北京市流域水环境与生态技术重点

北京市流域水环境与生态技术重点实验室北京市水利科学研究所2010年12月四研究方向与研究内容一二三五预期研究目标队伍建设及人才培养计划实验室平台建设与经费实验室管理运行机制汇报内容水资源已成为制约北京发展的第一紧缺资源。由于水资源严重短缺，生态用水被大量挤占，河流干枯、湿地退化、生物多样性减少，水生态系统受到严重破坏。北京市水环境与水生态现实状况与经济社会发展对之需求之间存在的矛盾日益尖锐。伴随北京市经济社会的高速发展，水环境与水生态问题应该仍然是制约与胁迫北京经济社会发展的重大瓶颈。一、研究方向与研究内容1.申请背景目的：整合北京市在水环境、水生态等领域的优势资源，建立多学科交叉的科技创新平台，改善我市该领域的研究条件和研究手段，提高研究水平与创新能力。建设生态北京的需要提高我市水污染控制与水生态修复领域研究水平的需要推动依托单位跨越式发展的需要该重点实验室的建立对国家、北京市和依托单位的作用和贡献意义：2.研究方向研究方向分散点源控制效果不明显，适宜的治理与资源化技术有待进一步加强河流水体富营养化长期存在，水华时常发生健康的河流生态系统受到破坏、自净能力低，方向1：水环境数值模拟与风险评估方向2：点源污染控制与污水资源化方向3：水体富营养化与水华防治存在的主要问题城镇污水处理厂污泥处置问题日益突出，对环境影响不断加大缺乏有效的水环境预测与评估模型方向4：流域水生态修复方向5：污泥资源化利用3.研究内容（1）开展水环境数值模拟研究。开发河流、湖泊水动力数值模型、水质和水生态数值模型，模拟河流、湖泊流场、污染物输移扩散和水生态过程，并将数值模型与GIS数据库集成，开展数值模拟在水环境信息管理系统中的应用研究和水环境信息的数据库设计。通过调研国内外五大方面的发展现状，确定本实验室重点开展以下研究工作。在水环境数值模拟与风险评估方面：模型构成降雨-径流模型参数自动率定开始输入数据SWAT模型计算通过河道的径流，沉积物和污染物计算通过水库的径流，沉积物和污染物计算产流量、ET、输移损失、产沙量、营养物、杀虫剂土壤水演算、作物生长、池塘水量平衡、地下径流及水位计算河道演算水库演算子流域计算闸坝优化调度模型流量约束、库容约束和水位约束河流污染程度最小水资源可利用量最大目标函数将输出数据写入文件，以供另一个SWAT循环使用存储优化目标达到最优某一闸坝出流决策变量否是输出最终计算结果程序结束（2）开展河流污染物输送通量研究。研究河流污染物通量的历史演变趋势，结合流域自然变化和人类活动，阐明流域人类活动（如大型水利工程和农业生产活动）与河流物质通量之间的响应-反馈关系，及其对目的环境演变的影响。0%20%40%60%80%100%1994199519961997199819992000200120022003200420052006农业人口非农业人口暂住人口温榆河流域人口状况分析天然径流变化趋势（3）开展环境污染的生态风险评价与风险预警研究。针对水污染导致的区域生态风险及特殊的水体污染现象，研究风险源的多介质输送格局、风险源与风险受体的接触—暴露关系，进行生态风险评价与风险管理研究，构建风险预测预警模型，研究水环境污染事件的应急响应机制。温榆河流域水质预测模型（1）开展低耗能易管理的分散点源污水处理技术研究。针对分散点源水质水量特点、经济发展水平和技术管理水平等因素，突破厌氧滤池、自然能曝气、好氧滴滤、人工湿地等单项技术，研究厌氧滤池+太阳能曝气好氧接触氧化、厌氧滤池+人工湿地和水解酸化+好氧滴滤等组合工艺。在分散点源污染控制与污水资源化方面：人工湿地好氧滴滤跌水曝气（2）开展污水深度净化与资源化技术研究。重点研究污水高效脱氮除磷机理，强化生物固相系统中氮磷降解过程。研究电化学脱氮原理，获取关键因子最佳参数。研究高标准再生水为目标的污水深度净化技术，优化设计参数并确定最佳运行操作参数。曝气生物滤池臭氧—生物活性炭滤池膜生物反应器（3）研究新型水质净化材料和开发污水净化设备。合成制备新型有机、无机水质净化材料，确定各组分含量及物理化学性质；考察其长期稳定运行的去除效果，研究新型材料生物相、生物量的表征技术，取得各项运行参数，研究设备稳定性与可靠性，进行技术经济分析，实现产业化应用。UniFedSBR自动化污水净化设备改性电化学氧化滤料（1）开展藻类生长机理及影响因子研究。针对再生水回用引起的河湖内藻类过度生长问题，研究流速、pH、底泥等环境因子对藻类生长的影响。研究底泥、底栖生物的变化规律及内源污染释放过程，了解再生水补水形成内源污染的规律，提出相应的内源控制措施。在水体富营养化与水华防治方面：流速抑藻实验底泥释放实验（2）开展水体富营养化控制技术研究。研究以沉水植物为主的水生植物恢复技术，适用于北京地区的生物调控技术，不同品种水生植物、不同密度动植物组合对水体富营养化的控制效果。研究循环过滤高效净化组合系统，降低水体中营养物质含量，改善水体水质。生物调控试验沉水植物恢复试验循环过滤试验（3）开展水华治理技术研究。根据化感作用的基本原理，结合生态安全性分析进行生态抑藻剂的研发，探讨抑藻作用机理；研究物理捞藻方法，采用纯粹的物理方法快速打捞清除水面漂浮藻类，实现对水华的快速应急处理。藻苔净诺福美华光宝韩GCM日EAL日STIR-S复合酶空白抑藻剂对比试验（4）开展富营养化水体水质改善集成技术研究。总结相关实验室富营养化及水华防治方面的研究成果，提出具有针对性的切实可行的组合技术方案，形成技术体系，指导实际应用，解决实际问题。潮白河河道强化缓冲带城市河湖水质改善集成方案坡脚碎石床湿地试验推流曝气（1）开展流域生态健康评定准则研究。遴选出能敏感反映河湖环境与生态安全影响的主控因子，构建生态健康评价指标体系，确立生态健康等级标准及各评价指标的健康阈值范围，构建流域生态健康评定准则。在流域生态修复方面：河流健康综合指数（RHI)河流水文状况（B1)河流水环境状况（B2)河流生物状况（B3）河流形态结构（B4）河岸带状况（B5）月平均径流量的变化（C11）水温的季节变化（C12)汛期、非汛期的水位变化（C13)流速、流态状况（C14）沿岸取水引起径流变化（C15）水质污染状况（C21）底泥污染状况（C22）浮游植物（C31)浮游动物（C32)底栖动物（C33)鱼类资源（C34）河道改造程度（C41)河道弯曲程度（C42）河流形态多样性（C43）河床稳定性（C44）河岸稳定性（C51）河岸缓冲带宽度（C52）河岸硬化状况（C53)河岸植被状况（C54）亲水景观舒适度（C55）防洪标准（C56）0.11110.03220.05180.07090.05190.25770.09530.05160.04810.04160.05970.01420.01220.02180.01880.01380.01240.01180.01360.00940.00000.05000.10000.15000.20000.25000.3000C11C12C13C14C15C21C22C31C32C33C34C41C42C43C44C51C52C53C54C55指标层C的指标C层指标相对于A层的权重0%20%40%60%80%100%C11C12C13C14C15C21C22C31C32C33C34C41C42C43C44C51C52C53C54C55河流健康具体指标健康隶属度Ⅰ级Ⅱ级Ⅲ级Ⅳ级Ⅴ级健康隶属度指标相对于A层权重比较指标体系（2）开展流域大型生物群落恢复与重建技术研究。分析流域生态恢复限制因子，根据不同区位高程、土质特性、生态特点，选择不同群落种类组合，探索不同群落组合的选择适应程度，恢复生态系统。底栖动物培养群落构建中试（3）开展流域生物原位修复技术。筛选易于富集重金属，生物量大，便于收获的水生植物，转化底泥中的氨氮、硝氮、亚硝氮为气态氮的微生物种类。考察微生物和酶数量与植物活性及根系的各种生理活动之间的耦合关系，利用水生植物和微生物的联合协同作用修复受污染的隐性污染源，提高流域生态修复效果。植物筛选底泥微生物与植物根系耦合去除效果试验（1）开展有害污染物溯源跟踪技术研究。根据污泥泥质特性监测结果，针对个别污水处理厂污泥局部时段有害污染物存在超标现象，进行溯源跟踪调查，确定污染源，为源头控制提供依据。在污泥资源化利用方面：污泥取样底泥重金属检测（2）开展污泥土地利用技术研究。重点研究土壤结构、土壤肥力等理化结构及品质变化，重金属、有机有毒物质、氮磷营养元素、盐分和病原菌等在土壤中的累积效应，污泥对典型园林植物的生物效应，对农作物生理、产量、品质的影响，以及对地表水、地下水水质影响，开发污泥在土地改良、园林绿化、农田利用等方面的资源化利用技术，建立污泥土地利用及污染控制模式与技术规范。荒山土地改良园林绿化草坪生产试验农田利用（3）研发污泥产品。主要开发污泥烧制陶粒、制砖、生物填料、草炭土、喷播基质、绿化肥料等产品。烧制陶粒污泥堆肥（4）开展污泥资源化利用风险控制技术研究。应用生态学理论，参照相关的环境质量指标，评价不同利用模式的环境安全风险，建立污泥资源化利用环境安全评价指标体系。检测项目铅镉铬铜锌镍砷汞总硼庞各庄堆肥厂44.30.760.9158.8718.622.016.18.338.5农用标准A级30035005001500100303B级1000151000150030002007515园林标准酸性30056008002000100755150碱性10002010001500400020015土地改良酸性30056008002000100755100碱性10002010001500400020015150北京市郊区污泥堆肥重金属指标（5）开展污泥资源化利用政策及标准保障体系研究。研究污泥资源化利用的优惠政策、经济补偿政策、监督管理措施，包括投资政策、税收政策、土地政策、补贴机制、收费政策、调控核算平台，建立公众参与、监测和评估、定期检查、处罚等制度。污泥堆肥用于废弃尾矿坝修复修复前修复后重点实验室以北京市水利科学研究所、北京师范大学、北京工业大学为依托，具备了建设水污染控制与水生态修复重点实验室的规模和基础。4.实验室现有研究工作基础北京市水利科学研究所实验室北京师范大学实验室北京工业大学实验室北京市流域水环境与生态技术重点实验室（1）实验室概况（2）实验室近期承担的主要科研任务、成果与奖励承担课题其中国家级课题45项目，省部级课题38项。承担并完成了国家重大专项、国家863计划、国家自然科学基金、科技部、水利部、北京市重大科技计划项目、北京市自然科学基金项目以及大量的地方委办局和企业课题共计117项，成果与奖励共获得国家发明专利24项，实用新型专利18项，软件著作权5项；获得国家级奖励7项、省部级科技奖励16项，其他奖励15项。241850510152025发明实用新型软件著作权发表学术论文205篇，其中SCI或EI收录169篇；出版专著22本。十一五期间十五期间九五期间先后参加、主持了转河生态治理工程（2003），官厅水库黑土洼生态湿地示范工程（2004），凉水河生态治理工程（2005），延庆三里河湿地及野鸭湖湿地项目，城中心区水域水质改善和水生态修复工程等，为景观河道水环境综合治理和生态修复技术研究积累丰富的经验。开展“北京城市北环水系水环境质量改善技术研究与示范”（“863”）、“官厅水库水质改善关键技术研究与示范”、“北京城区河湖水体水质改善与修复示范研究”等项目，摸索出了综合治理城市水环境的技术方法，提供了以外源污染削减、内源污染治理与强化水体自净能力技术为核心的水质改善与生态修复技术方案。完成“温榆河流域水体功能修复关键技术研究”、“潮白河（顺义段）水质改善和保护关键技术研究与示范”、“北运河通州区城市段水环境改善研究与示范”等市科委重大课题，取得人工湿地、水生植被恢复、生物操纵、絮凝气浮除藻、生物它感抑藻、推流控藻、不同形式生态护坡等技术，支撑了首都主要河流水环境改善工程。（3）近期成果对经济社会