王浩：基于生态海绵流域理念的水污染防治

中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室报告人：王浩2016年7月1日福建宁德提纲1、生态海绵流域理念2、生态海绵流域水污染防治框架3、对福建省万里安全生态水系建设的认识生态海绵流域由中国水资源战略研究会蔡其华理事长在2016年3月22日举办的“国家水安全战略研究论坛”首先提出。1、生态海绵流域理念生态海绵流域建设是以流域水循环多过程为主线，充分发挥流域对水循环的天然调节作用；规范人类水土资源开发活动，减少对自然水循环的扰动；系统布局地表灰色基础设施（水库、堤防、渠系、泵站、水井等）与绿色基础设施（林草地、湿地等），建设土壤水库和地下水水库；融合现代信息技术的新进展，实现地表-土壤-地下多过程、水量-水质-泥沙-水生态的联合调控，最大限度实现“去极值化”，系统解决流域水问题。1.1生态海绵流域基本内涵流域是以分水岭为界所覆盖的区域，以及由水系构成的集水区。流域是水问题研究和治水的基本单元。北京547条小流域海河3067个五级流域密云蛇鱼川小流域全国九大流域流域是治水的完整单元1.2治水需遵循流域水循环系统演变规律流域水循环是在太阳能与各类势能的驱动下，水分在垂向和水平向连续转化、运移和交替，在循环过程中具有更新水资源、净化环境与维持生态系统完整三大基本功能，治水的基本目标就是要维护水循环三大基本功能。1.2治水需遵循流域水循环系统演变规律1.2治水需遵循流域水循环系统演变规律以增温为背景的气候变化和以竞争性用水、用地为特征的人类活动影响，水循环及其伴生过程间的多向反馈作用发生1181.7不透水面上的蒸发24.6总蒸发量1719.2地表截流蒸发512.9地下水开采量223.9总入渗量1441.9入渗补给地下水水量269.8河川基流量78.1壤中流5.4农业取水94.2城市取水27.7了显著变化，是水资源、水环境与水生态问题形成演化的共同根源。水问题不论其表现形式如何，都可归结为流域水循环分项或伴生过程导致的失衡问题，治水需遵循流域水循环系统的演变规律。在现代强烈人类活动作用下，水循环呈现“自然-社会”二元特征，治水的核心就是调控社会水循环过程，维持自然与社会水循环的平衡。1.3治水核心是维持自然与社会水循环的平衡流域水循环调控的核心就是促进自然水循环和社会水循环融洽、互补。自然水循环的极值性与人类需求的均匀性存在矛盾自然水循环的天然分布与社会水循环生产力布局不匹配1.3治水核心是维持自然与社会水循环的平衡然自环循水会社环循水降低极值过程加强匹配过程增强产水能力分散能量降低峰值增加枯季径流限制污染排放限制取水控制土地利用节约用水减少对自然水循环的干扰1.3治水核心是维持自然与社会水循环的平衡1.4生态海绵流域建设的总体思路生态海绵流域建设的总体思路是要采用“层层剥笋”，从“绿色”到“灰色”，从坡面到河道，对于流域的水循环调节能力进行配置、建设与运维。从绿色到灰色:依次进行绿色基础设施、土壤水库和地下水库对水量和水质的调节潜力的评价，结合流域水安全和生态安全对水循环调节能力的需求，对各建设路径的调节能力进行配置，进而提出针对性的建设模式与措施。从坡面到河道：遵循流域产汇流规律、泥沙与污染物的产生与迁移转化规律，先对坡面调节能力进行配置与建设，实现层层拦截、利用或调节；进而结合河湖自然演变规律，进行水系整治与调节能力建设。1.4生态海绵流域建设的总体思路1.5生态海绵流域建设的主要任务地表绿色基础设施优化布局与建设土壤水库（海绵田）建设与调节能力提升天然河湖整治与调节能力提升地下水库建设与调节能力提升灰色基础设施(水利工程）优化布局与建设海绵型城市建设管理与信息支撑能力建设(1)地表绿色基础设施优化布局与建设地表绿色基础设施对水循环具有良好的调节性能。国内外研究表明：森林植被覆盖率每提高1%，径流总量降低7-8%，洪峰流量降低3-5%，洪水过程坦化，枯季流量增加。地表绿色基础设施建设主要包括天然植被修复、天然湿地保育、防护性林草建设等结合流域水热条件与生态演变特征，进行土地的适宜性评价；结合流域生态完整性保护与生态服务功能（含水循环过程调节能力）需求，进行流域生态功能定位与格局优化结合功能定位和格局优化，开展生态修复与防护性林草建设就绿色基础设施对水循环多过程的调节潜力进行评价，并进行监控（2）土壤水库建设与调节能力提升土壤水库建设重点是提高耕地土壤蓄水保水能力，即“海绵田”建设。主要包括土壤质地改良、耕作方式调整等。合理调整耕作深度，“锄板底下有水”、“锄头自有三寸泽”结合土地流转，改良土质，客土互换，建设“壤土”田优化垄畦大小，垂直于坡向布置耕作沟等。河湖水系海绵体拓展河湖海绵体构建与连通蓄滞洪区海绵功能开发海绵体整合增加河流水系集蓄、滞留、承泄能力；在中下游建设生态缓冲带，在入河口恢复滩/湿地研究河湖连通的可能性及连通方案，提高城市水体流动性及调配灵活性在非汛期将蓄滞洪区作为特殊海绵体，发挥滞留、承泄、净化能力注意滨水功能的多样性和混合性，创造亲水活动空间，体现空间层次，错落有致河湖海绵体上拦、中蓄、下排。利用天然河湖，存蓄、排泄，分散、滞留，增大对社会水循环的适应性。（3）天然河湖整治与调节能力提升（4）地下水库建设与调节能力提升地下水库是一个便于开发和利用地下水的储水地区，具有多种功能，包括水的供给、储存、混合和输送。调蓄型开采漏斗型河谷型陆地岩溶型滨海岩溶型水利工程通过修建水库、塘坝，对水资源进行调蓄，以丰补枯，降低自然水循环的极值过程。（5）灰色基础设施(水利工程）优化布局与建设1.生态屋顶2.绿化建筑立面3.生态景观4.生态道路5.生态水池6.生态广场7.生态公园8.强渗透地面9.天然洼地蓄滞……0~8米8~30米30~50米（6）海绵型城市建设布设断面或监控点，实时监控划定天然海绵体河道、湖泊、湿地、坑塘、沟渠等的管理、保护范围对河湖管理范围和水利工程管理保护范围确权划界，界定涉水生态敏感区保护范围，提出保护措施分析岸坡地质条件及水文情势，对重要区域提出防护措施，设置警示标志保护现有海绵体确权划界及敏感区保护重要区域隔离防护划定河湖空间保护范围监测监控措施（7）管理与信息支撑能力建设水管理实施以流域为单元的系统治理实施全过程污染防控建立水环境目标倒逼机制2、生态海绵流域水污染防治的框架水污染问题在水里，原因在岸上。以流域为单元，进行水污染问题诊断，识别点源、面源、内源、外源贡献，评估河流环境承载能力，确定水污染排放控制总量，将排污总量层层分解，确定流域内区域允许排放的入河污染物量，最大程度减少对流域水循环过程的干扰。确定“生态修复、生态治理、生态保护”三道防线。1181.7不透水面上的蒸发24.6总蒸发量1719.2地表截流蒸发512.9地下水开采量223.9总入渗量1441.9入渗补给地下水水量269.8河川基流量78.1壤中流5.4农业取水94.2城市取水27.72.1水环境目标倒逼核算技术2.2全过程的水污染防控技术源头减排过程阻断末端治理构筑闭路循环系统，实现再生水利用、营养物质的循环利用，阻断污染物进入水体过程采用清洁生产技术与工艺，调整产业结构与产品结构，减少污染物的产生污水的物理、化学与生物处理、污泥处置与物质利用、水生态系统修复由传统以“末端治理”为主的思路，转变为重构经济发展模式、多尺度构筑反馈系统，从而最大化减少污染排放对流域水循环过程的干扰和冲击推动产业结构升级，推广清洁生产技术，加强社会水循环全过程高效利用。（1）源头减排关键技术（1）源头减排关键技术——源分离与清洁生产技术城市单元•城镇截污纳管，雨污分离；•实行污染物源头分离，营养物利用。粪尿分离大便器农村单元•农村生活污水收集再利用；•农村垃圾集中收集;•种植科学施肥用药，推广节水灌溉、有机农业、设施农业;•畜禽养殖实现规模化、工厂化;（1）源头减排关键技术——源分离与清洁生产技术工业单元工业水重复利用技术工业用水计量与快速堵漏修复技术热力与工艺系统节水技术工业废水减排循环利用技术1）循环用水系统、串联用水系统和回用水系统。2）冷凝回收利用及“零排放”技术。1）高精度过滤技术、汽水反冲洗技术、沉淀池排泥水的技术。2）超临界水处理、光化学处理1）新型工业计量仪表、限量水表和限时控制技术。2）高强度管材，快速堵漏检测修复技术。1）空气冷却技术、热联合技术、湿法脱硫技术等。2）锅炉优化用水技术、干式蒸馏、干式汽提等技术。（1）源头减排关键技术——源分离与清洁生产技术将小区居民生活废污水集中处理后，达到一定的标准回用于小区的绿化浇灌、车辆冲洗、道路冲洗、家庭坐便器冲洗等。（2）过程阻断关键技术——生活污染过程阻断灌溉-排水-湿地农田综合管理系统灌溉-排水-湿地农田综合管理系统。通过修建田间湿地，结合农田地下排水系统，实现农业灌溉水循环净化。灌溉水库湿地（2）过程阻断关键技术——农业污染过程阻断能源基地与产业园水源地园区污水厂取水管网煤炭煤化工石化建材等其他自来水厂地表水地下水配水管网雨水利用污水管网再生水居民区再生水管网雨水管网超纯水去离子水饮用水清洗水半导体芯片制造生物或制药工艺食品等化学原料等下一级的使用的水质要求较低，可采用上一级使用后的出水，形成污废水利用的多个产业链条治理回收资源污水回用回收能源（2）过程阻断关键技术——工业污染过程阻断分布式处理站采用生态建设方式，截留污水就地处理、就地补入水体。（2）过程阻断关键技术——分布式生态型污水处理出水好：准IV类水，透明度高；占地省：仅为传统污水厂占地的1/10，且可与社区零距离接触，无臭气，无噪音，选址易；运行省：耗电0.5度/t，运维0.5元/t，为传统的一半；投资省：节省长距离污水收集管道建设成本；利用易：零转输，利于生态补水。——基于自然完整的水系修复水质处理技术•物理方法清淤换水、人工增氧等•化学方法化学除藻、絮凝沉淀等•强化生物技术生物制剂、渗流生物膜净化床等•生态技术人工湿地、植物净化、土地过滤、稳定塘等（3）末端治理关键技术河湖生境重建技术-河滩生境湿地河滩地湿地植物配置模式河滩植物配置模式灌木：黄栌、山桃、山杏、胡枝子等；地被：芨芨草、紫花苜蓿、苇状羊茅；水生植物：水生鸢尾、千屈菜、水葱等湿生植物：千屈菜、黄菖蒲、马蔺水生植物：水葱、芦苇、凤眼莲、睡莲、荷花、金鱼藻、香蒲——基于自然完整的水系修复（3）末端治理关键技术护岸生境构建护岸植物配置模式乔木：毛白杨、旱柳、垂柳、栎树等；灌木：黄栌、山桃、山杏、胡枝子、紫穗槐、金银花、紫丁香、珍珠梅、连翘、黄刺玫；地被：芨芨草、苇状羊茅、二月兰、紫花地丁、五叶地锦、地被菊、波斯菊等河湖生境重建技术-护岸生境——基于自然完整的水系修复（3）末端治理关键技术土壤渗滤污水净化技术——高效污染物去除技术（3）末端治理关键技术人工湿地净化池技术——高效污染物去除技术（3）末端治理关键技术高效去污地下生态坝基于微生物增强技术构建生态坝筑坝材料过水稳定性挂膜效果（微生物附着的比表面积）低温菌(AS1.2372)接种——高效污染物去除技术（3）末端治理关键技术PGPR原位生态修复技术41711020304070606080505152413121把激活原位PGPR所需的各种营养物质Prebiotics（微量元素，蛋白质，酶及其它载体）通过纳米技术及微包覆技术制成均匀颗粒，投放在人工建立的分裂繁殖平台上，培育PGPR微生物。通过PGPR微生物的有氧反硝化作用去氮，以及建立高效食物链来降低水体中的富营养物质如氮、磷等。——高效污染物去除技术（3）末端治理关键技术PGPR微生物生长和水质指标COD、氨氮、总磷随时间变化示意图污染物PGPR微生物浮游生物大鱼食物链的形成小鱼小虾PGPR原位生态修复技术——高效污染物去除技术（3）末端治理关键技术问题导向、全面响应系统诊断、系统治理五水联动、形成合力3、对福建省万里安全生态水系建设的认识创新适用、彰显特色标本兼治、立竿见影两手发力、建管并重3、对福建省万里安全生态水系建设的认识42谢谢！