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滹沱河干旱河道的生態(tài)環(huán)境修復(fù)模式的研究

2008-05-27 08:54    【  【打印】【我要糾錯(cuò)】

  1、研究背景

  滹沱河為石家莊市的主要河流之一,位于石家莊市區(qū)的北部,離中心城區(qū)約12km.歷史上滹沱河地區(qū)曾是水豐土肥的地方,農(nóng)業(yè)耕種條件優(yōu)越,寬闊的漫灘地構(gòu)成出山口河道特有的景觀格局,“冬去山明水秀,春來鳥語花香”,不僅為下游地區(qū)提供了豐富的水資源,也對(duì)區(qū)域環(huán)境質(zhì)量的改善和氣候的調(diào)節(jié)起到了一定的作用。20世紀(jì)50年代末,由于滹沱河上游水利工程的建設(shè),滹沱河(石家莊段)沿線城鎮(zhèn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)獲得迅速發(fā)展,滹沱河沿線的自然、水文循環(huán)條件被改變,加之人們對(duì)流域共生共榮關(guān)系認(rèn)識(shí)的局限,到20世紀(jì)80年代,滹沱河(石家莊段)已基本斷流,只在行洪期間過水。

  經(jīng)過幾十年的演變,滹沱河的生態(tài)環(huán)境問題越來越突出,影響越來越大,特別是在石家莊市區(qū)段,滹沱河已由一條興利之河變成一條毒害之河,集中表現(xiàn)在河道干化、植被退化、水污染嚴(yán)重等方面,造成該區(qū)域生態(tài)環(huán)境退化和惡化的后果。從氣象條件和環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)看,該河已成為城市最大的沙塵污染源。改善滹沱河區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況成為石家莊市實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的關(guān)鍵。雖然我國對(duì)河道的治理已有了一定的經(jīng)驗(yàn),但對(duì)干旱河道的治理方案及思路的研究還處在探索、徘徊階段。為此,我們課題組針對(duì)滹沱河進(jìn)行了生態(tài)綜合整治研究,提出了滹沱河生態(tài)環(huán)境修復(fù)的理論和實(shí)施方案,在一定程度上為國家推廣干旱河道的生態(tài)環(huán)境整治與建設(shè)提供了科學(xué)依據(jù)。

  2、國內(nèi)外河流的治理思想

  2.1國外河流治理進(jìn)程

  國外對(duì)河流生態(tài)環(huán)境的研究和實(shí)踐已有一百多年的歷史,取得了顯著的效果。通常的做法是基于河流生態(tài)系統(tǒng)的管理和維持生物多樣性的河流流量研究,通過改善河流水質(zhì)、重建和恢復(fù)生態(tài)等內(nèi)容的實(shí)踐來改善生態(tài)環(huán)境,如減少枯水期引水量,大幅度減少地下水開采。

  國外對(duì)河流實(shí)施單一目標(biāo)管理的立場是為了避免洪水,以保證居民的安全,即以質(zhì)量轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ),通過建立河流和洪泛平原生境、建設(shè)人工大壩等工程措施,降低洪峰流量,使日流量趨于穩(wěn)定。但這樣做存在的問題是河流經(jīng)長時(shí)間的運(yùn)行,來自上游的沉積物不斷積累,沖刷洪水流量減小,水和沉淀物的自然流動(dòng)受到抑制,水流攜帶的泥沙沉積在水庫和下游地區(qū),河流的生境趨于惡化。河流綜合管理研究則彌補(bǔ)了單一目標(biāo)管理的不足,采用河道內(nèi)流量增量法、蒙大納法、流量持續(xù)時(shí)間曲線法、棲息地排水法、水力學(xué)評(píng)價(jià)法等方法,從河流的研究范圍和尺度、河流系統(tǒng)分類和評(píng)價(jià)、河流恢復(fù)、稀釋用水及維持生物多樣性的河流流量5個(gè)方面統(tǒng)籌考慮,以維持河流生態(tài)環(huán)境的自然平衡。最具代表性的是Ward提出的四維河流生態(tài)系統(tǒng),即河流在縱向、橫向、垂向和時(shí)間分量上具有連續(xù)性、相互性、融合性、延續(xù)性特點(diǎn)。

  在維持生物多樣性的河流流量研究中,20世紀(jì)90年代以前對(duì)生態(tài)需水量的研究主要集中在河道自身的物理形態(tài)、所關(guān)心的魚類及無脊椎動(dòng)物等對(duì)流量的需求方面,對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的完整性未能加以充分考慮。20世紀(jì)90年代后,petts認(rèn)為在河流管理中,應(yīng)從縱向的連接、洪泛平原的流量、維持河道的流量3個(gè)方面進(jìn)行考慮,并提出確定生態(tài)系統(tǒng)可接受流量的兩個(gè)步驟:一是制定生態(tài)目標(biāo)和綜合目標(biāo),提出生境和物種數(shù)量可接受的損失度,如在荷蘭的自然政策方針中,生態(tài)系統(tǒng)可接受的最大損失度為物種的5%;二是參照基流量、考慮當(dāng)前可接受的平均流量、極低或極高的流量及頻率和持續(xù)時(shí)間,確定可操作的最小單元,并提出相應(yīng)的具體生態(tài)目標(biāo)。

  2.2國內(nèi)河流治理進(jìn)程

  與國外相比,由于國內(nèi)缺少對(duì)河流生態(tài)環(huán)境的正確認(rèn)識(shí),只注重經(jīng)濟(jì)建設(shè),忽視對(duì)生態(tài)環(huán)境的維持,出現(xiàn)了城市和工業(yè)用水?dāng)D占農(nóng)業(yè)用水,農(nóng)業(yè)用水?dāng)D占生態(tài)用水的現(xiàn)象,導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化,進(jìn)而對(duì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成極大威脅,具體表現(xiàn)如20世紀(jì)90年代以來黃河頻繁斷流、北方地區(qū)沙塵暴肆虐、江河湖泊水體污染嚴(yán)重。

  近幾年,隨著人們對(duì)河流認(rèn)識(shí)的深入及工程的實(shí)施,對(duì)河流的生態(tài)環(huán)境治理從原來僅對(duì)河流水環(huán)境污染進(jìn)行治理和改善水環(huán)境質(zhì)量逐步向河流生態(tài)用水、河流生態(tài)恢復(fù)及濕地、流域生態(tài)建設(shè)等方面擴(kuò)展,如成都的府南河、太原的汾河、濟(jì)南的小清河等河流水環(huán)境改善工程。但從流域及河流兩側(cè)的社會(huì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)調(diào)整、土地及規(guī)劃控制、生態(tài)景觀建設(shè)等方面進(jìn)行綜合研究的成果甚少,基本上沒有工程實(shí)踐。

  3、對(duì)滹沱河(石家莊段)生態(tài)環(huán)境的認(rèn)識(shí)

  3.1生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀

  滹沱河是海河流域的主要支流,發(fā)源于山西省繁寺縣,流經(jīng)山西、河北兩省,共有256條支流匯入,全長513.3km,流域面積為4.6萬km2.據(jù)歷史記載,滹沱河易決善遷,改道頻繁,行洪時(shí)主流搖擺不定,沖淤變化迅速。

 。1)地質(zhì)地貌。該區(qū)域位于滹沱河河漫灘地帶,其地質(zhì)類型屬河漫灘侵蝕堆積土體結(jié)構(gòu)。巖性以粉細(xì)砂為主,局部夾有中粗砂。土體結(jié)構(gòu)松散,地殼穩(wěn)定性較差,易造成不均勻地面沉陷和地面裂縫。土壤發(fā)育在沖積母質(zhì)上,類型為褐土、新積土、風(fēng)沙土、潮土、水稻土。地形地貌特征明顯,河谷寬闊,河曲發(fā)育,多淺灘。

 。2)水資源。該區(qū)域內(nèi)有滹沱河及小青河、汊河、古運(yùn)糧河、周漢河4條支流。此外,還有北泄洪渠。該流域內(nèi)有崗南和黃壁莊兩水庫,總庫容量為27.8億m3;地表河流呈現(xiàn)“有河皆涸,有水皆污”的狀況,即使在常年有水的河段中,屬V類以上水質(zhì)的河段約占60%。地下水資源豐富,是城市地下水的主要采集區(qū),擔(dān)負(fù)著為市區(qū)和當(dāng)?shù)靥峁┕まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活用水的重任。但由于多年來的長期超采,地下水位逐年下降,市區(qū)地下水下降呈漏斗狀,漏斗中心水位降至38m~42m,漏斗區(qū)面積已近400km2.

 。3)植被資源。據(jù)衛(wèi)星遙感影像解析和現(xiàn)場調(diào)查,該區(qū)域內(nèi)有陸地(含濕地)鄉(xiāng)土、栽培和野生高等植物種類共計(jì)175種,植被總覆蓋率為28%~30%。

 。4)土地資源。起初,滹沱河沿線僅限于農(nóng)墾,兩岸灘地內(nèi)并無村落。19世紀(jì)初,京漢鐵路和滹沱河導(dǎo)流堤(又稱月牙堤)修建后,該區(qū)域開始出現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。到20世紀(jì)50年代~60年代,石家莊市政府、正定縣決定在滹沱河兩岸開辟林場,進(jìn)行大規(guī)模植樹造林。至20世紀(jì)70年代后期,受“邊、散、洞”布局指導(dǎo)思想的影響,在月牙堤內(nèi)相繼建設(shè)了教育、科研單位及一些大型工業(yè)企業(yè)。進(jìn)入20世紀(jì)80年代后期,快速的經(jīng)濟(jì)建設(shè)導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境越來越惡化。到2003年底,現(xiàn)狀土地利用基本為農(nóng)用地,用地結(jié)構(gòu)為喬木用地15.0%、草地17.2%、耕地49.0%、水面2.1%、苗圃1.4%、垃圾用地0.6%、建設(shè)用地8.3%及裸沙6.4%。

  3.2主要環(huán)境問題

  從目前看,滹沱河的生態(tài)環(huán)境具有綜合性特征,必須從系統(tǒng)性、獨(dú)立性、相關(guān)性角度進(jìn)行比較、分析,篩選出主要矛盾。

 。1)土地利用方式不能滿足滹沱河地區(qū)的生態(tài)功能要求。滹沱河兩岸植被稀疏,沙灘裸露,垃圾遍布,為城市的沙塵污染源,同時(shí),地下水下降漏斗區(qū)面積逐年擴(kuò)大,地下水位不斷加深,地下水受到污染。

 。2)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理,土地利用粗放,綜合效益低下。從對(duì)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行調(diào)查的結(jié)果看,各產(chǎn)業(yè)都處于較低層次,經(jīng)濟(jì)水平整體較低。第一產(chǎn)業(yè)以傳統(tǒng)的種植業(yè)和林業(yè)為主,科技含量較低;第二產(chǎn)業(yè)以二、三類工業(yè)為主,無朝陽產(chǎn)業(yè),經(jīng)濟(jì)效益低,環(huán)境污染嚴(yán)重;第三產(chǎn)業(yè)以商業(yè)為主,科研教育初具規(guī)模,但文化、旅游、科技、服務(wù)發(fā)展水平相對(duì)較低。

  (3)土地?zé)o序開發(fā),環(huán)境承載力下降。一方面,農(nóng)民過度墾荒,無節(jié)制地向土地索取糧食,將多年的濕地、成熟的草甸變成耕地,大面積的果園、林地被復(fù)耕為農(nóng)田,加快了土地貧瘠化和沙化的速度;另一方面,在月牙堤內(nèi),一大批科研院校,甚至幾十家企業(yè)進(jìn)行開發(fā)建設(shè),嚴(yán)重超出了該區(qū)地下水的自凈能力和環(huán)境承載力。

 。4)基礎(chǔ)設(shè)施短缺,生態(tài)環(huán)境的保障體系不夠健全。無統(tǒng)一的供水體系,直接影響到城市供水設(shè)施的安全可靠性;排水設(shè)施和污水處理設(shè)施及環(huán)衛(wèi)設(shè)施的不完善,導(dǎo)致污水未經(jīng)處理就直接排入河道或滲坑。

  (5)用地布局混亂,建設(shè)無序,景觀質(zhì)量較差。滹沱河的建設(shè)用地布局分散,生產(chǎn)、生活用地混雜,交通不暢,空間無序,沿主要干道兩側(cè)的建筑破舊,河道兩岸垃圾成堆,生態(tài)環(huán)境日益惡化,與石家莊現(xiàn)代化大都市的整體形象要求相去甚遠(yuǎn)。

 。6)綠化面積少,植被疏枯,固沙樹種、草種單一。整個(gè)研究區(qū)域內(nèi)林地少,僅3000hm2,約占研究區(qū)面積的15%,且林帶種植結(jié)構(gòu)簡單,郁閉度很低,綠色屏障殘缺、連續(xù)性差。

  4、滹沱河生態(tài)環(huán)境修復(fù)

  對(duì)于滹沱河河道的治理,我們?cè)诒WC其水利功能的基礎(chǔ)上,提出復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)治理理念,即保持河流的連續(xù)性和與城市的共生互補(bǔ)性,重點(diǎn)處理好河流兩側(cè)的土地利用模式,以及重點(diǎn)做好生態(tài)防洪、植物生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)工作。

  4.1土地利用模式

  基于滹沱河流域的特殊功能,在綜合建設(shè)適宜性、景觀適宜性、生態(tài)適宜性和經(jīng)濟(jì)適宜性評(píng)價(jià)(表1)的基礎(chǔ)上,通過環(huán)境目標(biāo)、社會(huì)目標(biāo)、經(jīng)濟(jì)目標(biāo)三大目標(biāo)的和諧發(fā)展,在堅(jiān)持“生態(tài)優(yōu)先、景觀經(jīng)濟(jì)并重”的原則下,制定出科學(xué)合理、優(yōu)化可行的土地利用模式—“一線、兩岸、三段、六區(qū)”,使該區(qū)域成為石家莊市區(qū)北部的綠色生態(tài)屏障、水源涵養(yǎng)區(qū)、風(fēng)景旅游度假區(qū)、近郊森林公園、生態(tài)農(nóng)業(yè)教育科研基地。

  “一線”是指在滹沱河行洪制導(dǎo)線以內(nèi),結(jié)合防洪要求分?jǐn)嗝孢M(jìn)行控制,300m以內(nèi)(五年一遇)為永久性河道,300m~800m為沙地草甸,800m以外至行洪制導(dǎo)線為疏林草地。“兩岸”為防風(fēng)林帶!叭巍笔侵镐镢3個(gè)功能有別的宏觀功能段,即南水北調(diào)工程以西為集園、林、果、田、居為一體的大地自然景觀功能段,南水北調(diào)工程—京深高速公路段為游憩休閑度假功能段,京深高速公路以東為農(nóng)、林、苗結(jié)合型的生態(tài)農(nóng)業(yè)種植功能段!傲鶇^(qū)”是指6個(gè)生態(tài)功能區(qū),即生態(tài)防護(hù)區(qū)、生態(tài)恢復(fù)區(qū)、生態(tài)園林區(qū)、生態(tài)展示區(qū)、生態(tài)農(nóng)業(yè)園區(qū)和生態(tài)聚居園區(qū)。

  4.2生態(tài)防洪

  滹沱河流域?qū)贃|亞季風(fēng)氣候區(qū),季節(jié)性雨季明顯,洪水災(zāi)害具有迅速且持續(xù)時(shí)間較短的特點(diǎn)。雖然修建了崗南、黃壁莊兩個(gè)水庫和一些其它防洪設(shè)施,但防洪標(biāo)準(zhǔn)也不足十年一遇。為保證滹沱河(石家莊段)順利地行洪、泄洪和利于滹沱河(石家莊段)區(qū)域生態(tài)環(huán)境的快速恢復(fù),我們提出了生態(tài)防洪的措施。

  在滹沱河北岸的大孫村村南建設(shè)雁翅柳生態(tài)軟堤防,對(duì)滹沱河北岸制導(dǎo)線以外的已開發(fā)的河灘地進(jìn)行“退耕還林”。同時(shí),對(duì)現(xiàn)有荒灘實(shí)施綠化工程,改造現(xiàn)有低質(zhì)林區(qū)。

  將滹沱河南岸的生態(tài)防洪分為3段。①黃壁莊大壩下至南水北調(diào)中線段:保留原有不規(guī)整的天然沙堤。對(duì)不完善的河堤,按照設(shè)計(jì)制導(dǎo)線建設(shè)生物軟堤防。水庫大壩下的河道兩側(cè)多短溝,適合建設(shè)柳谷坊。②南水北調(diào)中線至京珠高速公路段:在京廣鐵路西側(cè),改造現(xiàn)有月牙堤,堤外側(cè)表面種植地被植物護(hù)坡,內(nèi)側(cè)為青石條干砌堤壩,便于生物、水分、養(yǎng)分的交流。其中,京廣鐵路東側(cè)至汊河入滹沱河口段,采用回填采沙坑、整修護(hù)砌岸坡等工程措施,緊靠滹沱河深槽右岸新建南堤。③京珠高速公路以東,機(jī)場路以東段:整修堤防,在無堤防的村莊外沿規(guī)劃制導(dǎo)線建設(shè)生物軟堤防,在受到洪水沖擊的堤內(nèi)側(cè)建設(shè)雁翅柳防浪林。

  4.3植物生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)

  根據(jù)河道水資源、氣候、土壤等特征,結(jié)合景觀建設(shè)的需求和河道的水利功能,提出橫向?qū)盈B、縱向梯級(jí)的河道治理理念和采取林景型、林經(jīng)型、林生型3種主要的片林復(fù)層結(jié)構(gòu)種植模式。

  4.3.1橫向?qū)盈B、縱向梯級(jí)的河道治理理念

 。1)橫向?qū)盈B。橫向?qū)盈B是指河道、河堤和階地3層治理斷面。河道:在河道內(nèi)禁止挖沙,平整灘地,依靠兩岸生態(tài)環(huán)境的修復(fù),自然固定流沙,形成沙灘河床景觀;300m~800m的河漫灘,是傳統(tǒng)的行洪灘道,嚴(yán)禁種植阻水植物,禁止在河灘地內(nèi)開荒造田,保護(hù)野生草本植被,逐步形成沙地草甸草原景觀;800m以外至行洪制導(dǎo)線是營造生物防洪和疏林草地景觀地帶,可建設(shè)柳、桑緩洪雁翅綠化工程。河堤:一是在迎水面密植喬、灌木,建設(shè)生物軟堤防;二是在人工堤防中,采用柔性護(hù)岸,以草本植物、灌木為主,其中迎水坡可采用三維生物網(wǎng)草皮護(hù)坡,坡腳應(yīng)設(shè)防護(hù)林;三是保證有500m寬的大面積堤岸積防護(hù)林帶。階地:在恢復(fù)農(nóng)田防護(hù)網(wǎng)的基礎(chǔ)上,發(fā)展復(fù)合型農(nóng)林業(yè)或都市型農(nóng)業(yè),改變單一的農(nóng)作物耕作模式。在此基礎(chǔ)上,利用沙地景觀、河流水環(huán)境、森林植被,發(fā)展以觀光游覽與休閑娛樂為主的旅游產(chǎn)業(yè)。

 。2)縱向梯級(jí)。縱向梯級(jí)是按照河道的自然特性、水利功能及其所承擔(dān)的功能和職能將其劃分為3段。上段為黃壁莊大壩下至南水北調(diào)中線—保護(hù)原有的人工林和防護(hù)林帶,繼續(xù)擴(kuò)大人工造林和防護(hù)林帶,形成水土保持區(qū)和水源涵養(yǎng)區(qū);中段為南水北調(diào)中線到京珠高速公路—整合資源,治理污染,種樹植草防風(fēng)固沙,構(gòu)建以月牙堤圍合地帶為中心,以沙地河灘綠色生態(tài)恢復(fù)為主題的城市近郊休閑區(qū);下段為京珠高速公路以東,機(jī)場路以東—建立復(fù)合型農(nóng)林區(qū),發(fā)展花卉、蔬菜、果品、畜牧業(yè),實(shí)現(xiàn)生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益的同步提高。

  4.3.2片林復(fù)層結(jié)構(gòu)種植模式

  為使滹沱河南岸的片林、林帶更好地發(fā)揮生態(tài)效益,提出片林復(fù)層結(jié)構(gòu)種植模式理念。該模式包括“春景”“夏景”“秋景”“冬景”“四季景觀”5種林景型模式,“林果”“林藥”“林蜜”3種林經(jīng)型模式,“防護(hù)模式”“耐瘠薄模式”2種林生型模式。這三種復(fù)層結(jié)構(gòu)種植模式的設(shè)計(jì),均以1hm2為設(shè)定面積,喬木占地面積最小以20m2/株為計(jì)算單位,喬灌比例為1∶2.

 。1)林景型模式。通過垂柳、水杉、紅瑞木、棣棠等樹種的搭配,形成豐富的天際線及紅、黃、綠的視覺效果,達(dá)到春季可觀繡線菊,夏季可觀滿樹金黃的欒樹,秋冬季可觀多姿百態(tài)的紅瑞木、棣棠的景觀時(shí)序。具體種植模式為:①上木。欒樹(200株)+垂柳(100株)+水杉(50株)。②中木。繡線菊(黃櫨)(250株)+紅瑞木(紅葉小檗)(150株)+棣棠(金葉女貞)(100株)。③下木。玉簪(400墩)+金銀花+丹麥草。

 。2)林經(jīng)型模式。在產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí),創(chuàng)造一定的生態(tài)效益和社會(huì)效益,即選取多種藥用植物,形成春季連翹奪目,春夏之季金銀花、芍藥競相爭妍,夏季珍珠梅串串白花驅(qū)暑,秋季銀杏渲染片林景色,冬季側(cè)柏蒼翠的景象。具體種植模式為:①上木。側(cè)柏(200株)+銀杏(100株)+杜仲(50株)。②中木。連翹(200株)+珍珠梅(250株)+枸杞(150株)+紅葉小檗(100株)。③下木。金銀花+寬葉麥冬+芍藥。

 。3)林生型模式。以防風(fēng)治沙塵污染為目標(biāo),選取連翹、泡桐、丁香等滯塵、抗污染能力強(qiáng)的樹種,形成夏秋開花、冬顯干皮的特色。具體種植模式為:①上木。毛泡桐(200株)+皂莢(100株)+白皮松(50株)。②中木。珍珠梅(250株)+連翹(200株)+紫丁香(150株)+木槿(100株)。③下木。山蕎麥+地錦。

  目前,滹沱河(石家莊市段)的整治和修復(fù)工作取得了較好的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。如上游續(xù)建的小壁自然生態(tài)園,總占地1025000畝,林地和疏林地占80%,植被率達(dá)到90%以上,基本形成了水、草、鳥、獸、林共生的良好的自然生態(tài)環(huán)境,為許多野生動(dòng)物的生存、繁殖和棲息提供了庇護(hù)場所。汊河一期工程通過模擬自然風(fēng)光,將該區(qū)域建成集自然生態(tài)、水源保護(hù)、休閑度假、知識(shí)教育功能為一體的自然生態(tài)觀察園和濱水景區(qū),結(jié)合采砂大坑的回填處理,在汊河入滹沱河口上、下游段的滹沱河深槽營造人工濕地,建設(shè)生態(tài)景觀和進(jìn)行生態(tài)河道的修復(fù)。同時(shí),河道岸坡采用土工格室護(hù)岸、三維網(wǎng)草皮護(hù)岸和緩坡等形式,使滯洪區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)和汊河行洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到五十年一遇,既保障了城市財(cái)產(chǎn)的安全,又保障了該區(qū)域的地下水不再受到污染。

延伸閱讀:滹沱河 干旱 河道
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