王超：流域水环境综合治理的构想与展望

王超：流域水环境综合治理的构想与展望摘要：流域水环境综合治理的是我国水利发展的迫切需求，水利部门负有流域水环境综合治理的主要责任和重要地位。在分析流域水环境和水生态情势、流域水循环过程和污染成因、水利工程的环境影响和生态效应的基础上，指出水利部门在流域水环境治理中具有决定性地位和历史责任，并提出水利部门在流域水质改善中的关键性工作，以太湖流域为例介绍了太湖流域水环境综合治理经验，总结了流域水环境综合治理中迫切需要解决的水利科学问题。关键词：流域；水环境；综合治理1流域水环境和水生态情势随着我国社会经济的快速发展，流域水环境质量不断下降，河流水质普遍下降，蓝藻水华频繁暴发，水污染事故时有发生，饮用水安全频频告急。严峻的水环境形势和水安全危机，己经制约着我国社会经济的可持续发展，威胁着人们的生存安全。1.1流域河流水污染状况2005年环境状况公报显示，我国七大水系的411个地表水监测断面中，一半以上河段受到不同程度的污染，Ⅰ～Ⅲ类、Ⅳ～V类和劣V类水质的断面比例分别为41%、32%和27%。其中，珠江、长江水质较好，辽河、淮河、黄河、松花江水质较差，海河污染严重。1.2流域湖泊富营养化突出目前我国湖泊水体的富营养化严重，发展趋势迅速。对全国200多个重点湖泊的监测分析表明，已达富营养化的湖泊占65%，东部地区的湖泊已有80%处于不同程度的富营养化阶段，许多湖泊成为超富营养型，超越在湖泊的自然演替过程中所能达到的营养水平。1.3城市水环境质量还在不断下降2005年环境状况公报显示，各大流域的主要污染河段均集中在城市河段，监测统计的5个城市内湖中，昆明湖(北京)和玄武湖(南京)为V类水质，西湖(杭州)、东湖(武汉)和大明湖(济南)为劣V类水质。1.4饮用水水质得不到保障2005年环境状况公报显示，全国110个环保重点城市中有20个城市的集中式饮用水水源地的水质达标率达不到50%；113个环保重点城市月均监测取水总量为16.1亿吨，不达标水量为3.2亿吨，占20%。2005年初有关调查显示，调查范围内的45个城市饮用水水源存在不同程度的有机物污染，其中部分有机物具有“致癌、致畸、致突变”毒性。1.5水污染事故时有发生我国流域水污染事故屡屡发生，黄河流域1993年以来，发生较大的水污染事故40多起，而2005年吉林石化发生爆炸事故造成的松花江严重水污染事故、1990年7月和2007年5月太湖蓝藻水华的大规模爆发事件，极大影响了人们的生活安全，造成了巨大的经济损失，影响特别重大，引起人们的广泛关注。2流域水循环过程和污染成因分析流域是汇水和水体运动形成的特定区域，地表径流和河流通道是流域物质输移的主要特征，水体运动是污染物转移的主要载体，污染物从源头到湖泊的主要途径是流域河流系统，掌握流域水动力特性是流域水环境治理的关键，了解流域水循环过程和污染成因是流域水环境治理的基础。尽管我国“973”计划和“十五”期间通过重大水专项计划针对湖泊富营养化发生过程和蓝藻暴发机制、水源水质改善、面源污染控制和重污染湖泊生态重建等方面开展了研究，取得了科学和技术突破，为河湖水环境治理提供了重要科技支持。但缺乏对流域水循环过程和污染成因的系统分析，缺少从流域尺度对河湖污染控制的全面研究，没有掌握流域营养物质发生和输移过程与不同界面之间转化调控机理，未能提出流域水环境治理的系统科学方案。因此，应将流域水循环过程和污染成因分析作为重点基础科学问题开展研究，查明流域点源和面源营养物质发生与入河规律，探讨河流河网营养物质输移过程，揭示陆域与水域、河流与湖泊、地表与地下不同界面之间营养物质的转化机理，掌握流域水动力特性对流域污染物输移转化的影响规律，为建立具有我国特点的流域水环境综合治理理论体系，保障流域生态环境安全和社会经济发展提供科学依据。3水利工程的环境影响和生态效应水利工程在社会经济发展中发挥了巨大作用，保障了防洪排涝安全，提供了生活生产用水，改变了贫穷落后和靠天吃饭的局面。但传统水利工程确实给生态和环境造成一定的负面影响，阻断了水体自然流动，削弱了生态系统的综合功能，恶化了局部水域环境质量。具体主要表现在：(1)河道顺直化工程加快了行洪流速，增加了行洪流量，降低了受淹时间，提高了防洪安全，保障了身命财产，稳定了社会秩序；但同时改变了自然水系，单一了生态结构，减少了生物群落，缩短了滞流时间，削弱了净污能力，降低了环境质量，导致了生态退化。(2)河道硬质化工程减少了水体渗漏，提高了水利用率，减较了边坡冲刷，维护了堤防稳定，简化了河湖管理；但投入了巨大资金，改变了自然系统，单一了河流功能，侵占了滨水湿地，阻断了水陆通道，灭绝了河流生境，削弱了净污能力，降低了环境质量，破环了景观结构，造成了生态退化。(3)流域系统水库(湖泊)调控工程提高了水资源利用率，改善了局地气候，保障了社会经济快速发展，提升了人们生活水准，实现了丰枯水量调剂；但减少了河流基流生态水量，加剧了河道断面萎缩，增加了污水排放总量，改变了农业灌排系统，提高了面源入河比例，加快了面源入河速度，恶化了下游河泊水环境质量。(4)流域水系闸、坝、站控制工程调控了洪峰洪量过程，控制了水体随意流动，提升了局部水域水位，改善了灌既用水条件，增加了水体停留时间，抑制了污染物输移扩散，阻止了污染物易地转移；但同时也拦截了水体自然流动，阻断了水生生物传输，蓄积了水体污染物质，恶化了当地水环境质量，增加了水污染风险事故。因此，必须深刻变革水利建设理念，充分和全面认识到水利工程的积极作用和负面效应，才能在经济社会发展和生态环境保护的博弈中立于不败之地，实现水利真正全面地为人类生存和发展服务。4水利部门在流域水环境治理中的地位和责任(1)水利工程控制着流域自然水体流动过程，掌控污染物输移快慢和扩散区域，因此对流域水环境治理具有重要地位。(2)水利部门掌握水资源配额计划，供水多少决定城市污水多少，灌水多少决定农田退水多少，以控制供给或节约用水来减少污染物排放是十分有效的科学途径。(3)法律授予水利部门管理河湖水域的权力，限制向水域排污和优化排污口是法律赋予的责职。(4)为国家社会经济可持续发展提供水资源是水利部门的基本责职，水量和水质是水资源同等重要的要素，水质保障是水利部门未来的主要任务。(5)水利部门必须通过流域坑、塘、沟、渠和河道系统，研发达标尾水和农田退水的水质净化技术，解决排放标准与河湖水质标准差异的问题。(6)构建流域水生态系统良性循环的体系，水利部门具有重要作用，水利功能与生态功能的良好协同是流域健康生态系统的关键。5水利部门在流域水质改善中的关键性工作5.1流域水系和水环境综合治理规划流域水系综合治理规划应在“完整连通、等级分明、形态调整、分级定位”的指导思想下，重点完成流域水系行洪体系规划、流域水系截污净化体系规划、流域水系生态廊道范围划定、流域水系规划水环境质量影响等方面内容。流域水环境综合治理规划应在“污染负荷、水体功能、宏现控制、区域协调”的指导思想下，重点完成不同水文尺度条件下河流水动力特征、流域水系河流允许纳污能力、污染物容量总量控制、排放口优化布置与污染物削减方案等方面内容。5.2流域污染源综合治理和系统截留流域污染源综合治理和系统截留应重点关注：(1)节水减污型社会建设构想，(2)达标尾水深度处理、输导净化和潜设排放技术，(3)农业产业结构调整与生态布局，(4)农田面污染源控制和削减技术，(5)农业节水减污和农田退水循环利用，(6)灌区沟渠排灌系统生态化建设，(7)农村洼地坑塘系统湿地化建设，(8)流域农村与城镇协同控污系统。5.3流域河流综合治理与水质改善技术流域河流综合治理与水质改善应在分析流域河流类型及特点（几何尺度、时间尺度、发育程度、功能定位、区域位置、水动力特性、污染程度等）、河流水文及水动力特性、河流生态特性的基础上，着力研发河道土质边坡稳定和截污净化、河道已建硬质护坡结构分析和生态修复、河道拟建硬质护坡生态建设、河道滨水带恢复、河床基质生态系统构建、河道景观廊道系统建设、河道生态流速和水位调控、重污染河道水质强化净化技术、城市河道综合治理与水质改善技术、流域不同尺度河道综合治理与水质改善技术、不同水动力条件下水质净化技术等关键技术。5.4流域水利工程的环境影响和生态效应水利工程是流域水利事业的重要组成部分，闸、坝、堤防护坡、河道衬砌等水利工程在流域防洪、排涝、抗旱、发电、供水、渔业、航运等方面发挥了巨大作用。然而水利工程改变了原有的生态系统平衡，对水生态环境产生一定的影响，这些影响既有正面效应和也存在负面效应。正面效应通常有洪泄枯蓄、引水治污、水体流动、蓄浑放清等；负面效应最主要是破坏水体的自然循环，占用了生态用水，降低水生态系统的净化能力，破坏了水生生物的生境，造成水生态环境的恶化。流域水利工程的环境影响和生态效应的判定，应以流域水利工程类型和结构特点的分析为基础。如何减少水利工程对水生态环境的负面影响，增大正面效益是当今水利工作者面临的重大问题之一。应重点研究典型水利工程对水生态系统净污能力的影响规律及修复理论，探讨典型水利工程对水生植物的胁迫机理以及水生植物的响应机制，分析工程在水生态系统中的环境功能，揭示典型水利工程引起自然水流结构变化和水生植被消亡所造成的水体净污能力退化的规律，寻求水利工程与生态工程功能协同技术改善水环境和修复水生态系统。5.5流域水力调控技术流域水力调控中应重点解决以下技术问题：(1)调水改善水环境质量的关键问题和前提条件，(2)调水水量的确定方法，(3)水量增加和水体流动的环境效应，(4)不同空间尺度跨流域调水工程，(5)不同空间尺度流域内跨区域调水工程，(6)不同时间尺度流域蓄洪济枯工程，(7)不同时空尺度调水的生态风险，(8)平原河网水力调控和水体有序流动技术。5.6流域水环境系统模拟和管理流域水环境系统模拟和管理主要包括：(1)流域水量水质耦合模拟，(2)不同水动力条件下流域控制断面水质变化过程，(3)流域水环境监控与预警系统，(4)流域水环境管理体系，(5)流域水环境风险应急预案。6太湖流域水环境综合治理6.1太湖流域水系规划太湖流域具有完整水系系统，主要是由少部分山丘区自然汇水河道和大部分复杂河网所构成。长期以来，太湖流域水系规划建设主要是从防洪和航运角度进行的，现在的流域水系对水环境保护和治理有重大影响，高密度河流为污染物输移扩散提供了便捷的通道，增加了治理污染的复杂性和困难性。特别是方便的水资源取用带来大量的污水排放量，甚至连排污口影响范围和程度都难以识别认定。6.2太湖流域水功能区划和污染物容量总量控制方案太湖流域主要河流和湖泊已经划定了明确的水功能区，制定了明确的水质保护目标。借助于复杂的河网区水量和水质耦合模型，计算了河湖水域允许纳污能力，确定了污染物容量总量控制方案，提出了污染物削减意见和对策措施。太湖流域复杂河网及湖泊系统水量水质耦合模拟模型，模拟计算流域系统水动力和水质变化过程，制定了污染源治理、河湖水环境整治和流域系统水力调控方案。6.3太湖流域面污染源截留控制和去除示范研究太湖流域与其它流域一样，主要污染源有点污、面源和内源，由于雨水充分、农民生活水准高、农田产量大，产生面污染源的单位面积负荷远大于其它流域。面污染源控制和治理直接关系到太湖富营养化水平，也是我国流域水环境综合治理中控源的重点和难点。在国家“十五”“863”项目的资助下，我们在西太湖宜兴大浦镇境内进行全面研究和技术开发。在流域的层面上，以区域源头控制为根本，以系统生态截留为重点，以水系水力调控为突破，以沟渠河流净化为依托，以流域生态整体修复为目标，实现“区域减源、系统截留、水系调控、水域净化、生态修复”的流域水环境综合治理总体战略。构建了“面源污染源头减量和截留、沟渠湿地和河道污染控制、河口区湖滨湿地生态修复”三级系统，实施后主要河道的水质明显改善，示范区整体环境得到明显改善，取得了显著效果和可以广泛推广应用的技术。6.4引水改善水环境质量的关键问题引水改善水环境质量是国内外最常见的方法，引水对污染物的稀释容量将明显提高，水动力条件改变加快