制度創新助力京津冀區域“十四五”水生態環境保護
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大數據平臺
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課題組在永定河
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京津冀水生態功能分區
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課題組在北運河
京津冀區域是我國水資源匱乏、水環境污染、水生態破壞問題最為突出的區域之一。為深入推進區域水生態環境質量改善，水體污染控制與治理科技重大專項（簡稱“水專項”）設置了“京津冀區域水環境質量綜合管理與制度創新研究”項目（2018ZX07111）。
項目負責人、生態環境部環境規劃院王東研究員介紹，來自18家單位的500名科研人員通過研究，系統識別了京津冀區域水生態環境退化問題成因，從分區及目標制定、承載力評估和預警、污染源清單制定、排污許可和排放標準制定、水質水量聯合生態補償等領域開展了關鍵技術研發，開發了京津冀區域水環境綜合管理大數據平臺，并編制了區域水環境中長期保護戰略和“十四五”水質改善行動方案，為京津冀區域水生態環境保護提供強有力的科技支撐。
需 求
協同解決京津冀“三水”問題的管理體系尚不完善
王東介紹說，經過多年治理，京津冀區域水環境質量顯著改善，但依然是全國水資源最短缺、水污染最嚴重、資源環境與發展矛盾最為尖銳的地區之一。
一是水污染依然突出。大清河等部分河段水質仍為劣V類，薊運河等部分斷面水質出現降類問題。
二是河流斷流干涸嚴重。1960年~2018年，京津冀區域75條主要河流、共8718公里河段內，干涸河流占比由13%增加到55%，干涸河長占比由10%增加到37%，平均干涸天數由37天增加到107天。
三是水生態嚴重受損。白洋淀濕地總面積較1990年峰值時期縮小比例超過30%，水生生物資源急劇衰退。大清河歷史上有記載的魚類共9目18科77種，2019年通過野外調查及走訪當地漁民統計，魚類種類僅剩7目12科33種，減少接近三分之二。
《京津冀協同發展規劃綱要》對京津冀水生態環境質量提出了更高要求，并提出以有序疏解北京非首都功能、解決北京“大城市病”為基本出發點，營造京津冀目標同向、措施一體、優勢互補、互利共贏的協同發展新格局。但區域現有的水生態環境管理技術體系仍然存在“三水”統籌系統性不足、管理精細化程度較低等問題，較難支撐水生態環境質量持續改善。
“因此，亟需對京津冀區域開展水環境綜合管理與制度創新研究，推動解決區域水生態環境保護困境。”王東說。
成 果
京津冀區域水環境綜合管理關鍵技術和大數據平臺研發
空分辨率水污染物源清單，搭建了基于GIS的污染源分布動態數據庫系統，為綜合分析流域工農業產業結構變化對流域污染排放特征的影響提供便利。
在水環境綜合管理大數據平臺支撐技術方面，采用軟件定義網絡架構，以自主創新的網絡虛擬化及云計算技術為核心，結合高性能計算網絡環境，打造一體化全新的面向京津冀區域水環境管理大數據平臺，實現水環境綜合業務數據的信息匯集、存儲、管理、交換等服務功能，促進數據信息資源的有效利用。
在水環境綜合管理大數據平臺智能綜合決策分析技術方面，依托圖卷積、ESN、隨機森林集成、NLP等大數據算法和核密度分析、灰色關聯分析等技術方法，實現斷面水質預測、突發性水質變化預警、基于水質的污染源排放動態管控、黑臭水體空間分布識別、河湖緩沖帶土地利用變化識別、監督投訴舉報深度分析等高精度綜合決策分析功能。
第二，分別開展了治理和管理技術集成，支撐京津冀區域成果總結應用。
項目共統計整理“十一五”至“十三五”期間京津冀區域水專項產出關鍵技術近300項，形成京津冀區域水專項治理技術體系及水專項技術成果案例庫。
在治理技術體系集成方面，以“十一五”至“十三五”期間區域主要環境問題、標準規范更替及技術需求變化為導向，將治理技術整理成城市污水處理技術、村鎮污水處理技術、工業廢水處理技術、海綿城市技術、農業面源污染控制技術、濕地水質凈化技術、河道水質凈化及生態修復技術、地下水污染控制技術等八大類，詳細梳理各項技術的技術原理與內涵、具體參數、技術流程圖、技術難點與創新點等，整理技術應用的示范工程概況、進展與推廣應用情況等，總結技術成果和工程成效。同時，構建了成果集成AR展示系統平臺，實現治理技術成果聲光電相結合的多維展示。
在管理體系集成方面，項目集成了水專項“十一五”以來區域內水質目標管理核心技術5項、關鍵技術30余項。從永定河、大清河、北運河三條廊道出發，總結京津冀區域水生態環境問題診斷與治理策略、水質目標管理技術體系、水生態功能分區成果、生態水量確定技術、環境容量與污染物總量控制技術示范、水質水量聯合調度技術示范，管理政策制度等成果。從“水資源、水生態、水環境”出發，分析流域水質目標管理主要技術環節在京津冀區域的適用性，提出區域水質目標管理技術框架體系，形成京津冀區域水質目標管理技術模式與實施指導方案及政策制度改革路線圖。
第三，開發了京津冀水環境管理大數據平臺，提升精細化管理水平。
針對京津冀區域水環境管理業務實際需求，以實現水環境質量綜合管理為目標，構建了京津冀區域水環境管理大數據平臺。綜合運用大數據方法，開發了水質評估預測、污染源動態管控、遙感監測、監督投訴舉報、信息公開等功能模塊，實現了污染排放熱點區域識別、監測斷面水質預測、斷面水質達標考核、突發性斷面水質變化預警、基于水質的污染源排放動態管控、黑臭水體空間分布識別、河湖緩沖帶土地利用變化監測、飲用水水源地風險評估、水質水量動態模擬、投訴舉報深度分析、輿情文本數據分析等功能，并集成了“水資源、水環境、水生態”綜合模擬預測子平臺和大清河（白洋淀）流域環境風險決策支持系統及流域水生態環境管理智慧子平臺。
從數據規范與共享角度出發，平臺同時構建了京津冀水環境管理分布式大數據庫，制定了主要業務數據采集入庫規范，數據清洗、交換與共享規范和功能服務模塊接口規范，研究制定了京津冀區域水環境非結構化大數據收集、異源異構數據融合等技術標準，實現了水環境管理空間數據與業務數據有機融合；構建了北京市、天津市和河北省相關水環境業務平臺的數據銜接與交換，促進信息的共享和應用。
王東介紹說，基于京津冀區域“三水”問題，項目完成了8項水環境綜合管理關鍵技術和1個大數據平臺研發。
首先，在8項關鍵技術方面實現創新突破，支撐構建水環境管理技術體系。
在水生態功能分區管理及目標制定技術方面，按照國家提出的“流域統籌、區域落實”要求，以保護水體生態環境功能、明晰各級行政區域責任為目的，建立包括流域—水功能區—控制單元—行政轄區四個層級的空間管控體系，在京津冀區域劃分了10個水功能區、53個控制單元、261個斷面匯水范圍；以此為基礎，融合水生態健康及功能評價結果，在京津冀區域率先建立統籌水資源、水生態、水環境的指標體系，提出11項水生態環境保護指標并初步確定了2025年目標建議值，在海河流域水生態環境保護“十四五”規劃的分區管控和目標制定中得到應用。
在基于水環境質量的流域排放標準制定與排污許可管理技術方面，將水體水質—污染源響應關系拆分為水體水質—排污口、排污口—污染源兩個層面，通過水體水質改善需求的多層識別，建立多級優化的響應關系識別鏈，反演基于水質的污染物排放限值要求。通過推薦多元化的模型模擬方法及分配方法，將污染物允許排放量分配到各排污單位，推動基于水質的排污許可落地。
在水環境承載力評估與預警關鍵技術方面，針對現有水環境承載力評價目的、對象模糊不清及指標體系龐雜等問題，基于“水資源、水環境、水生態和土地生態服務功能”多維度水環境承載力評估指標之間的量化關系，識別影響流域水環境承載力及其開發利用潛力的關鍵因子，明確差異化預警閾值確定方法，建立流域水環境承載力動態評估和預警指標體系。這項技術支撐生態環境部印發《水環境承載力評價方法（試行）》（環辦水體函〔2020〕538號），為各區縣落實《水污染防治行動計劃》中“完成水環境承載能力現狀評價”任務提供技術指引；并在河北省水環境承載評價中得到應用，評價結果納入河北省水生態環境保護“十四五”規劃。
在再生水價格制定技術方面，針對當前再生水定價以政府指導為主、靈活性低的問題，依托成本定價、自主定價、比價定價、支付意愿法等定價方法，根據生態補水、景觀用水、工業再生水、城市雜用水等不同再生利用類型，制定用戶導向、水質導向的再生水定價方法和保障激勵方案，為推動再生水利用、緩解區域水資源短缺現狀提供政策調控建議。
在跨界水質—水量聯合生態補償標準核算技術方面，識別了京津冀區域水生態環境補償的重點問題，基于生態補償利益相關方補償意愿，構建了跨界水質—水量聯合生態補償標準核算體系，并核算了京津冀區域跨界斷面補償標準，優化了京津冀區域水生態環境補償監測方案、補償資金籌措管理機制和區際生態補償協商機制。
在高時空分辨率水環境污染源清單構建技術方面，采用直接調查與間接計算相結合的方法，綜合考慮工業企業、污水處理設施、集約化畜禽養殖企業，以及農村生活、種植業、分散畜禽養殖等污染來源，編制了流域尺度上的長時間序列、高時
示 范
專項研究為三條廊道水生態環境管理提供科技支撐
“除了完成了京津冀區域水環境綜合管理關鍵技術和大數據平臺研發，項目還為永定河、北運河、大清河三條廊道水生態環境管理提供科技支撐。”王東介紹說。
一是強化生態涵養功能，構建永定河流域水質目標管理體系。
永定河是京津冀區域重要的水源涵養區和生態屏障，也是北京市的母親河，被定位為“京津冀生態主軸上的重要生態功能區”，對京津冀區域的生態環境和可持續發展意義重大。
永定河面臨著流域水資源短缺、生態水量不足、水環境承載力較弱、水陸生態系統退化、生態空間不足等十分嚴峻的生態環境問題，流域協同治理制度不完善，缺乏健全的流域生態環境保護協作機制，嚴重制約了永定河流域經濟社會發展。針對永定河流域水生態環境問題的復雜性和艱巨性，在充分集成“十一五”和“十二五”期間水質目標管理技術體系基礎上，項目基于“三水統籌”“山水林田湖”理念開展永定河流域水質目標管理技術研究。
在水生態環境保護目標制定方面，針對永定河流域水生態分區、各個水生態改善階段，提出“水環境質量目標、最小生態需水目標、河岸帶生態空間管控”的“三位一體”水生態環境保護目標體系。
在水生態環境管理措施方面，按照“山水林田湖”的系統論理念和方法，以永定河流域為一個完整的整體，綜合考慮上游山區生態涵養、平原地區經濟社會優化發展和水環境改善、濱海生態安全的需求，兼顧地表—地下水質安全與風險防控，以“水污染控制、生態空間管控、生態水量優化配置”三大支柱，構建永定河流域水環境承載力模型，并以流域排放標準和排污許可、產業結構優化調控、生態空間優化配置和生態水量優化調控等措施為抓手和著眼點，支撐流域水環境承載能力的優化調控和不斷提升，形成一套完整的水質目標管理技術方案。
在政策制度創新方面，提出流域排放標準制定的基本原則與方法，編制了國家環保標準《流域水污染物排放標準制訂技術導則》（HJ945.3-2020），對于規范和指導地方制訂流域標準具有重要意義。此外，課題提出永定河流域跨省界水質—水量雙補償機制，向相關部門提交了永定河流域水質水量生態補償試點咨詢建議，有效支持有關部門管理和決策。
二是結合城市型河流多閘壩、多水源補給特征，構建北運河流域水質目標管理體系。
北運河流域多為城市典型河流，水生態環境問題依然突出；部分河段生態流量難以保障，水體自凈能力差；水生態嚴重受損，水生物種資源嚴重衰退，干流浮游植物主要以藍藻、綠藻為主，浮游動物、底棲動物以耐污物種為主。
在北運河流域水環境與水生態詳細現狀調查基礎上，項目開展了流域水系統與水環境承載力時空演變趨勢動態評估，建立水環境承載力評估、預警技術方案體系，預判北運河污染來源演化趨勢；提出北運河流域近10年污染源清單；構建了基于水生態系統保護目標的多閘壩調控、多水源補給下北運河流域生態流量核算方法，制定了生態流量保障方案；基于現有排污許可證系統，提出了氮磷點源排污許可管理制度；綜合實施控源減污和生態流量調控等管控策略，以建立并完善流域水生態環境長效管控機制與綜合考核評價指標體系等內容為重點，構建了“河長制”的技術支撐體系；提出了“十四五”水質持續改善方案以及適合城市河流的“一體化”綜合管控策略。
三是結合敏感水域服務功能，構建大清河流域（白洋淀）水質目標管理體系。
大清河作為海河流域五大河之一，水系縱橫交錯，水環境系統高度復雜，周邊地區污染輸入日趨嚴重。隨著京津冀協同發展、雄安新區建設等國家戰略對流域環境保護提出的更高要求，項目針對大清河流域（白洋淀）水環境系統特點，構建基于水質目標的水環境管理體系。
項目以污染源高效管控和水環境承載力優化調控作為當前流域進一步提升水環境品質、保證水生態安全的核心途徑與重要抓手，通過構建缺水型河湖濕地水系的水生態健康綜合評估方法，完成了水生態功能四級分區水環境功能定位、水質目標與水質現狀評估；構建了長時間序列的流域污染源數據庫和流域污染源清單；通過基于水質反演的多準則、多指標、多污染源總量分配及動態管控技術，建立了流域污染物總量—水質響應關系模型，確定基于水質目標的水污染物總量控制方案，并構建了基于水質目標的排放標準體系；構建了流域水環境承載力預警指標體系，完成了主要流域承載力預警評估，提出了白洋淀流域產業與水環境保護發展模式和建議；構建了支撐流域綜合管理的流域水生態環境管理智慧平臺，支撐流域水環境質量綜合管理向智能化、精細化、高效化的新模式邁進。 劉曉星
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