構建受損水體修復技術體系支撐河湖生態(tài)修復新戰(zhàn)略
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秀美的洱海
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洱海流域河湖生態(tài)修復成套技術示意圖及示范效果
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城市水體修復案例
課題背景
黨的十八大以來，我國高度重視水生態(tài)環(huán)境保護工作。2018年5月，習近平總書記在全國生態(tài)環(huán)境保護大會上指出，“山水林田湖草是生命共同體，要統(tǒng)籌兼顧、整體施策、多措并舉，全方位、全地域、全過程開展生態(tài)文明建設”。2020年11月14日習近平總書記在全面推動長江經濟帶發(fā)展座談會上指出，“要從生態(tài)系統(tǒng)整體性和流域系統(tǒng)性出發(fā)，追根溯源、系統(tǒng)治療”。
為了推進我國水體修復技術規(guī)范化、系列化、標準化，加快構建水體修復技術體系，解決河流、湖泊、城市三類水體生態(tài)功能不足與生態(tài)完整性受損的問題，設置了“受損水體修復技術集成與應用”課題（2017ZX07401-003）（以下簡稱課題）。課題由中國環(huán)境科學研究院承擔，中國科學院水生生物研究所、南京大學、西安建筑科技大學、北京師范大學、重慶大學等5家單位共同參與。
課題組系統(tǒng)梳理了“十一五”以來水專項130余項課題，涉及松花江、遼河、淮河、海河、東江等五大河流流域及太湖、巢湖、洱海等十大湖泊流域，從“支撐技術-關鍵技術-成套技術”3個尺度集成了河流、湖泊、城市三類受損水體修復成套技術，構建了受損水體生態(tài)修復技術體系；編制了受損河流、湖泊、城市水體等系列修復技術標準，推動河湖修復技術系列標準建設；總結形成了適用于洱海、巢湖、淮河等受損水體修復技術模式，為我國河湖生態(tài)修復與恢復提供了有力的技術支撐。
構建受損水系修復技術體系，推動技術系列化、規(guī)范化和成套化
“水十條”實施以來，我國水環(huán)境保護治理取得了顯著成效，水生態(tài)修復將成為“十四五”水環(huán)境保護治理的核心主題。依托水體污染控制與治理重大專項（以下簡稱“水專項”），我國水體修復技術研究雖然已經取得豐碩成果，但已研發(fā)產出的技術層級混雜、系列化程度不高；技術參數化水平薄弱，技術規(guī)范化不足；技術鏈條不夠清晰，技術成套化研究不足，整體集成度不高，難以滿足我國受損水體規(guī)模化應用的迫切需求。
課題組總結了“十一五”和“十二五”水專項受損水體修復技術研究成果，跟蹤了“十三五”水專項水體修復技術，調查了水專項技術示范和應用效果，在調研國內外受損水體修復技術發(fā)展的基礎上，整理了300余項支撐技術，從流域生態(tài)空間、生態(tài)系統(tǒng)要素兩個維度，構建生態(tài)修復技術全鏈條，集成了46項關鍵技術，形成清水產流與河流水質提升、緩沖帶與湖濱帶修復等11項受損水體修復成套技術，凝練形成河流、湖泊、城市水體3個修復技術系列，并針對典型受損水體提出了針對性生態(tài)修復模式，初步構建了受損水體修復技術體系。
受損水體水生態(tài)健康評估與問題診斷成套技術建立了水生態(tài)健康和脅迫壓力評估指標體系。水生態(tài)健康評估指標包括生態(tài)空間、水文、水質、底質、水生生物和食物網結構六大類；水體脅迫壓力指標包括入湖污染負荷、生態(tài)空間受損、水文節(jié)律改變、人類活動壓力和外來種入侵五大類。采用層次分析法和專家賦值法確定指標權重，利用熵權法、評價模型判斷健康或脅迫程度，以標準值為參考依據，對水體現狀各指標值進行評估。
清水產流與河流水質提升成套技術針對森林植被水源調蓄功能失衡、濕地截污凈化功能低下、河流水質下降等問題，集成了源頭清水產流保障、岸帶污染攔截削減、人工濕地強化凈化、河道生態(tài)凈化、高效河流原位凈化等5項關鍵技術；提出了“源頭區(qū)水源涵養(yǎng)林結構優(yōu)化與調控—低效水源涵養(yǎng)林改造—河/庫周邊濱水植被結構調控與空間配置”北方林地清水產流模式和“植物—填料串聯—岸坡截留—生態(tài)氧化床”基流匱乏河流水質提升等模式。這一成套技術已在渾河、府河、賈魯河等流域進行了推廣應用，應用規(guī)模近500公里，可實現森林源頭水質達地表Ⅱ類水標準，確保入湖河水COD、氨氮等主要水質指標達到地表Ⅲ類輸水水質目標。
河道生境修復與生態(tài)完整性恢復成套技術針對濕地萎縮與破碎化嚴重、生物多樣性顯著降低、生態(tài)水面不足、動植物生境受損、河漫灘缺失等河流生態(tài)完整性破壞問題，集成了生物棲息地修復、功能群配置及群落構建、健康水生態(tài)系統(tǒng)恢復等關鍵技術；提出了“健康診斷—修復等級界定—功能群配置—食物鏈穩(wěn)定構建—生境改善”多閘壩基流匱乏河流水生境修復模式。這一成套技術已在松花江、遼河（太子河）和淮河（索須河）等流域進行了推廣應用，應用規(guī)？偯娣e達100萬余畝，其中索須河示范工程河段水質指標由原黑臭水體改善至基本達到Ⅳ類~Ⅴ類水標準。
大型洲灘/湖蕩與河口濕地修復成套技術針對洲灘/湖蕩及河口區(qū)生態(tài)退化、水資源再生功能差、徑流負荷高、水體富營養(yǎng)化嚴重等問題，集成了基底修復與基質調整、濕地植被群落構建及恢復、河口濕地特征污染物凈化、洲灘河口濕地水鹽調控、湖濱濕地空間格局構建、湖蕩濕地水量調蓄與布水等關鍵技術；提出了“石油開采區(qū)濕地功能恢復和烴類污染物削減—水稻生產全過程氮磷多級生態(tài)削減與控制—蘆葦濕地生態(tài)用水調控及生境修復與污染阻控”入海河口區(qū)大型濕地修復模式、“濕地生態(tài)水文格局構建—植被優(yōu)化配置—污染阻斷”漫灘濕地修復模式以及平原河網內湖口濕地、沖擊扇型入湖河口濕地、匯流型前置庫入湖河口濕地、河口異位濕地等修復模式。這一成套技術已在松花江洲灘口、遼河入？凇⒛纤暮牒、洱海羅時江入湖口、太湖扁擔河入湖口等區(qū)域進行了推廣應用，應用規(guī)模近120公里，修復濕地面積30萬畝以上。
緩沖帶與湖濱帶修復成套技術針對湖濱緩沖帶入湖污染負荷高、生態(tài)屏障功能退化、生態(tài)空間被壓縮、生物多樣性下降等問題，按技術鏈條集成了湖濱緩沖帶空間構建、緩沖帶入湖水質凈化、湖濱帶生境恢復、湖濱生物群落恢復等關鍵技術。針對不同湖泊的湖濱緩沖帶自然特征和受損狀況，形成了平原河網—大堤型、平原圩區(qū)型、高原山前壩區(qū)型、山體陡岸型及反季節(jié)、大水位變幅庫區(qū)消落帶等五大類湖濱緩沖帶修復模式。此項成套技術在太湖、巢湖、南四湖、洱海和滇池等湖泊推廣生態(tài)岸線恢復超過500公里。
湖灣及淺水區(qū)生態(tài)修復成套技術針對局部湖灣藍藻水華暴發(fā)、底泥內源污染負荷加劇、淺水區(qū)水生植物覆蓋度下降等問題，按生態(tài)修復對象集成了湖泊藍藻水華控制、湖泊底泥污染控制、水生植物群落恢復等關鍵技術，針對不同湖灣受損狀況，形成了輕度退化型湖灣、中度退化型湖灣和重度退化型湖灣等三大類湖灣及淺水區(qū)生態(tài)修復模式。此項成套技術已在太湖、巢湖、滇池、洱海羅時江、西湖等區(qū)域進行了推廣應用。
湖泊敞水區(qū)生態(tài)調控成套技術針對不同程度受損湖泊面臨的問題，集成了魚類群落控制與食物網調控、大型底棲動物恢復與食物網調控、浮游動物恢復與食物網調控、外來物種清除等關鍵技術，形成了輕度受損湖泊、中度受損湖泊、重度受損湖泊以及外來入侵種湖泊等4種敞水區(qū)修復模式。此項成套技術已在太湖、洱海、成都錦城湖、鄭州龍子湖等區(qū)域進行了推廣應用。
城市水體水質凈化成套技術針對我國城市水體富營養(yǎng)化嚴重、黑臭頻發(fā)等問題，集成了高鹽水體河濱緩沖帶植被優(yōu)化配置和生態(tài)護岸、內碳源反硝化生態(tài)濾床、水體化學—微生物—水生植物復合強化凈化等關鍵技術；提出了“污染負荷削減—旁路循環(huán)處理—原位生態(tài)修復”的技術模式，水體中的TN、NH4＋-N和CODMn去除率分別可達到41%、66%和49%，示范水體水質可達到Ⅳ類，消除了黑臭現象，DO能維持在3.8mg/L~5.4mg/L。這一成套技術在上海、合肥、天津、巢湖、昆明等多個城市的水體整治工程中得到應用。
城市水體生態(tài)修復成套技術針對城市水體景觀生態(tài)功能完整性缺失問題，突破了多級溢流壩復氧、城市湖泊人工強化復氧、生物操縱等城市湖庫健康水生態(tài)系統(tǒng)構建、城市水體水生植物恢復、城市河湖原生凈化系統(tǒng)修復與重建等關鍵技術；提出了“水力調控—水生植物恢復—生態(tài)鏈重構”修復模式，可實現水流流速不低于0.1 m/s，溶解氧濃度平均提高40%以上，植被覆蓋率大幅提升。這一成套技術已在北京、天津、常州、昆明、重慶等多個城市水體修復工程中得到應用。
河流水環(huán)境綜合管理與調控成套技術針對天然河道基流缺乏，河流閘壩密集、水量時空分布不均衡等問題，集成了水環(huán)境容量核算與調控、河流生態(tài)基流核算和調控、流域生態(tài)補償等關鍵技術，提出了“生態(tài)基流保障—大型污染事故防范—水生態(tài)安全防控”和“極度缺水保障調度—重度污染水體監(jiān)控與治理”等模式。此項成套技術已在海河、淮河流域多項水環(huán)境治理工程或規(guī)劃中得到推廣應用。
湖泊流域綜合調控與管理成套技術針對引水調水生態(tài)風險不明確、調水水質水量波動大、環(huán)境監(jiān)測管理響應不及時、分析決策功能薄弱等問題，集成了水質水量模擬與計算、引水調度與布水、流域綜合管理平臺等關鍵技術，提高了流域水環(huán)境監(jiān)測數據的完整性和時空代表性，為河湖流域水環(huán)境管理、湖庫藍藻水華防控預警提供了科學、全面和綜合的決策支持。
加強受損水體修復技術標準建設，推動技術工程化應用
技術的標準化是其工程化應用的前提，加強受損水體修復技術標準建設也是課題重要的目標之一。目前，我國河湖生態(tài)修復工程專用技術標準較少，在實施過程中主要參考其他通用標準中涉及生態(tài)修復的部分，多為景觀工程、水利工程等領域的通用標準，缺乏對生態(tài)系統(tǒng)整體性和系統(tǒng)性的考量。我國不同流域河湖生態(tài)異質性顯著，數量有限的河湖修復專用技術標準缺乏流域特色及適用針對性，制約了現有河湖修復技術的推廣應用。“工欲善其事，必先利其器”，推動河湖修復技術系列標準建設勢在必行。
課題組聚焦當前水生態(tài)保護修復的新形勢，梳理生態(tài)修復技術專用標準和含生態(tài)修復內容的通用標準200余項，根據受損水體修復技術體系特點，以流域生態(tài)空間的整體性和關聯性為重要依據，以源頭水源涵養(yǎng)、中游河道及河濱濕地、下游洲灘與河口、湖蕩及湖濱緩沖帶、湖灣及淺水區(qū)、湖泊敞水區(qū)等生態(tài)空間修復為主線，以水質和底質修復、水生生物恢復、有害生物控制等生態(tài)系統(tǒng)要素恢復調控為輔線，構建河湖修復技術標準體系框架。
課題組整理了水專項技術標準研究基礎30余項，與中國環(huán)境科學學會合作，共同推動完成了《受損湖泊生態(tài)修復技術導則》《受損河流生態(tài)修復技術導則》《入湖河口前置庫技術指南》《城市河網水體環(huán)保疏浚工程技術指南》《污水處理廠尾水人工濕地凈化技術指南》《沉水植物種苗工廠化規(guī)模擴繁技術規(guī)程》《湖泊藍藻水華控制技術指南》《受損湖泊修復工程運行維護與管理技術指南》《受損河流修復工程運行維護與管理技術指南》《仿生式過濾濃縮除藻技術指南》《城市受損水體修復技術指南》《城市受損水體生境改善與生態(tài)恢復技術導則》等第一批（共計12項）團體標準編制與立項工作，范圍涵蓋生態(tài)修復技術與管理，目前正在積極推動第二批生態(tài)修復相關技術標準的編制與立項。
生態(tài)修復技術標準的制定，將有力推動我國受損水體修復技術的工程化應用。
聚焦重點河湖修復，支撐水體生態(tài)環(huán)境改善
針對富營養(yǎng)化初期湖泊洱海入湖河流氮磷污染負荷高、湖濱緩沖帶受損嚴重、水生態(tài)系統(tǒng)退化等問題，以水專項研發(fā)技術為主，課題組構建了“入湖河流清水產流修復—農田庫塘調蓄凈化體系構建—河口濕地建設—緩沖帶建設與湖濱帶生態(tài)修復—水位節(jié)律調控與水生植物恢復—銀魚捕撈及漁業(yè)結構調控”洱海流域河湖生態(tài)修復成套技術，支撐了環(huán)洱海34條河流總長度162.8公里的入湖河流清水河道修復、近1萬畝河流旁路濕地建設、壩區(qū)5000多畝農田調蓄凈化庫塘濕地建設、4000多畝河口凈化濕地建設、環(huán)湖1806戶客棧及農戶生態(tài)搬遷、岸線長度129 km面積近萬畝湖濱緩沖帶修復、主要湖灣水生植被優(yōu)化及全湖252 km2漁業(yè)結構調控等工程，總投入達100多億元，每年可削減入湖約30%的總氮、總磷負荷，水生植物面積增加5.6 km2，水生植物中清水種增加，5年內對銀魚、西太公魚等外來魚類進行捕撈量達1萬噸，近4年洱？偭准鞍钡獫舛瘸掷m(xù)下降，其中總磷基本達到Ⅱ類，入湖河流及湖泊生態(tài)環(huán)境呈現向好的趨勢。
湖泊生態(tài)修復相關的成套技術在巢湖環(huán)湖及河口濕地、太湖貢湖灣、南四湖等其他重點湖泊進行了大規(guī)模推廣應用。巢湖十八聯圩河口濕地恢復面積27.6km2，年處理水量約2.9億立方米，平均日處理水量約81萬立方米，項目建成后區(qū)域內進行地形改造與水系連通，打破區(qū)域之間的阻隔，恢復森林沼澤、灌叢沼澤、草本沼澤、季節(jié)性草本灘涂、湖泊濕地和河流濕地生境，鳥類和魚類種類及數量顯著增加，有利于形成更加穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。
針對淮河流域閘壩眾多，生態(tài)基流缺乏，尾水不達標、溝渠河流生境破碎，水體生態(tài)恢復能力降低；極端流態(tài)下環(huán)境流障礙、河流濕地基底受損和水生態(tài)系統(tǒng)恢復功能下降等系列問題，以水專項研發(fā)“強化—耦聯—側滲—削減”的污染河流梯級序列凈化技術、“深潭—淺灘—生態(tài)滲濾島—生物多樣性—功能群”的鏈式生境恢復技術、“環(huán)境流調控—基底修復—生境誘導—生態(tài)系統(tǒng)構建”的河流生態(tài)系統(tǒng)修復技術作為支撐，實現了索須河、賈魯河、洺河等100多公里的河道生態(tài)恢復，并對25萬噸/天的污水處理廠尾水與黑臭河道進行生態(tài)凈化，使COD、氨氮和總磷的去除率分別達到40%、80%和50%左右，劣Ⅴ類河水生態(tài)凈化后達Ⅳ類標準，色度、總氮遠優(yōu)于景觀再生水標準。本土生物物種豐富度提高了66%，沉水植物、挺水植物、底棲動物、浮游動物、魚類、鳥類六大生物功能群結構完整，食物鏈得到恢復。示范區(qū)河段溶解氧由不足2mg/L提升到8mg/L以上，劣Ⅴ類河水水質改善到Ⅴ類水，部分指標甚至達到了Ⅱ類水標準，賈魯河等流域水質、水生態(tài)質量顯著好轉。
河流生態(tài)修復的相關成套技術在長江流域、淮河流域、雄安新區(qū)、合肥南淝河、山西汾河、陜西渭河及福建莆田流域等大型河流（流域）生態(tài)修復工程中推廣應用，長度超過500公里，總面積達150萬余畝；建立了“潘安湖新模式”和“常熟新模式”，實現了江蘇潘安湖、九里湖國家濕地公園及常熟市南湖省級濕地公園水質凈化、污染河流治理和水生態(tài)修復，提升了生態(tài)旅游價值。
針對城市山地型深水湖泊湖面分布極不規(guī)則、多數湖灣水流緩慢、水質狀況差異大、水生生態(tài)系統(tǒng)單一的問題。研發(fā)了“入湖支流生物濾池深度處理技術（生物濾池—人工濕地工藝）”“湖泊人工強化水體循環(huán)技術（潛水器推流-噴泉復氧工藝）”“湖泊健康水生態(tài)構建技術（生態(tài)浮島-生態(tài)沉箱-動物調控工藝）”等系列關鍵技術，形成了以“入湖負荷削減—水體循環(huán)—生態(tài)恢復”為核心的山地城市深水緩流湖泊修復模式。這一模式在重慶園博園示范應用，提高了庫灣的溶解氧濃度水平，顯著抑制了藻類聚集生長情況，COD、TN、TP、TSS的平均去除率分別達到63.4%、26.7%、37.8%、49.2%，園區(qū)內景觀生態(tài)功能顯著提升。園博園2020年7月被授予“兩江新區(qū)無廢景區(qū)”和“兩江新區(qū)無廢公園”榮譽稱號。這一工藝模式在重慶江北、江津區(qū)、小安溪、高石水庫、斷橋灣水庫、天鵝湖、肖家河等水環(huán)境整治項目中得到推廣。
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