國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)：“遼河流域典型優(yōu)控單元污染治理模式與工程應(yīng)用”課題成果綜述

本課題組

“遼河流域典型優(yōu)控單元污染治理模式與工程應(yīng)用”課題針對(duì)遼河流域水環(huán)境承載能力不足、農(nóng)業(yè)農(nóng)村面源污染仍未得到有效遏制、城市河流污染較重、大伙房水庫氮磷超標(biāo)等問題，結(jié)合“水十條”目標(biāo)和遼河流域中長期水環(huán)境治理戰(zhàn)略要求，開展水環(huán)境承載力、面源污染治理、城市重污染河流綜合調(diào)控和水污染治理技術(shù)路線圖研究，集成研發(fā)了水環(huán)境承載力評(píng)估預(yù)警、水源保護(hù)區(qū)種植業(yè)污染負(fù)荷削減2項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)和城市重污染河流治理、面源污染主導(dǎo)型河流污染治理2項(xiàng)集成技術(shù)，實(shí)施了水源保護(hù)區(qū)種植源污染負(fù)荷削減、城郊無管網(wǎng)地區(qū)污水治理2項(xiàng)技術(shù)示范和大伙房水庫水源地上游、清水河流域、細(xì)河流域、亮子河流域4個(gè)綜合示范區(qū)建設(shè)，編制了《大伙房水庫綜合示范區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量提升解決方案》等4項(xiàng)綜合解決方案，向遼寧省生態(tài)環(huán)境廳、遼寧省發(fā)展和改革委員會(huì)、盤錦市生態(tài)環(huán)境局等相關(guān)管理部門報(bào)送《關(guān)于規(guī)范有機(jī)農(nóng)業(yè)模式，減少大伙房水源保護(hù)區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染的建議》等10項(xiàng)政策建議，編制完成《遼河流域重污染河流攻堅(jiān)戰(zhàn)實(shí)施方案》《沈陽經(jīng)濟(jì)區(qū)（渾太流域）一體化水生態(tài)保護(hù)與修復(fù)方案》《遼河國家公園水質(zhì)提升方案》，形成了遼河流域水污染治理模式和技術(shù)路線圖，全面支撐《遼寧省重點(diǎn)流域水生態(tài)環(huán)境保護(hù)“十四五”規(guī)劃》編制和“水十條”遼河流域水質(zhì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

研究背景

遼河流域集中體現(xiàn)了我國老工業(yè)基地、糧食主產(chǎn)區(qū)結(jié)構(gòu)型、區(qū)域型水污染特點(diǎn)，以及中小城鎮(zhèn)集中、農(nóng)村人口眾多等生活污染的復(fù)合型污染特征。遼河流域2012年年末實(shí)現(xiàn)摘掉重度污染的帽子，流域水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)由重度污染轉(zhuǎn)變?yōu)檩p度污染，流域水質(zhì)實(shí)現(xiàn)了一定改觀，但隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展和人民生活水平的提高，環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的矛盾依舊突出。2016年，遼河流域50個(gè)國家考核斷面中，劣Ⅴ類超標(biāo)斷面為9個(gè)。遼河流域?yàn)槿彼畢^(qū)域，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)仍不盡合理，水資源、水環(huán)境承載能力不足，急需建立流域環(huán)境承載力評(píng)估與預(yù)警體系；河道生態(tài)水嚴(yán)重缺乏，城市重污染河流及面源污染主導(dǎo)型河流問題明顯，治理任務(wù)艱巨；小流域尺度的治理模式及污染治理中長期戰(zhàn)略規(guī)劃尚不健全。課題研究任務(wù)是在梳理水專項(xiàng)相關(guān)技術(shù)和成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合控制單元污染特征解析，進(jìn)行污染技術(shù)集成，構(gòu)建小流域治理模式，并在典型區(qū)域進(jìn)行應(yīng)用，發(fā)揮水專項(xiàng)技術(shù)成果在遼河流域治理中的作用，建立技術(shù)、模式、工程的聯(lián)系渠道，提出流域治理綜合解決方案和遼河流域水污染治理技術(shù)路線圖，為遼河流域水環(huán)境質(zhì)量的持續(xù)有效改善提供技術(shù)支持。

研究成果

（一）構(gòu)建遼河流域水環(huán)境承載力評(píng)估預(yù)警技術(shù)體系，提出典型控制單元水環(huán)境承載力提升方案，保障遼河流域綠色高質(zhì)量發(fā)展

（1）構(gòu)建基于水資源、水環(huán)境、水生態(tài)“三水統(tǒng)籌”的水環(huán)境承載力評(píng)估預(yù)警指標(biāo)體系。根據(jù)水環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能，提出承載力推薦指標(biāo)體系，包括5個(gè)水資源類指標(biāo)、6個(gè)水環(huán)境類指標(biāo)、6個(gè)水生態(tài)類指標(biāo)。水資源子系統(tǒng)包括水資源稟賦、水資源供水能力的保護(hù)與維持；水環(huán)境子系統(tǒng)包括水環(huán)境凈化水質(zhì)、納污能力的保護(hù)與維持；水生態(tài)子系統(tǒng)包括生物物種與生境保護(hù)和維持以及對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支持能力。指標(biāo)體系首次在遼河流域鐵嶺、沈陽、鞍山、盤錦、撫順等市典型控制單元進(jìn)行成果應(yīng)用。

（2）集成創(chuàng)新遼河流域水環(huán)境承載力評(píng)估預(yù)警技術(shù)。多種數(shù)學(xué)方法耦合，突破了水環(huán)境、水資源對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的靜態(tài)約束，集成創(chuàng)新遼河流域水環(huán)境承載力動(dòng)態(tài)評(píng)估預(yù)警技術(shù)，含水環(huán)境模擬與容量計(jì)算，水環(huán)境承載力評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建，承載力評(píng)估、預(yù)警、調(diào)控等技術(shù)，對(duì)繞陽河等7個(gè)典型控制單元水環(huán)境承載力進(jìn)行評(píng)估預(yù)警，集成大伙房水庫入庫河流、細(xì)河、亮子河等小流域控制單元綜合調(diào)控技術(shù)，提升新發(fā)展格局下的遼河流域系統(tǒng)化、科學(xué)化、精細(xì)化的環(huán)境管理水平。

（3）建立了“橙、黃、藍(lán)、綠”4級(jí)承載力調(diào)控方案。根據(jù)控制單元水環(huán)境承載力超載狀況，按照評(píng)估指標(biāo)由差向好的原則，逐級(jí)調(diào)控水環(huán)境承載力評(píng)估指標(biāo)，得出不同狀態(tài)的承載力預(yù)警值，克服承載力調(diào)控的主觀性，調(diào)控結(jié)果更加科學(xué)化和規(guī)范化，承載力評(píng)估狀態(tài)等級(jí)鮮明，可為經(jīng)濟(jì)社會(huì)與水環(huán)境相關(guān)部門制定規(guī)劃，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

遼河流域水環(huán)境承載力評(píng)估預(yù)警技術(shù)體系見圖1。

圖1 遼河流域水環(huán)境承載力評(píng)估預(yù)警技術(shù)體系

（二）形成大伙房水庫水源保護(hù)區(qū)面源污染治理綜合調(diào)控技術(shù)體系與模式并開展應(yīng)用，為大伙房水庫水源保護(hù)區(qū)流域尺度農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)整及模式優(yōu)化提供技術(shù)支撐

（1）對(duì)大伙房水庫上游區(qū)入庫河流氮負(fù)荷進(jìn)行解析。3條主要入庫河流中氮負(fù)荷關(guān)系為渾河（47%）>蘇子河（41%）>社河（12%）；在流域空間尺度上，3個(gè)流域從源頭到庫區(qū)均呈現(xiàn)出各類污染負(fù)荷累計(jì)貢獻(xiàn)規(guī)律逐漸增加的相似趨勢。渾河總氮的主要累計(jì)貢獻(xiàn)區(qū)域在紅透山鎮(zhèn)；蘇子河流域氮負(fù)荷累計(jì)貢獻(xiàn)區(qū)域出現(xiàn)在庫區(qū)周邊，與渾河相比更靠近庫區(qū)；社河流域氮污染負(fù)荷雖也具有上游到下游的累計(jì)趨勢，但總體差異不明顯。

（2）開展了有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式環(huán)境影響關(guān)聯(lián)度評(píng)估，明晰了水質(zhì)變化與不同農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式間的規(guī)律。在撫順縣上馬鎮(zhèn)大碾溝構(gòu)建形成201.5畝的有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與環(huán)境影響關(guān)聯(lián)度實(shí)證區(qū)，連續(xù)開展有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式下雨量、流量及小流域水質(zhì)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測，以明確有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式的氮輸出特征。2019—2020年監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，有機(jī)模式下總氮輸出濃度大于化肥模式，硝態(tài)氮為主要流失形態(tài)；化肥模式下，銨態(tài)氮為主要流失形態(tài)。數(shù)據(jù)結(jié)果支持了大伙房不同農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式污染物輸出特征及污染源解析工作的開展，并形成規(guī)范上游區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)減少污染負(fù)荷產(chǎn)生的專項(xiàng)政策建議。

不同種植模式氮素輸出特征動(dòng)態(tài)見圖2。

圖2 不同種植模式氮素輸出特征動(dòng)態(tài)

（3）形成大伙房水庫上游區(qū)種植源污染負(fù)荷削減技術(shù)模式。以大伙房水庫上游區(qū)坡耕地污染負(fù)荷削減為目標(biāo)，選擇農(nóng)田水肥高效利用、旱坡地面源污染物生態(tài)攔截、種植業(yè)廢棄物削減與資源化利用等大伙房水庫上游區(qū)普適性較強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性較好的技術(shù)進(jìn)行集成示范，打造上游區(qū)旱作農(nóng)業(yè)污染負(fù)荷削減與小流域自凈能力強(qiáng)化技術(shù)模式。在撫順縣上馬鎮(zhèn)形成1萬余畝的水源保護(hù)區(qū)種植污染負(fù)荷削減技術(shù)與工程示范，工程實(shí)施后，據(jù)第三方監(jiān)測，示范工程氮、磷污染負(fù)荷分別削減12%和13%。

（三）構(gòu)建良好水體、城市重污染水體、面源污染主導(dǎo)型水體治理模式，形成遼河流域水污染治理模式和技術(shù)路線圖，為遼河流域水生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供技術(shù)支持

（1）構(gòu)建面源污染主導(dǎo)型流域“內(nèi)循環(huán)”水污染治理模式，形成流域尺度多要素污染綜合調(diào)控方案。流域內(nèi)畜禽散養(yǎng)密集區(qū)采用“儲(chǔ)存還田模式”及“畜禽糞污區(qū)域性資源化中心模式”相結(jié)合的處理方式，構(gòu)建了“源頭削減-綜合治理-資源化利用-種養(yǎng)平衡”的畜禽養(yǎng)殖糞污治理技術(shù)模式；農(nóng)村生活污水因地制宜，采用農(nóng)村生活污水資源化模式；探索建立“改良生態(tài)溝渠-植物塘-人工濕地”農(nóng)田面源污染生態(tài)攔截技術(shù)?！皟?nèi)循環(huán)”資源化系統(tǒng)遵照種養(yǎng)平衡原理，依靠農(nóng)田消納畜禽糞污、農(nóng)村生活污水，系統(tǒng)主要外排物為農(nóng)田面源污染物，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)污染物和治理成本的整體減量。同時(shí)，在亮子河170km2面源污染綜合治理示范區(qū)開展模式實(shí)踐，考核期出口斷面主要水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)示范區(qū)入遼河斷面COD削減36%，氨氮削減79.5%。

（2）構(gòu)建城市重污染河流“源頭削減-過程控制-末端治理-自凈增容”的水污染治理模式，形成針對(duì)不同類型城市重污染河流的分類治理方案。對(duì)完全城市型重污染河流，通過產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整實(shí)現(xiàn)污染源源頭削減；通過優(yōu)化雨水管網(wǎng)布局和調(diào)蓄設(shè)施運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)混排污水污染物遷移途徑調(diào)節(jié)；通過大型污水處理廠提標(biāo)改造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)末端治理升級(jí)。最終形成“污染源源頭削減-遷移途徑調(diào)節(jié)-末端治理升級(jí)-河道凈化能力提升”治理技術(shù)模式。對(duì)城郊重污染河流，通過污水處理廠尾水深度處理后排放，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)源控制和生態(tài)補(bǔ)水；通過河道高含油底泥“植物-微生物聯(lián)合修復(fù)”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)河流沿線內(nèi)源削減；通過城郊分散生活污水治理，實(shí)現(xiàn)面源散排削減，最終形成“點(diǎn)-線-面”的治理模式。同時(shí)，建立了細(xì)河、清水河城市重污染河流綜合治理示范區(qū)，開展模式實(shí)踐，考核期出口斷面主要水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到地表水Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)示范區(qū)入遼河斷面COD削減44%，氨氮削減50%以上。

（3）構(gòu)建遼河流域水污染治理技術(shù)路線圖。從河流水污染治理的重大需求出發(fā)，針對(duì)良好水體、不達(dá)標(biāo)水體、水質(zhì)維持性水體等不同類型河流水污染治理的問題和功能達(dá)標(biāo)目標(biāo)，建立河流污染技術(shù)與污染治理目標(biāo)之間的有機(jī)聯(lián)系，提出流域水污染治理的階段劃分時(shí)間序列及目標(biāo)任務(wù)要求，提出了分階段水污染治理目標(biāo)、水生態(tài)目標(biāo)、流域健康目標(biāo)、分期實(shí)現(xiàn)技術(shù)路徑、戰(zhàn)略任務(wù)等，形成遼河流域水污染治理技術(shù)路線圖。

成果應(yīng)用

課題構(gòu)建源頭區(qū)、沈陽都市圈、河口區(qū)的典型優(yōu)控單元污染治理模式并進(jìn)行示范，編制完成示范區(qū)綜合解決方案，形成遼河流域水污染治理模式和技術(shù)路線圖，全面助力“水十條”、污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的實(shí)施和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，全力支撐《遼寧省重點(diǎn)流域水生態(tài)環(huán)境保護(hù)“十四五”規(guī)劃》編制。2020年遼寧省遼河流域全面消除劣Ⅴ類，水質(zhì)優(yōu)良比例達(dá)到74.4%，較2016年改善30.2%，全流域水質(zhì)總體評(píng)價(jià)由2016年的輕度污染轉(zhuǎn)變?yōu)榱己谩?/p>

（一）助力打好遼河流域綜合治理攻堅(jiān)戰(zhàn)

（1）全過程跟蹤，推進(jìn)“水十條”任務(wù)實(shí)施。課題提出了遼河流域水環(huán)境承載力評(píng)估預(yù)警技術(shù)體系，技術(shù)指導(dǎo)各市編制完成水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)報(bào)告并報(bào)送生態(tài)環(huán)境部，助推《遼寧省水污染防治工作方案》提出的“建立全省水資源、水環(huán)境承載能力評(píng)價(jià)體系。實(shí)施承載能力監(jiān)測預(yù)警，對(duì)超過承載能力的地區(qū)實(shí)施水污染物削減方案。到2020年，完成全省各市水資源、水環(huán)境承載能力現(xiàn)狀評(píng)價(jià)”任務(wù)的完成。

（2）重點(diǎn)突破，為打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)提供技術(shù)支持。課題完成了細(xì)河、清水河等城市重污染河流水污染問題診斷和特征污染物源解析，系統(tǒng)總結(jié)梳理了“十一五”以來水專項(xiàng)遼河流域城市重污染河流治理相關(guān)技術(shù)，形成了“問題-成因-措施”系統(tǒng)解決方案，部分成果為《遼寧省重污染河流攻堅(jiān)戰(zhàn)實(shí)施方案》提供參考。

（3）課題完成了遼寧省農(nóng)村污水處理設(shè)施調(diào)查評(píng)估，編制完成DB 21/3176—2019 《農(nóng)村生活污水處理設(shè)施水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》和《遼寧省農(nóng)村生活污水處理設(shè)施運(yùn)行維護(hù)管理辦法（試行）》，為農(nóng)業(yè)農(nóng)村污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)提供技術(shù)保障。

（4）課題按照“抓兩頭、帶中間”的思路，聚焦“好水”和“差水”，形成區(qū)域差異化的典型控制單元技術(shù)支持綜合方案和政策保障體系，部分成果納入《遼河流域綜合治理總體工作方案》和《遼寧省污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)三年專項(xiàng)行動(dòng)方案（2018—2020年）》。

（二）技術(shù)支持全省重點(diǎn)流域水生態(tài)環(huán)境保護(hù)“十四五”規(guī)劃編制

課題形成的面源、重污染河流、水源上游污染源解析成果為地市“十四五”水生態(tài)環(huán)境保護(hù)要點(diǎn)“四個(gè)在哪里”清單的編制提供了技術(shù)支持。課題研究制定差異化、精細(xì)化的分類分期水環(huán)境質(zhì)量提升路徑，形成了典型優(yōu)控單元分類治理技術(shù)模式和解決方案，提出了遼河流域水污染治理模式及技術(shù)路線圖，編制了《沈陽經(jīng)濟(jì)區(qū)（渾太流域）一體化水生態(tài)保護(hù)與修復(fù)方案》《遼河國家公園水質(zhì)提升方案》，上述成果已納入《遼寧省重點(diǎn)流域水生態(tài)環(huán)境保護(hù)“十四五”規(guī)劃》中，并報(bào)送生態(tài)環(huán)境部。

（三）示范工程和綜合示范區(qū)推廣應(yīng)用

課題組開展了城市重污染河流治理技術(shù)集成以及畜禽、農(nóng)田污染治理技術(shù)集成并進(jìn)行了綜合示范，在著力深化技術(shù)研究的同時(shí)，注重參與省、市、縣（區(qū)）等地方環(huán)境政策管理和工作實(shí)踐，發(fā)揮水專項(xiàng)成果的技術(shù)服務(wù)作用，編制了《盤錦市清水河水環(huán)境綜合整治方案》《鐵嶺市亮子河“一河一策”治理及管理保護(hù)方案》等技術(shù)文件并推進(jìn)實(shí)施，為《沈陽渾北環(huán)城水系綜合整治規(guī)劃》《盤錦市水生態(tài)環(huán)境保護(hù)“十四五”規(guī)劃要點(diǎn)》等編制任務(wù)提供技術(shù)參考，課題成果被盤錦市生態(tài)環(huán)境局、鐵嶺市生態(tài)環(huán)境局等相關(guān)部門采納，為地方環(huán)境管理提供了有效技術(shù)支撐。

課題組在水源保護(hù)區(qū)開展了有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與環(huán)境影響關(guān)聯(lián)度實(shí)證評(píng)估和種植源污染負(fù)荷削減技術(shù)示范，形成《關(guān)于控制人為總氮輸入量，保障大伙房庫區(qū)水質(zhì)安全的建議》《關(guān)于規(guī)范有機(jī)農(nóng)業(yè)模式，減少大伙房水源保護(hù)區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染的建議》，支撐了《大伙房飲用水水源保護(hù)區(qū)水污染防治規(guī)劃（2021—2025）》的編制。制作了秸稈綜合利用等污染負(fù)荷削減視頻宣傳資料，在遼寧省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳“農(nóng)民之家”“金農(nóng)熱線”等網(wǎng)站投放，累計(jì)播放超過2萬次，并在大伙房庫區(qū)周邊村鎮(zhèn)內(nèi)分發(fā)“保護(hù)性耕作”“農(nóng)業(yè)垃圾分類”等科普資料，累計(jì)線上、線下受眾達(dá)到1.1萬余人次，輻射推廣示范面積超過607km2。