试论圆明园湖底防渗工程对地表水与地下水转化及生态环境的影响，本文主要内容关键词为：圆明园论文,地表水论文,湖底论文,地下水论文,生态环境论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
目前，我国的水资源形势不容乐观，尤其在大中型城市，水资源的供需矛盾日益突出。在以供水为目的的水资源研究中，应将水资源视为一个系统，该系统中包含大气降水、地表水、土壤水和地下水的相互联系和相互转化。在“四水”相互转化的水循环中，地表水和地下水因资源量较为丰富，具有较大的开发利用价值。在水文循环过程中，“四水”之间的转化是动态的，是一个有机联系的整体。不论在天然条件下还是在人为开发利用的条件下，地表水资源与地下水资源之间存在显著的相互转化关系，这一关系时刻影响并改变着地表、土壤和地下的生态环境。
在我国西北干旱、半干旱地区，因过量开采地下水资源，造成地下水水位下降，包气带变厚的同时，地表植被的水分供应不足，导致植被衰退。表层土壤因缺乏水分粘结，在风蚀作用下，已引起土地沙化，依靠植物生存的野生动物数量也随之衰减，导致生态退化。
近几十年来，北京市因社会经济快速发展对水资源的需求，地下水的大规模开采改变了地表水与地下水之间的相互转化关系，并由此引起了地表生态环境的深刻变化，这种变化给予人们许多警示和启迪。圆明园湖底防渗工程即是在这种大背景下进行的。
历史实践证明，刻意地人为改变地表水与地下水之间的转化关系，将会对生态环境产生一定的影响。局部大规模的人工改造，将会对生态环境产生极大的破坏。为了保证规划和建设项目尽可能避免对当地生态环境的破坏或产生重大影响，国家环保总局要求在规划组织过程中和建设项目施工以前，必须进行环境影响评价。日前，北京市圆明园防渗工程在未经环境影响评价的情况下，对圆明园湖底进行开挖并铺设土工膜以防止湖水渗漏。因此，该工程是违法的，并可能对圆明园的生态环境产生重大的负面影响。
1 对地表水与地下水相互转化的影响
北京市三面环山，地势西北高东南低，全市总面积为16800
，其中山地面积为1万，占全市面积的62%。平原区面积为6800，占全市面积的38%。西部的山地总称西山，属太行山余脉，由一系列北东走向的大致平行排列的山脉组成；北部山地统称军都山，属燕山山脉。北京市的河流较为发育，河网密集，自东南向西北，主要河流有永定河、温榆河和潮白河。
北京市平原区地下水的补给来源主要为西部、北部山区的侧向径流补给、大气降雨入渗补给以及地表水入渗补给。在天然条件下，平原区地下水因接受西北部山前的侧向径流补给，其径流方向与地形相一致，自西北向东南方向平缓流动。
第四纪以来，平原区西北部山前地区，因接受冲洪积堆积物，山前的第四系地层岩性颗粒粗大，地层单一，岩性为砂卵石，渗透性较好。趋向东南方向，平原区接受河流的冲洪积物，第四系地层由山前的单一结构渐趋为多层结构，因河流的搬运作用，细颗粒物质在东南部地区沉积，形成砂、砂砾石与粘土层交互叠置的多层结构。因此，尽管北京市平原区的水文地质条件因永定河、温榆河、潮白河及其支流冲积扇的交互作用较为复杂，但总体上，自西北到东南，第四系地层的岩性颗粒由粗变细，由单一结构渐变为多层结构，地层的渗透性能由好变差。
在地下水开采程度较低的上世纪六七十年代并由此上溯，因西北部山区的地下水侧向补给量较为充足，地下水自东北向东南流动的过程中，受含水层渗透性的制约，在莲花池自北向南一线，地表出现泉水，颐和园、圆明园的湖水也基本由天然形成。当时，北京市的地表水资源也较为丰富，地下水与地表水之间呈现直接的水力联系，在枯水季节地表水补给地下水，在丰水季节地下水可以补给地表水。
然而，上世纪80年代以来，伴随着北京市经济社会的高速发展，大规模地开发利用水资源量，地下水水位呈现下降趋势。尤其是1998年以来，连续六年的枯水季节，地表水资源量得不到补充，为满足各行业的用水需求，大规模开采利用浅层地下水资源，导致地下水水位快速下降，地下水平均水位埋深由1998年的13m左右下降到19m，并由此引发了在局部地下水严重开采地区的地面沉降和地下水水质恶化等环境地质问题。
地下水水位的大幅度降低，使得地表水与地下水之间的水力联系发生了不可逆转的变化，由直接的水力联系变为间接的水力联系。不论在枯水季节还是在丰水季节，因地下水的储存资源得不到补偿恢复，地下水水位得不到提升，地下水不会补给地表水体，反过来只能接受地表水体的补给。因此，北京西部曾经出现的泉水、天然湿地纷纷绝迹，地表水的基流流量也相应减少。地表水体与地下水直接水力联系的丧失，使得地表水通过体表水体长期以来形成的底泥和包气带向地下水间接补给。尤其在枯水季节，在水面蒸发和向地下渗漏的双重作用下，地表水资源量急剧减少。圆明园铺膜防渗事件便是在此背景下发生的。
圆明园位于北京市平原区西北部海淀区内，湖底底泥约50cm厚，底泥以下为约15m的砂卵砾石层。因地下水水位的大幅度降低，湖体的湖水对地下水具有一定的漏失补给量，根据2003年圆明园管理处组织有关部门编制的“圆明园水资源可持续利用规划”中水均衡测算，圆明园的水域面积大约为120万
，年渗漏量为250万
。
圆明园是遗址公园，承载了中华人民共和国一百多年的屈辱历史；而水是圆明园的灵魂，为了保证圆明园的湖水量，有关部门对圆明园的水资源进行了可持续利用规划，提出了铺设土工膜防渗的措施。土工膜防渗措施可有效阻止湖水的渗漏，其出发点是好的。但在有关单位施工过程中，清除了湖地历史时期以来形成的约40～50cm厚的底泥，此举是不可取的。因圆明园的湖底以下为古河道，岩性为砂卵砾石，渗透性能很好。湖地底泥的渗透系数远低于砂砾石的渗透系数。在地下水水位大幅度降低的情况下，湖底底泥的渗透性能直接决定着湖水向地下水的渗漏补给量。根据渗漏量的测算，圆明园湖体向地下水的渗漏量每天不足1万，因此，清除湖底淤泥，利用土工膜防渗并上覆粘土是得不偿失的。另外，用粘土置换湖地历史时期以来形成的底泥，也将对圆明园的生态环境产生一定的负面效应。
2 对生态环境的影响
生态环境具有整体性、退化的滞后性和不可逆性，对外界的人为活动非常敏感。组成生态系统的一个子系统发生变化，引起了整个生态环境的链式连锁反应；对于人类不利干扰，生态系统的退化具有滞后性，在经历数年后，人们才会意识到后果的严重性；人类活动超过生态系统调节机制中的某一方面的临界值时，生态环境将发生不可逆转的退化。
北京市平原区地表水与地下水的水力联系转化为间接联系后，浅埋地下水所维持的沼泽湿地逐渐被疏干。伴随着地表泉水、天然湿地的绝迹，地表的生态系统发生了不可逆转的改变。天然湿地中的动物发生迁徙，植物和生态链中微生物也相继死亡。在城市向外拓展过程中，消失的天然湿地也渐被城市建筑物所取代，生态环境发生了颠覆性的改变。
水在生态环境的各链条中发挥着巨大的作用。从水资源充足到水资源匮乏的长期过程中，生态环境也将因此发生长期缓慢的变化。因地制宜不仅是人类生产活动及合理配置水资源的原则，也是生态环境从一种平衡状态向另一种平衡状态转变的原则。在环境变化过程中，生态链条中适宜于环境变化的动、植物和微生物存活下来，不适宜于环境变化的逐渐消亡，能够适宜于新环境的开始了发生、发展的演变过程。在圆明园没有进行铺膜防渗措施之前，地表植物、水生生物和底泥中的营养元素、底栖微生物之间，已形成了一种新的生态平衡，这种生态平衡是在长期的水循环过程中实现的。
圆明园的铺膜防渗工程对生态环境的影响是显而易见的：
(1)圆明园湖底防渗工程完全阻断了地表水与地下水之间的天然联系，使圆明园的湖体成为一潭死水。圆明园的水体不是地表河流，湖水的地表流动非常缓慢。铺膜防渗将阻断地表水与地下水之间水循环，使得湖水成为一潭死水。“流水不腐，户枢不蠹”，只有流动的水才能实现水资源的更新交替，从而保证湖水的水质，为水生生物的生长繁殖提供有力的条件。
(2)圆明园湖底防渗工程完全阻断了地表水对地下水的补给。圆明园位于北京市的山前补给区，适当的湖底渗漏有利于北京市整个水文循环。地表水和地下水均是北京市重要的水资源，从供水意义上着眼，北京市的地下水资源具有更为重要的意义。
(3)湖底底泥的去除，不仅使原有的水生生物失去了赖以生存的营养元素，也剔除了底泥中的微生物链节。土工膜的铺设阻断了上部生态链条和下部生态链条的联系，包气带中的微生物在很大程度上失去了水源、能源和氧气的补充。施工前在历史时期形成的生态平衡将完全被打破。
(4)铺膜防渗措施不利于圆明园的生态环境，表现为：土工膜的寿命是有限的，每次更换都将打破原有的生态平衡；微生物与土工膜的生化反应有可能产生有机污染物，从而对地下水水质造成威胁。
总之，铺膜防渗措施将打破圆明园原有的生态平衡，迫使生态环境向新的生态平衡转变，很有可能致使圆明园的生态环境向退化的方向发展。
3 可采取的措施
圆明园位于上前冲洪积扇，具有良好的地下含水层，地下20m以下具有良好的粗砂砾石含水层，完全可以在湖体周边适当的部位实施15～20眼抽水井，将渗漏到地下水的水抽出来补给湖体。这样，一则使得湖体的水量可以得到补充；二则，此举将进一步改善地表水与地下水之间的水力联系，加强湖体的水循环；三则，因湖底底泥具有良好的吸附和生物降解性能，不会影响地下水的水质。另外，圆明园还可以通过收集雨洪、利用再生水等方式解决其水源短缺问题。
4 小结
综上所述，圆明园湖底防渗工程弊大于利，不利于水文循环，不利于生态环境的保护。为此，工程项目的建设与实施，一定要考虑地下水与地表水之间的转化关系可能发生的改变，以及由此对生态环境产生的影响。
在地下水水位已经大幅度降低并无法恢复时，维持地表水体及其周边生态环境的工程措施一定要进行充分的环评论证，科学详尽地考虑工程措施对目前的生态环境的影响，以有效避免目前生态环境的破坏和颠覆性变化