Överkörd Natur

Xi Hu, China

Sven Björk

[ Innehåll ]
Uppåt ] Brasilien ] Lac de Tunis ] Jamaican Wetlands ] Pahlavi Mordab ] Tibet, HongYuan wetland ] [ Xi Hu, China ]

 

 

 

Xi Hu, der Westsee, Hangzhou, China

Zusammenfassung nach Björk 1994

The west lake Hangzhou. View from the east. Part of the Qiantang River in the upper left corner.

Der Westsee in der vor 2200 Jahren gegründeten Stadt Hangzhou, im subtropischen Südostchina, ist das Zentrum dieses Fremdenverkehrsortes mit jährlich ca. 20 Millionen Besuchern. Der heute 5,6 km2 große See (Einzugsgebiet 21 km2, Erneuerungszeit ca. 9 Monate) wurde während der Tang- (618-907), Song- (960-1279) und Ming-Dynastien (1368-1644) mehrmals ausgegraben, um der fortlaufenden Verlandung entgegenzuarbeiten (Shen 1990). Schon Anfang des 12. Jahrhunderts überschritt die Einwohnerzahl der Stadt Hangzhou die Millionengrenze (heute 1,2 Millionen und Gross-Hangzhou ca. 5,5 Millionen). Zudem ist die mehr als tausendjährige Kulturgeschichte des Westsees gut dokumentiert. So berichtet der berühmte Poet und Gouverneur von Hangzhou, Su Dongpo, dass der See im Jahre 1071 durch Wasservegetation so stark verlandet war, dass 20-30 % der Fläche als Felder genutzt wurden. Mehr als die Hälfte der Seefläche war in trockenen Jahren ohne Wasser (Lin 1990). Aus diesem Grund organisierte Su Dongpo als Gouverneur 1090 ein Wiederherstellungsprojekt, wobei 2000000 Arbeiter die offene Wasserfläche und die Wassertiefe vergrößerten. Mit dem ausgegrabenen Bodenmaterial wurde u.a. die durch den See führende 2,8 km lange Su Chaussee gebaut. Die Gebiete im See, die von Wasserpflanzen (Lotus) freigehalten werden sollten, wurden genau markiert. Der Westsee wurde so wieder für Wasserversorgung, Bewässerung etc. nutzbar (Grimes 1983, Shen 1990). Während der letzten 1000 Jahre wurden mindestens 28 wiederherstellende Maßnahmen durchgeführt, von denen sechs als groß (z.B. die von Su Dongpo organisierte) zu bezeichnen sind (Lin 1990). Durch diese und viele andere Eingriffe wurde dem See der Ruf zuteil, eine kostbare Perle eines Gebietes zu sein, das Marco Polo 1280 als das schönste und prachtvollste Stadtparadies der Erde beschrieben hat.

The lake as a tourist attraction

Part of the fleet of tourist boats. 1991 resp. 1993
Lotus, the most characteristic plant of the West Lake.  1991

Typisch für die Zeit wurde dann der Westsee in diesem Jahrhundert als Vorfluter exploitiert. Schon in den vierziger Jahren hat das Plankton eine beginnende Eutrophierung indiziert, und in den fünfziger Jahren wurden die hypertrophen Verhältnisse, die immer noch das Ökosystem charakterisierten, hervorgerufen. Um zu versuchen, diese umweltbelastenden Schäden zu beseitigen, sind auch in letzter Zeit zahlreiche technische Massnahmen durchgeführt worden. So wurden z.B in den Jahren 1953-1958 ca. 7 250 000 m3 Bodenmaterial mit Baggereimern ausgegraben (Leng 1990). Diese Methode wird immer noch (in den 1990er Jahren) praktiziert (mittlere Tiefe derzeit ca. 1,5 m).

The Problematic lake

Loose organic sediment whirled-up by the outboard motor. Heavy water bloom
Fish jumping out of the stirred water which had a strong smell og hydrogene sulphide. 1991 Core of soft sediment rich in bubbles.  1991

Core through the soft sediment rich in gas bubbles. 1991

 

Seit 1982 ist der See von Abwässern größtenteils entlastet. In der Hoffnung, den See endgütig wiederherzustellen, wurde im September 1986 ein großes Wasserzuleitungsprojekt eingeleitet. Durch einen 3.2 km langen Tunnel und eine Rohrleitung wird periodisch Wasser vom Fluss Qiantang in den See gepumpt. Bei einer Kapazität von 300 000 m3 pro Tag (3,5 m3 persec) ist es möglich, das Wasser im ganzen See innerhalb von 33 Tagen zu erneuern. Das Problem ist jedoch, dass die heutige Qualität des Flusswassers für eine Verbesserung im See nicht geeignet ist. Als Grundregel gilt, dass Wasser gepumpt wird, wenn die Sichttiefe im Fluss nicht geringer ist als 70 cm. Diese Forderung wird während ca. 120 Tagen im Jahr erfüllt. Über die zeitmäßigen Veränderungen im Einzugsgebiet des Flusses und die damit verbundene Nährstoffbelastung des Wassers standen keine Daten zu Verfügung. Stichproben vom August 1991 zeigten, dass der Gesamtphosphorgehalt des Flusswassers zu diesem Zeitpunkt doppelt so hoch war wie im Seewasser und die Nitratkonzentration ca. elfmal so hoch. Bei Windstille betrug die Sichttiefe im See 30 cm, bei windigem Wetter infolge Detritustrübung weniger.

Der Westsee wurde ursprünglich als eine Lagune abgeschnürt und hat sich dann als Süßwasserfeuchtgebiet, wahrscheinlich mit Lotus als häufig vorkommender Pflanze, entwickelt. Die Stratigraphie umfasst minerogene marine Sedimente, die von Torf überlagert sind. Seit Beginn der Abwasser-Einleitungsperiode haben sich in jüngster Zeit lose Faulschlammsedimente auf dem Torf abgelagert. Bei den mengenmäßig umfangreichen Ausbaggerungen, die mit Baggereimern durchgeführt wurden, sind Torf und Marine Sedimente entfernt worden, während die wässrigen Faulschlammsedimente im See zurückgeblieben sind und zumindest stellenweise meterdicke Ablagerungen bilden. Die starke Methanentwicklung in diesen Sedimenten bewirkt eine intensive Zufuhr von Nährstoffen aus dem Boden ins Wasser.

Das Seeökosystem ist von starker sowohl äußerer wie auch innerer Belastung geprägt. Unter den externen Nährstoffquellen, die vollständig beseitigt werden müssen, ist nun auch das Flusswasser zu berücksichtigen. Die starke interne Belastung (Han & Zhang 1990) könnte in diesem seichten See zumindest flächenweise durch Präzisionssaugbaggerung eliminiert werden. Sorgfältige limnologische Untersuchungen sind erforderlich, um feststellen zu können, ob eine Kombination von Präzisionssaugbaggerung und limnologisch internmedizinischen Methoden zur Ausfällung und Bindung von Nährstoffen möglich ist. Da die nächste Umgebung des Sees dicht besiedelt und dazu noch bergig ist, gibt es hier keine Möglichkeiten, herausgepumpte Sedimente zu deponieren. Der Tunnel, durch den seit 1986 Flusswasser zum See gepumpt wird, bietet jedoch Möglichkeiten, die Faulschlammsedimente aus dem Seebecken zu entfernen, z.B. auf Prahme zu laden oder entlang des Flusses Qiantang weiterzupumpen.

Earlier efforts to recover the lake ecosystem

Dredging by means of excavator equipped with an ordinary bucket resulted in removal of just clay. The whirled-up loose sediment settled in the lake. 1991 resp.1993
The quality of teh water pumpedfrom the Qiantang River had a too high concentration of nutrients to bring about any improvment of teh ecosystem oaf Lake West.
Photo 1991 and 1993 from the river with the water intake from which water was pumped to the lake

Es ist eindeutig dokumentiert, dass vor der Einleitungsperiode und vor dem Bedecken des Torfbodens des Westsees mit internbelastendem Sediment in den letzten Jahrzehnten das Seeökosystem nicht von hoher Planktonproduktion und Trübung geprägt war. Nach örtlichen Angaben war jedoch die Helophytenvegetation (Lotus) quantitativ wesentlich stärker als heute. Weder der natürliche Zufluss von Wasser und Nährstoffen aus dem kleinen Einzugsgebiet noch die Nährstoffe im internen Ökosystemkreislauf haben eine Eutrophierung hervorgerufen. In der Entwicklungsgeschichte des Sees wird von Dürreperioden mit niedrigem Wasserstand berichtet. Das heutige Management des Sees ist auf die Auffassung gegründet, dass die Zeit für die Erneuerung des Wassers verkürzt werden müsse. Nur unter der Voraussetzung, dass das Nährstoffkapital, das im See beweglich ist, dadurch nicht vergrößert wird, ist diese Methode erfolgreich. Der Zufluss von kleinen Wassermengen ist kein Nachteil, vorausgesetzt, dass die Nährstoffkonzentrationen in diesem Wasser nicht hoch sind.

Laut Dokumenten aus dem Jahre 822 konnte der Westsee aufgrund von Baumassnahmen schon damals als künstliches Gewässer angesehen werden (Wang & al.). Mit den riesigen Ausbaggerungsprojekten, die über 1000 Jahre hinweg durchgeführt worden sind, wird der Sukzession und Verlandung dieses Akkumulationsbeckens entgegengearbeitet. Bis vor der Einleitungsphase war es möglich, das Ökosystem attraktiv zu bewahren. Unter der Voraussetzung, dass die das System steuernden Faktoren, die ihrerseits von der Beziehung Land-Gewässer abhängig sind, vollauf berücksichtigt werden, gibt es nach wie vor Möglichkeiten, den Westsee wiederherzustellen.

In Bezug auf die für die Entwicklung von seichten Akkumulationsbecken ökologisch wichtigen Umstände wie Wassertiefe, Makrophytenproduktion, Sukzession und Verlandung bietet ein Vergleich zwischen dem Westsee und dem Hornborgasee (Schweden) interessante Aspekte, was Maßnahmen zur Hemmung der Alterung betrifft. Im Westsee wurde der Verlandung über 1000 Jahre hinweg durch Bodenvertiefung entgegengearbeitet, im Hornborgasee werden Verlandungsprozesse durch die geringe Wasseranhebung eingeleitet.


Litteratur

Björk, S. 1994. Erfahrungen über Gewässerrestaurierungen - Möglichkeiten und Grenzen. - Hohenheimer Umwelttagung 26 Feuchtgebiete-Gefährdung-Schutz-Renaturierung. Hrsg.: R. Böcker und A. Kohler.
Grimes, S. 1983. West Lake reflections. - China Publications Center. Beijing.
Han, W. & Zhang, G. 1990. Simulating study of the phosphorus release from the sediments of West Lake, Hangzhou. - In Y.H. Xu (ed.): The West Lake's environment. Hangzhou Institute of Enviromental Sciences.
Leng, X. 1990. Administration, protection, development and utilization of West Lake. - In Y.H. Xu (ed.): The West Lake's environment. Hangzhou Institute of Environmental Sciences.
Lin, Z.Q. 1990. The exploitation of West Lake in ancient Hangzhou. - In Y.H. Xu (ed.): The West Lake's environment. Hangzhou Institute of Environmental Sciences.
Shen, Y. 1990. Analysis of West Lake's geological structure. - In Y.H. Xu (ed.): The West Lake's environment. Hangzhou Institute of Environmental Sciences.
Wang, Z., Gu, S., Wu, J. 1990. Origin. developing process and age of West Lake. - In Y.H. Xu (ed.): The West Lake's environment. Hangzhou Institute of Environmental Siences.


The West Lake Restoration Project

Hangzhou, Zhejiang, China

The project financed by the Hangzhou West Lake Management Office.
With most hearty thanks to Dr. Sheng Guojin, Deputy Director of the Office.

Location, size

The shallow West Lake, the Xihu Lake, is the center of the famous tourist city of Hangzhou, founded 2200 years ego in the province of Zhejiang, subtropical southeast China. Already at the beginnig of the 12th century the number of inhabitants of Hangzhou exceeded one million. At present the population amounts to 1.2 million and in Great Hangzhou to ca 5.5 millions. The number of tourists to Hangzhou is estimated to about 20 millions per year. Today the area of the West lake is 5.6 km2, the catchment area is 21 km2 and the lake water renewal time ca. 9 months.

Long-term development

The West Lake was originally cut off from the sea as a lagoon. It then developed as a freshwater wetland, probably with lotus (Nelumbo nucifera) as a common plant. The bottom stratigraphy includes minerogenic marin sediments covered by peat.

The developmental history of the more than millenarian, culturally highly influenced lake is weil documented. In order to counteract the current terrestrialization of the wetland, the West Lake was dredged several timer during the Tang (618-907), Song (960-1279) and Ming (1368-1644) Dynasties (Shen 1990).

The famous poet and Hangzhou governor Su Dongpu reports that in 1071 the lake was covered by waterplants and terrestrialized to such an extent that 20-30 % of the area were used for agriculture. In dry years more than half the lake area was without water (Lin 1990). As a governor Su Dongpu, therefore, in 1090 organized a restoration (dredging) project with 200 000 workers who increased the depth and widened the area of open water. Thereby the 2.8 km long Su Causeway was constructed, by means of excavated bottom material, across the western part of the lake. Thore portions of the lake which hed to be kept free from emergent plants (lotus) were carefully indicated by artistic markings in the water. The Su Dongpu project again made the West Lake useful for water supply, irrigation etc. (Grimes 1983, Shen 1990).

During the last 1000 years at least 28 projects with the aim to revitalize the lake have been carried out. Among these six - for example the one organized by Song Dongpu - are characterized as big (Lin 1990). Through these and several other measures the West Lake got the reputation to constitute a precious perl in the urbanized area which Marco Polo in 1280 described as the world's most beautiful and magnificent city paradise.

Recent development

Typical for the period the West Lake was during the present century exploited as a receiver of sewage and industriel waste water, which means that nutrients were lost from the catchment to the lake. Already in the 1940's the plankton indicated a beginning eutrophication and in the 1950's hypertrophic conditions developed, which still characterize the lake. In order to get rid of the enviromnental problems, several technical measures have also recently been taken. Thus, 7 250 000 m3 bottom material was removed by excavators during the period 1953-1958 (Leng 1990). Excavation by means of buckets is still in use. At present the lake depth is about 1.5 m.

Since 1982 the main part of sewage discharge has been diverged from the lake. Hoping finally to restore West Lake, a big project for water supply started in 1986. Thereby water is periodically pumped to the lake from the River Qiantang through a 3.2 km long tunnel and tubo. The water intake is located at Zhakor. The tunnel runs through the Yuhuang and Jiuzhuo Mountains to the new, beautiful Taiziwan Park. Here the water flows in a 500 m long open channel and pond system to the South Lake and continues under the Reflecting Ripples Bridge to the main West Lake. At a capacity of 300 000 m3 per day (equivalent to 3.5 m3 per second) it is theoretically possible to renew the total lake water volume within 33 days.

However, a problem in Connection with the pumping of water from Qiantang to West Lake is the quality of the river water which is not suitable for improvement of the conditions in the lake. The basic principle followed is that water is pumped when the transparency in the river is not less than 70 cm. At present this demand is fulfilled during about 120 days per year. Data concerning current changes in the catchment area causing changes (probably increase) in nutrient concentrations of the river water have not been available. Random samples from August 1991 show that the river water concentration of total phosphorus at that time was twice as high as in the lake water and that the concentration of nitrat was about 11 times higher. At calm weather the transparency in planktonturbid West Lake was then 30 cm. By windy weather the transparency is reduced still more because detritus is whirled-up from the loose upper sediment layer deposited during the recipient period on top of the peaty bottom.

At the recent, quantitatively very extensive dredging (digging) projects, carried out by excavators mounted on Floats, peat and old minerogenic marin sediments have almost selectedly been removed, while the loose nutrient-leaking sediment from the recipient period not has been cought by the buckets but left in the lake. At least locally the thickness of this type of sediment amounts to one meter. When travelling by motorboat over these deposits the water is boiling from gas bubbles. The very strong ebullition of methane causes an intensive supply of nutrients from the loose sediment to the lake water.

The present lake ecosystem is characterized by strong external and internal nutrient loading. Among the external nutrient sources which have to be reduced, the River Qiantang water has to be included. The strong internal loading (Han & Zhang 1990) would at least partly be possible to reduce by means of precision suction dredging.

Under all circumstances careful limnological investigations have first of all to be achieved before any measures are taken to restore the lake. These studies should include the lake and river water as weil as the stratigraphy and chemical properties of the sediment.

Reconnoitring sampling of water and sediment were carried out in August 1991 by Sven Björk and Bo Verner and in June 1993 by Sven Björk and Jan Pokorny (analytical data in Björk 1995). The sediment studies revealed that the stratigraphy of the recent loose sediment has been disturbed and mixed by the dredging.

Restoration plan

The present nutrient loading of the West Lake makes it necessary to carry out strict measures to reduce both the external and the internal supply of nutrients to achieve an ecosystem without disturbing plankton turbidity. If, thereby, the improved light climate in the water should stimulate development of submersed macrophyte vegetation in shallow water, this would be easy to control.

The access to the tunnel connecting the West Lake with the Qiantang River is the prerequisite for the combination of restoration methods suggested here. In fact the tunnel constitutes a unique, alredy realized requirement for a successful restoration. The existence ot the tunnel makes it possible at the same time both to import water and to export sediment. The appearance of dry periods causing very low water in the lake makes it also necessary to import water to keep a constant level in the West Lake.

The presence of thick layers of loose sediment causing internal nutrient loading and the periodical occurrence of strong winds whirling up this sediment, makes it necessary to remove part of it and for the rest to stabilize the bottom.

After careful limnological investigations a restoration project is recommended to consist of the following combination of methods (cf the map West Lake and Qiantang River).

A. Removal of loose sediment by means of precision suction dredging. The sediment should be pumped through a plastic tube from the dredger directly to barges in the Qiantang River (West Lake = 7 m Above Sea Leoel, Qiantang River = 4 m ASL, and the highest portion of the tunnel 9 m ASL). The flexible plastic tube should be floating at the West Lake water surface and run through the tunnel to the barges (ref. Professor Lars-Eric Janson, Royal Swedish Academy of Engineering Sciences, Stockholm). Depending on local conditions the sediment can be transported downstream to the sea or deposited as landfill.

B. At the same time as the dredging is going on, compensation water is pumped from the Qiantang River to the West Lake. However, as the quality of the river water is not suitable for supply to the West Lake, the water has to be treated. A phosphate precipitating agent should, therefore, be added to the river water just before it reaches the lake. As demonstrated by Prof. Wilhelm Ripl and Eng. Bo Verner in the Vienna lakes, Austria, addition of ferric chloride is a very suitable and cheap substance for this purpose.

C. After removal of thick loose sediment deposits from the lake, a final polish of the ecosystem should be performed through distribution in the lake of a solution of ferric chloride according to the Ripl-Verner method. The main aim of this treatment is to obtain a stabilization of the bottom, i.e. to avoid turbidity of the water by whirling-up of sediment praticles by windy weather. If necessary an oxidation agent will be added in order to oxidize the top sediment layer in the lake (accoriding to the Riplox method).

It is again stressed, that limnological investigations have to be carried out before any technical measures are taken. This is in order to make the restoration project as cheap and efficient as possible. The studies should be concentrated on:

1. mapping of the vertical and horizontal disribution of sediment, and
2. laboratory work to define the quantitatively and qualitatively optimal supply of precipitation agent to the river water and an oxidation agent to the lake sediment.

References

Björk, S. 1995. The West Lake Restoration Project, Hangzhou, Zhejiang, China. - Report to the Hangzhou West Lake Management Office. - Department of Limnology, University of Lund, Sweden.
Grimes, S. 1983. West Lake reflections. - China Publications Center, Beijing.
Han, W. & Zhang, G. 1990. Simulating study of the phosphorus release from the sedimets of West Lake, Hangzhou. - In Y.H. Xu (ed.): The West Lake's environment. Hangzhou Institute of Environmental Sciences, Hangzhou 90.
Leng, X. 1990. Administration, protection, development and utilization of West Lake. - Ibid. Lin. Z.Q. 1990. The exploitation of West Lake in ancient Hangzhou. - Ibid.
Shen, Y. 1990. Analysis of West Lake's geological structure. - Ibid.

Sidan uppdaterades januari 2013
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