王浩：基于生態(tài)海綿流域理念的水污染防治

1、中 國 水 利 水 電 科 學 研 究 院流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點實驗室2016年7月1日 福建寧德 生態(tài)生態(tài)海綿流域建設海綿流域建設是以流域水循環(huán)多是以流域水循環(huán)多過程為主線，充分過程為主線，充分發(fā)揮流域對水循環(huán)的天然調(diào)節(jié)發(fā)揮流域對水循環(huán)的天然調(diào)節(jié)作用；規(guī)范作用；規(guī)范人類水土資源開發(fā)人類水土資源開發(fā)活動，減少對自然水循環(huán)的擾動；活動，減少對自然水循環(huán)的擾動；系統(tǒng)系統(tǒng)布局布局地表地表灰色基礎設灰色基礎設施施（水庫、堤防、渠系、泵站、水井等）與（水庫、堤防、渠系、泵站、水井等）與綠色基礎設施綠色基礎設施（林草地、濕地等林草地、濕地等），），建設建設土壤水庫和地下水水庫土壤水庫和地下水水庫；融

2、合現(xiàn)代；融合現(xiàn)代信息技術的新進展，實現(xiàn)信息技術的新進展，實現(xiàn)地表地表- -土壤土壤- -地下地下多過程、多過程、水量水量- -水水質質- -泥沙泥沙- -水生態(tài)的聯(lián)合調(diào)控水生態(tài)的聯(lián)合調(diào)控，最大限度最大限度實現(xiàn)實現(xiàn)“去極值化去極值化”，系統(tǒng)解決流域水問題系統(tǒng)解決流域水問題。 流域是以分水嶺為界所覆蓋的區(qū)域，以及由水系構成的集水區(qū)。流域是水問題研究和治水的基本單元。北京北京547547條小流域條小流域海河海河30673067個五級流域個五級流域密云蛇魚川小流域密云蛇魚川小流域全國九大流域全國九大流域 流域水循環(huán)是流域水循環(huán)是在在太陽能與各類勢能的太陽能與各類勢能的驅動下，水分驅動下，水分在垂向在垂

3、向和和水平向水平向連續(xù)轉化、運移和連續(xù)轉化、運移和交替，在交替，在循環(huán)過程中具有更新水資循環(huán)過程中具有更新水資源、凈化環(huán)境與維持生態(tài)系統(tǒng)完整三大基本功源、凈化環(huán)境與維持生態(tài)系統(tǒng)完整三大基本功能，能，治水的基本治水的基本目標就是要維護水循環(huán)三大基本功能。目標就是要維護水循環(huán)三大基本功能。 以以增溫為背景的增溫為背景的氣候變化氣候變化和以競爭性用水、用地為特征的和以競爭性用水、用地為特征的人類活動影響人類活動影響，水循環(huán)及其伴生過程水循環(huán)及其伴生過程間的多向反饋作用間的多向反饋作用發(fā)生發(fā)生了顯著變化，是水資了顯著變化，是水資源、水環(huán)境與水生態(tài)源、水環(huán)境與水生態(tài)問題形成演化的共同問題形成演化的共同根

4、源根源。水問題不論其。水問題不論其表現(xiàn)形式如何，都可表現(xiàn)形式如何，都可歸結為流域水循環(huán)分歸結為流域水循環(huán)分項或伴生過程導致的項或伴生過程導致的失衡失衡問題，治水問題，治水需遵需遵循流域水循環(huán)系統(tǒng)的循流域水循環(huán)系統(tǒng)的演變規(guī)律。演變規(guī)律。 在現(xiàn)代強烈在現(xiàn)代強烈人類活動作用下，水循環(huán)人類活動作用下，水循環(huán)呈現(xiàn)呈現(xiàn)“自然自然- -社會社會”二二元元特征，特征，治水的核心就是調(diào)控社會水循環(huán)過程，維持治水的核心就是調(diào)控社會水循環(huán)過程，維持自然與社會水循環(huán)的平衡。自然與社會水循環(huán)的平衡。 流域水循環(huán)調(diào)控的核心流域水循環(huán)調(diào)控的核心就是促進自然就是促進自然水循環(huán)和社會水水循環(huán)和社會水循環(huán)融洽、循環(huán)融洽、互補?；?/p>

5、補。自然水循環(huán)自然水循環(huán)的極值性與的極值性與人類需求的人類需求的均勻性存在均勻性存在矛盾矛盾自然水循環(huán)自然水循環(huán)的天然分布的天然分布與社會水循與社會水循環(huán)生產(chǎn)力布環(huán)生產(chǎn)力布局不匹配局不匹配然然自自環(huán)環(huán)循循水水會會社社環(huán)環(huán)循循水水降低極值降低極值過程過程加強加強匹配過程匹配過程增強產(chǎn)增強產(chǎn)水水能力能力分散能量分散能量降低峰值降低峰值增加枯季徑流增加枯季徑流限制污染排放限制污染排放限制取水限制取水控制土地利用控制土地利用節(jié)約用水節(jié)約用水減少減少對對自然水循環(huán)的干擾自然水循環(huán)的干擾 生態(tài)海綿流域建設的總體思路是要采用生態(tài)海綿流域建設的總體思路是要采用“層層剝筍層層剝筍”，從，從“綠色綠色”到到“灰色

6、灰色”，從坡面到河道，對于流域的水，從坡面到河道，對于流域的水循環(huán)調(diào)節(jié)能力進行配置、建設與運維。循環(huán)調(diào)節(jié)能力進行配置、建設與運維。 從從綠色到綠色到灰色灰色: :依次進行綠色基礎設施、土壤水庫和依次進行綠色基礎設施、土壤水庫和地下水庫對水量和水質的調(diào)節(jié)潛力的評價，結合流域水安地下水庫對水量和水質的調(diào)節(jié)潛力的評價，結合流域水安全和生態(tài)安全對水循環(huán)調(diào)節(jié)能力的需求，對各建設路徑的全和生態(tài)安全對水循環(huán)調(diào)節(jié)能力的需求，對各建設路徑的調(diào)節(jié)能力進行配置，進而提出針對性的建設模式與措施。調(diào)節(jié)能力進行配置，進而提出針對性的建設模式與措施。 從坡面到河道從坡面到河道：遵循流域產(chǎn)匯流規(guī)律、泥沙與污染物：遵循流域產(chǎn)匯

7、流規(guī)律、泥沙與污染物的產(chǎn)生與遷移轉化規(guī)律，先對坡面調(diào)節(jié)能力進行配置與建的產(chǎn)生與遷移轉化規(guī)律，先對坡面調(diào)節(jié)能力進行配置與建設，實現(xiàn)層層攔截、利用或調(diào)節(jié)；進而結合河湖自然演變設，實現(xiàn)層層攔截、利用或調(diào)節(jié)；進而結合河湖自然演變規(guī)律，進行水系整治與調(diào)節(jié)能力建設。規(guī)律，進行水系整治與調(diào)節(jié)能力建設。u 地表綠色基礎設施優(yōu)化布局與建設地表綠色基礎設施優(yōu)化布局與建設u 土壤水庫（海綿田）建設與調(diào)節(jié)能力提升土壤水庫（海綿田）建設與調(diào)節(jié)能力提升u 天然河湖整治與調(diào)節(jié)能力提升天然河湖整治與調(diào)節(jié)能力提升u 地下水庫建設與調(diào)節(jié)能力提升地下水庫建設與調(diào)節(jié)能力提升u 灰色基礎設施灰色基礎設施( (水利工程）優(yōu)化布局與建設水

8、利工程）優(yōu)化布局與建設u 海綿型城市建設海綿型城市建設u 管理與信息支撐能力建設管理與信息支撐能力建設 地表綠色基礎設施對水循環(huán)具有良好的調(diào)節(jié)性能。國內(nèi)地表綠色基礎設施對水循環(huán)具有良好的調(diào)節(jié)性能。國內(nèi)外外研究表明：研究表明：森林植被覆蓋率每提高森林植被覆蓋率每提高1%1%，徑流總量降低，徑流總量降低7-8%7-8%，洪峰流量降低，洪峰流量降低3-5%3-5%，洪水過程坦化，洪水過程坦化，枯，枯季流量增加季流量增加。u地表綠色基礎設施建設地表綠色基礎設施建設主要包括天然植被修復、天然濕主要包括天然植被修復、天然濕地保育、防護性林草建設地保育、防護性林草建設等等u結合流域水熱條件與生態(tài)演變特征，進

9、行土地的適宜性結合流域水熱條件與生態(tài)演變特征，進行土地的適宜性評價；結合流域生態(tài)完整性保護與生態(tài)服務功能（含水評價；結合流域生態(tài)完整性保護與生態(tài)服務功能（含水循環(huán)過程調(diào)節(jié)能力）需求，進行流域生態(tài)功能定位與格循環(huán)過程調(diào)節(jié)能力）需求，進行流域生態(tài)功能定位與格局優(yōu)化局優(yōu)化u結合功能定位和格局優(yōu)化，開展生態(tài)修復與防護性林草結合功能定位和格局優(yōu)化，開展生態(tài)修復與防護性林草建設建設u就綠色基礎設施對水循環(huán)多過程的調(diào)節(jié)潛力進行評價，就綠色基礎設施對水循環(huán)多過程的調(diào)節(jié)潛力進行評價，并進行監(jiān)控并進行監(jiān)控 土壤水庫建設重點是提高耕地土壤蓄水保水能力，即土壤水庫建設重點是提高耕地土壤蓄水保水能力，即“海綿田海綿田”

10、建設。主要包括土壤質地改良、耕作方式調(diào)整等。建設。主要包括土壤質地改良、耕作方式調(diào)整等。u合理調(diào)整耕作深度，合理調(diào)整耕作深度，“鋤板底下有水鋤板底下有水”、“鋤頭自有三鋤頭自有三寸澤寸澤”u結合土地流轉，改良土質，客土互換，建設結合土地流轉，改良土質，客土互換，建設“壤土壤土”田田u優(yōu)化壟畦大小，垂直于坡向布置耕作溝等優(yōu)化壟畦大小，垂直于坡向布置耕作溝等。河湖水系海綿體拓展河湖海綿體構建與連通蓄滯洪區(qū)海綿功能開發(fā)海綿體整合增加河流水系集蓄、滯留、承泄能力；在中下游建設生態(tài)緩沖帶，在入河口恢復灘/濕地研究河湖連通的可能性及連通方案，提高城市水體流動性及調(diào)配靈活性在非汛期將蓄滯洪區(qū)作為特殊海綿體，

11、發(fā)揮滯留、承泄、凈化能力注意濱水功能的多樣性和混合性，創(chuàng)造親水活動空間，體現(xiàn)空間層次，錯落有致上攔、中蓄、下排。利用天然河湖，存蓄、排泄，分散、滯留，增大對社會水循環(huán)的適應性。 地下水庫地下水庫是一個便于開發(fā)和利用地下水的儲水地區(qū)，是一個便于開發(fā)和利用地下水的儲水地區(qū)，具有多種功能，包括水的供給、儲存、混合和具有多種功能，包括水的供給、儲存、混合和輸送。輸送。u調(diào)蓄調(diào)蓄型型u開采漏斗型開采漏斗型u河谷型河谷型u陸地陸地巖溶巖溶型型u濱海濱海巖溶型巖溶型通過修建水庫、塘壩，通過修建水庫、塘壩，對水資源進行調(diào)蓄，以對水資源進行調(diào)蓄，以豐補枯，降低自然水循豐補枯，降低自然水循環(huán)的極值過程。環(huán)的極值過

12、程。1.生態(tài)屋頂2.綠化建筑立面3.生態(tài)景觀4.生態(tài)道路5.生態(tài)水池6.生態(tài)廣場7.生態(tài)公園8.強滲透地面9.天然洼地蓄滯0 08 8米米8 83030米米30305 50 0米米 布設斷面或監(jiān)控點，實時監(jiān)控劃定天然海綿體河道、湖泊、濕地、坑塘、溝渠等的管理、保護范圍對河湖管理范圍和水利工程管理保護范圍確權劃界，界定涉水生態(tài)敏感區(qū)保護范圍，提出保護措施分析岸坡地質條件及水文情勢，對重要區(qū)域提出防護措施，設置警示標志確權劃界及敏感區(qū)保護重要區(qū)域隔離防護劃定河湖空間保護范圍監(jiān)測監(jiān)控措施實施以流域為單元的系統(tǒng)治理實施全過程污染防控建立水環(huán)境目標倒逼機制 以流域為單元，進行水污染問題診斷，識別點源、面

13、源、內(nèi)源、外源貢獻，評估河流環(huán)境承載能力，確定水污染排放控制總量，將排污總量層層分解，確定流域內(nèi)區(qū)域允許排放的入河污染物量，最大程度減少對流域水循環(huán)過程的干擾。確定“生態(tài)修復、生態(tài)治理、生態(tài)保護”三道防線。源頭減排過程阻斷末端治理構筑閉路循環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)再生水利用、營養(yǎng)物質的循環(huán)利用，阻斷污染物進入水體過程采用清潔生產(chǎn)技術與工藝，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結構與產(chǎn)品結構，減少污染物的產(chǎn)生污水的物理、化學與生物處理、污泥處置與物質利用、水生態(tài)系統(tǒng)修復 由傳統(tǒng)以“末端治理”為主的思路，轉變?yōu)橹貥嫿?jīng)濟發(fā)展模式、多尺度構筑反饋系統(tǒng)，從而最大化減少污染排放對流域水循環(huán)過程的干擾和沖擊 推動產(chǎn)業(yè)結構升級，推廣清潔生產(chǎn)技術，加

14、強社會水循環(huán)全過程高效利用。源分離與清潔生產(chǎn)技術城市單元 城鎮(zhèn)截污納管，雨污分離； 實行污染物源頭分離，營養(yǎng)物利用。糞尿分離大便器農(nóng)村單元 農(nóng)村生活污水收集再利用； 農(nóng)村垃圾集中收集; 種植科學施肥用藥，推廣節(jié)水灌溉、有機農(nóng)業(yè)、設施農(nóng)業(yè); 畜禽養(yǎng)殖實現(xiàn)規(guī)?；⒐S化;源分離與清潔生產(chǎn)技術工業(yè)單元工業(yè)水重復利用技術工業(yè)用水計量與快速堵漏修復技術熱力與工藝系統(tǒng)節(jié)水技術工業(yè)廢水減排循環(huán)利用技術1）循環(huán)用水系統(tǒng)、）循環(huán)用水系統(tǒng)、串聯(lián)用水系統(tǒng)和串聯(lián)用水系統(tǒng)和回用水系統(tǒng)。回用水系統(tǒng)。2）冷凝回收利用）冷凝回收利用及及“零排放零排放”技技術。術。1）高精度過濾）高精度過濾技術、汽水反沖技術、汽水反沖洗技術、

15、沉淀池洗技術、沉淀池排泥水的技術。排泥水的技術。2）超臨界水處）超臨界水處理、光化學處理理、光化學處理1）新型工業(yè)計量）新型工業(yè)計量儀表、限量水表儀表、限量水表和限時控制技術。和限時控制技術。2）高強度管材，）高強度管材，快速堵漏檢測修快速堵漏檢測修復技術。復技術。1）空氣冷卻技術、）空氣冷卻技術、熱聯(lián)合技術、濕熱聯(lián)合技術、濕法脫硫技術等。法脫硫技術等。2）鍋爐優(yōu)化用水）鍋爐優(yōu)化用水技術、干式蒸餾、技術、干式蒸餾、干式汽提等技術。干式汽提等技術。源分離與清潔生產(chǎn)技術 將小區(qū)居民生活廢污水集中處理后，達到一定的標準回用于小區(qū)的綠化澆灌、車輛沖洗、道路沖洗、家庭坐便器沖洗等。生活污染過程阻斷灌溉-

16、排水-濕地農(nóng)田綜合管理系統(tǒng)灌溉-排水-濕地農(nóng)田綜合管理系統(tǒng)。通過修建田間濕地，結合農(nóng)田地下排水系統(tǒng)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)灌溉水循環(huán)凈化。灌溉水庫濕地農(nóng)業(yè)污染過程阻斷超純水去離子水飲用水清洗水半導體芯片制造生物或制藥工藝食品等化學原料等 下一級的使用的水質要求較低，可采用上一級使用后的出水，形成污廢水利用的多個產(chǎn)業(yè)鏈條工業(yè)污染過程阻斷 分布式分布式處理處理站站采用生態(tài)建設采用生態(tài)建設方式方式，截留截留污水就地污水就地處理、就處理、就地補入地補入水體。水體。分布式生態(tài)型污水處理出水好：出水好：準準IV類水，透明度高；類水，透明度高；占地?。赫嫉厥。簝H為傳統(tǒng)污水廠占地的僅為傳統(tǒng)污水廠占地的1/10，且可與，且可

17、與社區(qū)零距離社區(qū)零距離接觸，無臭氣，無噪音，選址易；接觸，無臭氣，無噪音，選址易；運行?。哼\行?。汉碾姾碾?.5度度/t，運維，運維0.5元元/t，為傳統(tǒng)的，為傳統(tǒng)的一半；一半；投資省：投資?。汗?jié)省長距離污水收集管道建設成本；節(jié)省長距離污水收集管道建設成本；利用易：利用易：零轉輸，利于生態(tài)補水。零轉輸，利于生態(tài)補水。基于自然完整的水系修復水質處理技術物理方法清淤換水、人工增氧等化學方法化學除藻、絮凝沉淀等強化生物技術生物制劑、滲流生物膜凈化床等生態(tài)技術人工濕地、植物凈化、土地過濾、穩(wěn)定塘等河湖生境重建技術河湖生境重建技術- -河灘生境河灘生境濕地濕地河灘地河灘地灌木：黃櫨、山桃、山杏、胡枝子等

18、；灌木：黃櫨、山桃、山杏、胡枝子等；地被：芨芨草、紫花苜蓿、葦狀羊茅；地被：芨芨草、紫花苜蓿、葦狀羊茅；水生植物：水生鳶尾、千屈菜、水蔥等水生植物：水生鳶尾、千屈菜、水蔥等濕生植物濕生植物 ：千屈菜、黃菖蒲、馬藺：千屈菜、黃菖蒲、馬藺水生植物水生植物 ：水蔥、蘆葦、鳳眼蓮、：水蔥、蘆葦、鳳眼蓮、睡蓮、荷花、金魚藻、香蒲睡蓮、荷花、金魚藻、香蒲基于自然完整的水系修復護岸生境構建護岸生境構建喬木 ：毛白楊、旱柳、垂 柳、櫟樹等；灌木 ：黃櫨、山桃、山杏、胡枝子、紫穗槐、金銀花、紫丁香、珍珠梅、連翹、黃刺玫；地被 ：芨芨草、葦狀羊茅、二月蘭、紫花地丁、五葉地錦、 地被菊、波斯菊等河湖生境重建技術河湖生境重建技術- -護岸生護岸生境境基于自然完整的水系修復土壤滲濾污水凈化技術土壤滲濾污水凈化技術高效污染物去除技術人工濕地凈化池技術人工濕地凈化池技術高效污染物去除技術高效去污地下生態(tài)壩高效去污地下生態(tài)壩基于微生物增強技術構建生態(tài)壩 筑壩材料 過水穩(wěn)定性 掛膜效果（微生物附著的比表面積） 低溫菌(AS 1.2372 )接種高效污染物去除技術PGPR PGPR 原位生態(tài)修復技原位生態(tài)修復技術術41711020304070606080505152413121 把激活原位PGPR所需的各種營養(yǎng)物質 Prebiotics（微量元素，蛋白質，酶及其它載體）通過納米技術及微包覆技術制成均勻