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制度创新助力京津冀区域“十四五”水生态环境保护

2021-04-08 来源:中国环境报 刘晓星   加入收藏

京津冀区域是我国水资源匮乏、水环境污染、水生态破坏问题最为突出的区域之一。为深入推进区域水生态环境质量改善,水体污染控制与治理科技重大专项(简称“水专项”)设置了“京津冀区域水环境质量综合管理与制度创新研究”项目(2018ZX07111)。

  项目负责人、生态环境部环境规划院王东研究员介绍,来自18家单位的500名科研人员通过研究,系统识别了京津冀区域水生态环境退化问题成因,从分区及目标制定、承载力评估和预警、污染源清单制定、排污许可和排放标准制定、水质水量联合生态补偿等领域开展了关键技术研发,开发了京津冀区域水环境综合管理大数据平台,并编制了区域水环境中长期保护战略和“十四五”水质改善行动方案,为京津冀区域水生态环境保护提供强有力的科技支撑。

  需 求

  协同解决京津冀“三水”问题的管理体系尚不完善

  王东介绍说,经过多年治理,京津冀区域水环境质量显著改善,但依然是全国水资源最短缺、水污染最严重、资源环境与发展矛盾最为尖锐的地区之一。

  一是水污染依然突出。大清河等部分河段水质仍为劣V类,蓟运河等部分断面水质出现降类问题。

  二是河流断流干涸严重。1960年~2018年,京津冀区域75条主要河流、共8718公里河段内,干涸河流占比由13%增加到55%,干涸河长占比由10%增加到37%,平均干涸天数由37天增加到107天。

  三是水生态严重受损。白洋淀湿地总面积较1990年峰值时期缩小比例超过30%,水生生物资源急剧衰退。大清河历史上有记载的鱼类共9目18科77种,2019年通过野外调查及走访当地渔民统计,鱼类种类仅剩7目12科33种,减少接近三分之二。

  《京津冀协同发展规划纲要》对京津冀水生态环境质量提出了更高要求,并提出以有序疏解北京非首都功能、解决北京“大城市病”为基本出发点,营造京津冀目标同向、措施一体、优势互补、互利共赢的协同发展新格局。但区域现有的水生态环境管理技术体系仍然存在“三水”统筹系统性不足、管理精细化程度较低等问题,较难支撑水生态环境质量持续改善。

  “因此,亟需对京津冀区域开展水环境综合管理与制度创新研究,推动解决区域水生态环境保护困境。”王东说。

  成 果

  京津冀区域水环境综合管理关键技术和大数据平台研发

  空分辨率水污染物源清单,搭建了基于GIS的污染源分布动态数据库系统,为综合分析流域工农业产业结构变化对流域污染排放特征的影响提供便利。

  在水环境综合管理大数据平台支撑技术方面,采用软件定义网络架构,以自主创新的网络虚拟化及云计算技术为核心,结合高性能计算网络环境,打造一体化全新的面向京津冀区域水环境管理大数据平台,实现水环境综合业务数据的信息汇集、存储、管理、交换等服务功能,促进数据信息资源的有效利用。

  在水环境综合管理大数据平台智能综合决策分析技术方面,依托图卷积、ESN、随机森林集成、NLP等大数据算法和核密度分析、灰色关联分析等技术方法,实现断面水质预测、突发性水质变化预警、基于水质的污染源排放动态管控、黑臭水体空间分布识别、河湖缓冲带土地利用变化识别、监督投诉举报深度分析等高精度综合决策分析功能。

  第二,分别开展了治理和管理技术集成,支撑京津冀区域成果总结应用。

  项目共统计整理“十一五”至“十三五”期间京津冀区域水专项产出关键技术近300项,形成京津冀区域水专项治理技术体系及水专项技术成果案例库。

  在治理技术体系集成方面,以“十一五”至“十三五”期间区域主要环境问题、标准规范更替及技术需求变化为导向,将治理技术整理成城市污水处理技术、村镇污水处理技术、工业废水处理技术、海绵城市技术、农业面源污染控制技术、湿地水质净化技术、河道水质净化及生态修复技术、地下水污染控制技术等八大类,详细梳理各项技术的技术原理与内涵、具体参数、技术流程图、技术难点与创新点等,整理技术应用的示范工程概况、进展与推广应用情况等,总结技术成果和工程成效。同时,构建了成果集成AR展示系统平台,实现治理技术成果声光电相结合的多维展示。

  在管理体系集成方面,项目集成了水专项“十一五”以来区域内水质目标管理核心技术5项、关键技术30余项。从永定河、大清河、北运河三条廊道出发,总结京津冀区域水生态环境问题诊断与治理策略、水质目标管理技术体系、水生态功能分区成果、生态水量确定技术、环境容量与污染物总量控制技术示范、水质水量联合调度技术示范,管理政策制度等成果。从“水资源、水生态、水环境”出发,分析流域水质目标管理主要技术环节在京津冀区域的适用性,提出区域水质目标管理技术框架体系,形成京津冀区域水质目标管理技术模式与实施指导方案及政策制度改革路线图。

  第三,开发了京津冀水环境管理大数据平台,提升精细化管理水平。

  针对京津冀区域水环境管理业务实际需求,以实现水环境质量综合管理为目标,构建了京津冀区域水环境管理大数据平台。综合运用大数据方法,开发了水质评估预测、污染源动态管控、遥感监测、监督投诉举报、信息公开等功能模块,实现了污染排放热点区域识别、监测断面水质预测、断面水质达标考核、突发性断面水质变化预警、基于水质的污染源排放动态管控、黑臭水体空间分布识别、河湖缓冲带土地利用变化监测、饮用水水源地风险评估、水质水量动态模拟、投诉举报深度分析、舆情文本数据分析等功能,并集成了“水资源、水环境、水生态”综合模拟预测子平台和大清河(白洋淀)流域环境风险决策支持系统及流域水生态环境管理智慧子平台。

  从数据规范与共享角度出发,平台同时构建了京津冀水环境管理分布式大数据库,制定了主要业务数据采集入库规范,数据清洗、交换与共享规范和功能服务模块接口规范,研究制定了京津冀区域水环境非结构化大数据收集、异源异构数据融合等技术标准,实现了水环境管理空间数据与业务数据有机融合;构建了北京市、天津市和河北省相关水环境业务平台的数据衔接与交换,促进信息的共享和应用。

  王东介绍说,基于京津冀区域“三水”问题,项目完成了8项水环境综合管理关键技术和1个大数据平台研发。

  首先,在8项关键技术方面实现创新突破,支撑构建水环境管理技术体系。

  在水生态功能分区管理及目标制定技术方面,按照国家提出的“流域统筹、区域落实”要求,以保护水体生态环境功能、明晰各级行政区域责任为目的,建立包括流域—水功能区—控制单元—行政辖区四个层级的空间管控体系,在京津冀区域划分了10个水功能区、53个控制单元、261个断面汇水范围;以此为基础,融合水生态健康及功能评价结果,在京津冀区域率先建立统筹水资源、水生态、水环境的指标体系,提出11项水生态环境保护指标并初步确定了2025年目标建议值,在海河流域水生态环境保护“十四五”规划的分区管控和目标制定中得到应用。

  在基于水环境质量的流域排放标准制定与排污许可管理技术方面,将水体水质—污染源响应关系拆分为水体水质—排污口、排污口—污染源两个层面,通过水体水质改善需求的多层识别,建立多级优化的响应关系识别链,反演基于水质的污染物排放限值要求。通过推荐多元化的模型模拟方法及分配方法,将污染物允许排放量分配到各排污单位,推动基于水质的排污许可落地。

  在水环境承载力评估与预警关键技术方面,针对现有水环境承载力评价目的、对象模糊不清及指标体系庞杂等问题,基于“水资源、水环境、水生态和土地生态服务功能”多维度水环境承载力评估指标之间的量化关系,识别影响流域水环境承载力及其开发利用潜力的关键因子,明确差异化预警阈值确定方法,建立流域水环境承载力动态评估和预警指标体系。这项技术支撑生态环境部印发《水环境承载力评价方法(试行)》(环办水体函〔2020〕538号),为各区县落实《水污染防治行动计划》中“完成水环境承载能力现状评价”任务提供技术指引;并在河北省水环境承载评价中得到应用,评价结果纳入河北省水生态环境保护“十四五”规划。

  在再生水价格制定技术方面,针对当前再生水定价以政府指导为主、灵活性低的问题,依托成本定价、自主定价、比价定价、支付意愿法等定价方法,根据生态补水、景观用水、工业再生水、城市杂用水等不同再生利用类型,制定用户导向、水质导向的再生水定价方法和保障激励方案,为推动再生水利用、缓解区域水资源短缺现状提供政策调控建议。

  在跨界水质—水量联合生态补偿标准核算技术方面,识别了京津冀区域水生态环境补偿的重点问题,基于生态补偿利益相关方补偿意愿,构建了跨界水质—水量联合生态补偿标准核算体系,并核算了京津冀区域跨界断面补偿标准,优化了京津冀区域水生态环境补偿监测方案、补偿资金筹措管理机制和区际生态补偿协商机制。

  在高时空分辨率水环境污染源清单构建技术方面,采用直接调查与间接计算相结合的方法,综合考虑工业企业、污水处理设施、集约化畜禽养殖企业,以及农村生活、种植业、分散畜禽养殖等污染来源,编制了流域尺度上的长时间序列、高时

  示 范

  专项研究为三条廊道水生态环境管理提供科技支撑

  “除了完成了京津冀区域水环境综合管理关键技术和大数据平台研发,项目还为永定河、北运河、大清河三条廊道水生态环境管理提供科技支撑。”王东介绍说。

  一是强化生态涵养功能,构建永定河流域水质目标管理体系。

  永定河是京津冀区域重要的水源涵养区和生态屏障,也是北京市的母亲河,被定位为“京津冀生态主轴上的重要生态功能区”,对京津冀区域的生态环境和可持续发展意义重大。

  永定河面临着流域水资源短缺、生态水量不足、水环境承载力较弱、水陆生态系统退化、生态空间不足等十分严峻的生态环境问题,流域协同治理制度不完善,缺乏健全的流域生态环境保护协作机制,严重制约了永定河流域经济社会发展。针对永定河流域水生态环境问题的复杂性和艰巨性,在充分集成“十一五”和“十二五”期间水质目标管理技术体系基础上,项目基于“三水统筹”“山水林田湖”理念开展永定河流域水质目标管理技术研究。

  在水生态环境保护目标制定方面,针对永定河流域水生态分区、各个水生态改善阶段,提出“水环境质量目标、最小生态需水目标、河岸带生态空间管控”的“三位一体”水生态环境保护目标体系。

  在水生态环境管理措施方面,按照“山水林田湖”的系统论理念和方法,以永定河流域为一个完整的整体,综合考虑上游山区生态涵养、平原地区经济社会优化发展和水环境改善、滨海生态安全的需求,兼顾地表—地下水质安全与风险防控,以“水污染控制、生态空间管控、生态水量优化配置”三大支柱,构建永定河流域水环境承载力模型,并以流域排放标准和排污许可、产业结构优化调控、生态空间优化配置和生态水量优化调控等措施为抓手和着眼点,支撑流域水环境承载能力的优化调控和不断提升,形成一套完整的水质目标管理技术方案。

  在政策制度创新方面,提出流域排放标准制定的基本原则与方法,编制了国家环保标准《流域水污染物排放标准制订技术导则》(HJ945.3-2020),对于规范和指导地方制订流域标准具有重要意义。此外,课题提出永定河流域跨省界水质—水量双补偿机制,向相关部门提交了永定河流域水质水量生态补偿试点咨询建议,有效支持有关部门管理和决策。

  二是结合城市型河流多闸坝、多水源补给特征,构建北运河流域水质目标管理体系。

  北运河流域多为城市典型河流,水生态环境问题依然突出;部分河段生态流量难以保障,水体自净能力差;水生态严重受损,水生物种资源严重衰退,干流浮游植物主要以蓝藻、绿藻为主,浮游动物、底栖动物以耐污物种为主。

  在北运河流域水环境与水生态详细现状调查基础上,项目开展了流域水系统与水环境承载力时空演变趋势动态评估,建立水环境承载力评估、预警技术方案体系,预判北运河污染来源演化趋势;提出北运河流域近10年污染源清单;构建了基于水生态系统保护目标的多闸坝调控、多水源补给下北运河流域生态流量核算方法,制定了生态流量保障方案;基于现有排污许可证系统,提出了氮磷点源排污许可管理制度;综合实施控源减污和生态流量调控等管控策略,以建立并完善流域水生态环境长效管控机制与综合考核评价指标体系等内容为重点,构建了“河长制”的技术支撑体系;提出了“十四五”水质持续改善方案以及适合城市河流的“一体化”综合管控策略。

  三是结合敏感水域服务功能,构建大清河流域(白洋淀)水质目标管理体系。

  大清河作为海河流域五大河之一,水系纵横交错,水环境系统高度复杂,周边地区污染输入日趋严重。随着京津冀协同发展、雄安新区建设等国家战略对流域环境保护提出的更高要求,项目针对大清河流域(白洋淀)水环境系统特点,构建基于水质目标的水环境管理体系。

  项目以污染源高效管控和水环境承载力优化调控作为当前流域进一步提升水环境品质、保证水生态安全的核心途径与重要抓手,通过构建缺水型河湖湿地水系的水生态健康综合评估方法,完成了水生态功能四级分区水环境功能定位、水质目标与水质现状评估;构建了长时间序列的流域污染源数据库和流域污染源清单;通过基于水质反演的多准则、多指标、多污染源总量分配及动态管控技术,建立了流域污染物总量—水质响应关系模型,确定基于水质目标的水污染物总量控制方案,并构建了基于水质目标的排放标准体系;构建了流域水环境承载力预警指标体系,完成了主要流域承载力预警评估,提出了白洋淀流域产业与水环境保护发展模式和建议;构建了支撑流域综合管理的流域水生态环境管理智慧平台,支撑流域水环境质量综合管理向智能化、精细化、高效化的新模式迈进。 刘晓星


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