水专项助力长江经济带水环境管理

三峡库区

 
课题背景

2016年1月5日，习近平总书记在重庆召开推动长江经济带发展座谈会,听取对推动长江经济带发展的意见和建议并发表重要讲话。他强调，当前和今后相当长一个时期，要把修复长江生态环境摆在压倒性位置，共抓大保护，不搞大开发。要把实施重大生态修复工程作为推动长江经济带发展项目的优先选项。生态环境部也指出：要强化资源整合与共享，制定统一信息管理与共享平台，集成规范统一的“大数据”，形成“大平台”“大共享”“大协作”，构建支撑长江“共抓大保护”的科技格局。

“十一五”和“十二五”期间，国家水专项在流域水环境管理技术方面实现了共性关键技术的重点突破，为流域水质目标管理提供了有力技术支撑。但相关课题多在单一流域开展，从国家层面看，长三角、珠三角、京津冀以及长江经济带等大区域水环境水质目标管理技术体系尚未得到系统集成，流域管理模型及参数的规范化、本土化不够，水质目标管理技术体系的规范化、标准化和信息化程度还有待提高，水质目标管理平台业务化应用不足。

“十三五”国家水体污染控制与治理科技重大专项“流域水质目标管理技术集成系统构建”课题（编号：2017ZX07301006）紧密围绕项目总体研究目标，以实现长江经济带（长江流域）水质目标管理技术集成系统化、规范化、标准化为宗旨，集成水生态功能分区、环境基准标准、排污许可、水污染防治最佳技术、水环境风险防控等技术成果，应用现代信息技术，构建长江经济带（长江流域）水质目标管理业务化平台，有效提升长江经济带等典型区域/流域水环境水质目标管理能力。

课题主要包括3个子课题：长江经济带水质目标管理平台构建与业务化应用；流域水环境模型评估验证关键技术研发与验证系统构建；基于水质目标管理技术的洱海流域管理平台业务化应用。

本课题负责单位为生态环境部南京环境科学研究所，参加单位有中国水利水电科学研究院、清华大学、生态环境部华南环境科学研究所和中国环境科学研究院等。

■ 长江经济带水质目标管理平台构建与业务化应用

在国家水专项“十一五”和“十二五”相关项目、课题研究成果基础上，课题组依据“分区、分类、分级、分期”的流域水环境管理思路，系统评估了长江流域分区分类的生态环境问题；针对长江流域上游生态脆弱区和长江中下游沿江区域重化工业密集的污染特点，围绕长江流域污染排放总量大、饮用水水源密布、流动源及码头众多的水环境污染问题，紧密结合长江流域水环境管理的现实需求，开展了水质目标管理单项技术适用性分析，形成了包括水生态功能分区技术、水环境基准标准技术、容量总量控制与排污许可管理技术、水污染防治最佳可行技术和水环境风险管理技术等五大类近百项技术，构建了长江流域水质目标管理技术体系。

在此基础上，课题全面分析长江经济带水质目标管理的业务流程、功能性能与安全需求，基于长江经济带水生态功能分区，兼顾不同类别水质目标管理技术的协调性、衔接性和适应性，在遥感、GIS及数据挖掘、三维可视化等技术的支持下，将水质目标管理技术模块化及数字化，集成10项关键技术，研发构建了长江经济带（长江流域）水质目标管理业务化平台：

——建成了集长江经济带（长江流域）58个驻点城市593个控制单元污染源及社会经济，长江干流、105条一级支流和重点湖库、284个国控断面的21类3万多个数据文件的综合管理数据库，实现了跨系统、跨数据库、跨业务的数据汇集及交换共享；

——根据上、中、下游不同的区域特征及水质目标管理需求，筛选适用于长江经济带流域/区域的流域污染负荷模型、河流水质模型、湖库水质模型、水环境容量计算模型，以长江流域干流和一级支流为主，构建了干支流一体的一维、分段二维的耦合水环境数学模型库；

——建立了水生态功能动态分区与评估系统，选取长江干流及一级支流的国控监测点位，包括国控水质断面（284个）、跨省界水质监控断面、重点饮用水水源地取水口断面，完成了面向长江经济带（长江流域）593个控制单元水生态功能分区水质达标动态评估；

——以国控跨界断面水质达标为约束条件，建立长江经济带跨界国控断面多目标达标的水环境容量、污染物动态通量计算方法及超标通量核算方法体系，构建了长江经济带（长江流域）容量总量污染通量监管系统，实现了对跨界区COD、氨氮、总磷等主要污染物超标量及跨界通量动态超标监控；

——开展了工业污染源、集中废弃物处理场所、面源、危化品仓库等风险源的风险评估，建成了集突发水污染事故预警响应、预测模拟、专家会商、应急处置为一体的风险预测预警系统，实现了长江经济带（长江流域）突发事故的模拟与风险联防联控。

平台以长江经济带水环境综合管理的数据流为中心，通过统一开放式接口，实现水质目标管理数据共享“一张图”，在水生态功能分区动态管理、数据汇交与共享、总量核算及排污许可管理、风险预测预警等方面实现了业务化运行，能够有效规范整合平台与各子系统成果，实现全景式水质达标形势研判、一体化风险联防联控，有效提升长江经济带水环境综合管理能力。

三峡库区水环境治理管理系统助力水质管理目标实现

2016年1月，在重庆市召开的推动长江经济带发展座谈会为长江治理开出了治本良方，提出要“共抓大保护、不搞大开发”，走“生态优先，绿色发展”之路。

三峡工程作为世界上最大的水利枢纽工程，在防洪、发电、航运、水资源调度等方面发挥了巨大的综合效益。三峡水库作为我国重要的战略淡水资源库，维系着长江中下游生态环境健康和国家供水安全。“十一五”和“十二五”期间，国家水专项在三峡库区流域布置了 12个课题，围绕深大水库水质目标管理，开展了一系列创新研究，构建了三峡水库流域污染负荷解析及环境风险预测预警模型，定量解析了三峡水库环境问题及污染源强特征，提出了三峡水库污染物总量控制方案和水安全保障对策，完成了次级支流污染负荷削减、消落带生态保护与水环境治理、流域生态屏障带建设及面源控制、小流域磷污染综合治理、支流水华及控藻等20多项关键技术的突破及规模化工程示范，形成了改善水环境的水库群联合调度、水生态环境感知技术系统及业务化运行平台。

“十三五”期间，由中国水利水电科学研究院水生态环境研究所承担的“基于水质目标管理技术业务化应用的三峡库区流域管理平台（2017ZX07301006005）”子课题，以三峡库区水生态环境问题为导向，结合课题组长期在三峡库区系统研究的优势，在充分调研和收集“十一五”“十二五”国家水专项三峡库区流域水质管理成果的基础上，对库区水功能分区、污染总量控制、水生态变化预测等技术的科学水平及应用效果开展评估，进一步验证和优化了三峡库区环境管理目标制定的关键支撑技术，通过整合集成三峡库区水质模型和其他相关技术，提升了自动传感器的测量精度和稳定性，校核了核心模型的参数，对水生态环境安全感知信息化和预测预警平台进行了升级，水质和水生态预测精度提高了10%，基本实现了平台的业务化运行，有力支撑了流域水质管理目标技术在三峡库区流域的应用示范。

■ 流域水环境模型评估验证关键技术研发与验证

针对水环境模型日益广泛应用于流域水质目标管理潜在的决策风险，课题系统开展了流域水环境模型评估验证关键技术与验证系统研究，促进我国水环境模型应用的规范化、标准化和本地化。课题调研和分析了我国流域水环境模型应用于流域水质目标管理及决策的实际需求，针对模型类型、决策功能等特征，提出结构特征、数据质量、模拟性能、决策功能等技术要求；研究流域水环境模型评估验证关键技术，建立技术清单，开发关键共性技术的计算机程序和工具箱；建立标准化的流域水环境模型评估验证技术应用流程，形成相关技术指南。

课题在长江典型流域和洱海流域应用模型评估验证技术框架，对受试模型的适用对象和条件、参数可识别性和取值合理性、模拟结果的不确定性、适宜的决策支持功能等进行功能性认定，提出输入数据、参数率定、模拟精度等模型应用的技术要求；评估受试模型对于不同水环境特征和监测数据条件的适用性以及相应的模型应用技术要求，同时提出受试模型对不同水环境应用的本地化参数取值建议。

课题研究建立了流域水环境模型评估验证的测试案例库以及受试模型的技术文档库；集成模型评估验证技术工具箱、模型测试案例库、受试模型技术文档库等核心组件，开发与流域水环境模型评估验证技术指南相匹配的验证系统，实现模型开发者、评估技术人员、管理部门等不同用户间的动态交互；通过国内外典型水环境模型的评估验证，测试和完善验证系统的功能；编制流域水环境模型验证系统使用手册，已实现业务化运行。

■ 洱海流域水专项成果评估与水质目标管理技术集成平台业务化应用

尽管洱海在水环境管理方面不断创新，但仍未形成洱海水质目标管理体系。针对目前已有水环境管理平台信息传输及数据共享不全面、水华联防联控能力不足、已有工程评估管理不到位等问题，课题以洱海流域为典型示范区之一，开展基于水质目标管理技术业务化应用的洱海流域管理平台优化升级，为地方科学治湖、精准施策提供技术支撑。

构建技术体系，强化成果推广

课题组在现有水质目标管理技术及示范应用分析的基础上，从经济、环境、社会三方面对水专项实施效果进行了评估，同时围绕富营养化初期湖泊水质目标管理的技术需求，按照“水质改善、污染源信息化-重点工程优化-蓝藻水华动态监控”的思路，优选适用于洱海的治理及管理技术进行集成，补充了现有技术库及管理手段，为洱海今后的保护治理提供了技术支持和决策依据。

实施长效保护，践行绿色发展

结合富营养化初期湖泊特点，课题组围绕流域功能定位，系统梳理洱海流域目前面临的主要环境问题及保护治理需求，科学统筹发展与保护、区域与流域、当前与长远、水环境与水生态，从空间管控优化、产业结构调控、水资源统筹管理、污染源系统控制、生态修复与保护、流域综合监管等方面，分期、分区提出水环境保护具体措施，为洱海流域的绿色发展和水生态环境保护提供助力。

优化管理平台，助力精准管理

课题组在洱海已建平台的基础上，针对管理决策缺少定量分析、水华联防联控能力不足等问题，有效整合水专项取得的相关成果和监测数据，开展陆域污染负荷核算、湖泊泥水界面营养盐迁移转化规律研究、浮游动植物相互关系研究等，为多手段进行洱海蓝藻水华预警提供了关键参数，支撑了平台蓝藻水华预报预警的的业务化运行，提升了流域智能监管水平。

■ 课题成果技术带来多重效益

课题负责人介绍：课题围绕长江经济带水质目标管理的技术需求，研发了长江经济带水生态功能分区、水环境基准标准、排污许可管理、水污染防治最佳可行技术，构建了水环境风险预测预警等管理系统，建立了系统化、数字化、标准化的长江经济带水质目标管理平台。课题重点解决了三大关键技术问题：适用于长江经济带特征和差异化需求的水质目标管理技术组合与成套化模式配套技术；涵盖流域面源模型、河流与湖库水环境模型等的流域水环境模型评估验证系统；基于“互联网+”与大数据耦合的区域/流域水质目标管理平台构建等关键技术。

课题以典型区域/流域水质目标管理技术体系集成与平台建设为核心成果，主要构建了3个平台：长江经济带水质目标管理业务化平台；流域水环境模型验证系统；通过对洱海流域现有平台的优化升级，形成基于流域水质目标管理技术应用的业务化平台。

课题通过集成十大流域六大水环境管理技术，直接为各流域水环境污染提供全面的关键技术支撑，有利于引导建设资金的合理使用；课题构建的长江经济带水质目标管理业务化平台，将有效促进长江经济带水质目标管理技术体系的系统化、科学化、法制化、精细化和信息化，推进长江经济带跨部门、跨区域、跨流域监管与应急协调联动机制建设，实现省际环境风险与应急大数据的共享与综合应用。

课题相关研究成果的推广意义重大，各类成果可应用于国内其他水系的污染综合防治及水质管理，有利推动水污染综合防治和水质目标管理的科技进步，降低水质目标管理成本。

通过课题实施，对“十一五”和“十二五”期间建立的多个流域水环境管理平台进行了优化和升级，并通过构建长江经济带水质目标管理业务化平台，大大提升沿江各省市水污染防治行政执法能力、整体监管能力和水污染事故应急能力，促进流域水环境质量改善，推动环境保护工作的历史性转变。

课题促进了区域水污染物削减，水生态环境向良好趋势转变，生物多样性得到恢复。课题提高了“十三五”期间流域水污染治理与水环境改善的综合效果，带动边境地区社会、经济、环境的可协调发展。课题建立了适合区域/流域特色的水质目标管理关键技术体系，为构建水污染控制和水环境管理技术体系奠定了科学基础。

崔爽