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13、学术考察(7月28-8月2日)
参观考察Sheboygan超级基金资助地(superfund site):在威斯康辛–密尔沃基大学,威斯康辛自然资源处的Tom Wentland、Baird协会的Bruce Halverson、威斯康辛–密尔沃基大学的Erik Christensen ( erc@uwm.edu )介绍了Sheboygan超级基金资助地的基本概况、生态系统恢复工程情况及基金的获得和使用情况。美国超级基金用于受到工业污染地区的污染土层的清除、处理及处置以及当地生态修复工程,超级基金由美国EPA代为提供,最终追究造成本地污染的工厂、公司根据其对污染贡献的大小支付。美国EPA根据污染情况,确定用于生态修复工程的超级基金数额,通过调查确定应承担责任的工厂和公司,要求他们支付此金额,如果不服,将通过法律程序处理。Sheboygan超级基金资助地曾受到严重污染,Sheboygan河水质恶化,通过钻孔取样和水质监测,发现土层、水质严重污染,PCB和PAH等污染物严重超标,并通过调查确定了这些污染主要是由已经搬迁的数家企业');">企业和公司造成的,通过EPA,由这些企业和公司提供基金,对此地污染土壤进行了挖掘、清运和处理,并将处理后的污染土外运处置。目前此地已经是绿草萋萋,环境宜人。这套环境修复工程超级基金的做法对我国污染控制和生态修复工程具有很高的参考价值。代表们实地考察了治理后的Sheboygan河上、中和下游。
考察周文德水利实验室(Ven Te Chow Hydrosystems Lab.):周文德水利实验室是以伊利诺伊大学著名的美籍华裔科学家周文德命名的水利实验室,主要进行河流水力学、环境水力学、海洋潮流等方面的实验研究。Marcelo Garcia介绍了实验室概况并带领代表们参观了实验室,演示了大型波浪水槽进行的波浪对沙床的影响实验、环形水槽中波浪作用下粘性泥沙的再悬浮实验、沙质河床河道演变实验、水库曝气产生气泡羽流改善水库水质实验等。
考察伊利诺伊河及Peoria湖:在伊利诺伊水调局自然资源处的Misganaw Demissie和Nani G. Bhowmik带领和介绍下,代表们参观、考察了伊利诺伊河和Peoria湖及其生态恢复项目。伊利诺伊河是密西西比河的主要支流,起源于伊利诺伊东北部,向西南流向密西西比河,总长约273英里。伊利诺伊河是联结Great湖到墨西哥湾的唯一陆上水道,因此是美国重要的商业航道。流域面积为75156平方公里,其中64000平方公里位于伊利诺伊。• 伊利诺伊河生态恢复项目主要是解决人类活动引起的生态问题,如泥沙淤积引起的回水及边滩的损失、不稳定的支流、改变了的水动力条件等其它问题对河流系统的生态影响。主要包括4个方面:(1) 流域和支流恢复–––着眼于河流恢复、湿地恢复、水土保持等方面,解决支流退化和不稳定问题;(2) 河流边滩和回水区恢复–––恢复水生生物环境,包括深水河道环境、回水湖、边滩和岛屿等;(3) 水位管理–––降低快速波动,恢复自然水流;(4) 洪泛平原恢复和保护–––评估洪泛平原的使用、洪泛平原功能的恢复以及自然生态保护项目的价值。• Peoria湖生态恢复项目:泥沙淤积毁坏了Peoria湖的鱼类和自然生物的生活环境,与1903年相比,湖容积减少了68%,水深从8.1英尺减少至2.6英尺。水深的减少,促使了泥沙的再悬浮,增加了紊动水平。松软的湖底不利于水生植物的生长。通过实施生态恢复项目,新增的岛屿降低了湖水一些部分的波浪,从而降低了泥沙再悬浮和紊动;改善的水质并没有刺激岛屿边滩水下和漂浮植物的生长;草木丛生的湿地保护区提供给迁移的鸟类足够的食物;河道的疏浚形成了新的河岸线并恢复了边滩的水生动植物生活环境。
考察胡佛水坝:胡佛坝是美国综合开发科罗拉多(Colorado)河水资源的一项关键性工程,位于内华达州和亚利桑那州交界之处的黑峡(Black Canyon),具有防洪、灌溉、发电、航运、供水等综合效益。大坝系混凝土重力拱坝,坝高221.4m,大坝形成的水库叫米德(Mead)湖,总库容348.5亿m³,水电站装机容量原为134万kW,现已扩容到208万kW,计划达到245.2万kW。于1931年4月开始动工兴建,1936年3月建成,1936年10月第一台机组正式发电。胡佛大坝基岩为坚硬的安山岩、角砾岩。河床狭窄、两岸陡峭。低水位到基岩的深度为33~40m,最低点为42.4m,低水位的水面宽度为88~113m。坝址处流域控制面积43.25万km²,总流域面积的69%。水库面积663.7km²。坝址处最大年径流量为274亿m³,多年平均径流量160亿m³。
考察科罗拉多河:科罗拉多河被称为美国西南部的生命线,它发源于落基山脉科罗拉多山西侧,流经美国的科罗拉多、犹他、亚利桑那、内华达、加利福尼亚等州,最后在墨西哥北部汇入加利福尼亚湾。1935年,美国在科罗拉多河上建成了第一座大坝——胡佛水坝,在此之后又先后兴建了14座控制性水库和32项灌溉工程,使该河在美国境内的水库总库容达740亿立方米,约是美国境内年平均径流量208亿立方米的3.6倍。科罗拉多河水利工程体系形成后,该河水资源被大规模地开发利用,但总体上水资源一直保持供大于求。1997年,由于美国部分州将自己剩余水量引走,用于补充地下水,部分州超量使用1922年协议的用水量,终于使水资源出现了求大于供的局面。近几年,每年大约缺水12亿立方米。多年来水资源的大规模开发利用,导致了河道萎缩、水质恶化、下游湿地面积大幅度减少、不少野生生物濒临灭绝等一系列问题。科罗拉多高原整体是由中生代的石灰岩层所构成的,结晶岩、片麻岩、结晶片岩等都是中生代地层的底盘,经科罗拉多水系冲蚀形成峡谷幽深、色彩斑斓的峡谷,其中著名的大峡谷的地貌和景色蔚为奇观。大峡谷位于美国西南部亚利桑那州西北部的凯巴布高原上,总面积两千七百多平方公里,由于科罗拉多河穿流其中,故又名科罗拉多大峡谷,由一系列迂回曲折、错综复杂的山脉和深谷组成,气势雄伟,岩壁陡峭。大峡谷长约350公里,峡谷宽6—29公里,平均谷深1600米,最深处达1620米,每天平均挟带的沉积物多达50万吨。科罗拉多大峡谷是考察和研究地质史,分析和划定岩古石层系的理想场所。
三、体会与建议
1、通过中美泥沙与环境学术讨论会的讨论与参观,交流与讨论了中美双方在泥沙与环境影响方面近年的最新研究成果,一方面介绍了我国重大科研项目的研究成果,扩大了我国的学术地位和影响;另一方面了解了美国在泥沙与环境影响方面的最新研究和工程情况,“它山之玉,可以攻石”,对我国未来的科研具有重要的借鉴作用;同时,学术讨论会也使与会代表交接了新朋友,增加了中美学术探讨和合作的机会,并达成了一些合作意向。因此,中美合作交流活动具有重要意义,希望水利部继续并加强支持这项活动,使中美泥沙讨论会按系列会议形式继续办下去。
2、通过国际泥沙研究培训中心与美国地调局讨论重新启动中美水文备忘录附件4的活动,认识到国际泥沙研究培训中心具有国际交流、国际影响、人才等方面的优势,可以负责协调并参与中美和其它双边合作交流,充分发挥国际泥沙研究培训中心的国际交流作用。
3、由于美国的河流大多不象我国黄河存在严重的泥沙灾害问题,目前美国的泥沙研究多是结合环境影响、环境评估和环境修复进行的。当然,传统的河流泥沙、水库泥沙及利用先进设备和仪器进行泥沙运动机理的研究仍占据着一定的地位。相比之下,因为国情的不同,我国在传统的泥沙研究和泥沙灾害问题的研究上仍是居于国际领先水平,结合环境问题的泥沙研究虽有涉及,但在研究深度与广度上仍有待加强。
4、近年来,国际上时有“拆除大坝”的讨论,以恢复和保护生态环境。讨论会中,两国学者也就此问题进行了讨论。过去一百年来美国在兴建水库方面一直领先世界各国,最近几年美国各地已着手拆除逐渐丧失作用的老旧水库,并且恢复原有的河川面貌。根据统计,截至目前,美国已拆除了465座没有继续存在价值的水库。美国拆除大坝的原因主要是:(1) 达到使用寿命:水库的平均寿命是五十年,美国超过五十年的水库已有四分之一,到二○二○年时将高达百分之八十五。(2) 维修成本以及构成的安全威胁与日俱增:大约百分之三十的美国水库业已达到有用寿命的末期,它们的维修成本以及构成的安全威胁都将与日俱增。修复的费用将超过拆除它们的支出。即使两者的费用不相上下,拆除它们将可免除未来继续监督与维修的需要与成本。(3) 已发展出不兴建水库而满足人类需求的方法:例如防洪作用,因为美国幅员辽阔,人口相对较少,从恢复生态环境考虑,美国现多采用如下的防洪对策:恢复湿地、维持河岸缓冲地带、或是协助住家和企业迁离泛滥平原,从而更有效而节省成本地达成防洪效果。因此,可以看出,美国“拆除大坝”实际上是拆除毫无存在价值、存在潜在威胁的水库,和我国一些小型水库因淤积、质量低劣、效益很小或自然受损等原因造成的水库的自然废除相似。
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