发布时间：2021-09-29所属分类：工程师职称论文浏览：1次
摘 要： 摘要流域水质目标管理已成为发达国家水环境管理的主要模式。京津冀地区是海河流域的核心区域，也是国家生态环境保护的重点地区。针对京津冀地区水资源、水环境、水生态(简称三水)统筹系统管理中面临的水资源短缺和统筹调配能力不足、水环境污染严重和协同治
摘要流域水质目标管理已成为发达国家水环境管理的主要模式。京津冀地区是海河流域的核心区域，也是国家生态环境保护的重点地区。针对京津冀地区水资源、水环境、水生态(简称“三水”)统筹系统管理中面临的水资源短缺和统筹调配能力不足、水环境污染严重和协同治理水平较弱以及水生态退化且稳定性趋向脆弱的主要问题，从“十一五”“十二五”及“十三五”国家水体污染控制与治理科技重大专项(简称“水专项”)涉及到京津冀管理技术相关研究内容的项目及课题中提炼关键技术并进行集成，根据技术特点对集成技术从生态水量保障管理技术与政策、基于水质目标的流域污染物排放管控、河流生态廊道生态健康和服务功能评估及空间格局构建优化技术3个方面凝练，进一步构建京津冀地区“三水”统筹的流域水质目标管理集成技术体系框架。应用集成技术对京津冀地区重点流域水质目标管理思路的构建展开思考并提出工作建议，以期支撑京津冀地区经济社会与生态环境保护协同发展新形势下水生态环境精细化管理能力提升。
关键词京津冀地区;水质目标管理技术;水环境管理;河流生态廊道
京津冀地区是海河流域的核心区域，也是国家生态环境保护的重点地区。近年来，京津冀地区高度重视水环境保护工作，不断推进生态建设和污染治理，并取得积极成效。但目前京津冀地区仍是全国水资源短缺、水环境污染较严重、水生态破坏较突出的地区之一。“十三五”期间，《京津冀协同发展规划纲要》《京津冀协同发展生态环境保护规划》等一系列文件陆续出台，特别是雄安新区的战略定位，对京津冀地区水环境保护提出了更高要求，也为长远谋划区域水环境保护明确了方向[1-2]。在“十一五”“十二五”和“十三五”国家水体污染控制与治理科技重大专项(简称水专项)各课题研究基础上，结合《水污染防治行动计划》(简称“水十条”)对京津冀地区水环境保护管理的技术需求[3]，以支撑京津冀地区水环境质量改善为目标，结合流域特征，围绕水资源、水环境、水生态(简称“三水”)综合管理，集成京津冀地区“三水”统筹的流域水质目标管理技术，探讨其对京津冀地区北运河、永定河和大清河3个主要流域水质目标管理的支撑意义并提出相关建议。
1国内外流域水质目标管理技术
1.1发达国家流域水质目标管理技术进展
流域生态系统的组成、结构和功能是承载区域水环境压力的基础。流域水质目标管理已成为发达国家水环境管理的主要模式。美国水环境管理以《清洁水法》为基石，不断融入水生态分区、水质标准、最大日负荷总量计划(TMDL)、排污许可证等管理要素，有力地帮助受损水体逐步恢复[4]。美国流域水质目标管理技术从初级的一般性污染控制开始，发展到基于技术的污染源浓度控制，再发展到基于水质的污染控制，最后发展到TMDL[5-7]。欧盟水环境管理先后经历了水环境质量标准与排放标准管理不同阶段，至2000年《水框架指令》的提出，标志着欧盟由此进入了以水生态系统为核心的流域管理阶段[8-9]。欧盟水框架指令的核心思想是建立综合的一体化的水环境管理体系，排污许可管理是欧盟控制水体污染物排放的根本手段，欧盟水质目标管理技术是一种基于最佳技术的总量控制方法[7]。日本于20世纪70年代末开始实施以部分区域总量控制为核心的综合防治时期，对污染严重地区的经济与环境的协调发展起到良好的效果[10]。美国与欧盟在水环境管理方面的共同点都是实现了从污染控制向生态管理的战略转型，水质目标实现是其根本。开展以水生态功能分区为基础的流域水环境综合管理，已成为美国、欧盟及日本等发达国家和地区保护水环境的重要手段。美国、欧盟与日本的流域水质目标管理均是基于流域水生态管理的技术体系[11]。
1.2我国流域水质目标管理技术的发展历程
我国流域水质管理技术研究可以追溯到20世纪70年代，在“九五”和“十五”期间，确定了污染物排放总量控制指标，标志着我国污染控制由浓度控制进入总量控制阶段[12]。1996年，修订的《中华人民共和国水污染防治法》明确提出“防治水污染应当按流域或者区域进行统一规划，水污染防治规划是防治水污染的基本依据”，这标志着我国以流域为对象的水污染防治方略基本建立[13-14]。流域水污染防治规划思路基本实现了由以往的单纯治理污染向污染治理和生态保护并重而转变，规划导向由污染物总量控制向环境质量控制而转变[15]。“十一五”和“十二五”水专项紧紧围绕流域水生态功能分区、水环境质量基准标准、容量总量控制三大核心技术研发，构建我国流域水质目标管理技术体系，标志着我国开始推动基于水生态功能分区的流域水环境质量目标管理技术体系[11,16-17]。《重点流域水污染防治规划(2016—2020年)》以细化落实“水十条”目标要求和任务措施为基本定位，提出了以改善水环境质量为核心和水资源、水生态和水环境“三水统筹”的系统思路[18-19]。“十三五”水专项对流域水质目标管理技术进行了集成研究，构建了集“功能分区-基准标准-排污许可-最佳可行技术-风险管理-管理平台”6大技术环节一体的水质目标管理技术体系[20]。
2京津冀地区面临的主要“三水”问题
京津冀区域地处海河流域，是海河流域水资源开发程度最高的地区，水资源稀缺和水污染问题削弱了水体的生态服务功能，进而影响了社会经济的可持续发展，成为京津冀发展的最大短板。北京市由永定河、大清河、北运河、潮白河和蓟运河五大水系串联;天津地区的海河自金钢桥起到大沽口流入渤海湾，整个海河水系由海河上游的北运河、永定河、大清河、子牙河和南运河五大河流和300多条支流共同组成。河北地区水系较多，其中海河水系占河北地区绝大部分，包括潮白河(北运河)、永定河(主支流桑干河、洋河)、大清河(主要支流有唐河等)、子牙河(滹沱河与滏阳河汇集而成)、南运河(上游为漳河和卫河所汇集)[21]。可见，北运河、永定河、大清河是京津冀水系连通的关键。
2.1水资源短缺和统筹调配能力不足
京津冀地区水资源主要问题在于水资源稀缺总量不足、地下水超采严重、粗放用水方式持续加重水资源短缺程度、水资源统筹调配能力不足[22]。京津冀地处海河流域平原区，多处于干旱半干旱地区，随着降水量的减少和水资源开发利用程度的加强，导致海河流域水资源总量持续减少。2019年海河流域平均降水量为449.2mm，比多年平均降水量少16.0%，2019年年末浅层地下水蓄量比年初减少39.74亿m3[23]。京津冀高耗水生产方式仍未转变，尤其农业用水效率远低于工业和服务业[24]。京津冀地区是全国水资源供需矛盾最尖锐的地区之一，供水水源经历了以地下水、地表水水源为主到再生水、南水北调水、地下水和地表水多水源联合调配的过程。自南水北调中线工程通水后，京津冀水资源量得到一定的提升，但水资源空间不均衡状态仍然持续存在，多源供水格局尚未形成[25]。
2.2水环境污染严重和协同治理水平较弱
目前，京津冀地区水污染仍较为严重。2020年《中国生态环境状况公报》显示，海河流域水质整体有所好转，但仍属于轻度污染，主要污染指标为化学需氧量(COD)、高锰酸盐指数和五日生化需氧量;Ⅰ类~Ⅲ类水质断面占为64.0%，比2019年上升12.1个百分点，但仍比全国数据低23.4个百分点;劣V类水质断面占比为0.6%，比2019年下降6.9个百分点，但仍比全国数据高0.4个百分点[26]。京津冀工业源水污染排放空间集聚特征研究显示，京津冀工业源COD和NH3-N排放最多的行业集中在造纸和纸制品业、农副食品加工业、化学原料和化学制品制造业、纺织业等十大行业，京津冀工业源COD排放主要集中在邯郸、天津、张家口和秦皇岛，合计占京津冀区域COD总排放量的56%[27]。京津冀地区水污染综合管控力度和区域协同综合治理水平仍有待提高。
2.3水生态退化和稳定性趋向脆弱
京津冀地区水生态退化严重，水生生物资源受损严重，湿地失去天然河流补给，面积萎缩。据全国第一次水利普查水土保持普查数据，京津冀区域内水土流失面积为50534km2。其中，北京市为3202km2，占区域水土流失总面积的6.34%;天津市为236km2，占0.47%;河北省为47096km2，占93.20%[28]。大清河流域建设用地面积逐渐增加，且增长速度不断加快;而太行山东麓林地、草地面积由于人口的扩张却逐渐减少[29]，白洋淀湿地生态系统稳定性趋向脆弱，湿地生物多样性保护功能呈退化趋势[30]。北京市河流大型底栖动物空间格局及其环境响应研究显示，北京市山区河流中保持了较高的生物多样性，而城市河流及其过渡区的大型底栖动物退化明显[31]。
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因此，针对京津冀地区流域特征，为了有效利用水资源、改善水环境和恢复水生态，有必要系统集成“十一五”“十二五”和“十三五”水专项京津冀地区水环境管理技术相关项目和课题的研究成果，凝练京津冀区域流域水质目标管理集成技术，为京津冀区域北运河流域、永定河流域和白洋淀-大清河流域“三水”统筹流域水质目标管理思路提供建议和技术支撑。
3技术集成思路与方法
3.1技术集成数据来源
水专项经过“十一五”“十二五”和“十三五”科技成果的积累，已经具备建立京津冀“三水”统筹的流域水质目标管理技术集成的基本技术条件。因此，有必要系统集成京津冀水专项管理技术成果，提出北方缺水地区流域“三水”统筹的流域治理模式，为京津冀地区协同发展提供重要技术支撑。水专项“十一五”和“十二五”期间未设置京津冀地区专项板块，水专项“十三五”设置京津冀地区综合调控重点示范板块。其中“十一五”水专项涉及海河流域水生态管理的课题包括“重点流域水生态功能一级二级分区研究”“海河流域北运河水系水环境实时管理决策支持系统研究与示范”和“白洋淀流域污染负荷削减技术与工程示范课题”等8个课题。“十二五”期间涉及到海河流域水生态管理的课题包括“重点流域水生态功能三级四级分区研究”“海河北系(北京段)河流水质改善集成技术与综合示范”和“海河干流水环境质量改善关键技术与综合示范”等10个。“十三五”期间涉及京津冀水生态管理的相关课题包括“京津冀地区水环境保护战略及其管理政策研究”“永定河流域水质目标综合管理示范研究”及“北运河流域水质目标综合管理示范研究”等23个(表1)。
3.2技术集成方法及工作流程
技术集成概念的提出源于20世纪80年代，在研究起始阶段以单项技术及其应用环境之间的匹配为目标，通过调查、评估和提炼等研究过程来融合所需技术，这就是被Iansiti[32]称为技术集成的研究开发模式。可见，技术集成并非是创造一个新技术，其核心在于评估技术选项并进行技术选择，最终实现同类技术交叉融合[33-34]。本次集成研究主要根据3个标准来评估和选择技术：1)技术的可靠性，筛选的依据在于该技术的原理、流程、要点及创新性;2)技术的可用性，筛选的依据在于该技术的在京津冀地区的示范应用情况;3)技术的可达性，筛选的依据为技术就绪度。技术集成工作流程见图1。
4“三水”统筹的流域水质目标管理技术体系
4.1技术集成体系框架
从“十一五”“十二五”及“十三五”水专项涉及到京津冀地区管理技术相关研究内容的13项目所属的41个课题中提炼出关键技术90项。根据各项关键技术的特点，以支撑京津冀地区流域水质目标管理为目标，从空间格局构建与管控技术、基于水质目标的流域污染物排放管控技术和生态水量保障管理技术与政策三大方面进行凝练，形成12项集成技术，进一步构建京津冀地区“三水”统筹的流域水质目标管理技术体系框架。
4.2水资源集成技术
水资源集成技术由生态水量保障管理技术与政策相关技术组成，包括不同类型河流廊道生态水量确定技术、多水源背景下流域水资源优化配置技术、跨界水质-水量联合生态补偿标准制定技术和京津冀区域水价改革方案。
针对京津冀地区长期以来水资源开发利用率高和存在严苛的水文水资源条件问题，提出了面向生态水量与维持良好生境功能的分区、分类、分级、分期(简称“四分”)的生态流量组分和阈值确定以及生态流量整体协调优化技术，形成不同类型河流廊道生态水量确定技术。该技术可指导制定协调流域上下游、兼顾社会用水的生态流量标准方案，解决京津冀地区流域河流生态流量底线难以科学确定、生态流量管理难以与水资源管理结合的难题。
针对京津冀地区河流实现“流动的河”大部分都面临十分严苛的水资源条件的问题，基于生态需水目标，建立统筹当地径流、再生水、外调水等多种水源的流域水量统一优化配置技术体系，并结合现有水资源和防洪调度，提出以保障生态用水为目标的流域水资源配置技术，形成多水源背景下流域水资源优化配置技术。该技术可支持流域和区域水资源统一调度，确保实现生态水量下泄目标，是保障京冀津地区绿色生态廊道修复不可或缺的前提条件。
在目前国内已成功试点的跨界流域生态补偿机制上进行补偿标准的改进，将原有单一的水质补偿机制扩展形成以水量为主、水质为调控因子的流域生态补偿技术，形成跨界水质-水量联合生态补偿标准制定技术。该技术的核心在于补偿标准的确立，针对京津冀区域水资源量紧缺现状，将补偿标准权重的设置偏向侧重水量补偿，为京津冀地区以及北方水资源匮乏河流生态补偿提供了考核标准选择，并为上下游管理决策部门沟通、协商和达成共识提供了依据。
针对京津冀区域再生水循环利用措施是河流水源补充的重要来源特点，而当前再生水水价采用政府最高指导水价，缺乏分用户、分质再生水水价，不利于再生水利用的问题，集成形成京津冀区域水价改革方案。该方案通过水价改革有效促进区域水资源的节约、保护和循环利用，对改善和保护水生态与环境具有重要意义，特别是对于缺水地区流域环境保护具有重要现实意义。
4.3水环境集成技术水环境集成技术由基于水质目标的流域污染物排放管控相关技术组成，包括水生态功能四级分区管理及目标制定技术、高分辨率源清单构建与水环境容量总量分配技术、基于水质的流域排放标准制定与排污许可管理技术和工业聚集区水环境风险管控技术。水生态功能四级分区管理及目标制定技术：在识别水生态功能分区和水环境功能区差异化的基础上，开展了京津冀地区水生态环境质量调查和生态分区与功能定位研究，并叠加“十二五”海河流域水生态功能四级分区方案，划分出基于水生态功能和水生态服务功能的、可实现差异化管理的京津冀流域水生态功能四级区;同时通过耦合京津冀地区“三线一单”管控目标要求，制定了涵盖水质管控、水生态管理、空间管控和生物物种、群落指数、生境的管理目标。高分辨率源清单构建与水环境容量总量分配技术：通过水环境调查数据和污染源数据以及源解析方法，衔接第二次污染源普查，建立以断面为约束、控制单元为载体的高时空分辨率水环境污染源清单，为实现京津冀地区水环境精细化管理提供支撑;同时，构建了总量分配体系，为水质规划与管理提供支撑。该技术有利于削减京津冀地区污染负荷和优化污染源空间分布，为实施有效的水环境管理方案提供科学依据。基于水质的流域排放标准制定与排污许可管理技术针对流域水质目标管理与排污标准和排污许可管理相关脱节的问题，以污染物排放与水质的响应关系为依据，解析固定污染源对水质的影响和贡献，依据容量总量分配结果，确定控制单元“多源”排放限值，实现固定污染源减排精准支持流域水质目标改善。《京津冀协同发展生态环境保护规划》中提出了三地协同管理政策，该技术可为京津冀水环境一体化管提供技术支撑。京津冀滨海工业带位于河流下游，是河流入海前最后流经区域，该区域一旦发生水污染事故，将导致受纳水体水质迅速恶化，破坏水生态环境，严重影响经济社会的正常活动和人民群众的生命安全。集成形成工业聚集区水环境风险管控技术，通过技术创新、集成研究与示范，最终形成“查-控-处”一体化水环境风险管控体系，有效提升京津冀地区水污染应急处置能力，为水环境管理、水资源安全等方面提供科技支撑。——论文作者：王菲菲，伍海闻，雷坤**，安立会*
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