小流域治理的典范：美国地理信息技术实现河流与采矿的和谐

目前我国正处于高速发展时期，人口膨胀需要开发矿产资源满足人民的物质生活的提高。然而，无序采矿造成的土地利用变化虽然发展了经济，却造成了严重的环境污染，尤其是对水土流失和河流泥沙带来极其不利影响。有些地区的采矿业所形成的废弃物严重污染当地的水质。甚至使有害物质注入当地水系，致使水资源受到污染带毒，既不能饮用，也不能灌溉。在这方面，美国宾夕法尼亚州的作法很值得我们学习。该州利用当今世界上最靠近也是最复杂的GIS 技术，以及其它实时监测技术流域采矿与河流生态健康的双嬴。


　　 1. 项目背景


　　美国宾夕法尼亚州北的萨斯奎汉纳和拉克万纳河（Susquehanna-Lackawanna ，以下简称萨斯河）上居住着64 万人，面积大约1800 平方英里。跨越100 多个市政行政区域。过去，这里曾经是野生生物茂盛，风景独特的地方。十九世纪一位诗人形容这里是“ 起伏山峦之中的翡翠” 。
　　然而，不幸的是，从十八世纪九十年代起人们在这里发现了煤矿，于是该地区出现了很多采煤的企业，这些企业成为该地区主导的工业，这些工业通过很多交通工具进行运输，一开始是通过萨斯河，后来通过该州的运河，最后来是通过铁路。当时，这些新兴采煤业一年能完成成千上万吨的煤矿的开采和运输。联邦和居民都获得了巨大利润。由于该事业的发展，该流域的人口、工业速快增加和扩大，并且吸引了来自波兰、德国、意大利和俄罗斯的移民者前来开荒。
　　然而，好景不长，人们在赚取大把大把钞票的同时，也得到了自然界的惩罚。因为这种无序的采矿业对萨斯河流域环境的影响太大了。它造成该流域的很多的矿坑、小山似的矿渣堆弃物，并且随处可以看到黄色的矿物形成的黑色的含盐很高的污水往河里流淌。不仅如此，更令人不可想象的是，当洪水发生的时候，有很多地下矿井被淹没，造成很多人死于非命。
　　因此如何在该流域合理采矿，同时又有利于环境保护是当时该流域的最大课题。
　　美国河流遗产组织在萨斯河流域恢复方面起着重要作用。该组织鼓励社区团体对污水流路作为自然遗产进行整治，而不是仅仅从治污和防洪的角度进行治理。积极促进区域合作，改进公私关系，并且上马了很多新型的经济发展、环境保护和历史文化遗产保护方面的革新措施。该流域又呈现出早期的生机，又回到了十九世纪初诗人所描绘的那种景象。并被美国人描述为“ 人类眼睛所能停留的世界上最美丽和最富有的一道风景线” 。


　　 2. 治理措施


　　 2.1 流域环保主导方略

　　由于美国政府对萨斯河流的治理非常重视，该河流被列为美国遗产河流。萨斯河治理的最大特点，是其基于该流域GIS （地理信息系统）的基础上模型平台。系统所采取的技术可以说是当今可获得技术中最复杂和最先进的。该项目得到了联邦和州的200 万美元的资助, 实际耗资800-1200 万美元。其地理信息系统数据包括整个萨斯流域的环境、人口、社经、地貌和物理形态、天然资源和其它属性等。对于环境诸要素之间的地域关系进行了准确的描述。例如森林、河流、湿地、野生动物栖息地等。以及其它基础设施，例如公路、城市、建筑物、污水系统等。
　　该项目具体由该州的国王大学和威尔克斯大学（King''s College and Wilkes University ）联合完成。他们旨在建立一套区域独立并且互助的多目标的地理信息系统。重点是在宾夕法尼亚州的中部和北部萨斯河域进行应用。该工程极方便地促进了流域环境恢复和经济发展。帮助人们制定“ 聪明增长” 的用地规划。基础设施发展计划，项目本身也包括对不熟悉人员进行GIS 培训和系统应用。研究部门根据以GIS 为基础的水环境模型分析结果制定流域主导治理方略，以达到美国河流遗产保护的要求。
　　项目的第一阶段，由河流土地生态学者、环境科学家对所有已经存在的陆地、水文和环境数据进行整合，使它们规范于以GIS 为基础的流域生态框架。当这些工作完成以后，GIS 分析功能将有助于确定河流的以下因素：环境数据有缺乏的具体地段；环境污染比较严重和剧烈的地方；人口最稠密的地带；寻找到污染治理的当地的、州的、联邦的、甚至是个人的资源和措施；用于环境清理、生态恢复和污染控制的最经济、最可行的措施等。
　　项目进行的第二阶段是实施野外监测，该监测将进行跨越流域的陆地、河流和地下水监测，以获得连续数据。这些数据与项目第一阶段的数据合成一体，进入GIS 模型并最终形成一个流域的综合评估系统。模型生成的评估数据和结果可直接作为环境清整和生态恢复工程的依据，同时也有助于设计一个流域级的防洪措施。
　　项目的第三阶段仍然是野外环境监测，主要是用于决定环境治理的深度和河流恢复程度的因素的监测，以帮助人们制定最经济、最有效的环保措施。
　　项目成功以后，有很多市政部门和非盈利性组织利用了这种GIS 技术的优势，通过这种方式，能够节省大量的开资，因为一个区域规划、经济发展和环境恢复工程一般包括植被、湿地、河流、公路、公园、房屋和水处理工厂。GIS 能直接标注出污染源，同时分析出该污染所影响的范围，以及土地地形对水流的影响等，确定污染治理所需要的最低费用。美国宾夕法尼亚州所使用的这种GIS 技术受到社会广泛认可，因为它能够能够将海量的数据转变为有用的地图数据，同时能提供分析功能，帮助社区居民制定可行防洪计划、清理污染和制定发展计划等。该项目研究吸引了一个国家级的公司在该流域增设了一个培训中心，帮助大学机构培训准备在该领域就业的GIS 专业人才。他们有来自世界各国的专家，包括一个俄国专家工作组。负责GIS 环境管理方面的培训。
　　 2.2 水质监测与计算机服务
　　宾夕法尼亚的萨斯河除了具有在环境方面的GIS 模型之外，还有比较称道的水质监测系统和完善的计算机服务系统。
　　萨昆河域河流遗产组织得到美国环境保护局的400 万美元的资助，以帮助实施该河域实时水质监测项目。
　　水质实时监测项目有助于该流域的环境评估和清除策略。这是一个实时的、互联的、能报告环境参数的河流网络系统。该系统采用先进的水质监测技术和全球定位系统(GPS) 来测量和改进水质。能够帮助人们实时跟踪酸性矿渣废弃物和污水的影响，并且能够评估出萨昆河流两岸的植被情况。这些信息都可以显示于互联网上，能够帮助人们对河流及两岸需要恢复和修补的地区进行定位，尤其是有污水排入的地方。作为该项目的增补，美国环境公署从联邦基金拨出100 万美元用以修复和改造雨污合流（雨水和污水混流并易造成污染和洪灾）的地区。
　　 2.3 城市恢复项目
　　美国宾夕法尼亚州所进行的城市恢复项目是一种非盈利性的社区发展合作，萨斯流域项目旨在恢复宾夕法尼亚州和怀俄明州沿萨昆河的城市，例如威尔克斯巴瑞（Wilkes-Barre ）等。
　　萨斯河城市恢复行动作为城市建设者对城市的最后一次补救，包括城市河流景观恢复、城市煤矿业改革与重组、出售或者出租尚未使用的居民或者是商业财产。城市恢复项目的执行者代表了当地商业的、市民的和高等教育的社区团体的利益。过去几年，项目小组对萨斯河所穿过城市的沿河生态环境遭受破坏地带进行整治，然后再将不适宜部分出售或者出租给邻近的高校或者研究所，以积累资金。完成了皮斯顿市的河边陆地的美化工作，并且引进光纤灯和光纤照明，吸引了当地的居民和外来游客。购买和重新修缮历史性建筑---- 史缔林旅馆，该项目从公私各界筹集了600 万美元的资金，包括从美国住房与城市发展部门。
　　 2.4 促进沿河娱乐业的发展
　　在美国工程兵团和其它组织的帮助下，萨斯河进行了沿河娱乐业的开发。并将该项目作为2 亿美元的怀俄明州( 美国州名) 堤防加高防洪项目的一部分。美国工程兵团允许在萨斯河的三个防洪墙的后面修建入口，并且提供河上娱乐项目，包括河岸公园、观光走廊、梯形剧院、游船、花园和其它令人愉悦的设施。在萨昆河的北边，河流遗产组织正在进行着一个名叫“ 河岸绿色通道” 的工程，将会在斯克兰顿（美国宾夕法尼亚州东北部城市）的下游修建一片充满生机和活力的风景带和供游人行走的“ 绿色长廊” 。
　　萨斯河自从上升到美国河流遗产的高度进行设计管理以后，河流恢复取得了巨大成功，但是当地的人们还在谋求着该地区的更完善、更和谐的开发，包括：废弃矿区的重新发展问题，这需要涉及到水土重新开垦方面的合理税收的问题。对于雨污同流处理的继续投资等。以及加大对社区公私项目的投资，例如城市建设、经济发展、文化保护、环境保护和恢复等。并要求政府和社会各界对萨斯河沿河娱乐项目的支持，主要有河岸公园、河边土地和其它娱乐设施的支持和保护等。


　　 3 对我国的启示


　　我国现在是经济发展的快速时期，土地、环境和水资源状况与经济发展和人口增长密切相关。现在，土地和人口增长的矛盾尖锐。目前我国每年净增人口1500 万人，我国现有人口已超过12 亿，预计2050 年将达到15 亿。人口急剧增长，耕地面积不断减少，给土地带来极大压力。土地是人类一切生产活动的基地，无论农业、牧业、林业、城市化建设、工矿企业等各项建设事业的发展，都离不开对土地的利用。城市工业化建设、采矿和其它类似的活动对加速土壤的侵蚀是非常明显的。采矿是在生产过程中和自然环境相互作用最强烈的形式之一，在此过程中人类表现为改造地球外貌的强有力因素。不序的采矿不仅改变岩石圈的组成和结构，而且改变包括生物圈在内的整个自然综合体。由于强度开采矿产所产生的自然综合体的变化，通常对生物圈是不利的，导致周围环境的恶化，水土流失严重。豫陕晋接壤区人烟稀少，林草茂密，80 年代后期，国营和个体企业纷纷投入开采金矿，在1 万多平方公里的范围内有开采点3000 个，年产黄金30 万两，虽带来了可观的经济效益，但直接破坏植被168km2 ，侵蚀模数由1030 增加到1458t/km2.a ，同时弃石废渣1645 万m3 ，暴雨时形成人造泥石流和滑坡。采矿不仅造成了严重的水土流失，而且其废弃物严重污染当地水质。该矿区大小选矿厂和个体土法混汞碾佯者鳞次栉比，所产生的废水中含汞、铅等有害物质注入当地水系，致使水资源受到污染带毒，既不能饮用，也不能灌溉。铜铁矿冶炼排放的SO2 等有害气体所及之处，危害植物生长。
　　黄河中游大型煤田，地处多沙粗沙区，处在暴雨多发地带，水土流失本来就非常严重，再加上大规模的开采煤炭，植被破坏殆尽，占用土地，造成地表地下土层松动，移动大量岩石土体，一遇暴雨极易形成滑坡、崩塌等重力侵蚀，更加剧了水土流失。
　　美国宾夕法尼亚州的萨斯河利用先进的GIS 技术、水质监测技术将流域中的煤矿地质数据装入计算机，便于人们综合分析，寻求污染治理的最佳途径。由于GIS 数据详实，所以所建立的GIS 模型能够真实反映该流域的实际，由模型所得出的结论也是全流域性的综合措施，避免了那种“ 头痛医头、脚痛医脚” 的局部短见行为。该州的河流恢复使我们再一次深刻领会“ 数字化生存” 的具体实例。