基于“源-流-汇”的非常规水源补给河流水质改善与水生态修复专刊序言

北运河是北京市重要的绿色生态走廊，贯穿联络京津冀协同发展多个关键节点.北运河主要由来自于城市污水处理厂排水等非常规水源补给，其水环境治理和水生态修复不仅是支撑京津冀生态文明建设的核心，而且是支撑北京城市副中心等重点区域水生态环境改善的重要环节.本专刊是国家水专项"北运河项目"团队近年来科研成果的总结，从"源-流-汇"全过程污染防控的角度出发，在"源削减"-多源污染防控、"流改善"-河流水质改善与生态修复、"汇景观"-库区水质改善与生态修复三个方面对研究和实践进行了梳理总结，以期为北运河流域绿色生态廊道构建提供科技支撑.     

北京城区典型内涝积水原因诊断研究——以上清桥区域为例

近年来城市暴雨频发导致内涝灾害广受关注,系统分析城市内涝原因是当前城市水文研究的热点和难点。论文以北京市典型积水点上清桥易积水区为例,基于排水管网、地形、下垫面、河道边界等数据构建研究区精细化洪涝模型,并以2012年“7·21”和2016年“7·20”两场典型暴雨的实测积水深度验证模型的适用性。结果表明,上清桥区域管网现状排水能力小于1 a一遇,当发生1 a一遇及以上设计降雨时上清桥有发生积水的风险。引起研究区积水频发主要有四方面因素,按主次关系排列：局部地势因素>管网因素>下垫面因素>河道顶托,最后基于分析结果系统提出解决上清桥区域积水的改造方案。     

永定河(北京段)生态修复工程运行管理机制研究

在充分调查永定河生态修复运行管理现状的基础上,以阈值跃迁、适应性管理为指导,对现有运行管理现状及存在问题进行深入分析。研究发现目前运行管理存在缺乏理论指导,管理权责不明晰,资金来源不明确以及生态监测体系、原水买卖平台缺失等问题。为实现运行管理目标,研究提出从构建基于适应性管理的流域委员会管理模式、确定管理机构权责、管理资金配置及建立生态修复管理评估体系4个方面完善运行管理机制,为永定河生态修复工程的运行管理及北方缺水城市的水生态修复工程运行管理提供参考与借鉴。     

农村典型河道劣Ⅴ类水体治理熵增抑制效果评估

随着城市化快速推进,农村污水处理设施建设严重滞后,部分污水直接溢流入河所造成的水体污染及环境恶化问题日益突出。控源截污并收集处理是劣Ⅴ类水体源头治理的最重要手段。研究分析了农村典型河道水体劣Ⅴ类成因,对农村污水处理设施进行扩容及升级改造,并引入熵的理念解析了有机物、氮磷削减对水环境的影响及减排效果。800 m³/d规模农村污水处理设施升级改造到1800 m³/d后可有效改善典型河道水体环境,减少的年熵增为9.80×10⁷ kJ/K。河流水环境、水生态生态系统稳定需要熵增-逆熵增过程中保持相对平衡,熵增评估对污水厂升级改造及溢流污染治理有一定的现实意义。在国家碳排放、碳中和、劣Ⅴ类水体治理的大背景下,熵概念下的可持续污水处理有望会成为新技术评估的发展方向。     

基于不同赋权方法的北运河上游潜在非点源污染风险时空变化特征分析

非点源污染已成为影响水生态环境和人类健康的重要因素之一,而解析非点源污染风险时空变化特征是非点源污染治理的重要前提.基于1980~2020年土地利用数据,采用潜在非点源污染指数（potential non-point pollution index,PNPI）模型探究基于不同赋权方法的北运河上游潜在非点源污染风险时空变化特征.结果表明：①流域潜在非点源污染风险呈东南部高西北部低的空间特征.研究时序内流域潜在非点源污染极高和高风险区面积呈减少趋势,极高和高风险区主要土地利用类型由旱地、水田和果园逐渐变为城镇用地和农村居民地.②均方差决策法、熵值法、变异系数法和专家打分法均得出土地利用指标权重最大,平均权重分别为0.46、0.53、0.45和0.48,而不同赋权方法确定的径流指标和距离指标权重差异较大,得出的各非点源污染风险等级区的面积占比差异也较大.③指数函数法通过构建土地利用指标、径流指标和距离指标的指数函数描述源因子与运输因子之间的关系,输出结果更符合流域非点源污染风险空间分布特征,极低和极高风险区面积占比分别为54.22%和6.23%.以上结果可为流域非点源污染风险分析及治理提供科学参考.     

北京市中坝河底泥污染特征及生态风险评价

为探索北运河流域污染底泥土地利用的可能性,以中坝河为例开展了底泥污染特征分析及溯源,依据内梅罗污染指数法和潜在生态风险危害指数法分别开展底泥氮磷污染和重金属生态风险评价,给出了中坝河底泥土地利用建议.结果表明,中坝河底泥呈弱碱性,有机质、氮磷均值分别为33.11、759.94和1295.21 mg·kg^-1,变异系数分别为73%、29%和85%,说明有机质和全氮沿河道分布不均匀.8种重金属中除As外均超过北京土壤背景值,说明底泥存在重金属累积.Pearson相关性和主成分分析表明,受周边工业和生活污水影响,污染物在河道中下游存在累积.底泥氮磷污染评价结果显示河道下游氮磷污染最重.重金属潜在生态风险危害系数表明,中坝河底泥Cd为强污染,Hg中等污染,RI值分别为116和46,其他重金属为轻度污染.S4和S5 RI分别为344和374,为强污染,其他点位为中等或轻污染,整条河道RI为170,为中等污染级别.总体而言,中坝河底泥肥力较好,风险可控,建议施用于道路绿化带、工厂附属绿地等有潜在污染源的绿/林地或防护林等与人接触较少的绿/林地.     

北沙河上游流域氮、磷污染风险空间分布特征解析

非点源污染是全球水环境污染治理面临的严峻挑战之一,氮（N）、磷（P）污染是非点源污染重要的组成部分,解析N、P污染风险空间分布特征是非点源污染治理的关键.本研究以北沙河上游流域为例,采用输出系数法综合估算区域不同土地利用类型、畜禽养殖和居民生活的N、P污染负荷,将其视为污染源因子指标以替代潜在非点源污染指数（Potential Non-point Pollution Indicator,PNPI）模型中的土地利用指标,利用改进后的PNPI模型解析该流域N、P污染风险空间分布特征.结果表明：(1)研究区N、P污染风险皆呈东南部居民区高、西北部山区低的空间分布特征;(2)P污染主要源自居民生活,N污染主要源自土地利用输出,各土地利用类型中耕地输出的N、P污染量最多;(3)N、P污染极低风险区面积占比最大,面积占比分别为59%和56%,极高风险区面积占比最小,分别为5%和3%.研究结果有望为北沙河上游流域非点源N、P污染防治提供依据,为流域综合治理提供参考.     

基于多约束条件下分散污水处理设施建设模式研究与实践

乡村污水治理随着美丽乡村建设的逐年深入,建管成本和运行效果等多方面考虑因素已经逐渐作为污水处理设施建设的主要因素之一,农村污水处理分散与集中模式选择作为影响建管成本和运行效果的重要因素也成为了焦点领域.本研究成果采用综合评价方法,选取污水处理设施建设运营全寿命周期、设施建设难易程度及管理难易程度等因素,建立基于多约束条件下分散污水处理设施建设模式分析算法,建立了污水处理设施建设运营成本数据库,实现了设施建设运营成本自动计算.此模型算法应用于美丽乡村污水建设模式选择中,从乡镇尺度解决了农村污水“收集与分散”的问题,为加快推进通州区美丽乡村建设、乡村人居环境改善以及乡村振兴战略实施提供技术支撑.     

永定河生态复苏的生动实践与经验启示

河湖生态复苏工作是生态文明建设的重大任务和根本要求。北京市坚持全面贯彻新发展理念,在水生态治理实践中,以恢复、保护为原则,以统筹、协同为方法,以民情、民生为宗旨,自觉站在人与自然和谐共生的高度进行系统施治,推进永定河复苏行动,因地制宜开展生态文明建设的创新实践。本研究立足首都城市战略定位,从京津冀协同发展、首都生态文明建设和超大城市治理角度,论述了永定河生态复苏的治理模式、显著成效和经验启示,为推动治水高质量发展提供实施路径。     

北运河水体、沉积物和鱼类中微塑料的分布特征研究

河流水体的微塑料污染已引起国内外的广泛关注,但对人类活动影响显著的城市排水河道不同水期多环境介质中的微塑料污染研究相对较少。为揭示城市排水河道微塑料分布规律,以北京市北运河水体为例,基于汛期和非汛期北运河表层水、沉积物和鱼类样品,分析统计了不同种类微塑料的时空分布特征,讨论了组成特征差异,揭示了北运河微塑料的主要来源。结果表明,北运河表层水中微塑料丰度为4.90-22.1 items·L^-1(汛期)和3.10-14.8 items·L^-1(非汛期);沉积物中微塑料丰度为0.74×10³-2.88×10³ items·kg^-1(汛期)和0.16×10³-1.69×10³ items·kg^-1(非汛期);鱼类肠道内微塑料的丰度为0.33-3.33 items·ind^-1。与国内外其他河流对比,北运河水体和沉积物的微塑料污染处于中等水平,鱼类微塑料污染程度较低。时间尺度上,表层水和沉积物中微塑料丰...