发挥湿地功能 净化河湖水质
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水专项淮河项目河流水生态修复课题负责人、南京大学安树青教授获“杰出湿地科学家”奖。
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◆童克难
2016年9月，第十届国际湿地大会在江苏省常熟市成功召开。本届大会特设国家水体污染控制与治理科技重大专项（简称“水专项”）报告专场，水专项管理办公室相关负责人系统介绍了水专项支持我国湿地保护助力河、湖水生态修复的相关工作与成效。会上，水专项淮河项目河流水生态修复课题负责人、第十届国际湿地大会主办人南京大学安树青教授获颁国际生态学协会授予的“杰出湿地科学家”奖，成为亚洲获此殊荣的第一人。安树青教授的科学成就得到世界湿地学术界认可，是水专项在治理河流与湖泊污染等世界性难题取得成果的一个缩影。
为实现中国经济社会又好又快发展，缓解我国能源、资源和环境的压力，解决制约我国社会经济发展的重大水污染科技瓶颈问题，根据《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006～2020年）》，我国从“十一五”开始设立水专项，下设河流主题、湖泊主题等6个主题。10年来，在国家水专项的持续支持下，我国河流、湖泊水生态保护与修复技术研发与应用取得重大突破。辽河“摘帽”，南四湖入选国家首批生态良好湖泊……，水专项针对不同区域、不同湿地存在的关键问题，进行技术、工艺、工程、材料与设备的联合攻关，相关技术成果在全国20余个省市进行推广，在改善河流、湖泊水生态环境方面取得显著成效。
突破河流水体净化创新技术，助推河流水质升级改善
由于地表水环境质量标准与水污染物排放标准之间存在较大差距，导致河流自净能力下降，水质恶化，成为纳污河道。
针对河道黑臭与河流水体净化能力不足，水专项紧密结合河流综合整治的实际需求，研发了生态河道、多级人工湿地水质净化耦联、近自然河道与河滩地－土壤侧渗联合、工业园区控源减排与面源径流污染协同控制等关键技术，进一步削减河道上游达标排放的城镇生活污水和工业废水污染物浓度。
“欲治淮河必先治沙颖河，欲治沙颖河必先治贾鲁河”。针对淮河流域的环境治理，水专项研发技术在贾鲁河的重要支流——索须河开展了全长约19km的河道工程示范。工程实现示范河段有机污染物平均减少22%，氨氮平均减少89%，总磷平均减少42%，水生态环境有效改善，由“臭水渠”变成了“水景区”。示范工程区支撑了贾鲁河流域水污染控制与水环境改善，促进了中国大运河通济渠郑州段的成功申遗。
此外，研发技术在海河干流中游段天津港保税区空港经济区开展工程示范，实施了园区景观水体综合治理与水质提升整体方案，并建成示范区24km2。建成日处理水量0.65×104t的西四道净化湿地工程，出水达到Ⅳ类水体标准。经过综合治理，2016年示范区内水质整体得到改善，主要监测断面有机污染物、氨氮平均浓度分别较2013年下降34%和79%。
研发技术还在辽河、太湖等区域推广应用，面积达2600余亩，消灭了一批黑臭河流，将劣Ⅴ类、Ⅴ类水深度净化并维持在Ⅲ类以上水质水平，为流域污染减排、水质稳定做出了重要贡献。
开展环境流调控与生物功能群配置，恢复受损河流生机
水生态系统严重受损是河流水体自净能力下降、生物多样性降低，继而导致下游湖泊水环境恶化的重要原因。水专项针对河流生态基流不足、湿地生境破碎化、河道渠道化、自净能力下降等生态破坏问题，按照不同地理地势和水生态群落特点，开展河漫滩、河道水生态修复技术研发与集成应用。
在河漫滩地带，水专项集成了生态沟渠、透水路基、地貌修饰等湿地生态补水与水位控制实用技术；首创并构建了典型湿地植被塔头苔草的“分根移植”、沼柳的“条带状密植扦插”、退化香蒲湿地的“定向定距挖掘”保育等典型湿生植物快速恢复技术体系；巧妙利用北半球流水向右偏转的特点，定向成行栽植湿地植物，大大提升河漫滩湿地的污染物拦截能力；充分利用河汊、牛轭湖水生态特性，重构生物栖息地和生态廊道，降低水流流速，提升水质净化能力；通过在侵蚀岸边密植河柳，降低河岸侵蚀的同时为鱼类产卵、仔鱼避难、水禽栖息和食物供给提供特殊生境，形成侵蚀河岸河柳护岸与生物栖息的良性互动。
在河道地带，基于河流水生态健康诊断、等级界定，突破了水生态功能群配置、食物链稳定构建等关键技术，集成了“基于环境流阈值界定的水生态修复”的技术体系；提出了生态闸坝水资源调配总体方案，充分利用闸前滩地空间，突破了闸前消落区河道湿地构建及生态维护关键技术，采用旁路表流湿地+太阳能曝气潜流湿地循环净化形式，构建健康的水生生态系统，形成主河道与旁路湿地交互作用、循环联通的净化体系与生态交互区，有效提升了河道及边滩的净化效率；构建深潭浅滩生境，通过水生植物、鱼类、贝类的联合投放，营造了深水区立体悬浮生境，形成多样、稳定的河道水生态系统，对有机物、悬浮颗粒物和氮、磷等污染物实现良好的去除效果。
水专项研发的技术在松花江下游富锦江段建立了长度111km的示范区，湿地覆盖率达到61%，单位面积生物量增加了31%，典型湿地水禽种群数量明显增加，东北七鳃鳗等土著鱼类陆续出现。“基于环境流阈值界定的水生态修复”技术体系在淮河贾鲁河流域开展示范，示范河段累计长90km，水生态修复河段生物物种丰富度提高了66%，沉水植物、挺水植物、底栖动物、浮游动物、鱼类、鸟类六大生物功能群结构完整，食物链得到恢复。溶解氧由不足2mg/L提升到8mg/L以上；闸坝下游河段水生态修复区植物物种数增加了46%，动物物种数增加了41%，化学需氧量、氨氮浓度分别下降了80%、66%，贾鲁河水质、水生态质量显著好转。水专项技术在北运河支撑建成未来科技城河道湿地示范工程，示范水面面积合计2.9×105m2。工程布设多功能立体生态浮床5000m2，种植挺水植物、沉水植物，放养滤食性鱼类。新型太阳能提水曝气机的工作效率比相关产品提高10%以上。示范工程出水主要水质指标满足地表水Ⅳ类标准，湿地内共有浮游植物32种、浮游动物26种、底栖动物22种和水生植物15种，形成了优美的河道湿地风光。
水专项研发技术在淮河、松花江、海河、辽河、太湖等区域河流治理、生态修复、生物多样性保育中广泛推广应用，土著鱼类回家了，珍稀的迁徙鸟类回来了，重现了“水清草美、鸟鸣鱼戏、人水和谐”的优美景观，带动了流域水生态的持续改善。
完善河口与湖滨带生态屏障，扎牢污水入湖的最后闸门
湖滨带及入湖河口是内陆最为重要的水陆交错带，生物多样性丰富，兼具入湖水质净化、稳定湖泊岸线、迟滞洪水等多种生态功能。湖滨带也往往是湖泊流域人类活动干扰强度较高的区域。围湖造田、围湖养鱼、滩涂开发等人类活动使湖滨湿地被侵占，湿地生物多样性下降，生态环境承载力严重削弱，生态自净能力大大降低。
在水专项的支持下，针对太湖等大型浅水富营养化湖泊存在的湖滨带硬质化、湿地被侵占、入湖河口及支浜水质差、藻华累积等严重问题，突破了河口区前置库处理、大堤型湖滨带生态修复、河网型湖泊缓冲带生态建设及功能修复、缓冲带范围划定等关键技术，针对洱海等典型富营养化初期湖泊研发了缓坡型及陡岸型湖滨带生态修复与稳定维持模式，突破了缓冲带构建与低污染水处理技术。
技术支撑太湖流域竺山湾建成支浜示范工程10km，湿地及林草地27ha，建成后支浜总氮、总磷浓度平均降低58%和21%，示范区植被覆盖率达87%；在贡湖湾建成示范工程232ha，湖滨水质常年保持在地表水Ⅳ类，水生植物超过50种。支撑建成洱海18km的湖滨带生态修复示范工程和100ha缓冲带示范区，带动洱海92km的湖滨带建设，缓坡型湖滨带示范区植被物种由24种增加至45种；陡岸湖滨带示范区附生藻类种数增加10%~28%；缓冲带示范区径流总氮、总磷分别降低32%和48%。
研发技术在太湖、洱海、南四湖、巢湖、滇池、大莲湖等流域广泛推广应用。相关技术成果成功应用在《洱海流域水环境保护治理“十三五”规划》中，编制的《湖滨带生态修复工程技术指南》对我国水质较好湖泊的湖滨带生态修复具有指导意义。
创新湖泊生态修复与蓝藻水华治理工艺，恢复健康的水生态系统
针对自然湖泊污染负荷大、生物多样性下降、富营养化风险高等问题，水专项研发了湖泊食物链构建、蓝藻易集区域藻源内负荷控制、“生态水母”、“生态覆膜”等新兴技术，突破了风/光联合驱动的漂浮植物+生物挂膜+微纳曝气的强化去藻、食物网重塑与多营养级生物操纵等先进工艺，形成了入湖河口污染物生态拦截，浅水区植被修复、湿地重建，湖体生态系统调控与稳定维持的湖泊生态修复成套技术。
针对城市景观湖泊营养盐负荷较高，水质时空分布不均匀，春季易导致藻类异常增殖，水体透明度不高影响景观等问题，水专项突破了大规模引水的轻质载体反硝化生物滤池降氮，湖荡生态引、布、排水优化，空间异质性生态控藻等技术，集成了以生态工程为核心的城市景观湖泊水质改善与生态修复成套技术体系。
水专项研发技术在太湖流域典型湖荡、太湖上游重要的供水、生态调节的行蓄洪湖泊——滆湖开展14km2的工程示范，建成2.4km2的入湖口前置库工程示范区和34ha水生植被恢复区，到2015年底投放了鲢鳙夏花等鱼类近1340万尾，冬片98万尾，鯝鱼17万尾，河蚌35万只，螺56吨等，布置了5只蓝藻过滤回流装置船。污染控制区水质得到明显改善，总氮、总磷负荷降低20%以上，生态恢复区水生植被覆盖率达到50%以上，大大提高了湖泊自净能力和调蓄净化功能。该成果保障了2013年第八届中国常州花卉博览会的圆满召开，为湿地展区“水上淹城”建设和主展馆水域水质改善做了突出贡献。
在西湖建设规模达5×104m3/d的引水降氮工程，出水水质总氮由劣Ⅴ类改善至Ⅳ类，年消减入湖总氮达18t以上。通过规模达7×104m3/d的流场优化引水，建立湖内循环优化布配水体系，在约1km2水域内构建多空间层次的沉水植物群落结构，有效降低了着生藻的生物量，形成了“水下森林”的景观。本成果为2016年G20峰会的成功举办提供了强有力的水环境保障，清澈盈满的西湖和优美的水景观给中外来宾留下了深刻印象。
湖泊湿地重建与生态修复技术成果在太湖、滇池、巢湖、西湖、洱海、南四湖、大莲湖等区域广泛应用，取得了显著成效。
开发人工湿地构建与可持续运行保障新工艺，强化了水质净化功能
针对河湖生态系统水体自净能力弱、上游排放废水与面源污染等导致的水质保障难题，水专项在重要排污口下游、支流入干流处、河流入湖口等地因地制宜地建设人工湿地，污水经人工湿地净化后进入干流或湖泊，实现水质的进一步改善。以人工湿地作为入湖水质稳定达标的最终保障，突破大型人工湿地工程应用中存在的传质效率低、运行稳定性差等难题。研发多级串联、环流式、嵌套混合流、水流双向调节等空间结构优化技术，充分发挥潜流和表面流人工湿地的净化潜能，实现有机污染物和氨氮去除率分别提高约18%和35%；研发自然增氧强化、弓棚及季节植物优化配置等技术，解决了工程的长效稳定运行难题，实现冬季氨氮去除率达到70%。
水专项在南四湖建成了六级串联表面流规模化人工湿地水质净化工程，湿地面积667ha，净化河水4×104m3/d，出水稳定达到地表水Ⅲ类标准，工程被国家林业局正式批准为国家级湿地公园，并入选国家林业局评选的“中国十大魅力湿地”。在新密市双洎河建立淮河新密双洎河人工湿地示范工程，日处理水量1.2×105m3/d。运行后出水可提升至Ⅲ类水，每年为双洎河提供4.38×107m3清洁水源，吨水处理成本仅为0.1元。
技术成果在淮河南四湖流域内大范围推广应用，建成人工湿地工程730ha，实施退耕还湿1.33×104ha，支撑建成两个国家湿地公园。多年绝迹的太湖新银鱼、大银鱼等鱼类开始恢复生长，水生高等植物恢复到80种，鱼类52种，底栖动物52种。流域内发现了52只珍稀水禽白枕鹤种群和对水质极为敏感的被称为“水中大熊猫”的桃花水母。湖区主要水质指标由地表水劣Ⅴ类跃升至Ⅲ类。曾经污染严重的南四湖，呈现出了莲叶接天、荷花映日、苇波荡漾、白鹭翔集、清水潺潺的美丽湿地景色。
水专项研发技术在合肥市南淝河河口区建成河道旁路多级人工湿的33.5ha，净化重污染河水6×104m3/d，出水水质达到地表水Ⅳ类，其保证率>83%，年削减南淝河氮、磷和高锰酸盐指数分别达到93.2t、5.3t和143.8t，为巢湖水质改善做出了显著贡献。
技术成果同时在河南清潩河杜村寺人工湿地进行了推广应用，建成人工湿地16.2ha，净化污水厂尾水6×104m3/d，出水水质达到地表水Ⅳ类，保证率>80%，并利用净化的水体提升重污染的清潩河水质，保障北方缺水地区河流的生态基流。
创新河湖治理管理体制，形成河湖生态治理工作合力
针对北方河流、湖泊污染严重、极度缺水的难题，水专项课题组通过创新管理体制机制引导探索河流治理与保护的新模式。在重污染区域以流域为统筹，探索划定大型河流保护区，加强行政管理，制定保护条例，为河流治理和保护提供行政和法律保障；建立并完善流域水质模型，开展水环境容量测算、水环境质量—排放定量关系识别、水体主要污染物减排策略及技术方案优选，评估污染减排和水质改善效果，支撑制定并发布最严格污染物排放标准和水环境区域补偿长效机制；突破了基于水环境质量改善的污染物总量控制关键技术，将城市面源、农业源、工业源等纳入流域全口径污染源分析体系，破解污染物总量控制难题；研发河岸带自然封育技术与管理方法，构建了支流汇入口湿地污染阻控方案，实施生态退耕措施，破解长期存在的河岸带管理缺位、人水争地以及支流河口湿地污染严重问题。
水专项研发技术在辽河支撑划定我国第一个大型河流保护区，制定《辽宁省辽河保护区条例》。建设辽河保护区水污染控制及水环境治理综合示范区达100km2，示范段水质达到Ⅳ类标准，河滨带植被覆盖率大于90％，恢复湿地面积大于6.67×104ha，鱼类、鸟类及生态系统功能得到基本恢复。
辽河保护区治理与管理技术在流域内大范围推广应用，共封育面积5×104ha以上，实现了辽河长约538km、面积达4.4×104ha的生态廊道全线贯通。植物、鱼类和鸟类分别从封育前的187、15和45种增加到目前的226、33和81种，其中黑嘴鸥、遗鸥等珍稀鸟类和刀鲚、怀头鲇、圆尾斗鱼等珍稀鱼类再次出现在保护区内。辽河干流水质优于Ⅲ类以上的水体比例提高10%，再现辽河水丰草茂，水清岸绿的宜人景色。
此外，利用自有知识产权的环形水槽，模拟自然河道水流特征，结合室内控制实验，优化水质模型参数，构建北运河（北京段）基于水环境质量改善的总量控制技术模型，并实现了业务化运行。
北运河（北京段）水质模型支撑北京市《城镇污水处理厂污染物排放标准》（DB11/890-2012）和《水污染物综合排放标准》（DB11/307-2013）两项全国最严格地方标准的颁布和实施；支撑制定了《北京市水环境区域补偿办法》和《跨区县界水体断面指标考评实施细则》，打破了以往北京市区污水治理“大锅饭”的局面，调动了各区县污水治理的积极性，形成了流域上下游配合、各区协同治水的新局面。2016年各季度扣缴补偿金同比有明显下降，体现了流域水环境补偿实施对于水质改善的明显促进作用。
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