当前位置:首页 > 资讯 >

狠狠爱在线影院免费

2020作者:admin

摘要 切萨皮克湾 (Chesapeake Bay) 是美国第一大海湾

由于长期面临富营养化、水体低氧、生态功能丧失、渔业减产等环境问题,美国联邦政府与海湾流域内各州政府在1983年成立了跨区域治理的切萨皮克湾项目 (Chesapeake Bay Program)

该项目隶属于美国联邦环保署,负责切萨皮克湾流域治理的协调与监督

2010年,奥巴马政府颁布Chesapeake Bay TMDL,要求各州在2025年完成所规定的减排任务

如今Bay TMDL迎来”期中考试”,在减排如火如荼进行之时,流域治理却迎来一个前所未有的挑战——最大入海河Susquehanna在入海口附近的Conowingo水库的泥沙淤积所造成的额外的泥沙和总磷排放

该问题堪称切萨皮克湾业界最近五年最热门的话题之一(参考近期《华盛顿邮报》的头版报道)

笔者对该问题进行了长期的跟踪研究并发布了一系列期刊文章

本文以问答形式深刻剖析Conowingo水库对切萨皮克湾流域治理的影响

作者介绍 张谦 美国联邦环保署切萨皮克湾治理项目(USEPA Chesapeake Bay Program)流域数据分析员,美国马里兰大学环境科学研究中心(University of Maryland Center for Environmental Science)助理研究科学家

美国约翰霍普金斯大学环境工程系博士学位、应用数学与统计系硕士学位

本科毕业于新加坡南洋理工大学

主要对美国第一大海湾“切萨皮克湾”及其流域内主要入海河流进行水质数据(包括氮磷泥沙等)的统计分析(包括现状与时间趋势),并为相关的决策部门提供最及时最准确的研究成果和治理建议

1. 问:切萨皮克湾在哪里?主要面临哪些环境问题?答:切萨皮克湾是美国面积最大的海湾,位于美国大西洋海岸中部,为马里兰州和弗吉尼亚州三面环绕,南部与大西洋连通

切萨皮克湾南北长约300公里,最窄处6.4公里宽,最宽处也只有50公里宽

该海湾曾经是美国主要的渔业基地之一,但产量已大不如前

切萨皮克湾流域面积为166000 平方公里,人口约1700万

和世界上许多的主要海湾和河流一样,切萨皮克湾所面临的问题是全面性的,包括人口增长、农业污染、城市废水、雨水径流、大气污染、地下水污染、有毒污染物、气候变化、物种入侵、海水盐化、渔业减产等

Figure 1. 切萨皮克湾是美国面积最大的海湾

来源:National Museum of American History2. 问:切萨皮克湾的治理由谁负责管理?答:切萨皮克湾及其流域涉及多个行政州,包括马里兰州、弗吉尼亚州、宾夕法尼亚州、纽约州、德拉维尔州、西弗吉尼亚州,以及华盛顿哥伦比亚特区

因此,切萨皮克湾的保护与修复由隶属于美国联邦环保署的切萨皮克湾项目 (Chesapeake Bay Program) 负责协调管理

该项目成立于1983年,当时由美国环保署署长、马里兰州州长、弗吉尼亚州州长、宾夕法尼亚州州长、华盛顿哥伦比亚特区区长组成核心的领导机构——执行委员会 (Chesapeake Executive Council)

随后,纽约、德拉维尔、西弗吉尼亚三州也陆续加入该治理项目——三位州长也自动进入执行委员会

切萨皮克湾项目负责协调流域内的众多联邦政府机构(包括农业部、美国地质调查局、国家海洋和大气管理局、国家公园管理局等、国家森林局、鱼类和野生生物管理局、国家航空航天局、美国陆军工程兵部队等)、州级别的政府机构(包括各州农业部门、环境部门、自然资源部门等)、县市政府机构、大学科研机构、非盈利组织等,堪称世界范围内跨政府协作治理的典范和先驱

3. 问:切萨皮克湾TMDL是何时颁布的?具体内容是什么?答:切萨皮克湾的许多主要环境问题都源于流域内超负荷排放的氮磷泥沙等污染物

在切萨皮克湾项目成立后的二十多年内,减排任务是“自愿”的,因此长期以来水体的治理效果差强人意

2010年12月29日,在时任奥巴马总统“保护切萨皮克湾”的总统行政命令的推动下,美国联邦环保署颁布切萨皮克湾Total Maximum Daily Load (TMDL)

该TMDL是环保署历史上制定的最大的TMDL,要求整个切萨皮克湾流域每年减少84300吨氮、5670吨磷、2.93百万吨泥沙的排放

该TMDL同时规定了其流域内各州所需完成的具体减排指标

而且减排任务需要在2017年(“期中考试”)完成60%,在2025年完成100%

Figure 2. 切萨皮克湾TMDL所规定的各州的排放指标

来源:美国环保署

4. 问:切萨皮克湾流域内主要的入海河有哪些?谁负责监测这些河流所携带的泥沙和营养物?答:切萨皮克湾有大大小小几十条入海河流,其中有九条河流由美国地质调查局USGS长期实施监测并分析氮磷泥沙的数量及时间趋势

这九条河流由大至小依次为Susquehanna, Potomac, James, Rappahannock, Appomattox, Pamunkey, Mattaponi, Patuxent, 和Choptank

其中,横穿纽约、宾夕法尼亚和马里兰三州的Susquehanna是切萨皮克湾第一大支流

据笔者研究统计,在这九条入海河的总量中,Susquehanna占60%的河水、65%的总氮、46%的总磷、以及41%的泥沙 (Zhang et al., 2015)

其相对较低的泥沙比重是由下游区域的水库组造成的

在下文,我们进行详细的论述

Figure 3. 切萨皮克湾流域内九条主要河流

Susquehanna为第一大支流

来源:美国地质调查局

5. 问:Conowingo水库在哪里?该水库对切萨皮克湾治理有什么意义?答:Conowingo水库的位置向北靠近马里兰州和宾夕法尼亚州的州界,向南十分靠近Susquehanna河的入海口

该水库是Susquehanna下游区域水库组的一员,也是库容最大的一员

其上游的Clarke湖和Aldred湖均已在20世纪中叶就达到泥沙淤积的库容,故长期以来不能有效的阻止来自流域内的泥沙排放

Conowingo水库的大坝建于1928年,主要用于水力发电,近九十年间不间断地被泥沙淤积

换句话说,Conowingo水库长期以来一直有效的阻止来自其上游流域的泥沙和磷等污染物向下排放至切萨皮克湾

由于水库逐渐接近库容,其拦阻效率越来越低,在过去五年一举成为切萨皮克湾业界的最热门话题之一

Figure 4. Conowingo大坝及其水库,位于马里兰州,位置靠近Susquehanna河的入海口

6. 问:Conowingo水库底部泥沙淤积的时间趋势是如何的?答:美国地质调查局在历史上对Conowingo水库做过多次的库底测量

这些数据显示,水库底部逐渐被泥沙填满的:1929年,水库有100%的泥沙库容;2008年,水库仅剩下10%-15%的泥沙库容

而根据美国地质调查局最新研究,水库只剩下约5%的泥沙库容 (Langland, 2015)

换句话说,这个水库基本上不能再存储更多的泥沙,也就说不能再有效的拦截上游运输而来的泥沙

由于泥沙的沉积,水库的河流横截面减小,在同等水量的情况下,河水的流速会增大,也就会导致泥沙沉积的概率减少、悬浮冲刷的概率增大,故此会有越来越多的泥沙流出水库 (Hirsch, 2012)

Figure 5. Conowingo水库底部泥沙沉积的时间趋势

来源:美国地质调查局

7. 问:作为时下切萨皮克湾保护的最热门话题之一, Conowingo水库问题是如何浮出水面的?答:美国地质调查局USGS专家Bob Hirsch博士于2012年率先发表学术报告

其研究结果表明,Conowingo水库的泥沙和总磷排放在1996–2011年这个时间段分别大幅上涨了97%和55%

据此,Hirsch推测Conowingo水库已经不能再有效的拦阻上游来的泥沙和磷

与此同时,约翰霍普金斯大学的研究团队(笔者及博士导师William Ball教授)做了更为深入细致的研究,于2013年发表期刊文章 (Zhantg et al., 2013)

该研究证实了Hirsch的结论,并进一步对溶解磷与非溶解磷的时间趋势做了模拟

文章指出水库总磷排量的上涨是由非溶解磷主导的,而溶解狠狠爱在线影院免费磷的时间趋势是总体下降的

考虑到非溶解磷由泥沙携带运输,该结果为Hirsch的结论——“Conowingo水库不能再有效的拦阻上游来的泥沙和磷”——提供了强有力的论据

Figure 6. Conowingo水库向下游排放的泥沙(Suspended Sediment)自1990年代中期以来在各个季节均呈显著上升趋势

来源:Zhang et al. (2013)

8. 问:Conowingo水库上涨的泥沙和总磷是否起因于上游(纽约和宾夕法尼亚州)的流域活动?答:自Conowingo水库的问题浮出水面后,切萨皮克湾业界内产生了诸多争议

起初,许多人推测罪魁祸首是上游的排放活动,将箭头指向宾夕法尼亚和纽约两个农业为首的大州,尤其是前者

对此,我们的研究成果(Zhantg et al., 2013; Zhang et al., 2016a)均明确显示,水库上游的六个监测点的泥沙、磷、氮均呈下降趋势

流入水库的各项指标也呈显著下降趋势

换句话说,Conowingo水库上涨的泥沙和总磷并非因为上游流域的排放,而是因为水库拦截功能的减弱

Figure 7. 上游流域输入Conowingo水库的泥沙(Suspended Sediment)在各个季节均呈显著下降趋势

来源:Zhang et al. (2013)

9. 问:Conowingo水库的问题是否仅限于飓风和热带风暴级别的水流?Conowingo水库问题的另外一个比较大范围的争议是,许多人认为该水库功能的减弱仅限于飓风和热带风暴级别的水流

在这种自然条件下,大量的泥沙和磷被冲刷出水库,造成了排放总量的增加

比如在2011年9月的热带风暴Lee期间,Conowingo水库向下游排放了大量的泥沙,引发了管理方、学术界、以及大众媒体的广泛关注

对此,我们与美国地质调查局的专家Bob Hirsch在ES&T杂志合作发表文章 (Zhang et al., 2016b)

该文章通过对水库上下游数据的统计模拟,为水库的泥沙、总氮、总磷的运输做了质量平衡的分析

该研究指出,在各样水流条件下(包括低水流和一般水流),水库的净沉积是呈长期下降趋势的

因此,水库拦截功能的减弱,并非局限于风暴级别的水流

换句话说,即使在近期一段时间不再有飓风和热带风暴发生,Conowingo水库面临的问题也绝对不能被忽略

值得一提的是,这项科学研究在世界范围内都是罕见的,因为很少有这样的大型水库在上游和下游的关键位置均有长期的水质监测数据

Figure 8. 在2011年9月热带风暴Lee期间,Conowingo水库向下游排放了大量的泥沙,引发了广泛关注

来源:美国地质调查局

10. 问:业界普遍认为,Conowingo水库如今处于一个“动态平衡”的状态,该如何理解?答:美国地质调查局的专家Mike Langland的早期研究估计,Conowingo水库可以拦截来自于上游的70%的泥沙,45%的总磷,和2%的总氮

然而随着水库泥沙库容的逐渐消失,如今水库已经处于一个动态平衡的状态

虽然在短期内,水库的输入量不一定等于输出量

比如,在暴风雨过后,底部泥沙会被冲刷出库,使水库获得暂时的额外的库容,并在随后的一段时间被入库的泥沙填充

因此,在较长时间的基础上(五年、十年、甚至更久),入库的泥沙约等于出库的泥沙,即水库的拦截效率为零

这种状态被业界称为“动态平衡”

Figure 9. Conowingo水库泥沙的流入量越来越接近输出量

来源:Langland (2015)

11. 问:Conowingo水库所带来的问题对切萨皮克湾TMDL有何重大影响?答:因为Conowingo水库所排放的泥沙和总磷的上涨,整个切萨皮克湾流域的排放总量显著上升,这已经严重威胁到切萨皮克湾TMDL的实施进度

事实上,在2010年切萨皮克湾TMDL制定时,美国环保署根据当时最新的科研成果,假设在TMDL指标完成前,Conowingo水库均能保持有效的拦截功能

可是如今,这个重要的假设已不再成立

( 复制链接并在外部浏览器中打开,了解更多详情 https://www.epa.gov/sites/production/files/2015-02/documents/appendix_t_susquehanna_dams_final.pdf )12. 问:Conowingo水库所带来的问题是否是前所未知的?答:最近有许多大众媒体报道称这是美国联邦环保署和切萨皮克湾项目的严重疏忽,但事实并非如此

如上题所述,在2010年切萨皮克湾TMDL制定时,美国联邦环保署根据当时最新的科研成果,假设在TMDL指标完成前,Conowingo水库均能保持有效的拦截功能

当然,如今根据最新的科研成果,这个重要的假设不再成立

但是必须指出的是,环保署在2010年TMDL文件中明确注明,如果这种情况出现,环保署将重新考虑和分配各州的减排指标,以满足切萨皮克湾修复目标的最终实现

因此,Conowingo水库的问题并不是环保署或切萨皮克湾项目的疏忽,只是政策的制定不可避免的局限于当时业界的科学认知

Figure 10. 切萨皮克湾TMDL文件附件中明确提及Conowingo水库的假设

来源:美国环保署

13. 问:自Conowingo水库的问题被发现后,其他河流流域内的排放者 (以农民为主) 将矛头指向该水库,称自己不需要履行减排义务

学术界对此是什么观点?答:这种观点根本就是推卸责任的说辞,从科研角度看根本站不住脚

其一,Conowingo水库的问题主要局限于泥沙和总磷两个指标,对总氮并无实质的影响

因为总氮主要由溶解氮构成,所以基本不受水库的拦截

而相对于磷而言,切萨皮克湾许多水体面对的更大的问题是氮

从这个角度出发,Conowingo水库不是什么罪魁

其二,Conowingo水库位于Susquehanna流域,其他流域的减排对当地的环境治理和水质修复是有十分积极的作用的

也就是说,不管Conowinmdigo水库发生什么,决策者制定怎样的解决方案,都不会影响到其他河流流域内的环境和河流水质

14. 问:面对Conowingo水库所带来的问题,决策者将采取怎样的措施?答:在这个问题上,美国联邦环保署和切萨皮克湾项目始终保持高度关注

自2012年问题浮出水面以来,切萨皮克湾项目始终保持与学术界的密切交流

在过去五年,切萨皮克湾项目汇集合成了大量的科研数据,包括美国地质调查局2012年和2015年两份学术报告,约翰霍普金斯大学(笔者)的四篇期刊文章,美国陆军工程兵部队牵头完成的2015年水库研究,切萨皮克湾项目资助的2016年Conowingo水库研讨会等

值得借鉴的是,切萨皮克湾项目的准则是始终使用最前沿的科学并且考虑多方模型和多方成果(而不偏于某一向成果)

根据这些科研成果,切萨皮克湾项目已经逐步完成对切萨皮克湾流域模型和海湾水质模型的修补与更新

在公平公正的原则下,新的模型将被用于分配各州的减排新指标

据悉,这些决策将在2018年年初制定并由各州批准

Figure 11. 切萨皮克湾项目所使用的模型和决策机制

来源:美国萨皮克湾项目

15. 问:Conowingo水库对中国的流域治理有什么启示和借鉴?答:笔者认为,Conowingo水库问题一个非常典型的科学研究推动政府改进流域管理的案例

虽然不处于同一地理区域,该案例对中国的流域管理依然有不少的启示和借鉴

第一,在财政允许的情况下,要对流域内主要水库做全面且长期的水质指标监测——在空间上,要包括水库上游和下游的关键位置;在时间上,要包括各样的季节和水流条件

第二,在类似的重大问题发生时,主管部门(此案例中为切萨皮克湾项目)要保持对学术界的紧密观察和持续的交流,力争用最新最准确的科研成果来指导其解决方案的制定

第三,在解决方案涉及多方的利益时(此案例中涉及到七个行政独立的州或特区),需要有一个协调部门(此案例中为切萨皮克湾项目)牵头,并由各州派代表积极的参与其中

在这种机制下,才有可能在类似的跨区域的问题上制定出最为公平、合理、且行而有效的解决方案

延伸阅读 复制下方链接在浏览器中打开,了解更多详情 《华盛顿邮报》2017年7月4日头版文章https://www.washingtonpost.com/national/health-science/a-dam-could-derail-the-chesapeake-bay-cleanup/2017/07/04/cd2b4d46-5c1f-11e7-a9f6-7c3296387341_story.html《切萨皮克湾季刊》2017年专题文章https://www.epa.gov/wqs-tech/water-quality-standards-academy 文章内容仅代表个人观点,与作者所在工作机构无关

研究员辛苦啦,听听大牛们怎么说~Dr. William Ball美国约翰霍普金斯大学环境工程系教授,美国切萨皮克湾研究联合会会长

“The reservoir is now at a point where it’s essentially, effectively full. The issue is important, but it is only one piece of a very big puzzle. It is important to separate the issues of who pays, where it’s done, and what is done. Finding most efficient solutions is one thing, picking their location is a second, and deciding who pays for them is a third. But the time for dealing with this issue is now.” 翻译:Conowingo水库基本上已经达到库容了

这是个很严峻的问题

我们必须认真考虑谁来为此买单,在哪里做,以及如何来做

(通过科学研究)找出最有效的解决办法是一件事,划分(减排的)区域是另一件事,而谁来买单则是又一件事

这些都需要考虑到,但无论如何,该问题必须现在就要着手解决

Rich Batiuk美国联邦环保署切萨皮克湾项目副局长

“If you start to add all of those up but don’t account for the loads, then you won’t get back to a healthy system.”翻译:如果你不考虑(如何处理)这些(来自于Conowingo水库)额外的泥沙排放,那么切萨皮克湾就无法被修复到一个健康的生态系统

Larry Hogen美国马里兰州现任州长,切萨皮克湾项目执行委员会现任会长

“During my campaign for governor and from the earliest days of our administration, we have worked relentlessly to expose the growing threat to the Chesapeake Bay from sediment flowing through the Conowingo Dam. Now that there is finally consensus among scientists that the dam presents a clear danger, we have a real opportunity to find solutions together. It is absolutely vital that we find real solutions for the problem.”翻译:当我在竞选(马里兰州)州长以及起初担任州长时,我曾不遗余力的强调Conowingo水库的问题及其对切萨皮克湾治理的影响

现在,学术界终于达成共识,认为这个水库是一个严峻的威胁

我们应该抓住这个机会来共同寻找解决方案

在我看来,这是绝对至关重要的

参考文献Cerco, C.F. 2016. Conowingo Reservoir Sedimentation and Chesapeake Bay: State of the Science. Journal of Environmental Quality. 45: 3: 882-886. doi:10.2134/jeq2015.05.0230. Hirsch, R.M., 2012, Flux of Nitrogen, Phosphorus, and Suspended Sediment from the Susquehanna River Basin to the Chesapeake Bay during Tropical Storm Lee, September 2011, as an Indicator of the Effects of Reservoir Sedimentation on Water Quality, U.S. Geological Survey Scientific Investigations Report 2012-5185. Langland, M.J. 2015, Sediment transport and capacity change in three reservoirs, Lower Susquehanna River Basin, Pennsylvania and Maryland, 1900–2012. U.S. Geological Survey Open-File Report 2014-1235. USACE. 2015. Lower Susquehanna River watershed assessment report. U.S. Army Corps of Engineers, Baltimore District. http://dnr2.maryland.gov/waters/bay/Documents/LSRWA/Reports/LSRWAFinalMain20160307.pdf USEPA. 2010. Chesapeake Bay total maximum daily load for nitrogen, phosphorus, and sediment. U.S. Environmental Protection Agency Chesapeake Bay Program Office, Annapolis, MD.Zhang, Q., D.C. Brady, and W.P. Ball, 2013. Long-term Seasonal Trends of Nitrogen, Phosphorus, and Suspended Sediment Load from the Non-tidal Susquehanna River Basin to Chesapeake Bay, Science of the Total Environment, 452–453: 208–221, doi: 10.1016/j.scitotenv.2013.02.012.Zhang, Q., W.P. Ball, and D.L. Moyer, 2016a. Decadal-scale Export of Nitrogen, Phosphorus, and Sediment from the Susquehanna River Basin, USA: Analysis and Synthesis of Temporal and Spatial Patterns, Science of the Total Environment, 563–564: 1016–1029, doi: 10.1016/j.scitotenv.2016.03.104. Zhang, Q., D.C. Brady, W.R. Boynton, and W.P. Ball, 2015. Long-Term Trends of Nutrients and Sediment from the Nontidal Chesapeake Watershed: An Assessment of Progress by River and Season”, Journal of the American Water Resources Association, 51(6): 1534–1555, doi: 10.1111/1752-1688.12327.Zhang, Q., R.M. Hirsch, and W.P. Ball, 2016b. Long-Term Changes in Sediment and Nutrient Delivery from Conowingo Dam to Chesapeake Bay: Effects of Reservoir Sedimentation, Environmental Science & Technology, 50(4): 1877–1886, doi: 10.1021/acs.est.5b04073. 文章转载于《水基因》,表示感谢!狠狠爱在线影院免费