構建受損水體修復技術體系支撐河湖生態修復新戰略
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秀美的洱海
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洱海流域河湖生態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環境保護工作。2018年5月，習近平總書記在全國生態環境保護大會上指出，“山水林田湖草是生命共同體，要統籌兼顧、整體施策、多措并舉，全方位、全地域、全過程開展生態文明建設”。2020年11月14日習近平總書記在全面推動長江經濟帶發展座談會上指出，“要從生態系統整體性和流域系統性出發，追根溯源、系統治療”。
為了推進我國水體修復技術規范化、系列化、標準化，加快構建水體修復技術體系，解決河流、湖泊、城市三類水體生態功能不足與生態完整性受損的問題，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、規范化和成套化
“水十條”實施以來，我國水環境保護治理取得了顯著成效，水生態修復將成為“十四五”水環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展的基礎上，整理了300余項支撐技術，從流域生態空間、生態系統要素兩個維度，構建生態修復技術全鏈條，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。
受損水體水生態健康評估與問題診斷成套技術建立了水生態健康和脅迫壓力評估指標體系。水生態健康評估指標包括生態空間、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、生態空間受損、水文節律改變、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、河道生態凈化、高效河流原位凈化等5項關鍵技術；提出了“源頭區水源涵養林結構優化與調控—低效水源涵養林改造—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、生態水面不足、動植物生境受損、河漫灘缺失等河流生態完整性破壞問題，集成了生物棲息地修復、功能群配置及群落構建、健康水生態系統恢復等關鍵技術；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，應用規模總面積達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/湖蕩及河口區生態退化、水資源再生功能差、徑流負荷高、水體富營養化嚴重等問題，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削減與控制—蘆葦濕地生態用水調控及生境修復與污染阻控”入海河口區大型濕地修復模式、“濕地生態水文格局構建—植被優化配置—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、遼河入海口、南四湖入湖口、洱海羅時江入湖口、太湖扁擔河入湖口等區域進行了推廣應用，應用規模近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、生態屏障功能退化、生態空間被壓縮、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、平原圩區型、高原山前壩區型、山體陡岸型及反季節、大水位變幅庫區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岸線恢復超過500公里。
湖灣及淺水區生態修復成套技術針對局部湖灣藍藻水華暴發、底泥內源污染負荷加劇、淺水區水生植物覆蓋度下降等問題，按生態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生態修復模式。此項成套技術已在太湖、巢湖、滇池、洱海羅時江、西湖等區域進行了推廣應用。
湖泊敞水區生態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化嚴重、黑臭頻發等問題，集成了高鹽水體河濱緩沖帶植被優化配置和生態護岸、內碳源反硝化生態濾床、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—旁路循環處理—原位生態修復”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。
城市水體生態修復成套技術針對城市水體景觀生態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系統構建、城市水體水生植物恢復、城市河湖原生凈化系統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，集成了水環境容量核算與調控、河流生態基流核算和調控、流域生態補償等關鍵技術，提出了“生態基流保障—大型污染事故防范—水生態安全防控”和“極度缺水保障調度—重度污染水體監控與治理”等模式。此項成套技術已在海河、淮河流域多項水環境治理工程或規劃中得到推廣應用。
湖泊流域綜合調控與管理成套技術針對引水調水生態風險不明確、調水水質水量波動大、環境監測管理響應不及時、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，提高了流域水環境監測數據的完整性和時空代表性，為河湖流域水環境管理、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，缺乏對生態系統整體性和系統性的考量。我國不同流域河湖生態異質性顯著，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保護修復的新形勢，梳理生態修復技術專用標準和含生態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，以流域生態空間的整體性和關聯性為重要依據，以源頭水源涵養、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、湖泊敞水區等生態空間修復為主線，以水質和底質修復、水生生物恢復、有害生物控制等生態系統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，與中國環境科學學會合作，共同推動完成了《受損湖泊生態修復技術導則》《受損河流生態修復技術導則》《入湖河口前置庫技術指南》《城市河網水體環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模擴繁技術規程》《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，范圍涵蓋生態修復技術與管理，目前正在積極推動第二批生態修復相關技術標準的編制與立項。
生態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，支撐水體生態環境改善
針對富營養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、水生態系統退化等問題，以水專項研發技術為主，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修復—水位節律調控與水生植物恢復—銀魚捕撈及漁業結構調控”洱海流域河湖生態修復成套技術，支撐了環洱海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、環湖1806戶客棧及農戶生態搬遷、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化及全湖252 km2漁業結構調控等工程，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年洱海總磷及氨氮濃度持續下降，其中總磷基本達到Ⅱ類，入湖河流及湖泊生態環境呈現向好的趨勢。
湖泊生態修復相關的成套技術在巢湖環湖及河口濕地、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，項目建成后區域內進行地形改造與水系連通，打破區域之間的阻隔，恢復森林沼澤、灌叢沼澤、草本沼澤、季節性草本灘涂、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，有利于形成更加穩定的生態系統。
針對淮河流域閘壩眾多，生態基流缺乏，尾水不達標、溝渠河流生境破碎，水體生態恢復能力降低；極端流態下環境流障礙、河流濕地基底受損和水生態系統恢復功能下降等系列問題，以水專項研發“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—生態滲濾島—生物多樣性—功能群”的鏈式生境恢復技術、“環境流調控—基底修復—生境誘導—生態系統構建”的河流生態系統修復技術作為支撐，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類河水生態凈化后達Ⅳ類標準，色度、總氮遠優于景觀再生水標準。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、水生態質量顯著好轉。
河流生態修復的相關成套技術在長江流域、淮河流域、雄安新區、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修復，提升了生態旅游價值。
針對城市山地型深水湖泊湖面分布極不規則、多數湖灣水流緩慢、水質狀況差異大、水生生態系統單一的問題。研發了“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技術（潛水器推流-噴泉復氧工藝）”“湖泊健康水生態構建技術（生態浮島-生態沉箱-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—生態恢復”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%，園區內景觀生態功能顯著提升。園博園2020年7月被授予“兩江新區無廢景區”和“兩江新區無廢公園”榮譽稱號。這一工藝模式在重慶江北、江津區、小安溪、高石水庫、斷橋灣水庫、天鵝湖、肖家河等水環境整治項目中得到推廣。
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