為流域水環(huán)境管理轉型提供強力科技支撐
流域水質目標管理是實現(xiàn)我國總量控制、質量控制和風險防范三位一體的管理模式，是黨的“十八大”提出的生態(tài)文明制度建設的主要支撐手段。水專項監(jiān)控預警主題所屬的“流域水生態(tài)功能分區(qū)與質量目標管理技術”項目，針對我國當前流域水環(huán)境管理制度建設滯后、水污染控制目標管理“一刀切”、水生態(tài)系統(tǒng)保護不足，缺乏“分區(qū)、分類、分級、分期”管理支撐技術等問題，緊緊圍繞流域水生態(tài)功能分區(qū)、水環(huán)境質量基準標準、容量總量控制三大核心技術開展研發(fā)，構建了我國流域水質目標管理技術體系，在遼河、太湖等重點流域進行應用示范。項目突破了37項關鍵技術，形成了20項技術規(guī)范建議稿，完成了我國10個重點流域的水生態(tài)功能一級二級分區(qū)方案，提出了3大類12種特征污染物的水環(huán)境質量基準建議值，完成了遼河、太湖等流域的30%控制單元容量總量控制（TMDL）方案，有效支撐了重點流域的污染減排及水環(huán)境質量改善，大幅提升了我國流域水環(huán)境管理制度創(chuàng)新的科學技術水平。
突破流域水生態(tài)功能分區(qū)和水生態(tài)健康評估關鍵技術，奠定了國家開展重點流域水生態(tài)保護和修復的基礎
自上世紀八十年代起，流域水質目標管理陸續(xù)成為發(fā)達國家水環(huán)境管理的主要模式。美國水環(huán)境管理以《清潔水法》和《安全飲用水法》為基石，不斷融入水生態(tài)分區(qū)、水質標準、TMDL、排污許可證等管理要素，有力地幫助受損水體逐步恢復。歐盟水環(huán)境管理先后經歷了水環(huán)境質量標準與排放標準管理不同階段，至2000年《水框架指令》的提出，標志著歐盟由此進入了以水生態(tài)系統(tǒng)為核心的流域管理階段。1970年日本確立了環(huán)境優(yōu)先的原則，日本實行了世界上最嚴格的排放標準，建立了基于水生態(tài)系統(tǒng)保護的污染物容量總量控制制度。美國、歐盟與日本在水環(huán)境管理方面的共同點是實現(xiàn)了從污染物控制向流域水生態(tài)管理的戰(zhàn)略轉型，實現(xiàn)水質目標是其根本。
水專項技術總師、中國工程院院士、中國環(huán)境科學研究院院長孟偉在接受記者采訪時介紹，我國現(xiàn)行的水環(huán)境管理體系仍然是以污染物排放控制為核心，與國際上以水生態(tài)系統(tǒng)為核心的水環(huán)境管理相比，我國的水環(huán)境管理存在差距，難以滿足我國水環(huán)境管理到2050年實現(xiàn)水生態(tài)系統(tǒng)健康的長期目標需求。其中，水功能區(qū)劃和水環(huán)境功能區(qū)劃主要是從水體使用功能保護角度出發(fā)，對水生態(tài)區(qū)域差異及其功能保護考慮不足；現(xiàn)行水環(huán)境標準主要參考發(fā)達國家的水質基準值來確定，缺乏本土基準值支持，不能反映我國水生態(tài)系統(tǒng)保護的要求，可能導致環(huán)境“欠保護”或“過保護”的風險；近十幾年來實施的總量控制主要以目標總量為主，未充分考慮水環(huán)境容量和水生態(tài)承載力，導致污染物削減與水質改善相脫節(jié)。國家提出的主體功能區(qū)戰(zhàn)略缺乏對具體區(qū)域、流域生境、生態(tài)系統(tǒng)及其服務功能的認識，難以具體操作和落實。
為了轉變我國的水環(huán)境管理思路，創(chuàng)新管理模式，建立我國水環(huán)境管理技術體系，亟需對水質目標管理的核心技術進行突破和創(chuàng)新，徹底解決確定水體生態(tài)功能及水質目標，如何實施容量總量控制制度等技術難題。為此，水專項“十一五”期間設置了“流域水生態(tài)功能分區(qū)與質量目標管理技術”項目，通過關鍵技術突破和流域應用示范，初步構建了我國的流域水質目標管理技術體系。
我國現(xiàn)行的水功能區(qū)劃目的是界定水體使用功能，水環(huán)境功能區(qū)劃主要關注水體使用功能的環(huán)境保護目標要求，都較少考慮水生態(tài)系統(tǒng)背景、生境類型以及生態(tài)服務功能的區(qū)域差異，難以滿足水生態(tài)功能保護要求，如何構建多尺度的水生態(tài)功能分類體系成為流域水生態(tài)保護的基礎問題。
孟偉介紹說，項目組根據(jù)國際經驗和我國管理制度特點，認為水生態(tài)功能分區(qū)是依據(jù)水生態(tài)系統(tǒng)完整性保護要求、水生生境類型以及服務功能區(qū)域特征，在不同尺度上劃定具有特定水生態(tài)功能特征的區(qū)域或者水體單元，是識別
揭示各地區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)結構特征、水生生境類型特征和水生態(tài)功能的主要依據(jù)，是開展水體健康評價和確定水生態(tài)紅線的基礎。在借鑒國內外各類分區(qū)研究成果的基礎上，依據(jù)水生態(tài)系統(tǒng)區(qū)域差異理論，在河流分類和生態(tài)服務功能評價的基礎上，構建了流域水生態(tài)功能分區(qū)理論框架，確定了分區(qū)技術方法。根據(jù)水生態(tài)類型尺度和功能區(qū)域差異，按照“生態(tài)區(qū)-生態(tài)亞區(qū)-河流分類-河段功能分類”的思路，將一個流域劃分為四級水生態(tài)功能區(qū)。其中，一級和二級分區(qū)主要反映了水生態(tài)系統(tǒng)的區(qū)域差異，可根據(jù)氣候、地勢、地貌、植被、土壤及水生生物群落分區(qū)分布格局特征等進行劃分，三級和四級分區(qū)主要反映了水體功能類型和生態(tài)服務功能的空間差異，可根據(jù)生境類型以及功能類型差異進行劃分。
“這項工作奠定了全國現(xiàn)代水環(huán)境管理制度設計的基礎，大幅提升了我國水環(huán)境管理水平，適應我國生態(tài)文明建設的基本要求。”孟偉在接受采訪時說。
據(jù)了解，“十一五”期間，項目開展了遼河、太湖、松花江等10個重點流域水生態(tài)系統(tǒng)調查，采集水生生物數(shù)據(jù)10余萬個，構建了重點流域水生生物信息數(shù)據(jù)庫。在此基礎上對我國遼河、太湖、松花江等10個重點流域的水生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進行了科學評估。評估結果表明，海河和黑河流域水生態(tài)健康評價等級已達到“極差”和“差”的水平，而松花江、遼河、淮河、東江、太湖、巢湖和滇池等流域健康等級也僅“一般”水平，只有洱海流域能達到“好”的健康等級，說明我國水生態(tài)系統(tǒng)退化嚴重，水生態(tài)健康狀況堪憂，突出表現(xiàn)在本地特有物種數(shù)量顯著減少 。
“自上而下”和“自下而上”相結合的水生態(tài)功能及其定量劃分方法，突破了流域水生態(tài)系統(tǒng)健康評價、流域水生態(tài)功能一級二級分區(qū)指標篩選、水生態(tài)功能分區(qū)校驗技術等水生態(tài)功能一級二級分區(qū)關鍵技術10項，完成了遼河、太湖、松花江、海河、淮河等10個重點流域的水生態(tài)功能一級二級分區(qū)方案，總結了各分區(qū)的主要特征、功能定位及功能特征，形成《流域水生態(tài)功能分區(qū)技術導則（建議稿）》、《河流水生態(tài)調查技術規(guī)范（建議稿）》、《河流健康評價技術規(guī)范（建議稿）》3項，為環(huán)保部制定《江河生態(tài)安全調查與評估技術指南》奠定了基礎，為重點流域水生態(tài)系統(tǒng)修復工作的開展提供了支撐。
突破了流域水環(huán)境基準制定關鍵技術，構建了我國流域水環(huán)境質量基準技術體系
水環(huán)境質量基準是水質標準制定的科學基礎。
“我國現(xiàn)行的水質標準雖研究發(fā)展了約30年，但都參照國外發(fā)達國家的水質基準或相關標準制定，水質標準指標體系尚不完全。水質基準研究非常薄弱，沒有基于人體健康和區(qū)域性水生生物安全制定基準，對我國水環(huán)境保護的制度和標準建設明顯欠缺科技支撐。”孟偉說。據(jù)了解，這一項目在“十一五”階段針對我國流域水質基準開展系統(tǒng)性研究，致力于構建具有我國特色的流域水環(huán)境質量基準方法技術框架體系，研制一批具有我國流域水環(huán)境特征的水質基準閾值，為我國轉變水環(huán)境管理模式，保護流域水生態(tài)系統(tǒng)健康和修訂水質標準制提供了強有力的技術支持。
在水生生物基準推導過程中，為充分考慮生物多樣性和數(shù)據(jù)代表性，美國明確要求應涵蓋至少3門8科的生物分類單元。本項目突破了本土物種篩選技術，提出了我國“3門6科”我國最少生物毒性數(shù)據(jù)要求，初步篩選和培育了10種基準模式生物，為我國生態(tài)毒理受試物種篩選和基準推導奠定了基礎。
項目組借鑒國際水質基準制定的理論方法，提出了適合我國的水質基準的水效應比技術和生物效應比技術，為有效借鑒國外水質基準以及制定區(qū)域特異性基準標準提供了技術支撐；根據(jù)水生生物完整性評估，提出了流域水生態(tài)學基準制定技術方法，填補了我國在生態(tài)學基準領域的研究空缺；提出了基于相平衡和生物效應的沉積物基準制定技術，優(yōu)化和修正了國外沉積物基準計算參數(shù)和模型，使之更加適合我國流域沉積物基準值的推導。研究突破了我國水質基準制定關鍵技術6項，提出了技術
導則6項。
由于我國缺乏本土水環(huán)境基準閾值，現(xiàn)行水環(huán)境標準值主要參考發(fā)達國家水環(huán)境基準制定，由于水生生物具有明顯的生態(tài)地域性，借鑒其他國家的水環(huán)境基準來確定我國的水環(huán)境質量標準科學性不足。針對典型流域水環(huán)境特征污染物，結合實驗研究與實地驗證，項目組研究提出了我國典型流域水環(huán)境中鎘、鉻、氨氮、硝基苯、毒死蜱等3大類12種特征污染物的水環(huán)境質量基準建議值，對中國相關污染物水質標準的修訂提出了有益建議，編制出版了《中國水環(huán)境質量基準綠皮書》，為《地表水環(huán)境質量標準》（GB 3838-2006）的修訂提供科學依據(jù)。
創(chuàng)新流域容量總量控制關鍵技術，支撐遼河、太湖及贛江流域的水環(huán)境管理轉型和污染減排
流域水生態(tài)承力是在流域水環(huán)境承載力、流域水資源承載力基礎上發(fā)展而來的流域綜合管理概念，水環(huán)境承載力或水資源承載力主要考慮了水量和水質因子，但對生態(tài)因子的考慮較少。正如孟偉所言，這一項目闡明了流域水生態(tài)承載力內涵，在傳統(tǒng)的水資源承載力、水環(huán)境承載力等強調水量、水質約束的基礎上，整合了反映水生生物需求的約束，更好地體現(xiàn)了水量、水質、水生態(tài)的“量、質、序”的遞進約束；建立了流域水生態(tài)承載力評估指標體系與評估方法，構建了流域水生態(tài)承載力分區(qū)耦合系統(tǒng)動力學模型，提出了流域水生態(tài)承載力主要變量預測與關鍵指標閾值確定方法，實現(xiàn)了不同控制單元的水生態(tài)承載力優(yōu)化調控，創(chuàng)新了我國流域水生態(tài)承載力的計算方法。
水污染物容量總量控制是支撐基于水質標準的水環(huán)境管理實施，實現(xiàn)水質目標的重要手段。我國現(xiàn)行的污染物目標總量控制以行政區(qū)為單位采用“一刀切”的排放限制管理模式，未建立起污染排放與水質目標的對應關系，容量總量控制尚未成為管理手段，沒有形成真正的水質目標管理機制。項目在考慮污染物空間差異基礎上有效銜接污染排放與水質標準要求，提出了流域-控制區(qū)-控制單元的多級水污染物容量總量控制體系。以流域、控制區(qū)為單元開展水環(huán)境容量計算和分配，實現(xiàn)以水生態(tài)承載力優(yōu)化流域產業(yè)合理布局，協(xié)調控制單元上下游沖突矛盾問題；以控制單元為基礎落實流域水環(huán)境容量分配方案，建立污染源與水質目標的響應關系，確定污染源最大允許排放負荷。
在流域-控制區(qū)容量總量計算和分配過程中，針對流域整體協(xié)調性要求，研究提出基于流域水質響應系數(shù)矩陣的多類多目標優(yōu)化計算方法。完成了遼河、太湖、贛江流域的主控污染物COD和氨氮的水環(huán)境容量的計算。在控制單元-污染源總量分配過程中，突破了不同類型地區(qū)非點源污染負荷估算技術、控制單元水質目標核定技術、允許納污量計算的設計水文條件選擇技術等關鍵技術，形成了控制單元水質目標管理的成套技術。項目共提出水環(huán)境容量總量控制創(chuàng)新性技術14項，完成相關技術規(guī)范建議稿12項。
應用控制單元水質目標管理技術體系，將遼河流域劃分為48個控制單元、太湖流域劃分為119個控制單元、贛江流域劃分為38個控制單元。分別選取遼河流域15個控制單元、太湖流域31個控制單元、贛江流域13個控制單元，完成了控制單元水環(huán)境模型構建、污染物允許排放量計算、污染負荷分配，制定了污染物削減優(yōu)化方案，提出了各控制單元的水環(huán)境管理指導建議，形成了《水質目標管理指導手冊》。項目研究成果在示范流域的“十二五”環(huán)境保護規(guī)劃、主要污染物總量控制規(guī)劃和生態(tài)文明建設規(guī)劃編制中發(fā)揮了重要作用。
根據(jù)項目提出的污染削減方案，遼河流域“十二五”規(guī)劃減排量為COD減排18133.76噸/年、氨氮減排1400.72噸/年；太湖流域“十二五”規(guī)劃減排量為COD減排34047.58噸/年、氨氮減排3112.14噸/年；贛江流域“十二五”規(guī)劃減排量為COD減排16987噸/年、氨氮減排2553.1噸/年，有效支撐了示范流域“十二五”污染減排和水質改善。
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