水的水质远优于雨 水 、地 面水和土壤中的水。 研究还表明 ，除 了山洪 外 ，溪 流之所以能维持高质量水质 ，主 要取决于林 地土壤所具有的交换能，即由腐殖质和粘土组成的 复合体，吸持被溶解于土壤中水的有害氧离子。 尤

$567$$6，对 8)9 的 去 除 率 为 !467&06，对 氨 氮 的去除率为 /467\46，浊度降低 5467\46，透明度 上升 #4704 :2。 #\武汉市东湖

中国科学院武汉水生生物研究所利用富营养浅 水湖泊——武汉市东湖中所建立的大型实验围隔系 统，对沉水植物的水质净化作用作了现场实验研究%\.。 研究发现，水生植物围隔 !8)9 8; 和 !<)9 0一般分别为

&4 2= > ? 和 0 2= > ? 左右；而对照围隔的大湖水体则 分别约为 54 2= > ? 和 !4 2= > ?。同时，水生植物围隔 水体中可检出的有机污染种类也较对照围隔和大湖 水体低。结果表明，恢复以沉水植物为主的水生植被 是改善富营养湖泊水质和重建生态系统的有效措施。

#\ 广东省河源市 广东省河源市拥有碧水蓝天，尤其是事关深圳、

东莞、香港等地 & 444 多万人口饮用水源的东江，迄

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