非常规水源补给的城市河道型水库水质改善与水生态修复专栏序言

沙河水库是北运河上游水系重要的节点和多源污染的重要聚集处.基于国家水专项北运河项目的“源-流-汇”全过程污染防控思路,沙河水库课题以改善水环境质量、提升水生态功能为目标,统筹“水环境、水资源、水生态和水动力”,识别和诊断其主要问题,研发与集成面向沙河水库的水环境质量改善与水生态修复关键技术;通过水位调控和工程示范,形成了适于非常规水源补给的城市河道型水库水质改善与水生态修复综合集成技术,支撑了沙河水库水环境质量改善及水生态修复综合示范区建设,促进了沙河水库水质改善和水生态功能提升,并支撑“北京市昌平区沙河湿地公园”项目获得了北京市发展和改革委员会批复立项.     

基于小流域山水林田湖草一体化保护修复的北运河上游生态修复专栏序言

北运河上游流域(沙河水库以上)地处山区源头和城乡结合部过渡区,面临着农业和村镇面源污染风险、河沟道生态系统退化等问题,其水环境治理和水生态修复是北运河流域水生态环境改善的重要环节.本专栏是"北运河项目"中"北运河上游水环境治理与水生态修复综合示范"课题团队近年来的代表性科研成果,遵循以小流域为单元的山水林田湖草一体化保...     

北运河系地表水近10年来水质变化及影响因素分析

北运河系为北京市区最重要的排水系统,其水质优劣对城市环境及下游地区有着重要影响,通过2001～2010年间地表水的监测数据、水资源量的统计数据、社会经济的统计数据以及污水处理厂的监测数据来分析影响北运河系水质的原因.结果表明,北运河各排水支流水质均较差,主要污染指标为耗氧型有机污染物及NH4+-N等,丰水期水质好于枯水期,凉水河、温榆河、通惠河等支流的水质严重影响着北运河的水质;北运河系各河段水质在2006年后出现好转,但2006～2010年之间污染指标浓度稳定在Ⅴ类标准以上,水质的进一步改善变得困难;经济的发展、人口的增加对北京市水环境造成了巨大的压力,是造成水质难以彻底改善的主要原因之一;缺少生态补水是河系水质较差的主要原因,降水可以缓解污染,却与地表水径流造成的非点源污染形成矛盾,但对北运河来说,降水仍起到了稀释作用;污水处理率的提高改善了水质,但进一步的水质改善还需要提高污水处理效率,尤其是郊区污水处理率.     

论浅水湖泊中的水固交错带与科学清淤规划——以雄安新区白洋淀为例

本文从雄安新区白洋淀科学清淤规划的重要性入手，提出水固交错带这一新型生态交错带研究的理念.重点关注由于沉积物形成过程和结构不同导致的污染物在水相、固相和气相及在水-固界面和水-气界面等区域的地球化学循环过程与机制的差异，以及与其对应的特异性水生态和底栖生态修复理念与设计.基于这一理念，结合白洋淀内源污染治理的需求，进一步提出了"基于弹性机制的生态空间重构"的工作设想.以此抛砖引玉，深入探讨沉积物-水微界面过程机制，以及相应的特殊宏观生态效应与污染控制，推动环境水质学领域的研究与发展.     

“十二五”太湖富营养化控制与治理研究思路及重点

在总结“十一五”太湖富营养化治理成效、存在问题的基础上,提出“十二五”期间水体污染控制与治理科技重大专项太湖富营养化控制与治理项目的总体设计思路. 项目以综合示范区水质改善为目标,重点研发园区化乡镇企业工业废水中难降解含氮、磷有机物的深度削减技术,农田种植业和农村分散式生活污水的控源减排技术,“湖荡湿地-入湖河流-湖滨缓冲带”为一体的生态拦截与修复技术;以湖泊水生态安全保障为目标,研发湖泛与水华灾害应急处置技术及建立水资源优化调度决策平台. 选择太湖流域重污染型竺山湾小流域、面源污染主控型苕溪小流域和城市化型太湖新城三大典型综合示范区,通过控源减排和生态修复关键技术的研发、集成和综合实施,实现综合示范区污染负荷得到有效控制、示范区水环境质量得到改善和规模化蓝藻水华发生得到有效控制的目标.      

1980-2015年北运河流域土地利用时空变异及其对生态服务价值的影响

北运河纵贯京津冀地区,是京津冀大都市圈重要的生态环境保护屏障.本研究基于1980—2015年北运河流域Landsat-MSS/TM/ETM遥感影像解译数据研究了流域土地利用变化特征,估算了这些变化对流域生态服务价值的影响.结果表明,1980—2015年北运河流域耕地面积下降了22.64%,主要转向城镇用地,其次为林地和水体;城镇用地面积增加了25.59%,耕地、林地和水体是其面积增加来源;以2000年为拐点,林地和水体面积先增加后逐渐减少,综合土地利用变化速度显示2000—2015年明显高于1980—2000年.1980—2015年北运河流域土地利用总生态服务价值经历先增加后减少、总体减少的过程,损失82.84×10⁸元;各类生态服务价值变化趋势与土地利用类型变化趋势一致,城镇和水体的贡献率最大,并且是北运河流域生态服务价值变化的主要贡献因子和敏感因子.     

北运河流域沙河水库的浮游生物群落特征分析

北运河是北京市最重要的排水河道,近年来流域综合治理工作使得其生态环境逐步得到改善.为掌握北运河生态环境的改善状况,本研究于2018年5月—2019年7月基于北运河上游重要节点的沙河水库开展了水生态调查,并通过文献调研,系统对比了近年来北运河水质改善状况.实地调查结果发现,沙河库区及其上下游（以下简称为沙河）浮游植物的主要组成为绿藻门（Chlorophyta）和硅藻门（Bacillariophyta）,Shannon-Wiener多样性指数表明沙河水质处于中污染状态;沙河浮游动物主要组成部分为原生动物和轮虫,浮游动物丰度的季节性差异明显.冗余分析结果显示,化学需氧量与浮游生物丰度显著相关（p<0.01）.基于文献调研的结果表明,北运河的水质经历了"污染-污染加剧-污染遏制"的过程,且北运河的污染治理工作在2015年已见成效,浮游生物的变化也佐证了这一过程.但目前沙河化学需氧量和总氮、总磷浓度仍然无法达到水功能区划的要求.因此,未来可通过加强非点源污染的治理、强化污水处理厂脱氮处理工艺等措施进一步改善北运河污染状况.     

强降雨对北运河流域沙河水库水质的影响

随着北运河点源污染逐步得到有效治理,汛期面源污染成为北运河水质不达标的主要影响因素,而现阶段有关强降雨对北运河上游水质的影响研究尚匮乏.本文以北运河上游沙河水库为研究对象,开展了单场强降雨对北运河上游水质的影响研究.在强降雨后（降雨量达53.8 mm·d^-1）开展连续6 d跟踪采样,并对比强降雨前后该库区的水质监测数据,系统解析了强降雨对北运河上游水质的影响特征.结果表明,库区水质基本达到IV类水质标准（GB3838-2002）,总磷是雨后影响库区水质的主要因素.南沙河污染和富营养化程度严重,严重超出IV类水质标准,是主要的汇入污染源.再生水厂出水是库区水质硝态氮的主要贡献来源.汛期单次降水不会引起水质的显著恶化,大部分水质指标于3~4 d后降低,4~6 d逐渐恢复到降雨前水质,并趋于稳定.     

旁路离线河流净化器技术与系统在温榆河修复中的应用研究

基于自然的修复理念,本研究开发了"旁路离线河流净化器技术与系统",并以温榆河支流龙道河为研究对象,设计并建设了罗马东湖"塘-湿地系统"和龙道河拟自然河道工程.结果表明,该技术与系统可明显改善水质和生物生境,COD、氨氮和总氮平均浓度由（71.86±14.94）、（10.70±1.20）、（16.14±1.37）mg·L^-1降低到（47.59±6.13）、（1.17±0.27）、（3.65±1.73）mg·L^-1,平均削减率分别为31.8%、89.5%和77.4%,氨氮由劣Ⅴ类提升至Ⅳ类标准.龙道河生境质量评分由"一般"等级（94分）提升至"好"等级（151分）.该技术与系统具有不改变干流河道原有状态、不影响干流防洪、水质净化和生态恢复效果好等优点,适于支流丰富、排水灌渠密集或坑塘发达的污染河流生态治理与生态修复.     

滇池沿湖地区农田污染生态控制关键技术研究

针对滇池沿湖地区农田面源污染的特点,结合种植生产实际情况,在分析已有研究成果的基础上,按照源-流-汇系统控制的思路,在滇池沿湖地区开展了大颗粒肥料加工施用技术;生物覆盖保护性栽培技术;沟-基-塘系统三项试验研究。实验表明生态控制技术对农田地表径流污染综合负荷TN、TN、CODCr和SS的平均去除率分别达到54.14%～59.78%、66.86%～69.45%、42.20%～62.74%和48.83%～76.41%。生态控制技术的集成研究应用对于滇池沿湖地区生态农业发展和农田面源污染防控具有良好的作用。     

感潮河网降雨径流污染空间分析与模拟

为了探究茅洲河流域感潮河网面源污染空间分布特征和降雨径流污染规律,基于空间分析、统计分析与流域水动力-水质耦合模拟方法,对典型降雨情景下河网水质情况进行模拟分析,提出基于水质改善目标的生态补水点位空间布局优化策略.研究表明,层次聚类凝聚算法和K-均值法迭代组合可以较好地实现面源污染分级与分类;茅洲河各支流中,石岩渠、松岗河中上游等河道（段）由于面源污染负荷相对较高且缺乏生态补水,雨后水质恢复缓慢;基于补水总量不变原则,对生态补水方案进行局部优化,优化结果可使雨后受污染重点河道（段）水质恢复速度加快一倍以上,提高了流域水质的整体稳定性.研究结论可为进一步认识茅洲河流域水污染特征、实现流域水环境精细化管理提供支撑.     

蒲河水生态特征与修复对策研究

文章基于蒲河水生态功能三级分区建设目标,对蒲河流域水生态特征和受控因素进行了解析,探讨了具有北方地域特征河流的水生态修复对策和途径,总结了河道污染控制与水质改善实用技术的研发方向和应用的前景,为突破城市河流水生态修复的瓶颈问题提供了依据和技术支持。     

温榆河氨氮污染控制措施的效果模拟

以城市退水为主要补给水源的北京市温榆河呈现以氨氮(18.68 mg·L-1)污染为主的特征.针对温榆河的水质改善需求,本研究以氨氮为目标污染物,采用QUAL2K河流水质模型和情景分析方法,对温榆河污染防治与水质改善措施的效果进行量化评估.模拟结果表明,提高污水厂的处理量和排放标准是改善温榆河水质的关键,可降低温榆河北关闸断面氨氮浓度29.66％;建设旁路离线河流净化器可削减5.57％的氨氮污染,是温榆河水质改善的有效措施.本研究提出的包括改善上游来水水质、干流截污、支流污染控制、污水厂提标改造、建设旁路离线河流净化器和生态河道等措施在内的综合实施方案,可使得温榆河的水质全程达到地表水V类标准.     

京津冀地区地下水污染防治现状、问题及科技发展对策

地下水作为京津冀地区重要的战略水资源和饮用水源,其超采问题和环境质量恶化趋势一直未能得到有效遏制,严重危及该区域饮用水安全与可持续发展.为加快我国生态文明建设,落实《水污染防治行动计划》等国家重点战略,围绕改善京津冀地区地下水环境质量现状目标,分析了京津冀地区地下水环境存在的四点主要问题:①地下水污染严重,缺乏科学的风险管控与污染防治策略;②地下水污染源点多面广,污染监管体系亟待完善;③地下水污染分类治理技术集成创新与工程示范亟待开展;④地下水超采问题突出,迫切需要研发地下水安全回补技术.在此基础上,系统地梳理了京津冀地区已有的地下水环境管理基础,并提出“十三五”期间京津冀地区地下水污染防治的4个研究方向:①开展地下水污染特征识别与系统防治研究,完善京津冀地区地下水污染防治顶层设计;②突破地下水污染精确识别与优化监测技术,提升京津冀地区地下水环境监管能力;③研发技术经济最优的源头阻控与污染修复成套技术,提升污染场地地下水修复治理能力;④开展回补区适宜性与环境风险评估,建立协同高效的安全回补技术体系.研究成果可为提升京津冀地区的地下水环境质量管理水平、保障京津冀地区饮用水安全提供技术与管理支撑.      

面向水环境现代化治理的绩效评估与优先区识别——以九龙江流域-厦门湾为例

以福建省九龙江流域-厦门湾为例,构建了水环境治理绩效评估框架进行综合评估.结果显示,2011~2018年九龙江流域-厦门湾的水环境治理经历3个阶段,治理水平逐步上升,但存在陆源氮磷输入控制有待进一步加强、自然海岸生态修复亟需统筹等问题.结合InVEST模型、克里金插值等方法,借助污染物“源-汇”空间分析手段识别治理优先区,发现厦门岛排污口为氮磷输出主要点污染源、流域东南区域为主要面污染源,而厦门湾西海域是承接污染物的主汇区.进而提出源汇空间绩效科学评估、陆海统筹社会-生态系统监测与管理、适应自然的生态工程解决方案等现代化治理对策.     

中国南北方城市河流生态修复技术差异性特征

城市河流具有防洪排涝、供水、生态、景观和文化等多重经济、社会功能,也是受人类作用影响较大的区域。目前针对中国河流生态修复工程的系统归纳与梳理,尤其针对南方和北方城市河流的地区差异性,及适应于各自区域特征的生态修复工程的系统对比和总结比较匮乏。针对这一问题,通过文献梳理和工程实践总结,对城市河流生态修复技术进行了梳理和分类,从城市河流的自然条件、污染以及普遍的治理思路上分析南方和北方城市河流具有的差异性特征。对南方和北方城市河流生态修复中的共性技术进行了陈述,详细分析了南北方应用的生态修复技术中,具有差异化的调水改善水环境、生态护岸、人工湿地和人工浮床4项技术的适用性及应用条件。最后对目前城市河流修复工作存在的问题进行了总结,并提出了相应建议。     

白龟湖水源保护区生态修复技术研究

白龟湖水源保护区是南水北调中线工程的调蓄湖泊,是平顶山市区重要饮用水源地.针对水源保护区生态特征及存在的主要生态问题,提出构建入库河流生态修复、上游流域水土保持、河口人工浮岛、库区水体生物链、人工湿地及生态驳岸复合水生态系统等生态修复技术,为白龟湖水源保护区生态环境保护和改善以及饮水安全保障提供重要技术支撑.通过生态修复工程的实施,可使白龟湖水源保护区水质得到有效的保护,实现城市饮用水水质稳定达标.     

河流渠化问题分析与对策研究

河流渠化是现代人类出于防洪排涝、污染治理和绿化美化等一己之目的对河流的改造活动.从生态系统的观点出发,对河流的纵向、横向、垂向与时序变化四个维度进行分析,提炼出中国北方健康中小河流的生态特征,分析了河流渠化造成的生态、经济和社会灾难,认识到生态灾难的根源在于人类中心主义的谬误.在此基础上,从生态修复的角度入手,提出遵循河流自身规律的河流渠化解决之道,在河流与人类和谐共处的前提下,改善其生态完整性和可持续性,建议开展广泛的接近自然的河流治理新模式.     

北运河北京段水生态承载力研究及关键控制要素识别

北运河水系一直存在水资源缺乏、水环境污染、水生态功能不足等问题,未来北京市副中心高标准建设的加速还会增加流域的生态环境负担.因此需明确北运河北京段水生态承载力的时空变化特征,识别其关键控制要素,提升水生态承载力以满足区域发展需求.本文从水资源、水环境、水生态3个方面构建区域水生态承载力评价指标体系,收集1995-2018年北运河北京段的评价指标数据,运用熵权法确定指标权重,分析北运河北京段的水生态承载力状况及关键控制要素.结果表明:1995-2015年,北运河北京段整体处于超载或临界超载状态,2018年水生态承载力有所提升,达到安全承载状态;各子流域间水生态承载力差异显著,其中,位于北运河上游的沙河子流域在1995-2000年处于安全承载状态,在2005-2018年处于临界超载状态,水生态承载状态相对较好,但仍有改善的空间;1995-2018年,清河、温榆河和凉水河等子流域水生态承载状态处于超载状态,水生态承载状态相对较差,需加大水生态承载力提升力度;影响区域水生态承载力的关键要素为河岸带林草覆盖率,其次水环境质量也对水生态承载力具有重要影响.研究显示,北运河北京段水生态承载力的提升需在改善区域生态环境状况的同时加强对水资源的综合利用.      

北京河流水污染现状分析研究

通过总结近年来北京河流中氮磷、有机质和重金属等方面的研究成果,结果表明北运河水系各河段水质均较差,劣Ⅴ类水质的河流长度超过80％,城市河流污染特征明显,主要污染指标为耗氧型有机污染物和氨氮,重金属污染较轻,悬浮物中的重金属占较大的比重;永定河水系枯水期氮污染较重,主要是硝态氮超标,以颗粒态磷为主要形式的磷污染较轻,重金属含量大都低于地表水Ⅲ类标准;潮白河水系水质较好,各水质指标除个别断面外大都满足中Ⅲ类水标准,重金属含量大都符合Ⅰ～Ⅲ类水标准。