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水国荷兰:从围垦排涝到生态治水

日期:2016-05-13  

荷兰如今不管多大暴雨和风暴潮,境内水位都能控制到宛如平镜,各类水体水质罕有黒臭现象,这归因于荷兰有着千年治水管理经验与工程技术:无论是它控制水量的水利技术,还是它控制水质的污水处理技术都堪称世界一绝,已成为当今世界普遍效仿和学习的典范。与众不同的水管理体制以及流域治水、管水模式成就了荷兰鼎立于世界的成功治水经验和技术。

荷兰位于欧洲西北部,东临德国、南接比利时,西北面濒临北海。荷兰南北长约300 km,东西宽约200 km,国土总面积为41 526 km2,稍大于比利时,为德国面积的1/9。荷兰境内80%以上的国土面积为河网纵横的地形、地貌,因此,常常被誉为“水国”;西欧的三大河流——莱茵河、马斯河、斯海尔德河均从荷兰境内入海。荷兰l/4土地海拔不到1 m,西部和北部大部分地区为低于海平面的低洼之地,约占其国土面积的1/4(全国60%人口居住在这些地区),著名的阿姆斯特丹史基浦(Schiphol)国际机场即位于海平表面以下3.35 m;荷兰最低洼之处位于鹿特丹附近,低于海平面6.7 m;荷兰“屋脊”(瓦尔斯堡山)位于荷兰、德国、比利时三国交界之处,但海拔仅为321 m。因此,荷兰俗称国名即“低洼之地”(Holland)的意思。可见,如果没有沙丘和堤坝阻挡,荷兰多半土地将会被海水淹没。目前,荷兰沿海有超过1 800 km长的海坝和岸堤,而海岸线总长为1 075 km。13世纪以来,荷兰共围垦出超过7 100km2的土地,相当于荷兰陆地面积的1/5,即,如今荷兰国土面积有18%是靠人工填海造出来的。

荷兰国土、地形及主要水利构筑物


水系密布的荷兰


地形低洼,河湖交错、海岸线长,再加上较为丰沛的降雨量(年均760 mm),荷兰这些特殊的地形地貌与气候条件使其在历史上便经常处于被水围困的境地。为此,筑堤拦海和风车排涝在1 000多年的荷兰治水历史中成为整个国家的重要活动。简言之,荷兰历史就是一部与水抗争、与水共存、与水为乐的治水史。在与水的长期斗争与和平共处中,荷兰人积累了丰富的治水、管水经验;无论是早年筑堤、排水的排涝历史模式,还是当今与水为邻、与水为伴的生态治水方式都给世人留下了宝贵经验和技术积淀。荷兰上千年的治水经验与技术早已成为全球注目的楷模,无论是单一水量控制的水利技术,还是生态治水下的水质控制(处理)技术都是各国争相学习和应用的典范。

1  围垦排涝历史

早在公元1 000年左右,荷兰西部便开始了围海造田活动。当时,陆地地面还高于河水水面约1.5 m,雨水完全可以依靠重力排放入河进海。但随后因泥炭层沉降和排水系统恶化,再加上在15世纪围海耕地又逐渐荒废,导致从16世纪开始排水需借力提升,这就成就了原始动力——风车盛行一时,从此打下了荷兰重力排水的良好基础。

公元1000年以来荷兰西部区域陆地下沉与海平面上升情况


几个世纪以来,荷兰排水重点一直在于排除多余而可能导致洪涝的降雨,以满足其农业生产。排水过程主要是通过各类沟、渠收集径流,先使其积蓄到围垦区内低洼的湖泊之中,然后靠风车/水泵再将湖中蓄水排到围垦区堤坝外的北海之中。


荷兰属温带海洋性气候,全年平均降水量与蒸发量分别为760 mm和550 mm,荷兰降雨量年内分布较为均匀,而蒸发量则集中于4至9月期间。降水量与蒸发量之差即降雨形成的径流量,即径流深,亦即理论排水量。荷兰排水旺季往往是处于每年9月和来年3月的秋、冬季时间,这就使得冬季湖水水位通常要控制在夏季水位线以下30 cm,以应对多余的降水量。

荷兰年平均、蒸发量以及径流深


2  新排涝理念

从本世纪起,荷兰已从传统单纯排涝、防洪模式转变为滞留、储存、排放三步排水方式,而且城市排水方式与围垦区完全一致,互为连通,形成一个整体水系,以充分利用非硬化城市区域的储水空间与环境自净容量。

2.1  围垦区排涝理念转变

第二次世界大战之后,荷兰因农业生产规模扩大而需要更大排水量,以维持较低的湖泊水位。然而,太低的湖泊水位会使地下水位下降,可能导致地势较高的地方出现旱情。与此同时,气候变化使得春、秋、冬三季降雨量增大,而作物生长期的夏季降雨量却没有太大变化,而且发生极端暴雨事件的概率也逐年增高。为此,从2001年2月起,荷兰中央政府、省政府、行政区以及水务局广泛协商后达成一致,同意转换排水理念,从以往单一排水模式转变为滞留、储存、排放三步排水方式:1)第一步,把过多的雨水滞留在土壤中;2)第二步,将多余雨水储存在田间或者田间排水系统之中;3)第三步,将剩下雨水排除围垦区。


在雨水滞留阶段,土壤好比是一块海绵,在雨水吸收量饱和之后,土壤中的多余的水可就近被储存至附近池塘或小湖中,而超过当地雨水储存量之多余降水则引入围垦区最低洼湖泊中,最后靠水泵排入外海。实施三步排水法后,取得了一石多鸟的效果:1)因大多雨水被储存而导致排水规模大幅减小,使得排水耗能明显降低;2)排水量减少也使得地下水位控制变得容易,可有效缓解高地势地区出现的旱情;3)雨水可被更高效利用;4)径流峰值被大幅削减,排水系统压力随之减小;5)随径流从土地中冲刷出的氮、磷等营养物流失减小,有效控制了水体富营养化现象

2.2  城市排水模式

荷兰城市与围垦区几乎没有严格的界限,城市/城镇星罗棋布地分布在各围垦区内,荷兰境内的大小湖泊通过河流(包括运河)、小溪、人工沟渠与城市水系(主要为运河或水渠)完全相通。因此,荷兰城市/城镇排水目前也同样采取了滞留、储存、排除三步排水方式,基本上已废除了尽快把雨水引导至雨水管网并将其排除的传统方式。

排水模式的转变意味着排水设施不会再像以前那样全都埋入地下,而是将水体和水流请到了地表。新建居民区内通常设置开放的排水沟、渠,并使这些人工沟、渠与居民区中央水塘相连接,形成可以循环流动的城市水系。降雨时,雨水从屋面、路面首先排入排水沟渠,入水塘后再溢流至城市水系。不仅如此,周边水体堤岸在设计时也留有一定空间,使雨季居民区水系具有一定的储水能力,从而减少路面、绿地积水的排水压力。

荷兰城市/城镇水系与郊外、围垦区、农业区有机连为一体。连通的市内外水系可大大拓展城市原有水系范围,亦可增强城市雨洪调节能力,而且也能补充城市水系的自净能力。正常情况下,城市与郊外水系靠水闸阻断,并不连通。当暴雨来临时,水闸开启,使城市水系多余水量引流至郊外水系。当旱季出现时,城市水系水量匮乏,则需要从郊外水系补水。补水与排水方式不同,从郊外水系补给城市水系的水往往需要经过人工湿地或其它处理方式,以去除水中沉淀物和可能导致水体富营养化的氮、磷物质。


水系环绕的城市


3  围海造田到生态治水案例

荷兰控制水量的水利工程技术与经验闻名于世,其中,最具代表性的就是建设于上世纪20~30年代的北部围海、防洪、造田项目——须得海工程。因须得海工程在生态方面的败笔,使得上世纪70~90年代在建设西南部的三角洲计划中改用考虑生态影响的活动闸门方案,使之成为世界生态防洪、治水的典范。更有甚之,荷兰目前又开始了“还地于河”的更加生态的治水计划。

3.1  须德海工程

“上帝创造了人类,而荷兰人造就了荷兰”,这是一句著名的荷兰谚语。荷兰因地势低洼而在历史上存在大大小小许多围海/河造田工程,因此而获得了近1/5的荷兰目前土地面积。其中,闻名世界的大型围海造田项目有须德海工程(Zuiderzee Works)和三角洲计划(Delta Works)。

荷兰西北部的须德海(荷兰语意为“南海”)原本是与北海连通的海湾,面积达3 388 km2。早在16世纪荷兰就曾有人提出依靠其北面的岛屿将须德海与北海用一条大坝隔开,以预防水患和围垦土地。但限于当时的技术条件限制,这个计划一直未能实施。1916年源于一次巨大风暴潮,使须德海湾内多处堤坝坍塌,给荷兰造成了巨大的经济损失。因此,1918年荷兰议会通过了须德海筑堤围垦方案:1)保护原有土地;2)围垦新的土地;3)获得更多淡水。须德海工程于1920年开工,到1927年时开始建造位于须德海与北海之间30 km长的阿夫鲁戴克大堤(Afsluitdijk),并最后于1932年5月28日合龙完工。从那时起,须德海通过不断排除海水并吸纳淡水,逐渐由咸变淡,最终成为荷兰第一大淡水湖——艾瑟尔湖(IJsselmeer)。因此也产生了4大块“围海新生地”,向大海争来1 650 km2的新土地。由于大堤的保护,须德海海湾地区从此脱离了海潮困扰,成为经济繁荣的发达地区。

须德海工程


值得一提的是,阿夫鲁戴克大堤与中国的长城并驾齐名,因为美国宇航员阿姆斯特朗曾说过,在外太空他看到了地球上这两座伟大的人工建筑。然而,因阿夫鲁戴克大堤的硬性阻断,使艾瑟尔湖(原须德海)与北海完全被隔离开来,从此没有了水量交换,导致当地生态环境逐渐改变,鸟类和鱼类数量锐减,水体环境趋于恶化。雪上加霜的是,艾瑟尔湖周边地区不断向湖内排放污染物,致使艾瑟尔湖在上世纪60~70年代发生了严重的富营养化现象,湖水总磷浓度一度曾高达0.3 mg/L。虽然荷兰环保部门之后采取了一系列有效治理措施,使湖水水质在上世纪90年代基本得以恢复,但经此劫难后荷兰人充分意识到单纯围海垦田并不是一条可持续之路。

3.2  三角洲计划

有了须德海工程的经验教训,20世纪70年代在围合荷兰西南部海湾、实施三角洲计划时就不得不更换技术思路,不再单纯以筑死堤方式围海、防洪,而是选择抗涝防洪与生态保护相结合的活动式巨型钢门水闸。荷兰议会原本于1958年通过三角洲法案,计划在菲尔什水道(the Veerse Gate)、布劳沃斯水道(the Brouwershavense Gate)、哈灵水道(the Haringvliet Gate)和东斯海尔德水道(the Eastern Scheldt Gate)四条水道上修建一系列封闭式防洪水闸。至1972年,前三条水道防洪水闸均已竣工,但受艾瑟尔湖污染事件反省,再加上日益高涨的民间生态环保呼声,东斯海尔德河口封闭水闸方案就不得完全改变,最终采用了不影响自然潮汐的挡潮活动闸门,以保护东斯海尔德地区唯一的天然动物栖息区以及贝壳类水生生物(靠潮汐迁移生存)。在没有风暴潮时闸门完全开启,以保证海水潮汐可以正常流动,从而保护水道内外生态环境。当风暴潮来临时,则将钢制闸门下沉,将撒野的大海拒之门外,避免水患再次发生(1953年2月1日一次毁灭性风暴潮突袭,导致西南部大片土地被淹,数百人丧生)。继东斯海尔德水道活动闸门之后,1987年—1997年间荷兰又在近欧洲门户(the Europort)的新水道(the Niew Gate,360 m宽)上安装两扇巨型铰链闸门(长210 m、重15 000 t),以生态方式保护鹿特丹及其附近地区近百万人的生命财产安全。


三角洲工程


步入新的世纪,荷兰人并没有停止他们生态治水方面的脚步,又开始规划、建设针对莱茵河、马斯河、瓦尔河以及艾瑟尔河的河流空间工程(Room for the River)。这些治水工程理念更进一步,从以前围海造田模式又更新为今天的“还地于河”方式,即,治水开始侧重于防灾、减害而不是索取土地,甚至已开始还地于河的行动。河流空间工程主要内容包括:后挪河堤、清除河道附近建筑、建设绿色河滩等一系列恢复河流原有生态之措施;工程计划于2016年内完工。

从须德海工程到三角洲计划,再到河流空间工程的演变,可以看出,荷兰人的治水理念已开始从传统的抗争、索取,逐渐回归到顺应自然的生态保护模式,将之前围河获得的土地主动归还于自然。

4  生态治水下的水质控制


在水污染防治方面,荷兰总是能自觉走在欧盟成员国的前列,以至于他们对污水处理技术的研发和应用至今领先世界,开发了氧化沟(Passveer Ditch)、UASB、EGSB、BCFS工艺,以及BABE工艺、短程硝化SHARON工艺、完全自养脱氮ANAMMOX/CANON工艺、好氧颗粒污泥NEREDA工艺等。2008年,荷兰根据预测的国际发展趋势率先提出了着眼于2030年的污水处理新目标——NEWs概念,今后把污水处理厂看作是“能源”、“营养物”、“再生水”三厂合一模式,将污水处理提升至不仅仅是单纯控制水污染的高度,而且也为未来污水处理技术规划出可持续发展的宏伟蓝图。

在工业废水、废物控制方面,1988年荷兰经济部和环境部还大力支持名为“污染预防”的项目,由荷兰技术评价组织逐一研究当时荷兰公司所采用的防治废物产生和排放的技术,以便制定相关技术和评价方法来防止废物产生和排放,并在10个公司进行预防污染实践,取得了良好的效果。为了鼓励更多企业采用清洁生产技术,企业可以申请荷兰政府对防污设备的补贴,金额为新设备费用的15%~40%。在控制农业径流污染方面,荷兰人也不含糊,利用他们在现代农业上领先世界的培育技术,可以做的植物、作物、花卉种植/培养全过程水分、肥料/农药投加与吸收的精准控制,以防未被吸收的化肥、农药残留进入水体。更有甚之,为减缓磷的农业流失速度,荷兰政府早已制定了农业生产配额,且每年生产的作物(粮食、蔬菜、花卉等)从土地中带出多少磷,来年就只能补充(施肥)同等量的磷,绝不容许任何浪费。

严格的法律与上述实际行动,让荷兰已完全实现了生态治水模式下的水质保证目标,且水质控制指标比欧盟规定更加严格。

阿姆斯特丹运河


5  水管理体制与民众教育

荷兰国家虽小,但其治水、管水经历及经验、技术、效果堪称世界之最,无论是控制水量的水利建设,还是控制水质的生态恢复双双领先世界。这一切与荷兰延续了近千年、别具一格的水管理体制紧密相关。再加上一系列严格的环境保护法律,尤其是2009年最新颁布的新《水法》,使专职管水部门——水务局从来自上(法律)、下(民众)两方面的压力下尽心尽责为国家、为百姓管水并管好水。此外,民众从小便开始的有关水的教育亦提高了人民对水的关心与爱护,使水渗入民心,形成人人参与管水的氛围。

5.1荷兰独特民选管水机构——水务局

荷兰政府管理机构分三个层次:中央、省以及行政区。然而,各级政府并不负责地表水水量与水质的管理。荷兰存在一个特殊的专门管理地表水水量与水质的机构——水务局(Water Boards),它们独立于政府部门之外,是一个典型的非政府组织(NGOs)。水务局实行的是水流域管理制度,专职负责管辖区内水务管理,原始功能是防止土地遭受洪水侵袭。目前,水务局的功能已从单一的水量管理过渡到对水量、水质的双控管理,业务范围涉及灌溉、引流、排水、水净化以及运河与河流维护。

水务局是荷兰最初的民主形式,其历史可以追溯到中世纪,早于荷兰的皇室。为防洪、排涝,早在12世纪荷兰村镇便自发组织起相对松散的排涝互助组,目标单一,就是排除当地多余降水,以免农田被淹;实施形式基本上是有钱的出钱、有力的出力,以维持日常维护运作。至13世纪,民主选举产生的水务局开始在荷兰出现,从此一种公众参与的水管理组织正式形成。到19世纪中叶,民选水务局已经发展到了3 500多个。小虽精致,但缺乏彼此间沟通与协调,难以实现整体向外海排水的目标,所以,水务局逐渐开始整合,化零为整;到1950年,水务局被合并至2 500个,在2003年合并到48个,直至目前的23个。

水务局董事会成员由各水域管辖区利益相关者(Skateholders)选举产生,包括企业、地主、居民等;从中再选举产生水务局局长,即在荷兰被称为的“堤坝水督(Dijkgraaf)”,最后由中央政府予以任命、承认。水务局为非政府、非盈利专门管水机构,所需费用来源基本上是取之于民、用之于民;水务局经费收入来自于对企业、地主和个人所征收的两项税/费收,即,水务费和污染税,能涵盖水务局各项工作总费用的95%,剩余5%的费用由中央和地方财政予以补贴;2000年荷兰水务局年财政预算为26亿欧元,其中,73%用作运行管理费用(60%用于包括污水处理在内的水质管理),27%用于投资(兴建基础设施)。

需要说明的是,荷兰水务局并不负责自来水供应、地下水管理与下水道修建与维护。自来水因为是盈利行业,所以,由自来水公司按市场经济原则运作。地下水管理与下水道修建与维护则分别由省政府和行政区负责。然而,地下水与地表水在客观上存在着一种必然联系,两者共同形成所谓的水系统。所以,水务局在其综合管理事务中,还应负责协调水管理、环境管理、城市规划与自然保护之间的关系,广泛地同省、行政区政府、自来水公司、地主及自然与环境保护组织共同合作,致力于可持续的水管理。

梦幻羊角村


5.2  新《水法》内涵

2009年荷兰颁布了新《水法》,旨在应对由气候变化带来的海平面上升、降雨量变化等防洪事务以及水质、水量等其它综合水管理事项。在新《水法》颁布以前,荷兰已经存在多项涉水法案,如:《水管理法》、《地表水污染法》、《海水污染法》、《地下水法》和《防洪法》等等。然而,之前的这些涉水法案覆盖面相互交叉,对部门的职责规定不明确,对执法和管理造成了一定的阻碍。尽管为综合协调这些法规荷兰于1995年出台了综合性《环境管理法》,但是随着2000年《欧盟水框架指令》提出的新的水管理措施实施(欧盟水管理基础),荷兰在2009年又出台了新的综合性《水法》。

首先,新《水法》强调水资源的统筹管理,既考虑水资源的利用,也考虑了水的自然流动。《水法》注重各部门协调配合,明确了水务局与交通部、农业部、规划部以及各级政府的责任与边界,增强了各个部门之间的协调合作能力。例如,交通部、公共工程部与水管理部负责制定国家防洪政策、水管理战略,并对省政府进行监督以及指导行政区和水务局的工作;住建部、空间规划部和环境部负责管理水质;农业部、自然管理部以及渔业部负责管理农业灌溉和渔业生产;省政府负责对水务局进行监管,并对空间、环境和水资源进行综合规划;行政区主要负责区级土地利用及污水和雨水排放与收集;水务局则负责对水域管辖区内地表水资源(水量与水质)进行统一管理。

其次,新《水法》对水许可证制度进行了整合,规定企业或个人进行与水相关的活动时,必须申请水许可证。将原来6项水许可证整合为一个综合水许可证,涵盖了大部分涉水活动。目前,不同的涉水活动只需要一个许可证即可,避免了各部门重复管理和累赘审批。所有与水相关的许可证均可在同一办公地点申请办理,为水资源综合管理提供了极大的便利。

同时,新《水法》亦对防洪标准进行了量化规定。例如,为确保围垦区在遭遇风暴潮时的安全,新《水法》规定围垦堤坝一律采用4 000年一遇以上的防洪标准。荷兰将具体构筑物的防洪标准写入水法,直接体现了荷兰对法案的可操控性追求。

最后,新《水法》还制定了污染者付费原则和地下水有偿使用原则,并且强调违法入刑。企业与个人在使用水资源或排放污染物时,将依据其对环境影响大小征收污染税。同时,在使用地下水时,使用者也会被要求支付一部分资源使用费用。当企业或个人违规使用水资源或污染环境时,新《水法》规定追究其刑事责任。

总之,新《水法》运用法律和经济双重手段有效地控制了水资源的使用和环境污染。

荷兰的田园风光


5.3  基础水教育

荷兰拥有全球最先进的治水方法和最完善的管水体制,这与荷兰基础教育中有关治水知识的普及是分不开的。从小学、初中、直至高中,每个阶段都有相应的水教育课程及相应的实践活动。每个荷兰人自小便对本国水资源和水环境有着基本的了解,这也为荷兰实行民选水务局制度奠定了基础。

(1)小学阶段:到堤坝上与滩涂中实习

在小学阶段,每个小学都被要求进行主题为“水与生命”或“防洪规划”的实践活动。通常,老师会带领学生到防洪堤坝上了解堤坝的基本情况,比如,堤坝的长、宽、高和建造历史等等。并且,还要求学生在滩涂地里进行“泥土实习”;学生们可以采集土壤、研究土壤成分、发掘古人类留下的遗迹,还可以观察地下水水位等等。带有趣味性的实践活动可以给孩子们对水及防洪留下最基本的印象。

(2)初中阶段:了解水足迹

初中阶段的涉水课程涵盖许多主题,包括了解荷兰特殊地理、地形以及气候变化所引起的海平面上升等现象。最为重要的是还会开设一门研究和统计水足迹(Water Footprint)的课程,使学生学会了解各行各业对水量的需求,并分析水资源在全国乃至全球的流动情况。

老师还会与学生进行讨论,通过具体实例来了解水资源的流动性。然后,让学生自己计算水的流动过程,并在家长的帮助下得出数据。在这一过程中,学生们会对不同行业之间的水资源流动情况进行分析、讨论。通过这种方式,老师让同学们了解本国和全世界的水资源情况,并建立节约用水的意识。

(3)高中阶段:学习水与社会

在高中阶段,学生关于水的学习往往与社会科学相联系,主要讲述荷兰文学、艺术以及传统文化与水的关系。与此同时,学生也要学习人口迁移、城市化、日常生活与水利工程和水管理之间的关系,了解一些涉水法案,包括了解水务局等水管理机构职能等等。

通过上述三个阶段由浅入深、由表及里的水教育,让每一个荷兰人在迈向社会之前就具备一定的水知识。

花团锦簇的住区


6   结语

纵观荷兰千年成功治水经验,不难看出,首先源于它有着一个与世界其它国家与众不同的水管理体制(水务局):一切从需要出发,利益相关者自发、民主协商解决实际水问题。其次,水的治理与管理以流域区划为对象,而非孤立的城市/城镇各自为政模式;这样可充分利用非硬化城市区域(郊外、广大农业区域)的土壤、河流、湖泊对水的滞留和储存作用以及环境的自净容量。最后,严格的涉水法律以及对民众良好的水教育保证了荷兰管水、治水行动有序、有的进行。


来源:中国给水排水


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