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摘要：水是基础性的自然资源和战略性的经济资源，是生态与环境的控制性要素。随着我国人口的快速增长和经济社会的高速发展，生态系统尤其是水生态系统承受越来越大的压力。目前，从水资源、社会经济和环境相协调的角度来看，郑州市的社会经济规模已经超出了水资源承载能力。文章针对郑州市水生态系统退化和破坏的根本原因。通过对其水生态系统的现状分析，提出对当地水生态修复及保护的一些方法措施，从而达到人水和谐、水生态系统与经济社会协调发展，将郑州市建设成生态环境良好、人居适宜、生物多样性丰富的生态型城市。
关键词：水生态系统；退化；保护修复；郑州
中图分类号：X171.4 文献标识码：A 文章编号：1006—8937(2011)06—0047-02
1 研究区域概况
1.1 河流水系现状调查
郑州市是我国重要的交通枢纽、商品生产及货物集散地，水资源严重短缺，时空分布不均。该市地跨黄淮两大流域，全市有大小河流124条，流域面积较大的河流有29条。全市多年平均年降水量635.6mm，水资源总量为13.32亿m3，但多年人均水资源占有量仅为198.83m3，不足全国人均水平的1／10，是全省人均水平的1／2。另外，郑州市水污染严重，约50％的地表水水质为劣V类，基本丧失了使用功能。水资源严重污染带来的水质型缺水，进一步加剧了水资源供需矛盾。因此，郑州市是一个水源性和水质型缺水并存的地区，存在一系列与水相关的生态环境问题，如水土流失、土地沙化、河道断流(干枯)、湖泊与湿地萎缩等。
1.2 湖泊水库现状调查
湖泊是我国饮用水的重要来源，兼有防洪、航运、发电特别是维系流域生态平衡等重要功能。其生态的恶化，影响流域的整体发展，甚至对全国的饮用水安全、生态安全造成威胁。位于黄河源头的玛多县，由于受到全球气候变暖和人类活动频繁等因素的影响，植被破坏、草场退化，草原水涵养功能减弱，源头来水不断减少，截至2004年，4000多个湖泊的90％多已经消失，直接威胁到黄河水源补给。水库是我国防洪的主要工程措施之一。在防洪区上游河道适当位置兴建水库，可以拦蓄洪水，削减进入下游河道的洪峰流量，减免洪水灾害。一旦遭到破坏，将会造成极大安全隐患。以三门峡水库为例，1961年10月，由于汛期到来，从上游冲下的泥沙达36亿t，淤积堵塞在三门峡至潼关的河道里，渭河流域水位连同地下水位全面升高，洪水淹地30万亩，有5 000群众被困。
1.3 地下水现状调查
郑州市地下水资源在供水中具有重要地位，占供水总量的61.5％～71.5％。自2007年以来，我市建成区内共有自然村245个，供水井324眼，使用自来水供水15019户，混合供水1198户，地下水供水51404户。近几年，地下水资源的不合理开发利用现象日益严重，河南省地下水开采量已达136.40亿m3，直接或间接地产生了许多环境地质问题，如地面沉降、地面塌陷等。另外，由于郑州市液体污染物的大量排放、固体废弃物的长期堆积等，地下水的物理、化学、生物等特性发生改变，导致地下水污染，使本来就匮乏的淡水资源更加紧缺，并影响到生态系统的平衡。
2 水生态系统保护与修复的技术与方法
2.1 物理修复方法
①曝气增氧。河道曝气增氧技术是根据河流受到污染后缺氧的特点，人工向水体中充入空气，加速水体富氧过程，以提高水体的溶解氧水平，恢复和增强水体中好氧微生物的活力，使水体中的污染物质得以净化，从而改善河流的水质。②底泥疏浚。长期严重污染的水体及其底泥可能沉积有大量污染物，在一定条件下这些污染物会从底泥中释放出来，因此底泥是天然水体的一个重要内污染源。疏浚水体底泥，可以将底泥中的污染物移出水体生态系统。③引水稀释。引水稀释能够稀释营养盐和藻类浓度较高的水体，这种技术可以将大量污染物在较短时间内输送出去，减少污染物总量及其浓度，使水体从缺氧状态变为好氧状态，提高了水体自净能力。④表面气浮。在污水中引入大量微小气泡，气泡通过表面张力作用粘附于细小的悬浮物上，形成整体比重小于1的絮凝体，由于浮力的作用浮至水面实现固液分离，污水得以净化。⑤电子灭藻。利用电磁波使藻细胞分子发生震动造成细胞破裂而死亡。这种方法具有能耗低、操作简便的特点，可选择性使用，但不能从根本上解决水体富营养化问题。
2.2 化学修复方法
①化学除藻。化学除藻是利用化学除藻剂CuSO~、西马三嗪等控制藻类生长的一种快速有效方法，可作为严重富营养化的应急除藻措施。②絮凝沉淀。絮凝沉淀技术是向水体投加铝盐、铁盐、钙盐等药剂，使之与水体中溶解态磷形成不容性固体转移到底泥中。③重金属的化学固定。水体底泥中过的重金属在一定条件下会以离子态或某种结合态进入水体，如果能将重金属结合在底泥中，抑制重金属的释放，可降低其对河流生态系统的影响。
2.3 生物修复方法
①微生物强化方法。水体中污染物的降解主要依靠微生物的降解作用，当水体污染严重而又缺乏有效微生物作用时，投加微生物以促进有机污染物降解。②植物净化方法。水生植物通过发达的根系直接吸收氮、磷等元素以及对矿质元素进行吸附、过滤和沉淀，从而净化水体，同时水生植物还可以通过自身输导组织将氧通过根部呼吸作用释放到沉积物中，影响沉积物的化学特性。③生物过滤方法。生物过滤方法是指以天然材料、合成材料为载体，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。
3 研究区域规划
3.1 规划原则
①全面规划，综合治理。坚持污染控制与水体修复并重，地表水和地下水兼顾。注重与郑州市经济社会发展计划、城市总体规划、黄河流域综合规划、节水型社会建设规划、环境与生态建设规划、郑州市河道生态治理规划等工作的协调。②人水和谐，尊重自然。为全面建设小康社会，提高生活质量，保障人民身心健康，提供安全、良好的水生态与水环境，促进社会、经济、环境协调发展。城区段规划以亲水为核心的近自然水景观建设为主，农村地区则侧重近自然的河流保护和修复。③科学治理，措施配套。依靠科学，积极采用先进合理的治理技术；加强节水、水资源循环利用和污染源源头控制，工程措施和管理手段相结合，提出系统配套的措施，恢复河流健康生命，促进人与自然的和谐。④因地制宜，目标可行。根据郑州市当地经济社会和水资源条件，结合未来水资源配置格局，确定合理适度的生态系统修复与保护目标，并协调好生产、生活和生态用水，对不同河流、河段，提出切实可行的治理方案。
3.2 规划步骤
①摸清家底。对郑州市域内主要河流、湖泊等水生态 系统进行调查，包括水面面积、水质、水量、连通性、河流形态、河岸植被以及水系整治、防洪工程建设情况及城市发展、土地利用对河流水系的影响等。
②明确定位。在调查评价基础上，结合郑州经济社会发展对水生态系统保护与修复的需求，考虑城市经济社会发展和亲水需求，明确不同水生态系统的功能定位，提出保护和修复的目标。
③问题导向。郑州市水生态系统面临着四大问题：水量枯竭、水质污染、河道人工改造和植被破坏、陆域的人类活动。水生态系统保护与修复规划要根据上述问题，有针对性地制定规划措施。
④综合措施。水生态系统保护与修复方案包括工程方案和非工程方案。其中工程措施主要包括：水资源保障、河道生态治理和修复、湿地保护、水质安全保障、地下水保护、水土保持。非工程措施则主要从水生态系统检测、法制建设、管理能力建设、社会参与等方面提出制度性措施，确保水生态系统保护与修复规划目标的实现。
3.3 规划目标及任务
①合理配置水资源，保障生态需水。对主要河道，研究提出控制断面的最小生态需水量，作为流域及区域水资源配置的依据，并提出水量调度、雨洪资源利用等水资源保障对策和措施。
②湿地保护与修复。修复和保护黄河等重要湿地，加强湿地生态治理，保护重要湿地的生物多样性功能，形成不同湿地相互协同配合的生物多样性支撑体系。③水质安全保障。明确水功能区的水体纳污能力，核定分区污染排放总量，分期实施污水处理工程、人工湿地工程等水质安全保障工程，逐步实现水功能区达标。④地下水保护。开展地下水超采治理，从节水、地下水开采管理、替代水源建设、监督监测等方面，全面保护地下水，实现地表水和地下水的联合调度，促进水资源的可持续利用。⑤水土保持。开展水土流失的预防和重点治理，防止河道和湖泊淤积，减少面源营养物的入河量，预防水体的富营养化。
4 概括与总结
水生态系统保护与修复是一项涉及生态、环境保护与修复、防洪、抗旱、治污、节水、社会经济发展的复杂系统工程。郑州市应用水与自然和谐共处的治水理念统领规划，提出适合本市的水生态系统保护与修复方案，遏制水生态系统恶化趋势，促进水生态系统良性循环，争取早日把郑州建设成生态宜居的现代化城市，满足全市城乡居民贴近自然的愿望，基本实现人与自然的和谐相处。
参考文献：
[1]王浩'唐克旺，杨爱民，等，水生态系统保护与修复理论和实践[M]，北京：中国水利水电出版社,2010.
[2]束龙仓，陶月赞，张元禧，等，地下水水文学[M]，北京：中国水利水电出版社,2009.
[3]林济东，武汉市水生态城市建设规划与实践[A]国土木工程学会城市防洪2008年学术年会论文集[C1,2008.
[4]罗育池，郑州市地表水—地下水污染物总量联合控制研究[D]，武汉：中国地质大学,2008.
[5]周强，毛文霞，于亚男，等，水质型缺水困扰中原[M]，河南日报，2008—12—09.
关键词：水生态系统；退化；保护修复；郑州
中图分类号：X171.4 文献标识码：A 文章编号：1006—8937(2011)06—0047-02
1 研究区域概况
1.1 河流水系现状调查
郑州市是我国重要的交通枢纽、商品生产及货物集散地，水资源严重短缺，时空分布不均。该市地跨黄淮两大流域，全市有大小河流124条，流域面积较大的河流有29条。全市多年平均年降水量635.6mm，水资源总量为13.32亿m3，但多年人均水资源占有量仅为198.83m3，不足全国人均水平的1／10，是全省人均水平的1／2。另外，郑州市水污染严重，约50％的地表水水质为劣V类，基本丧失了使用功能。水资源严重污染带来的水质型缺水，进一步加剧了水资源供需矛盾。因此，郑州市是一个水源性和水质型缺水并存的地区，存在一系列与水相关的生态环境问题，如水土流失、土地沙化、河道断流(干枯)、湖泊与湿地萎缩等。
1.2 湖泊水库现状调查
湖泊是我国饮用水的重要来源，兼有防洪、航运、发电特别是维系流域生态平衡等重要功能。其生态的恶化，影响流域的整体发展，甚至对全国的饮用水安全、生态安全造成威胁。位于黄河源头的玛多县，由于受到全球气候变暖和人类活动频繁等因素的影响，植被破坏、草场退化，草原水涵养功能减弱，源头来水不断减少，截至2004年，4000多个湖泊的90％多已经消失，直接威胁到黄河水源补给。水库是我国防洪的主要工程措施之一。在防洪区上游河道适当位置兴建水库，可以拦蓄洪水，削减进入下游河道的洪峰流量，减免洪水灾害。一旦遭到破坏，将会造成极大安全隐患。以三门峡水库为例，1961年10月，由于汛期到来，从上游冲下的泥沙达36亿t，淤积堵塞在三门峡至潼关的河道里，渭河流域水位连同地下水位全面升高，洪水淹地30万亩，有5 000群众被困。
1.3 地下水现状调查
郑州市地下水资源在供水中具有重要地位，占供水总量的61.5％～71.5％。自2007年以来，我市建成区内共有自然村245个，供水井324眼，使用自来水供水15019户，混合供水1198户，地下水供水51404户。近几年，地下水资源的不合理开发利用现象日益严重，河南省地下水开采量已达136.40亿m3，直接或间接地产生了许多环境地质问题，如地面沉降、地面塌陷等。另外，由于郑州市液体污染物的大量排放、固体废弃物的长期堆积等，地下水的物理、化学、生物等特性发生改变，导致地下水污染，使本来就匮乏的淡水资源更加紧缺，并影响到生态系统的平衡。
2 水生态系统保护与修复的技术与方法
2.1 物理修复方法
①曝气增氧。河道曝气增氧技术是根据河流受到污染后缺氧的特点，人工向水体中充入空气，加速水体富氧过程，以提高水体的溶解氧水平，恢复和增强水体中好氧微生物的活力，使水体中的污染物质得以净化，从而改善河流的水质。②底泥疏浚。长期严重污染的水体及其底泥可能沉积有大量污染物，在一定条件下这些污染物会从底泥中释放出来，因此底泥是天然水体的一个重要内污染源。疏浚水体底泥，可以将底泥中的污染物移出水体生态系统。③引水稀释。引水稀释能够稀释营养盐和藻类浓度较高的水体，这种技术可以将大量污染物在较短时间内输送出去，减少污染物总量及其浓度，使水体从缺氧状态变为好氧状态，提高了水体自净能力。④表面气浮。在污水中引入大量微小气泡，气泡通过表面张力作用粘附于细小的悬浮物上，形成整体比重小于1的絮凝体，由于浮力的作用浮至水面实现固液分离，污水得以净化。⑤电子灭藻。利用电磁波使藻细胞分子发生震动造成细胞破裂而死亡。这种方法具有能耗低、操作简便的特点，可选择性使用，但不能从根本上解决水体富营养化问题。
2.2 化学修复方法
①化学除藻。化学除藻是利用化学除藻剂CuSO~、西马三嗪等控制藻类生长的一种快速有效方法，可作为严重富营养化的应急除藻措施。②絮凝沉淀。絮凝沉淀技术是向水体投加铝盐、铁盐、钙盐等药剂，使之与水体中溶解态磷形成不容性固体转移到底泥中。③重金属的化学固定。水体底泥中过的重金属在一定条件下会以离子态或某种结合态进入水体，如果能将重金属结合在底泥中，抑制重金属的释放，可降低其对河流生态系统的影响。
2.3 生物修复方法
①微生物强化方法。水体中污染物的降解主要依靠微生物的降解作用，当水体污染严重而又缺乏有效微生物作用时，投加微生物以促进有机污染物降解。②植物净化方法。水生植物通过发达的根系直接吸收氮、磷等元素以及对矿质元素进行吸附、过滤和沉淀，从而净化水体，同时水生植物还可以通过自身输导组织将氧通过根部呼吸作用释放到沉积物中，影响沉积物的化学特性。③生物过滤方法。生物过滤方法是指以天然材料、合成材料为载体，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。
3 研究区域规划
3.1 规划原则
①全面规划，综合治理。坚持污染控制与水体修复并重，地表水和地下水兼顾。注重与郑州市经济社会发展计划、城市总体规划、黄河流域综合规划、节水型社会建设规划、环境与生态建设规划、郑州市河道生态治理规划等工作的协调。②人水和谐，尊重自然。为全面建设小康社会，提高生活质量，保障人民身心健康，提供安全、良好的水生态与水环境，促进社会、经济、环境协调发展。城区段规划以亲水为核心的近自然水景观建设为主，农村地区则侧重近自然的河流保护和修复。③科学治理，措施配套。依靠科学，积极采用先进合理的治理技术；加强节水、水资源循环利用和污染源源头控制，工程措施和管理手段相结合，提出系统配套的措施，恢复河流健康生命，促进人与自然的和谐。④因地制宜，目标可行。根据郑州市当地经济社会和水资源条件，结合未来水资源配置格局，确定合理适度的生态系统修复与保护目标，并协调好生产、生活和生态用水，对不同河流、河段，提出切实可行的治理方案。
3.2 规划步骤
①摸清家底。对郑州市域内主要河流、湖泊等水生态 系统进行调查，包括水面面积、水质、水量、连通性、河流形态、河岸植被以及水系整治、防洪工程建设情况及城市发展、土地利用对河流水系的影响等。
②明确定位。在调查评价基础上，结合郑州经济社会发展对水生态系统保护与修复的需求，考虑城市经济社会发展和亲水需求，明确不同水生态系统的功能定位，提出保护和修复的目标。
③问题导向。郑州市水生态系统面临着四大问题：水量枯竭、水质污染、河道人工改造和植被破坏、陆域的人类活动。水生态系统保护与修复规划要根据上述问题，有针对性地制定规划措施。
④综合措施。水生态系统保护与修复方案包括工程方案和非工程方案。其中工程措施主要包括：水资源保障、河道生态治理和修复、湿地保护、水质安全保障、地下水保护、水土保持。非工程措施则主要从水生态系统检测、法制建设、管理能力建设、社会参与等方面提出制度性措施，确保水生态系统保护与修复规划目标的实现。
3.3 规划目标及任务
①合理配置水资源，保障生态需水。对主要河道，研究提出控制断面的最小生态需水量，作为流域及区域水资源配置的依据，并提出水量调度、雨洪资源利用等水资源保障对策和措施。
②湿地保护与修复。修复和保护黄河等重要湿地，加强湿地生态治理，保护重要湿地的生物多样性功能，形成不同湿地相互协同配合的生物多样性支撑体系。③水质安全保障。明确水功能区的水体纳污能力，核定分区污染排放总量，分期实施污水处理工程、人工湿地工程等水质安全保障工程，逐步实现水功能区达标。④地下水保护。开展地下水超采治理，从节水、地下水开采管理、替代水源建设、监督监测等方面，全面保护地下水，实现地表水和地下水的联合调度，促进水资源的可持续利用。⑤水土保持。开展水土流失的预防和重点治理，防止河道和湖泊淤积，减少面源营养物的入河量，预防水体的富营养化。
4 概括与总结
水生态系统保护与修复是一项涉及生态、环境保护与修复、防洪、抗旱、治污、节水、社会经济发展的复杂系统工程。郑州市应用水与自然和谐共处的治水理念统领规划，提出适合本市的水生态系统保护与修复方案，遏制水生态系统恶化趋势，促进水生态系统良性循环，争取早日把郑州建设成生态宜居的现代化城市，满足全市城乡居民贴近自然的愿望，基本实现人与自然的和谐相处。
参考文献：
[1]王浩'唐克旺，杨爱民，等，水生态系统保护与修复理论和实践[M]，北京：中国水利水电出版社,2010.
[2]束龙仓，陶月赞，张元禧，等，地下水水文学[M]，北京：中国水利水电出版社,2009.
[3]林济东，武汉市水生态城市建设规划与实践[A]国土木工程学会城市防洪2008年学术年会论文集[C1,2008.
[4]罗育池，郑州市地表水—地下水污染物总量联合控制研究[D]，武汉：中国地质大学,2008.
[5]周强，毛文霞，于亚男，等，水质型缺水困扰中原[M]，河南日报，2008—12—09.