中國水資源保護科研發(fā)展歷程回顧

黃錦輝，連 煜，宋世霞

(1.水利部水利水電規(guī)劃設計總院，北京 100120;2.黃河流域生態(tài)環(huán)境監(jiān)督管理局，河南 鄭州 450004)

1 中國水資源保護科研工作發(fā)展過程

水資源保護科研工作，經歷了從無到有的發(fā)展壯大過程，并且隨著水利發(fā)展戰(zhàn)略思路的轉變，愈來愈得到社會各界的重視。結合國家科技攻關、國家自然科學基金，以及水利部科技創(chuàng)新項目及水專項研究等，從水環(huán)境水生態(tài)的多學科、多環(huán)境要素系統(tǒng)保護的視點，圍繞水化學特征、水污染危害及毒性、污染物遷移轉化規(guī)律、水質監(jiān)測技術與標準、水質模擬技術、重點水域污染控制技術、河湖生態(tài)流量、河流健康、納污能力及限制排污、納污能力使用權、河流水工程生態(tài)保護技術、污染預警預報技術等，為水資源保護機構行使職能提供了堅實的技術支持。

1.1 起步之始

在機構成立之初，以污染物遷移轉化等機理、規(guī)律性基礎研究和水質監(jiān)測技術為主的水資源保護科研。早期的水資源保護科學研究，對水化學、水生物、水微生物、重金屬污染、有機物污染 、水污染生物毒性、水質監(jiān)測方法及技術、水質調查評價及預測進行了全面的探索和認識。同時也經歷了從水化學水環(huán)境特征方面的研究，到重點關注水體中五毒(酚、氰、汞、鎘、鉛)污染分布規(guī)律研究及水質影響研究的過程，其中黃河流域還對重金屬、有毒有機物生物毒性機理及對水體微生物影響進行了前瞻性研究，長江流域還對水生生物、河流底質監(jiān)測技術進行了研究，除了上述針對水體污染物的微觀方面的研究，還對流域尺度的水環(huán)境評價和管理方面開展了相關研究，長江流域還在葛洲壩、三峽工程的前期論證階段也開展了相關專題研究。該階段的工作無論是研究方法、技術思路還是學術理論，都為其后水資源保護研究提供了重要借鑒和啟示。

1.2 發(fā)展過程

進入20世紀90年代以后，各流域的水資源保護科研機構已全部成立。開展水質監(jiān)測技術、有毒有機物污染防控、地表水及地下水環(huán)境模擬及預側等基礎應用性研究，并在水環(huán)境綜合管理、河流生態(tài)保護方面開展了探索性研究。

這一時期，隨著水資源短缺、水污染嚴重和生態(tài)問題的凸現，長江流域、黃河流域、松花江流域都相繼在各自流域開展重點和有典型代表意義的污染物遷移轉化及污染控制課題，揭示了典型污染物及有毒有機物遷移分布規(guī)律、建立了重點水域和河段水質模型，提出了水污染綜合預防和控制方案，初步探索和嘗試了建立基于污染機理研究基礎上的污染控制對策。太湖流域依托國際合作項目在水環(huán)境綜合管理研究方面做了有益的嘗試。這一時期的水質監(jiān)測技術在20世紀80年代研究的基礎上蓬勃發(fā)展，很多分析方法、技術標準都在這一時期得到完善和規(guī)范。同時“九五”期間，由于水污染和斷流而導致的河流生態(tài)惡化問題逐步得到了關注，在河流生態(tài)保護目標確定、生態(tài)需水、生態(tài)修復等技術方面開展了探索性研究。這一階段隨著三峽工程和南水北調東線、中線這些重大水利工程的論證和實施，長江流域、淮河流域等都開展了大量的環(huán)境專題論證。這些國家及省部級重點科研項目，對指導河流及湖泊水質監(jiān)測、探索典型污染物遷移轉化規(guī)律、水污染控制、水生態(tài)系統(tǒng)保護目標及河流生態(tài)需水，為水質監(jiān)測管理及水資源保護提供了技術支持。

1.3 科研全面滲透水資源保護事業(yè)的各個領域

進入21世紀，圍繞水利部治水新思路和國家建設小康社會的總體目標，以及流域水資源保護的管理職能隨著“水利部三定方案”及新“水法”的頒布實施而發(fā)生的變化，以水域納污能力、污染控制、水質預警預報、生態(tài)保護技術為核心的研究，這階段科研工作不但在為水資源保護監(jiān)督管理能力提供技術支持方面有了長足的進展，而且在水環(huán)境規(guī)律、機理認識方面、流域生態(tài)保護及生態(tài)需水方面取得了很大的進步，重點在納污能力、污染物總量控制技術、污染物遷移轉化規(guī)律、水質預警預報模型、生態(tài)環(huán)境需水、河流健康等方面開展了較為深入的研究，獲得了豐碩的研究成果。這期間開展的水功能區(qū)劃及入河污染物總量控制研究為流域水資源保護規(guī)劃的編制、水域水功能區(qū)管理、省區(qū)限制排污總量控制意見提出及排污口監(jiān)督管理等工作提供了強有力的技術支持，對流域水資源保護機構切實履行和落實水資源保護職能，依法開展流域水資源保護工作發(fā)揮了重要作用。同期，在污染物輸移擴散規(guī)律、水質模型及應對突發(fā)性污染事件的預警預報方面，黃河流域、珠江流域和松花江流域也都開展了大量研究，為水污染事件應急處置及水質預警、保障人居用水安全提供了重要的技術支持。長江、黃河、海河、松遼等流域在生態(tài)需水、河流健康、生態(tài)修復、城市水環(huán)境等方面開展研究，在為河流及濕地生態(tài)修復及生態(tài)系統(tǒng)良性維持提供了技術支持。另外，“十五”期間，關于自動監(jiān)測技術的發(fā)展，為自動監(jiān)測站的建設和水污染事件的應急處理提供了有力的支持。

2 七大流域機構主要研究領域

科技是推動水資源保護事業(yè)發(fā)展的動力，1978年3月和5月，長江水資源保護科學研究所和黃河科學研究所的相繼成立，標志著中國水資源保護專門研究機構的建立。由于中國水土資源南北分布不均衡的自然特點，以及南北社會經濟發(fā)展的速度差異和人們對水資源及生態(tài)環(huán)境保護的認知程度，導致中國七大流域在不同的階段面臨著不同的科學技術問題，此特點從各流域水資源保護科研機構的主要研究領域可見一斑。

長江流域雖總體水質較好，但存在著干流岸邊污染及中小河流污染威脅用水安全、水體富營養(yǎng)化問題日益突出、重大調水工程及水利工程建設對流域生態(tài)的脅迫影響等問題，因此長江主要在水污染規(guī)律及機理、湖庫富營養(yǎng)化、城市水環(huán)境生態(tài)綜合整治、重大涉水工程環(huán)境及生態(tài)影響、污染源控制與生態(tài)修復技術、河流納污能力、水質模擬及預報等領域開展了大量研究工作。

黃河流域水資源短缺及水污染嚴重并存，有著多沙河流的特殊性及其復雜性，主要圍繞多沙河流水質監(jiān)測技術、典型污染物遷移轉化規(guī)律、水動力學模型及水環(huán)境模擬、河流納污能力及污染控制技術、生態(tài)流量、河流健康等方面開展研究?；春铀w污染嚴重，主要開展了水污染控制、水資源優(yōu)化調度、水環(huán)境綜合整治方面的研究。

松遼主要在甲基汞、硝基苯等有毒有機物污染物遷移轉化規(guī)律及污染防治、濕地生態(tài)需水等領域取得了創(chuàng)新性的成果。

珠江主要在面源污染控制、珠江口水環(huán)境模擬及預報技術、水污染控制技術等領域有所建樹。

海河水資源開發(fā)利用程度高，地下水超采嚴重，生態(tài)問題突出，在河流生態(tài)保護與修復、地下水研究、水體富營養(yǎng)化、水環(huán)境綜合管理等方面開展了大量研究工作。

太湖流域雖然尚未建立專門的水資源保護研究機構，但在水環(huán)境綜合管理、河網水質模擬及湖庫富營養(yǎng)化領域開展了研究工作。

3 重點研究方向回顧

3.1 典型污染物遷移轉化規(guī)律及污染危害及毒性研究

典型污染物遷移轉化規(guī)律及污染危害和毒性研究，屬于水污染物環(huán)境行為的機理研究范疇，其研究成果為水質監(jiān)測技術規(guī)程和規(guī)范、水環(huán)境標準及水污染評價及控制提供了技術支持，主要以長江流域、黃河流域和松花江流域開展較多。黃河流域早在機構建立之初就開展了水污染對水生生物毒性影響及生物學評價研究，制定了水域污染的生物學評價方法。在20世紀80年代中期黃河流域就針對黃河砷、汞超標問題，開展了黃河中游泥沙的重金屬污染背景及其遷移轉化規(guī)律研究，揭示了泥沙粒徑、含沙量、溫度和pH值等對重金屬的影響作用。20世紀90年代期間長江流域、黃河流域和美國地質調查局共同開展的沉降物化學研究，比較系統(tǒng)地開展了江河沉積物背景值調查及沉降物對有毒有機物、重金屬的污染化學行為及生物轉移研究。同期松遼流域機構也開展了松花江甲基汞污染綜合防治研究，初步研究了松花江典型有毒有機物甲基汞遷移轉化規(guī)律及監(jiān)測方法，并為甲基汞的地面水環(huán)境質量標準以及環(huán)境甲基汞分析方法標準制定提供了技術依據。稍后在20世紀90年代末期又進一步對松花江有毒有機物遷移規(guī)律、環(huán)境污染危害及人體健康影響進行了系統(tǒng)研究，建立了多介質生態(tài)模型并提出了污染防治對策。此后在“十五”期間又開展了松花江冰凍與消融過程中硝基苯殘留與融出規(guī)律研究，研究了松花江冰體中硝基苯的分布規(guī)律，解決了松花江冰體中硝基苯殘留量預測問題，為應對封凍期突發(fā)性污染事件提供了技術支持。同期，黃河流域在干流蘭州和花園口河段開展了典型特征污染物遷移轉化規(guī)律研究，揭示了黃河下游水體耗氧性有機污染物的來源、污染特征及水體環(huán)境各相的分布規(guī)律，黃河中下游水體中多環(huán)芳烴、上游水體中壬基酚等典型有毒有機污染物水相和泥沙各相的分布與轉化機理，建立了污染物歸趨和水質模型，為流域典型有毒有機污染物監(jiān)控管理提供了技術支持。

3.2 水質監(jiān)測技術研究

水質監(jiān)測是國家水資源信息采集與管理系統(tǒng)的一部分，從技術從分類上可以分為監(jiān)測方法、分析標準、監(jiān)測儀器及自動監(jiān)測技術等類型，為制定水質監(jiān)測分析的行業(yè)標準、技術規(guī)程、規(guī)范提供技術依據。不同水域的水質監(jiān)測存在影響監(jiān)測質量的不同問題。圍繞各流域水環(huán)境監(jiān)測的問題，各流域進行了長期的探索研究。在機構建立之初的20世紀70年代末至80年代，我國江河水質尚好，主要開展了單個監(jiān)測要素如COD、BOD、汞、鐵等的監(jiān)測技術；值得一提的是機構建立之初，黃河流域就在生物監(jiān)測技術及生物毒性評價方面開展了相關研究。20世紀90年代隨著我國水污染的日趨嚴重及人居飲水安全關注度的提高，松遼、黃河都開展了有毒有機物監(jiān)測技術的研究。進入21世紀，隨著水質信息采集的現代化要求及自動監(jiān)測站的建立，黃河流域、珠江流域在自動監(jiān)測技術的引進和研發(fā)方面都取得了多項創(chuàng)新性成果；珠江還與法國ASCONIT咨詢公司共同開展了水質生物監(jiān)測研究，選擇硅藻作為生物指示劑，綜合反映水環(huán)境中物化成分的變化，反映較長時段綜合的水環(huán)境狀況，生物監(jiān)測成為珠江水質監(jiān)測系統(tǒng)的一部分。多沙河流水質監(jiān)測技術是黃河流域多年來孜孜探索攻關的難題，黃河以泥沙多而著稱，泥沙的干擾使得黃河水質監(jiān)測技術變得非常復雜，30年來黃河流域重點開展了幾十項黃河水環(huán)境監(jiān)測關鍵技術，包括水樣前處理技術、各水質要素分析測定方法、分析儀器改進等技術研究，完成了高含沙水體監(jiān)測技術的研究和推廣工作；攻關解決了多泥沙河流的水質自動監(jiān)測的泥沙前處理等技術難點，為實時快速的水質監(jiān)測及黃河水污染事件的應急處理提供了有力的支持。

3.3 水環(huán)境模擬和水質預警預報技術

2005年松花江硝基苯水污染事件、珠江北江鎘污染事件等重大水污染事件的發(fā)生，對沿岸居民生產生活產生了重大影響。在應對松花江污染事件時，溫家寶總理明確指示，希望能像洪水預報一樣實現對河流水污染團的監(jiān)控和預報工作。水質模型及預警預報技術的研發(fā)是應對突發(fā)性水污染事件、保障居民飲水安全的基本技術手段。近年來，長江、黃河、珠江、松遼等流域機構已經在污染物遷移轉化規(guī)律研究的基礎上，構建和開發(fā)水質模型，實現了污染水團傳遞過程及濃度強度的預測預報。21世紀初，黃河流域就開展了黃河水質預警預報關鍵技術研究，主要在小浪底以下河段對COD和氨氮等耗氧類有機污染物建立了水質一維模型，黃河水質模型是黃委提出的“數字黃河”的重要組成部分，目前正依托中歐合作在其它重點河段如龍門開展水質模型及預警預報技術研究。珠江在2000年之后委托武漢大學結合水文分布式模型研發(fā)了西江水質模型及預報系統(tǒng)；2006年首次研發(fā)珠江三角洲河網河口二維水動力—氧化物模型(CCOAST-2d)和河流河口三維斜壓水流氯化物模型，在水源選擇及咸潮入侵預報中得到了應用。松遼流域機構在2005年松花江污染事件之后，引進Mike水質模型，和水動力學模型相耦合，建立了松花江和遼河流域水質預警預報系統(tǒng)。海河流域在地下水水質調查評價及水環(huán)境模擬方面開展過大量研究工作，如20世紀90年代初期開展的流域層面的海河流域地下水質調查評價，和20世紀90年代后期開展的中美聯(lián)合地下水研究項目，都在地下水污染影響調查評價的基礎上，建立了地下水水流水質模型，為海河流域地下水源保護提供了技術支持。

3.4 水環(huán)境綜合管理及規(guī)劃研究

水環(huán)境綜合管理是水資源一體化管理的重要組成部分。20世紀90年代，隨著世界各國對水環(huán)境問題的日趨重視，歐洲許多發(fā)達國家與水有關的管理事務逐步變革或并入到環(huán)境管理機構之中，以在水資源管理中促進水、土及相關資源的協(xié)調開發(fā)和管理，以使經濟和社會財富最大化的過程。太湖流域和海河流域開展了水環(huán)境綜合管理及規(guī)劃方面的研究，這些研究都是國際合作項目，希望在我國現有的體制和機制下，通過引進國外先進的技術和理念，提出以流域為單元的水環(huán)境綜合防治和污染控制的管理模式和規(guī)劃方案。

3.5 河流納污能力及水污染綜合控制技術研究

水域納污能力及污染綜合防控技術研究是流域水資源保護機構行使水利部賦予的“三定”職能的主要技術支持領域，特別在新“水法”的頒布實施之后，各流域機構都相繼開展了水功能區(qū)劃、納污能力計算和排污控制等相關研究課題。這時期的研究以長江開展的水功能區(qū)劃與水資源保護理論技術及應用為典型代表，該研究提出的水功能區(qū)劃體系理論和實踐，為中國水功能區(qū)劃以及隨后的流域綜合規(guī)劃水資源保護規(guī)劃提供了堅實的技術基礎。黃河、松遼、海河、淮河、珠江等流域機構也都在各流域重點水域和河段開展了此類研究，為全國同期開展的流域水資源保護規(guī)劃中納污能力計算模型、設計流量參數選取等提供了技術支持；并且為2004年水利部向國家環(huán)保總局提出的三峽庫區(qū)、太湖望虞河水系、黃河干流、松花江和遼河流域等各重要水域限制排污意見，為管理提供了技術依據，為我國控制河流水污染和實現水功能保護提供了基礎依據。近年來，根據“水法”水功能區(qū)管理制度實施的需求，黃委還在省界緩沖區(qū)監(jiān)督管理措施和納污能力使用權制度方面開展了探索性的研究。另外長江、海河還開展了水體富營養(yǎng)化控制研究，長江開展的武漢市漢陽地區(qū)水環(huán)境質量改善與工程示范，其開展的污水處理技術與資源化、城市面源污染控制、城市受污染水體修復、城市水環(huán)境長效管理機制已在漢陽地區(qū)得到應用取得了良好效果，并在我國其他城市推廣應用。

3.6 河流生態(tài)保護技術

水工程建設引發(fā)的生態(tài)問題歷來是國際國內關注的重點研究領域，另外由于水資源短缺和水污染嚴重，20世紀90年代我國大部分江河出現了水質惡化、河道斷流、濕地萎縮、魚類產卵場退化等一系列生態(tài)問題，也愈來愈引起社會的關注。在重大水利工程建設項目前期論證和研究實施階段，如三峽工程和南水北調東線、中線工程，流域機構和國家科研院所及高等院校合作開展了大量的關于庫區(qū)富營養(yǎng)化、水庫下游水質預測、環(huán)境地質、地下水影響、水生生物、移民環(huán)境、庫區(qū)泥沙淤積及流域生態(tài)多項環(huán)境專題研究，為工程設計的環(huán)境優(yōu)化、施工環(huán)境保護及運行管理提供技術支持，以維護流域及區(qū)域生態(tài)安全。針對近年來凸現的河道斷流及濕地萎縮等生態(tài)問題，各流域機構也相繼開展了有關河道生態(tài)需水、濕地生態(tài)需水、河流及濕地生態(tài)修復技術、流域水資源變化的生態(tài)響應關系、河流及流域健康、水庫生態(tài)優(yōu)化調度等方面的研究。黃河流域、海河流域和松花江流域在河流及濕地生態(tài)需水研究方面開展了相關研究，近年來黃河和長江在流域生態(tài)及河流健康領域開展了探索性研究。

3.7 信息化系統(tǒng)建設

21世紀是信息時代，信息技術以數字化手段為核心。近年來水資源保護在水質監(jiān)測信息采集、傳輸、處理、評價及預測預報方面實現了數字化，以實現監(jiān)測監(jiān)控、預警預報等的現代化。黃河流域建立了黃河流域監(jiān)控中心會商系統(tǒng)、小浪底水環(huán)境信息系統(tǒng)，松遼流域機構建立了松花江干流水環(huán)境管理系統(tǒng)，太湖流域建立了太湖風浪平臺。

3.8 國際合作項目

30年來水資源保護科研工作歷程中，在水環(huán)境化學、地下水研究、水環(huán)境綜合管理、生態(tài)環(huán)境需水、水環(huán)境模擬等各個領域都開展了國際合作項目，引進國外先進的管理模式、技術方法、模擬手段等以推進我國水資源保護科學研究和管理的步伐。這些研究項目在前面專欄已經述及，如20世紀90年代，在水利部的領導下，長江、黃河流域和美國地質調查局共同開展的“沉降物化學研究”，海河流域和美國地質調查局共同開展的“中美地下水研究”項目；海河流域還開展了亞州開發(fā)銀行援助項目 “GEF海河流域水環(huán)境管理與規(guī)劃研究”，太湖流域開展了中日合作項目“太湖水環(huán)境管理計劃”；21世紀，珠江流域與法國ASCONIT咨詢公司合作開展了“珠江流域水質生物監(jiān)測方法研究”；黃河流域在水利部和荷蘭大使館的領導下和荷蘭共同開展了“中荷黃河河口濕地生態(tài)需水量研究”；2007年長江和黃河啟動了由歐盟委員會和中國政府聯(lián)合發(fā)起“中歐流域管理項目”，旨在借鑒歐洲水框架指令及先進的流域管理經驗，以研究適合我國的流域綜合管理機制，以強化流域綜合管理、促進黃河流域水污染綜合防控和長江流域水土流失治理。

4 結語

綜觀水資源保護科研工作歷程，應該說碩果累累，這些研究成果為各個階段的水資源保護工作發(fā)展起到了重要的技術支持。當前，生態(tài)環(huán)境保護與生態(tài)文明建設已成為我們國家的基本國策，綠色環(huán)境發(fā)展理念深入人心，但隨著經濟社會發(fā)展，水資源短缺、水生態(tài)損害、水環(huán)境污染成為常態(tài)問題，今后必須處理好水與經濟社會發(fā)展的關系，處理好水與生態(tài)系統(tǒng)中其他要素的關系，統(tǒng)籌考慮治水和治山、治林、治田、治湖以及治草，加強水資源保護領域各項研究。在控制重點流域及區(qū)域的水環(huán)境惡化趨勢方面，必須加強水環(huán)境化學基礎研究和典型物遷移轉化規(guī)律研究，重點水域水污染控制及河流綜合治理示范研究，加強生物監(jiān)測技術研究，統(tǒng)籌構建水文水質及水生態(tài)監(jiān)測監(jiān)控體系，保障人居用水安全。針對河流生態(tài)及水工程環(huán)境問題，應開展流域水資源與生態(tài)格局演變、涉水生態(tài)保護紅線管、生態(tài)水利工程建設研究、河湖生態(tài)流量保障重大研究、河湖水系生態(tài)廊道建設關鍵技術、美麗江河建設和綜合治理關鍵技術、引調水工程對水環(huán)境及生態(tài)環(huán)境綜合影響的論證研究等。