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德國的水資源管理 — 河川與湖泊之水資源保護

水是不是一個商業產品,而是資產,其必須被保護、捍衛以及給予相應的對待。

--錄自歐盟水框架指令之立法理由

壹、概說:

在德國國土範圍內,水文系統區分為多瑙河(Donau)、萊茵河(Rhein)、埃姆斯河(Ems)、威悉河(Weser)、易北河(Elbe)、奧得河(Oder)、馬斯河(Maas)幾個流域,以及北海(Nordsee)及波羅的海(Ostsee)沿岸。其中,萊茵河流域佔德國國土總面積28%,易北河流域佔國土總面積27%,二者流入北海。奧得河則部份屬波羅的海流域,佔國土面積約5%。

河川的徑流(Abflussgeschehen)與降雨量有密切的關係。德國的降雨量由西往東漸減,以圖林根森林(Thüringer Wald)與哈茨山(Harz)所形成的高地為界線,雨影區(Regenschatten)的長期平均雨量少於500毫米;相反的,在阿爾卑斯山(Alpe)和部分中低山脈,長期平均降水量每年則有1600毫米。

為了保護和改善水域,德國積極建立水文保護系統。其水文保護的目標在於維持並恢復所有內陸水域良好的生態品質,以及防止有害物質進入水生環境。此外,並對沿岸及河谷低地進行重新改造,確保各種共生型態(Lebensgemeinschaft)能在這些自然空間中發展。

歐盟水框架指令(europäischen Wasserrahmenrichtlinie,EU-WRRL 2000/60/EG)在改善水質的規劃和實施扮演重要的角色,並落實在會員國的國內法中。水框架指令管理地表水(oberirdische Gewässer)的基本規則見於德國水資源法(Wasserhaushaltsgesetz,WHG)第25至44條,而與水資源相關的行政措施及水文保護則為地方邦的任務。

貳、當前情況

水文條件(hydrologische Bedingungen)對河流中之化學和生物物質的相互作用關係有絕對的影響。降雨因水文條件在地表形成降雨徑流(Abschwemmung),同時導致水供應增加,因而稀釋點排放之物質的濃度。河流負荷工業和市政污水系統所排放的廢水,承受來自農業地區擴散的流入,並有運輸(海運)和能源(Wasserkraft)的功能。這些水流在不同的水域中產生各種利用的可能,並且影響水域結構;又因支流的產生,基於不同用途,在不同集水區和水域的結構狀況對水質有重大影響。

在德國,河流和湖泊的負載條件(Belastungszustand)在過去25年間已經有顯著地改善。這可以從總污染物質顯著的下降以及與魚類區系相關聯的氧氣濃度(Sauerstoffkonzentrationen)值的提高來確定:

• 重金屬污染(Schwermetallbelastung)在過去的十年內已顯著降低
• 雖然部份的有機污染物(organische Schadstoffe)仍過高,但如苯(Benzole),多氯聯苯(PCB),氯殺蟲劑(Chlor-Pestizide),有機錫化合物(organische Zinnverbindung)的負荷持續下降中
• 含氮或磷的排放量(Stickstoff, -Phosphoremissionen)也減少,特別是氮的減少特別顯著

然而德國在提昇水質的方面還有努力的空間。根據歐盟水框架指令作出的評估和水體的生態及化學狀態顯示,只有10%的地表水體(Oberflächenwasserkörper)達到「非常好」或「好」的生態狀況,而88%的水體化學狀態為「好」。對於水文的保持,德國必然持續投入更多的努力,以減少污染的擴散,並改善水質結構。其中包括來自農業、降雨過程、從交通和由空氣所帶來的其他污染都是改善的標的。

改善水域品質的措施包括:

• 對河流和湖泊的水質制定更高的標準
• 進一步擴大城市和工業的污水處理廠,並提升淨水技術
• 減少來自農業和工業的污染物
• 重整河流地區的自然環境,例如:復育河谷地區的生態、拆除護岸設備(Uferbefestigung)
• 維持魚類生態,例如建設魚梯(Fischaufstiegsanlagen)
• 對水質和水結構進行定期監測
• 與各河川流域的各國締結有約束力的協議和國際合作

參、保護目標跟評價參數

良好水質的推進措施必須在相關法令的許可範圍內進行,以避免破壞水文環境的一體性,而廢水的承載能力取決於人口密度、工業化程度、河川大小等因素。嚴謹的評估必不可缺:首先廢水處理的技術標準必須考慮對水生生物、飲用水供應、商業和休閒漁業等不造成侵害。另一方面,地表水不僅是城市和工業的直接排放,而且還包括擴散性的流入,如農業,工業和交通產生的徑流。

水文保護的目標在於維持及恢復德國水域良好的生態質量,因此必須符合生態要求,特別著重自然共生型態的保護或再生。為了實現這一目標,以通過避免或減少有害物質負面影響的措施,例如改善水中之氧平衡(Sauerstoffhaushalte),來滿足對水結構的最低要求。

水質評估包含水形態學(Hydromorphologie)、生物學、化學三個面向,這是基於一個7分制(生物及化學分為4個主要及3子標準)所作出的評價參數。目標在於讓水質結構達到II類(即輕微的改變),這是為確保一個永續的水資源狀態。

一、 水文結構(Strukturgüte):

水文結構因為不同的使用要求,會對水文特性(Gewässerbeschaffenheit)帶來負面影響,如因為航行,水力發電,防洪設施的必要,而使水文結構喪失生態空間的多樣性,並可能使水流的動態趨同,造成生物種群的枯竭和物種的移位,例如小溪和河流所提供給動植物的生活空間可能因為去除蘆葦叢(Röhricht)和河岸林地,或對河道截彎取直而改變。因此除了改善水質,水域的沿岸以及腹地也需要維持,或盡可能規劃適切於自然生態系統的發展。自然河道周遭匯聚許多大型結構的生物多樣性系統和異質流動水體,河道則因為高低產生的流量變化,產生了不同的植物群和動物群。許多河流已經因為流動力學的減值影響其連續性,減損其作為生命和大自然的平衡功能。跨國的相關組織已經開展了一系列的環保目標,如對萊茵河和易北河的天然水結構和生態的保護或恢復。

德國水資源地方聯合作業組(Länderarbeitsgemeinschaft Wasser,LAWA)與聯邦環境局(Umweltbundesamt)在2002年12月整合出一份水體結構圖(Gewässerstrukturkarte),對共33000公里水道(人為除外)進行了調查和評估,全面性描述德國水文環境在人為干預下的變化。調查的結果分為七個等級(Strukturgüteklassifizierung),從第1級「不變」(unverändert),第2級「輕微改變」(gering verändert),第3級「中度改變」(mäßig verändert),第4級「明顯改變」(deutlich verändert),第5級「嚴重改變」(stark verändert),第6級「非常嚴重改變」(sehr stark verändert),到7級「完全改變」(vollständig verändert)。在七個分級中,「不變」(1級)到「大量改變」(3級)的河谷及河段多見於阿爾卑斯山地區、巴伐利亞森林(Bayerischer Wald)的花崗岩和片麻岩景觀區(Granit- und Gneislandschaften)、處於高原的河段上游部分、北德低地的荒原區(Heidelandschaft)、梅克倫堡 - 前波莫瑞州(Mecklenburg-Vorpommern)的冰河時期地形區(Eiszeitgeprägten Landschaften)。在這些地區,景觀的自然特徵,如河岸地區的土壤,氣候或地貌,持續改變中。

水文結構之人為改變的原因主要是對河川和洪氾區(Flussau)的多種利用,包括建設堤防系統,航線的拓寬,以及為了排水而建造的橫向結構水流量調節工程、進行水力發電的攔水措施(Gewässeraufstaumaßnahmen)。2002年所制定的此份水體結構圖是改善河流結構不可少的工具,更是貫徹2000年12月生效的歐盟水框架指令的重要手段。

水資源地方聯合作業組依此七級標準對河床品質、河岸、及中小型河出的周邊地區進行生態地貌學(ökomorphologisch)作出評估。它包含以下主要和各個參數:

1 底層結構
• 水流的流動發展,如運行曲率,縱深,特殊的流動結構,曲率侵蝕,花紋深度,障礙物
• 縱剖面,如低方差,橫向結構,管道,暗渠,流多樣性,流型,回堵類型
• 底層結構,如底物類型,底物的沈積,底物的多樣性,特殊的底層結構

2河岸區

• 河岸結構,如河岸植被、河岸沈積、河岸基底的多樣性
• 橫截面,如廓型,花紋深度,寬度偏差,寬度侵蝕

3 腹地區

• 臨水環境,如海岸線,使用鄰接面,特殊的環境結構,特殊負載利用

該評估是基於河道(Fließgewässer)的自然發展潛力,亦即就河段的特點與自然環境親疏所做的描述。通過整合結構質量等級的各個參數,表現潛在的自然狀態(例如原有狀態或不可逆轉的自然變化,如湖泊如沉積過程)受損程度。

二、 生物水質狀態(Biologische Gewässergüte)

評價河流水質生物狀態的的標準在德國行之有年,在這個多層次的評量系統中,最優先考慮的是來自有機物質在水中缺氧環境產生降解作用所帶來的汙染。因此水質的成份與演示與污染的程度有極強的正相關,特別是那些具有代表性的有機體,或是有機體的組合(Organismenkombination),它們的產生和繁殖對作為評價基礎的腐殖質指標(Saprobienindex)有重大的影響。1975年由德國水資源地方聯合作業組所發佈的生物水質圖(biologische Gewässergütekarte)可以呈現水質中腐殖質分類的狀態,1995年則第一次在其特別版本中公佈各流段的詳細資訊,用以評估因為酸化、鹽度(Salzbelastung)或藻類增生所造成的腐殖質程度。

生物水質圖中將腐殖質系統分成七個階段:

I. 無人為污染(anthropogen unbelastet):河川段含有高純度含氧量及低營養的水質,細菌數亦低。河川中多為藻類、苔蘚、扁形蟲和昆蟲的幼蟲,提供夏季涼爽,適合作為鮭魚的產卵場。

I-II. 非常低度的汙染(sehr geringe Belastung):水中含少量的無機及有機養份,並無顯著的氧氣消耗。物種較多,生物多樣性豐富,同樣在夏季適合作為鮭魚產卵處。

II. 中度污染(mäßige Belastung):水質呈現中度的汙染,維持良好的氧氣供應。有非常豐富的物種,藻類、蝸牛、小型甲殼類、昆蟲幼蟲種群密度高。水生植物覆蓋的面積大,適合作為漁場。

II-III. 明顯的污染(deutliche Belastung):水質已受有機耗氧物質的嚴重影響,過度缺氧可能導致魚類死亡。大型生物的品種數量下降,而某些物種卻有大規模發展的傾向。藻類佔據較大的區域,但仍可作為漁場。

III. 高度污染(erhöhte Belastung):水質受有機耗氧物質高度污染,含氧量極低。腐泥沉積並含大量絲狀菌。只有對含氧量較佈敏感的大型生物如多孔動物(Schwämme)或水蛭等足類動物得以生存。魚產量低,發生魚類定期死亡的現象。

III-IV. 更高度的汙染(hohe Belastung):生物的居住條件因水質持續受有機耗氧物質的污染而限制,此階段並已受毒物污染。經常有氧氣耗盡的現象,排入的廢水帶來大量懸浮物造成混濁的水質,紅色吸漿蟲幼體(Zuckmückenlarven)或泥管蟲(Schlammröhrenwürmer)孳生,魚類幾乎無法存活。

IV. 非常高度污染(sehr hohe Belastung):已嚴重受有機耗氧物質的污染,水質呈現衰變過程。氧氣濃度極低或幾乎無氧。水中已被細菌、鞭毛蟲(Geißeltierchen)、纖毛蟲(Wimpertierchen)。因為沈重的毒物污染,所以不存在魚類。

比對1975年至2000年間的生物水質圖可以清楚的發現,70年代之後強力的廢水潔淨處理措施(Abwasserreinigungsmaßnahmen)的效果顯著反應在生物水質的改善,已經約有50%的水域處於II或更佳的階段。

生效於2000年12月22日的歐盟水框架指令(2000/60/EC)首先就是要求以典型自然空間的生態環境為標準,對水體進行大範圍的生物評估。在這個基礎上,建立了人類活動(化學物質和水文型態的干擾)對浮游植物(Phytoplankton)、水生植物(Gewässerflora)、底棲無脊椎動物、各種魚類的影響評估。雖然I處於幾乎未受人類干擾的階段,但II階段的優良水質才為歐盟水框架指令所欲達到的目標。


三、 水質化學分類(Chemische Gewässergüteklassifizierung)

如同生物水質標準的分類,德國水資源地方聯合作業組根據聯邦-地方工作小組品質目標(Bund-Länder-Arbeitskreis Qualitätsziele,BLAK QZ)對於危險物質以及地方邦對其它問題的評量標準,對水質的化學污染程度也發展出一套量表。這個量表中以四個主階段及三個子階段區分為七種污染程度:

I. 無人為污染(anthropogen unbelastet):無化學污染
I-II. 非常低度的汙染(sehr geringe Belastung):僅為目標值之一半的汙染
II. 中度污染(mäßige Belastung):與目標值相當的汙染
II-III. 明顯的污染(deutliche Belastung):雙倍於目標值的汙染
III. 高度污染(erhöhte Belastung):四倍於目標值的汙染
III-IV. 更高度的汙染(hohe Belastung):八倍於目標值的汙染
IV. 非常高度污染(sehr hohe Belastung):高於八倍目標值的汙染

肆、地表水體之現狀

對地表水的評價主要以水體為主,包含河川、湖泊、沿海水域,因此水庫或渠道的一段亦為評價對象。德國有近9900個地表水體,流域超過10公里範圍的水流總面積約127000公里,佔了約9070個水體。此外,有710個水體為湖泊,5個水體為過渡區域(Übergangswässer),74個沿岸水體。只有在水生型態和其中的物質條件特別良好者,才能夠使生態系統完整的存在,而完整的地表水體之生態如何被描述,取決於其中之化學、物理化學、水生型態的要素必須能使水域的生態環境處於「良好狀態」(guten Zustand)。環境品質標準因此必須考慮流域中特定物染物的存在,這個標準對水中或沈積物所含的特定污染物設定一個容許標準,一旦超標,就無法稱為良好狀態。

在德國《地表水保護條例》(Verordnung zum Schutz der Oberflächengewässer,OGewV)第5條將水體的質量要素分為四個部份:

• 包含魚類、底棲無脊椎生物、水生動植物的生物質量要素(Biologische Qualitätskomponenten)
• 包含流域特定污染物的化學質量要素(Chemische Qualitätskomponenten)
•包含溫度、溶解氧等的物理化學質量要素(physikalisch - chemische Qualitätskomponenten)
• 包含水平衡、型態、潮汐等的水生型態質量要素(Hydromorphologische Qualitätskomponenten)

德國的約9900個地表水體中,有10%處於「良好狀態」或「良好生態」/「良好生態潛力」(ökologischen Zustand / das gute ökologische Potenzial)。天然地表水以生態狀態作為評估標準,而海岸及嚴重被改變過的水體則以生態潛力來評估。簡單將兩者以生態狀態來表示的話,30%的地表水體為中等(mäßig)品質,34%為不滿意(unbefriedigend),23%為差(schlecht)。而這當中有極小部分的地表水體未被評價到(約3%),因此被標示為「不清楚」。在化學質量要素部份,則有88%的地表水體達到「良好化學標準」(guten chemischen Zustand),但值得注意的是,若德國本土《地表水保護條例》完全遵照歐盟環境品質規範(Umweltqualitätsnormen,Richtlinie 2008/105/EG)的標準,這個比例將會降低。

總的來說,德國目前約9.5%的地表水體已經達到「良好狀態」。而如果德國的河流無法達到「良好生態」標準,則通常是因為水文型態的深度改變及過高的優養化(Eutrophierung)程度。(臺德社會經濟協會 林穎禎)

更新日期 : 2014/07/25