專家名片

王浩，中國工程院院士，博士，教授級高工，現(xiàn)任流域水循環(huán)模擬與調控國家重點實驗室主任，中國水利水電科學研究院水資源研究所名譽所長，兼任中國可持續(xù)發(fā)展研究會理事長，全球水伙伴（中國）副主席，中國自然資源學會、創(chuàng)新方法研究會、水資源戰(zhàn)略研究會等國家級學術團體的副理事長和副會長，擔任水利部、環(huán)保部、國家林業(yè)局等省部級行業(yè)主管部門科技委委員。

1 中國水環(huán)境形勢及

傳統(tǒng)解決方案的不足

當前中國面臨的水環(huán)境形勢有兩個基本判斷，其一，近些年來水環(huán)境質量有所改善，社會經(jīng)濟發(fā)展與水污染呈現(xiàn)解耦趨勢，表現(xiàn)為“兩上升”和“兩下降”，即國內(nèi)生產(chǎn)總值增長率及中國七大水系I-III類水質比例逐漸增加，地表水劣V類水質比例及地表水COD（化學需氧量）濃度下降，且通過工程減排、結構減排、管理減排，使得主要污染物排放量得到有效控制。其二是未來水環(huán)境保護依舊任重道遠。表現(xiàn)為水環(huán)境質量仍不容樂觀，河流水質劣于III類的斷面數(shù)占28.8%，海河流域、遼河流域、淮河流域三河尤為突出（占到40%～60%），因此國家在《城市黑臭水體整治工作指南》中明確提出，到2020年底前使得地級及以上城市建成區(qū)黑臭水體均控制在10%以內(nèi)；到2030年，城市建成區(qū)黑臭水體總體得到消除。未來隨著城鎮(zhèn)人口的增加、經(jīng)濟規(guī)模的增大、氣候變化的影響，水環(huán)境的壓力也必將會加大，且新型和有毒有害污染物健康風險增大，老債新賬疊加共存，呈現(xiàn)為復合型特征，治理難度加大，突發(fā)性水污染危害也較嚴重。

中國水污染防治傳統(tǒng)解決方案還存在不足，其一是污水排放標準不適應中國國情，照抄發(fā)達國家的排放標準，未與水環(huán)境容量掛鉤，未考慮中國城市在流域中“高密度”的布局特征，這套標準從根本上不具有科學性，不適應中國國情。其二是違法排放成本低，缺乏激勵機制，主要污染物排污費征收標準偏低，排污收費指標不健全，征收排污費的范圍窄，違法處罰力度不足且排污費不能足額征收。其三是污水處理廠建設與運營監(jiān)管薄弱，污水處理效率有很大的提升空間。其四是總量控制缺乏系統(tǒng)性設計，具體表現(xiàn)在四個“脫節(jié)”和一個“缺乏”，即質量目標與環(huán)境監(jiān)管脫節(jié)，總量控制與濃度控制脫節(jié)，水污染控制與水生態(tài)保護脫節(jié)，以行政區(qū)為基礎的環(huán)境功能區(qū)劃與流域水污染調控脫節(jié)；缺乏與污染物排放標準、地表水（海水）質量標準相適應的統(tǒng)一的水環(huán)境容量核定與分配方法。

2沁河流域水生態(tài)環(huán)境概況與問題分析

沁河流域是黃河一級支流，是山西省第二大河流，也是山西省唯一一條清水河流，多年平均水資源總量為13.02億立方米，2015年水質評價河長達標率82.6%，水功能區(qū)水質達標率63.6%，安澤境內(nèi)森林覆蓋率達到46.59%，生態(tài)良好。

但沁河流域水生態(tài)環(huán)境還面臨著一些問題，其一，水資源本底不足，且在變化環(huán)境下徑流衰減明顯。沁河流域人均水資源量472立方米，僅為全國平均水平的22.4%，黃河流域的83.5%。從1956～2000年沁河潤城站多年平均實測徑流量6.09億立方米，而1991～2000年僅為1.98億立方米，較多年平均減少67.5%，較20世紀60年代減少80%以上，其中氣候變化導致降雨減少的原因占40%，而煤炭和地下水開采、水土保持等人類活動導致的原因占60%。其二，受煤炭開采影響，沁河流域的部分河段水污染嚴重，煤炭工業(yè)是沁河流域的支柱產(chǎn)業(yè)，無煙煤儲量約占全國1/4、山西省的近1/2。工礦企業(yè)主要分布在沁河中下游及支流丹河，已建生活污水處理廠管網(wǎng)平均覆蓋率僅為75%左右，部分縣市現(xiàn)有的污水處理廠處理能力水平不足，沁河入河流的排污口有65處，現(xiàn)如今點源廢污水排放總量1.25億立方米，沁河、丹河6個監(jiān)測斷面除鄭莊可達到Ⅱ類標準，其他5個斷面均為Ⅳ類到劣Ⅴ類。其三，生態(tài)流量和生物棲息地沒有保障，水生態(tài)退化嚴重，沁河干流已建水電站29個，縱向連通性指數(shù)為6.0個/100千米，遠超0.5個/100千米的良好標準；且大多是引水式電站，在調度運行中不考慮下泄生態(tài)基流，造成河段脫流，生態(tài)功能退化，魚類資源退化嚴重。

因此，解決沁河流域水生態(tài)環(huán)境治理就要從流域水污染綜合防治和河道內(nèi)生態(tài)流量保證兩方面抓起，從水質和水量出發(fā)來使得水生態(tài)得到保護和修復。從水質來講，要做好控制入河污染的總量、嚴格廢污水排放的標準、使用煤化工零排放技術、防治地下水污染以及污染水體的修復等。從水量來講，要控制用水總量、提升全過程的效率、制定生態(tài)流量的目標、水利工程生態(tài)的調度以及部分小水電的退出改造等。

3流域水污染綜合防治理論、技術與實踐

水污染防治理論和原則有三個，第一是流域水循環(huán)理論，其所對應的原則是流域綜合治理原則，治水不能就水論水，一定要以流域為單元進行治理，流域不僅僅是水污染問題，還涉及防洪、供水、生態(tài)等問題，流域是水污染問題研究和治理的基本單元，要實現(xiàn)干支流一體化治理、上下游一體化治理、水陸一體化治理、城鄉(xiāng)一體化治理。

第二是木桶理論，其所對應的是單元控制原則，將流域分解成若干小流域，形成幾十個上百個單元，每一個單元采用分散式生態(tài)治理模式，要盡可能做到污染物的產(chǎn)生和消減平衡，做到每個單元片片守土有責，每一片都不給下游留麻煩。

第三是系統(tǒng)均衡理論，其所對應的是二三聯(lián)防原則，每個單元污染負荷的來源和數(shù)量、污染治理的條件和成本不一樣，污染防治需從經(jīng)濟、社會、生態(tài)、環(huán)境、技術等方面綜合考慮，使得治理的總成本最小，總效益最大。如不能做到每一單元污染物的產(chǎn)生和消減平衡，則二三單元聯(lián)防聯(lián)治，保持每個單元邊際成本和效益均衡。

水污染防治關鍵技術有四個，第一是水環(huán)境的目標倒逼核算技術。水污染問題在水里，原因在岸上。要以流域為單元，進行水污染問題診斷，識別點源、面源、內(nèi)源、外源的貢獻，評估河流的環(huán)境承載能力，確定水污染排放的控制總量，將排污總量層層分解，確定流域內(nèi)區(qū)域允許排放的入河污染物量，最大程度減少對流域水循環(huán)過程的干擾。第一治污要進行全流域的污染源分布調查，將產(chǎn)污、減污、排污的節(jié)點以及點源、面源、生活源、工業(yè)源、河湖底泥的內(nèi)源全部查清楚，然后做污染源產(chǎn)污規(guī)律的識別，通過構建矩陣，定量識別不同類型來源的產(chǎn)污強度、產(chǎn)污時段、產(chǎn)污種類等來進行水環(huán)境目標倒逼技術。例如一條河流應該先確定分幾個子河段，然后確定每個子河段的生態(tài)服務功能，再接著確定河段水質等級，再接著確定各個河段的水環(huán)境容量，再通過調查各河段入河的污染物負荷量，將污染物入河量減去水環(huán)境容量，剩下就是應當消減的污染物量，把其分解到各個河段入河排污口，最后倒推分解到共享排污口的各排污企業(yè)，這樣才能實際起到保護河流的作用。第二是水污染遷移轉化模擬技術，即“流域—城市”分布式水量水質模型，首先要掌握流域水流，接著再了解污染物伴隨著水流的遷移、轉化、附著、降解以及污染物之間的相互作用等過程。第三是水環(huán)境治理措施優(yōu)化篩選技術，面向水環(huán)境改善要求，綜合考慮措施技術經(jīng)濟特征，兼顧效益與成本。第四是水污染的全過程防控技術，以流域為單元，做好“源頭減排、過程阻斷、末端治理”，源頭減排即采用清潔生產(chǎn)技術與工藝，調整產(chǎn)業(yè)結構與產(chǎn)品結構，減少污染物的產(chǎn)生，加強社會水循環(huán)全過程高效利用。對于城市單元來講，應該截污納管，雨污分離，實行污染物源頭分離，營養(yǎng)物利用；對于農(nóng)村單元來講，應該收集再利用農(nóng)村生活污水，集中收集農(nóng)村垃圾，種植科學施肥用藥，推廣節(jié)水灌溉、有機農(nóng)業(yè)、設施農(nóng)業(yè)，實現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖規(guī)?；⒐S化；對于工業(yè)單元來講，要運用工業(yè)水重復利用技術、熱力與工藝系統(tǒng)節(jié)水技術、工業(yè)廢水減排循環(huán)利用技術以及工業(yè)用水計量與快速堵漏修復技術。過程阻斷是指構筑閉路循環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)再生水利用、營養(yǎng)物質的循環(huán)利用，阻斷污染物進入水體過程，生活污染過程阻斷應將小區(qū)居民生活廢污水集中處理后，達到一定的標準回用于小區(qū)的綠化澆灌、車輛沖洗、道路沖洗、家庭坐便器沖洗等。農(nóng)業(yè)污染過程阻斷應該通過修建田間濕地，結合農(nóng)田地下排水系統(tǒng)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)灌溉水循環(huán)凈化。工業(yè)污染過程阻斷應該循環(huán)用水，分置供水。污水處理廠應從集中化、大型化走向分散化、小型化發(fā)展。末端治理是指污水的物理、化學與生物處理、污泥處置與物質利用、水生態(tài)系統(tǒng)修復。末端治理技術已經(jīng)更新到第三代，即原位生態(tài)修復技術，具有提高透明度、釋放氧氣、清理底泥三大效應。

典型流域綜合治理實踐：龍崗河、坪山河兩河流域位于深圳市東北部，是深圳“東進戰(zhàn)略”的橋頭堡，既是東江調水的受水區(qū)，又是東江流域的水源區(qū)，具有極其重要的戰(zhàn)略地位。但水環(huán)境交接斷面水質不達標，支流水體存在黑臭，防洪排澇能力總體較好，但仍存在防洪瓶頸和內(nèi)澇風險點，河道生態(tài)基流缺乏，水庫和再生水未能有效利用；河道藍線被侵占，濱水空間不足；未能體現(xiàn)豐富的歷史文化和新文化特點，與落實東進戰(zhàn)略、打造“東方文化客廳”的要求不匹配。因此，治理時要從源頭減排、過程阻斷、末端治理三方面做起，做好四個強化，即強化工業(yè)廢水、居民生活、建成區(qū)污染負荷減排和水源地保護，抓好四道防線，即構建分流、阻隔、調蓄、處理與回用一體化的雨洪、污染攔截與削減體系，突出四大亮點，即打造水體、底泥、濕地、水岸的良性循環(huán)系統(tǒng)，從水量優(yōu)化、風險防范、文化融合、智慧管理四方面做好外部保障。

治理污水，在規(guī)劃目標與理念時要以治水提質為核心，遵循水環(huán)境、水安全、水資源、水生態(tài)、水文化五位一體的工作方針，按照“全流域—全過程—全要素”的流域綜合治理理念開展規(guī)劃，實現(xiàn)干支流一體化、城鄉(xiāng)一體化、水陸一體化。在規(guī)劃思路時要按照“單元控制—系統(tǒng)均衡”的思路編制規(guī)劃，要符合勢能最小理論和均衡理論。在水環(huán)境治理時要按照“源頭減排—過程阻斷—末端治理”的思路實施水環(huán)境治理，建立起“排放標準倒逼、單元控制削減、二三聯(lián)防平衡”水環(huán)境治理和風險防范聯(lián)動機制，采用新方法和新技術，提出綜合治理解決方案。

4河流生態(tài)需水過程

及其保障

在開展水利水電工程建設后，河流生態(tài)系統(tǒng)的水流、水溫、水質、水域空間等生態(tài)水文因子發(fā)生不同程度的變化，對魚類生命史各階段產(chǎn)生累積影響，造成魚類種群數(shù)量結構變化，進而導致水生態(tài)系統(tǒng)退化。

水利工程生態(tài)影響表現(xiàn)為：其一是水流流態(tài)變化的影響。一方面，脈沖流量過程削弱降低了對魚類洄游產(chǎn)卵的刺激作用。天然漲水的流速增大過程可以刺激魚類性腺排卵受精，水利工程調控后，脈沖過程極大減少，繁殖期魚類產(chǎn)卵的水流刺激作用弱化或消失。另一方面，水體流速下降導致漂流性魚卵下沉，不能順利孵化。漂流性魚卵水中受精后，比重略大于水，需要一定的流速才能懸浮于水中，順水漂流完成孵化。相關研究表明，水流平均流速≥0.25米/秒的情況下，漂流性卵才能不下沉。

其二是水域空間變化的影響。從縱向看，縱向連通性的降低阻隔了魚類洄游通道，并限制了漂流性魚卵的孵化漂程。梯級電站切斷了江海洄游性魚類的上溯通道，即使洄游距離不長的魚類，其棲息空間也被束縛在相鄰的兩個梯級電站之間，不利于生存繁衍。漂流性卵在0.25米/秒的最小漂流流速下，平均孵化時間7天，至少需要150千米的無阻隔漂程來保證魚卵孵化。從橫向看，橫向漫灘濕地的淹沒降低了粘性魚卵的附著空間與孵化幾率。產(chǎn)沉性卵或粘性卵的魚類，如沁河的重點保護魚類烏蘇里擬鲿等，產(chǎn)卵季節(jié)魚卵會粘附在河灘中礫石或水草表面孵化。而水庫建設造成漫灘濕地的消失，降低了產(chǎn)粘性卵魚類的附著空間與孵化幾率。此外，水庫消落帶的頻繁漲落也導致橫向水域空間脆弱性突出。從垂向看，垂向水域深度增加造成底質環(huán)境變化，喜淺水魚類的生境大幅消失。大部分喜淺水魚類主要以礫石表面的生藻類和底棲動物為餌料，水庫蓄水后，底棲急流、礫石河灘等底質環(huán)境被垂向數(shù)十米乃至一百米以上的深水淹沒并逐漸被泥沙覆蓋，極大限制了這部分魚類的適宜生境，適應于緩流或靜水環(huán)境生活的魚類形成新優(yōu)勢物種。

其三是水體溫度變化的影響，庫區(qū)截水泄流，整體下泄水體水溫下降，導致魚類生長速度下降，在冬季到來前體型太小，不利于越冬存活；春夏季下泄水溫低于河流水溫，造成魚類產(chǎn)卵繁殖延后，孵化積溫不足，繁殖成功率下降；庫區(qū)“躍溫層”年內(nèi)水溫差基本消失，呈現(xiàn)“冬暖夏涼”現(xiàn)象，致使某些深水區(qū)冷水魚類物種消失；水力發(fā)電致使上游水庫突然泄水現(xiàn)象時有發(fā)生，下游水體水溫的快速變化，影響魚類生存棲息環(huán)境。

其四是水質和懸移質變化的影響，溶解氧（DO）不足和總溶解氣體（TDG）過飽和均對魚類生存構成巨大威脅。庫區(qū)上層水體能夠保持較高溶解氧水平，但如果光照、溫度適宜，且氮、磷含量較高時，浮游生物大量繁殖，將與魚類爭奪氧氣造成魚類窒息死亡；在庫區(qū)底層，氧補充不足，浮游生物死亡產(chǎn)生大量硫化氫，形成缺氧區(qū)。在壩下河道，水庫泄流消能造成水流氣體過飽和，魚類吸入后，會形成“氣泡病”，危及魚類生命。營養(yǎng)鹽、污染物伴隨泥沙在庫區(qū)沉降，存在爆發(fā)風險。庫區(qū)水流變緩，挾沙能力減弱，附著大量營養(yǎng)鹽、有機物，甚至有毒有害物質的泥沙顆粒在庫底淤積。當達到一定溫度及水流條件時，營養(yǎng)鹽及有毒物質隨泥沙顆粒再懸浮，短時間內(nèi)擴散會形成“內(nèi)源”污染。此外，泥沙集中下泄會淤堵魚鰓器官，造成魚類窒息死亡。

《中華人民共和國水法》第4、21、26和第30條都有明確的生態(tài)水量保護規(guī)定，且國務院也出臺相關計劃意見維護河湖健康生態(tài)。

科學導報見習記者張娜整理

全國河流生態(tài)流量保障現(xiàn)狀有：第一，全國河道內(nèi)生態(tài)需水的配置總量足夠。根據(jù)《全國水資源綜合規(guī)劃》，2030年全國河道內(nèi)配置總水量為22719億立方米，大于19181億立方米的河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境總需水量。在優(yōu)先保障河道內(nèi)生態(tài)需水的前提下，全國水資源可利用總量為8140億立方米，而實行最嚴格水資源管理制度確定的用水總量紅線是7000億立方米。因此，從總量上來說，通過水資源合理配置，全國19181億立方米河道內(nèi)生態(tài)需水是可以滿足的。

第二，生態(tài)流量保障總體上南方好于北方，干流好于支流。調查評價全國十大水資源一級區(qū)的360個重要控制斷面，結果顯示，南方地區(qū)調查評價的77條河流及11個湖泊濕地的125個控制斷面中，生態(tài)流量基本滿足的占比為95%；北方地區(qū)調查評價的135條河流及32個湖泊濕地的235個重要控制斷面中，生態(tài)流量基本滿足的占比為75%。七大江河干流重要控制斷面中除海河干流下游的生態(tài)基流不滿足外，其他6條干流基本滿足，占比為95%；一級支流中基本滿足的占比約為84%，二三級支流基本滿足的占比約為63%。

第三，北方是生態(tài)流量有無的問題，二三級支流尤為突出。2015年，海河區(qū)地表水資源開發(fā)利用率達到130%，河道內(nèi)生態(tài)用水被大量擠占，中下游多數(shù)河段處于有水無流或干涸斷流狀態(tài)。除海河流域外，北方大江大河生態(tài)基流保障基本可控。黃河自1999年實施水量統(tǒng)一調度以來，連續(xù)17年不再出現(xiàn)斷流。對于北方地區(qū)大部分二、三級支流而言，豐枯季節(jié)地表徑流差異顯著，山區(qū)段河流由于人類活動干擾相對較小，生態(tài)需水基本可以滿足；而平原河段由于用水矛盾突出、擠占生態(tài)用水嚴重，平枯水期多呈斷流狀態(tài)。

第四，南方是生態(tài)流量多少的問題，水電開發(fā)影響較為突出。

第五，南北方敏感生態(tài)需水均不能得到有效保障。無論南方還是北方地區(qū)，無論是大江大河還是二三級支流，敏感生態(tài)需水保障問題均較為突出。

十九大報告中提出綠水青山就是金山銀山的號召，要建設生態(tài)流域，就要從城市、農(nóng)田、山區(qū)坡面三個板塊抓起。山區(qū)坡面建設生態(tài)流域需要給它提供涵養(yǎng)水源，增加森林覆蓋率，把陡漲陡落的洪峰將其坦化，同時提高枯水期的徑流。海棉田的調控則需要將高一點的田埂升埂，實現(xiàn)水肥耦合。城市的調控則是建設海綿城市，減少澇水，做好水環(huán)境、水安全、水資源、水生態(tài)、水文化、水經(jīng)濟、水景觀、水管理。