關(guān)于新時(shí)代流域水環(huán)境治理技術(shù)體系的思考

遲國梁

(中交廣州航道局有限公司，廣東 廣州 510320)

21世紀(jì)以來，伴隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程，我國水環(huán)境整治力度不斷加強(qiáng)。2015年4月，國務(wù)院頒發(fā)了《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》(以下簡稱“水十條”)?！笆濉睍r(shí)期是治水的關(guān)鍵5年，治水主題是地級(jí)及以上城市建成區(qū)黑臭水體均控制在10%以內(nèi)，治理重點(diǎn)范圍為地級(jí)及以上城市建成區(qū)的流域或大流域下游的城市建成區(qū)段。“十三五”時(shí)期我國開展了大量卓有成效的水環(huán)境整治工作，城市污水處理產(chǎn)能及配套管網(wǎng)建設(shè)與改造取得長足發(fā)展，城市的污水處理率也達(dá)到較高水平，用于城鎮(zhèn)污染物控源減排和穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的成套技術(shù)、產(chǎn)品和設(shè)備不斷涌現(xiàn)，并逐漸走向集成化、系統(tǒng)化。流域水環(huán)境治理從“污水治理、截污納管”的單一模式向“源頭削減、過程控制、系統(tǒng)治理”全過程協(xié)同新模式轉(zhuǎn)變。

隨著“水十條”的推進(jìn)，“十四五”時(shí)期流域水環(huán)境治理進(jìn)入第二個(gè)5年發(fā)展期，地級(jí)及以上城市建成區(qū)城市水體面臨進(jìn)一步提質(zhì)增效的治理需求?！笆奈濉睍r(shí)期也是鄉(xiāng)村振興國家戰(zhàn)略推出后的第一個(gè)5年，農(nóng)村水環(huán)境治理和改善是重要內(nèi)容之一?？紤]治水工作的延續(xù)性和時(shí)代需要，“十四五”時(shí)期治水主題應(yīng)為城市建成區(qū)水系的水質(zhì)再提升和廣大農(nóng)村地區(qū)的流域上游水環(huán)境治理，相比“十三五”時(shí)期，治水要求更高、范圍更廣、難度更大。目前，我國的流域水環(huán)境綜合整治工作已取得階段性成果，出現(xiàn)了很多治理模式和成功案例[1-2]，技術(shù)體系也不斷發(fā)展和完善[3]，但仍存在理念和體系建設(shè)上的短板，如何在“十四五”時(shí)期乃至更長的一段時(shí)間內(nèi)科學(xué)治水，建設(shè)適應(yīng)新時(shí)代發(fā)展要求的流域水環(huán)境治理技術(shù)體系已經(jīng)提上日程。本文基于當(dāng)前流域水環(huán)境治理的弊端分析，探討新時(shí)代流域水環(huán)境治理的理念、方法和技術(shù)體系建設(shè)，旨在為構(gòu)建新時(shí)代流域水環(huán)境治理技術(shù)體系提供參考。

1 當(dāng)前流域水環(huán)境治理的弊端

流域內(nèi)的水循環(huán)結(jié)構(gòu)已經(jīng)整體實(shí)現(xiàn)從一元自然水循環(huán)到“自然-社會(huì)”二元水循環(huán)的轉(zhuǎn)化，水循環(huán)演變過程中的結(jié)構(gòu)屬性和功能屬性都發(fā)生了改變，以此為基礎(chǔ)的治理措施和管理措施也發(fā)生了相應(yīng)變化[4-6]。

對流域而言，不管是靜態(tài)的湖庫還是動(dòng)態(tài)的江河，都是一個(gè)巨大的水生態(tài)系統(tǒng)。當(dāng)這個(gè)水生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)污染時(shí)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的完整性均會(huì)遭到破壞，甚至?xí)适到y(tǒng)自凈能力，需要采用系統(tǒng)的治理理念和治理方法，不能“千水一面”，應(yīng)該是“一水一策”。這里所說的“一策”不是一個(gè)簡單的治理措施，而是一套符合水情、行之有效的治理措施，需要用系統(tǒng)思維進(jìn)行設(shè)計(jì)。

從治理理念和操作層面上看，當(dāng)前流域水環(huán)境治理實(shí)踐中仍存在以下4個(gè)弊端：

a.未遵循流域水循環(huán)理論，綜合施治的邏輯不清。健康的流域應(yīng)以水循環(huán)為紐帶驅(qū)動(dòng)水沙、水鹽、水生態(tài)等物質(zhì)和能量的循環(huán)，以維持流域水生態(tài)環(huán)境的系統(tǒng)平衡[7]。在流域治理的工程實(shí)際操作過程中，缺少流域?qū)用娴目茖W(xué)統(tǒng)籌，治水往往就水論水，例如向受酸性礦山廢水污染的流域投放生石灰，向磷含量高的流域投放鎖磷劑，這些措施屬于典型的“頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳”，沒有真正做到干支流、上下游、水陸和城鄉(xiāng)一體化治理。除了技術(shù)設(shè)計(jì)本身的問題外，行政區(qū)劃設(shè)置與流域治理單元不吻合的現(xiàn)狀及行政多頭管理也是重要原因。

b.未遵循“木桶”理論，對治理單元?jiǎng)澐植豢茖W(xué)。對于流域的治理單元，其污染負(fù)荷的來源和數(shù)量、污染治理邊界條件以及水文條件等因素都不盡相同，因此需要根據(jù)綜合要素將流域分解成若干小流域，形成多個(gè)基本計(jì)算單元，這有利于促進(jìn)流域綜合治理方案確定的針對性和操作性，提升流域治理的網(wǎng)格化、精細(xì)化程度[7-8]。然而在現(xiàn)實(shí)中，缺乏對系統(tǒng)問題的全面掌握，很難找準(zhǔn)每個(gè)治理單元的“短板”所在，而每個(gè)單元的“短板”治理措施往往左右整個(gè)流域治理的成敗，因此好的技術(shù)設(shè)計(jì)必須首先通過系統(tǒng)污染綜合性診斷過程合理劃分治理單元，并找到問題短板，而現(xiàn)實(shí)的解決方案往往是簡單地按照行政區(qū)劃和屬地管理的原則劃分治理單元，缺失了系統(tǒng)污染診斷的過程。

c.未遵循差異化理論，沒有對劃分出的流域治理單元進(jìn)行匹配性的技術(shù)方案設(shè)計(jì)。每個(gè)治理單元的差異化導(dǎo)致采用的治理技術(shù)方案也應(yīng)有所差異，例如流域相鄰的兩個(gè)治理單元，坡降大的應(yīng)采取多級(jí)堰壩、多級(jí)跌水的措施以實(shí)現(xiàn)自然增氧，坡降小的應(yīng)根據(jù)污染程度的大小采取微納米曝氣或鼓風(fēng)曝氣等相應(yīng)措施以實(shí)現(xiàn)人工增氧。而現(xiàn)實(shí)的解決方案往往千篇一律，工程實(shí)施過程中頻繁調(diào)整設(shè)計(jì)的事情時(shí)有發(fā)生，沒有真正做到精準(zhǔn)的“一水一策”。

d.未遵循系統(tǒng)均衡理論，沒有跳出單元統(tǒng)攬全局。好的技術(shù)方案應(yīng)該與治理工程實(shí)施高度契合，在流域化統(tǒng)籌的基礎(chǔ)上進(jìn)行區(qū)塊化治理，再通過區(qū)塊化治理過程中的不斷優(yōu)化倒推流域化統(tǒng)籌的合理性，通過各處理單元間的污染物產(chǎn)消平衡，保持每個(gè)單元邊際成本和效益均衡，最終實(shí)現(xiàn)治理的總成本最小、總效益最大[7,9]。而現(xiàn)實(shí)的解決方案往往忽視各個(gè)治理單元之間的內(nèi)在聯(lián)系，治理措施缺乏連續(xù)性，造成治理成本增加而治理效果沒有明顯提升的局面時(shí)有發(fā)生。例如，當(dāng)流域上游治理單元在重點(diǎn)污染點(diǎn)源截污前后或得到有效治理前后導(dǎo)致下游水質(zhì)發(fā)生了明顯變化，下游治理單元采取的技術(shù)措施仍一成不變，或者增加了處理措施反而治理效果有所下降或者未采取保持水質(zhì)持續(xù)改善的更經(jīng)濟(jì)有效的措施。

2 新時(shí)代流域水環(huán)境治理的理念與方法

2.1 新時(shí)代流域水環(huán)境治理理念

唐克旺[10]認(rèn)為治水新方向的核心是水天平的再平衡，即由歷史上的過度傾斜社會(huì)經(jīng)濟(jì)端向自然生態(tài)端再平衡，實(shí)現(xiàn)“人與自然和諧共生”。新時(shí)代的治水是系統(tǒng)綜合的，涉及的利益復(fù)雜多樣，因此所運(yùn)用的理論應(yīng)更加豐富，是一種跨學(xué)科綜合集成的理論體系。

當(dāng)代的流域水環(huán)境治理頂層模式設(shè)計(jì)已經(jīng)從傳統(tǒng)的水資源單要素跨越到了水資源、水環(huán)境、水生態(tài)、水安全、水文化等綜合要素[10]，從單一水體的定點(diǎn)定時(shí)治理延伸至流域全過程、全周期防控，與之匹配的治理措施應(yīng)貫穿由流域大尺度的宏觀調(diào)控到支流的中觀管治再到末端點(diǎn)源的微觀整治整個(gè)全程，同時(shí)兼顧流域生態(tài)系統(tǒng)不同階段污染狀態(tài)下的治理技術(shù)匹配性。基于流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)與自然條件特點(diǎn)的差異，應(yīng)構(gòu)建規(guī)范化的適用技術(shù)清單，建立兼顧技術(shù)效果、經(jīng)濟(jì)成本、可靠性與靈活性等多目標(biāo)的技術(shù)綜合治理體系[11]。因此，應(yīng)以“治理效果持久化、治理成本經(jīng)濟(jì)化、治理體系全局化”的“三化”理念作為未來較長時(shí)間內(nèi)流域水環(huán)境治理技術(shù)體系的核心理念。當(dāng)前，流域水環(huán)境治理進(jìn)入了“大保護(hù)”的新時(shí)代，此處的“新時(shí)代”不是簡單的時(shí)間概念，而是治理理念的跨越。新時(shí)代的流域水環(huán)境治理應(yīng)充分糾正當(dāng)前水環(huán)境治理認(rèn)識(shí)上的4個(gè)弊端，以“流域化統(tǒng)籌、區(qū)塊化管治”為戰(zhàn)略統(tǒng)籌，處理好整體與局部、規(guī)劃與實(shí)施之間的關(guān)系，以“化整為段，分段治理，先次后主，以水治水”(自下而上，以干流、支流、毛細(xì)管流的水文特征為要素劃分治理單元，邊界間進(jìn)行隔斷，先治支流，后治干流，治理到適宜時(shí)段打通隔斷，恢復(fù)連通，重塑水動(dòng)力，強(qiáng)化自然調(diào)控之勢，弱化人為治理之力，以治理后的“小水”圍“攻”未治理好的“大水”，實(shí)現(xiàn)“以水治水”的目的)的治水新思路為戰(zhàn)術(shù)措施，強(qiáng)化自然調(diào)控之勢，弱化人為治理之力，全面提升全流域治理在理念、戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)3個(gè)層面的高度。

2.2 新時(shí)代流域水環(huán)境治理方法

按照前述當(dāng)前流域水環(huán)境治理的4個(gè)弊端，以新時(shí)代流域水環(huán)境治理的“三化”理念為指導(dǎo)，針對性地采用系統(tǒng)性診斷、區(qū)塊化分解、匹配性施治和最優(yōu)化成效的治水“四步法”進(jìn)行施工技術(shù)指導(dǎo)和組織實(shí)施。

a.系統(tǒng)性診斷。系統(tǒng)性診斷除了防洪排澇、水資源、水環(huán)境等各類規(guī)劃研判，與上位相關(guān)規(guī)劃的銜接分析以及流域水文資料、污染源溯源調(diào)查等常規(guī)工作之外，還應(yīng)加強(qiáng)流域水生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估分析，尤其是水生生物存量變化分析。水生生物的存量變化決定了流域水生態(tài)系統(tǒng)的功能完整性，恢復(fù)流域生態(tài)功能是治水的終極目標(biāo)。目前，大流域的治理規(guī)劃中很少涉及此類調(diào)查分析。水利部自2010年起組織開展全國重要河湖健康評(píng)估試點(diǎn)工作，通過10年的研究探索與實(shí)踐檢驗(yàn)，中國水利水電科學(xué)研究院作為負(fù)責(zé)單位，于2020年6月編制完成了SL/T 793—2020《河湖健康評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》，同年9月發(fā)布，對全國7大流域36個(gè)重點(diǎn)河(湖、庫)開展了健康評(píng)估，形成了河湖健康評(píng)估報(bào)告，此項(xiàng)工作應(yīng)盡快在其他流域推廣，應(yīng)考慮將流域的水生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估納入系統(tǒng)性診斷系統(tǒng)。

b.區(qū)塊化分解。區(qū)塊化分解是指在流域化統(tǒng)籌(即干支流、上下游、水陸和城鄉(xiāng)一體化治理)的基礎(chǔ)上依據(jù)流域空間地理單元、污染特征及治理需求進(jìn)行分片分區(qū)治理。為分解落實(shí)“水十條”水質(zhì)目標(biāo)，生態(tài)環(huán)境部公布了“十三五”期間343個(gè)水質(zhì)需改善的國控單元信息[12]，并建立了流域-水生態(tài)控制區(qū)-水環(huán)境控制單元三級(jí)水生態(tài)環(huán)境分區(qū)管理體系，逐一明確了1 784個(gè)控制單元的地理范圍和 1 940個(gè)考核斷面的水環(huán)境目標(biāo)，首次形成了覆蓋全國范圍流域的水生態(tài)控制區(qū)[9]，這一清單可作為以水質(zhì)改善為目標(biāo)劃分流域治理單元的重要依據(jù)。如目標(biāo)不同，劃分治理單元的依據(jù)和結(jié)果也不同，如以太湖、巢湖和滇池三大湖泊的藍(lán)藻治理為目標(biāo)，則應(yīng)綜合考慮流域內(nèi)源頭控磷和主湖體藍(lán)藻打撈兩個(gè)因素，按照相對封閉局域湖體—湖岸線—湖心的先后順序分片區(qū)打撈藍(lán)藻[13-15]。

c.匹配性施治。針對性施治是指針對不同處理單元的地形地貌、水文情勢、水質(zhì)現(xiàn)狀與目標(biāo)、治理周期和資金安排5個(gè)要素制定技術(shù)組合方案，每項(xiàng)技術(shù)還要考慮工程實(shí)施中對應(yīng)工藝工法的優(yōu)化調(diào)整，力求做到技術(shù)門類少而精，工藝設(shè)計(jì)多而細(xì)。例如對于排污口處理技術(shù)，當(dāng)排放的污染物含工業(yè)廢水時(shí)，可采用多級(jí)圍堰內(nèi)的復(fù)合微生物降解工藝；當(dāng)排放的污染物為生活污水時(shí)，如河道行洪要求不高，可采用在河道一側(cè)構(gòu)建迂回式生態(tài)礫石床和強(qiáng)勢植物凈化組合的處理工藝。

d.最優(yōu)化成效。最優(yōu)化成效是指逐次研判同系列相鄰處理單元、同系列所有處理單元、不同系列相鄰處理單元和所有系列處理單元之間在相應(yīng)技術(shù)實(shí)施后是否可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)單元污染物的產(chǎn)生和削減相平衡。如果做不到，則可將其與相鄰的2個(gè)或3個(gè)單元聯(lián)防聯(lián)治或調(diào)整技術(shù)設(shè)計(jì)，最大限度地保障每個(gè)單元的邊際成本和邊際效益相對均衡以實(shí)現(xiàn)最大限度地節(jié)省成本。單元污染物負(fù)荷平衡，即每個(gè)單元的污染物增量與污染物存量負(fù)荷之和要小于該單元降解污染物的能力。通過最優(yōu)化成效分析可以最大程度地讓每個(gè)單元對污染物降解作出貢獻(xiàn)，整個(gè)流域系統(tǒng)就能持續(xù)降低污染物負(fù)荷，從而逐漸實(shí)現(xiàn)流域的水環(huán)境治理目標(biāo)[9]。

3 新時(shí)代流域水環(huán)境治理技術(shù)的體系建設(shè)

新時(shí)代的流域水環(huán)境治理技術(shù)體系建設(shè)首先需要充分總結(jié)和借鑒消化國內(nèi)外已經(jīng)形成并經(jīng)過工程推廣應(yīng)用的治水理念、單項(xiàng)技術(shù)及工藝工法[16-17]，在這個(gè)基礎(chǔ)上再結(jié)合我國的水情演變趨勢、各地發(fā)展需求提煉和優(yōu)化各項(xiàng)技術(shù)，最終形成全新的技術(shù)體系。

從水污染全過程防控角度看，治污技術(shù)分源頭減排、過程阻斷、末端治理3個(gè)方面。一般意義上講源頭減排是指通過污染溯源，確定污染物種類及產(chǎn)污排污規(guī)律，科學(xué)制定排污標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)推動(dòng)清潔生產(chǎn)技術(shù)和工藝的使用，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)；過程阻斷則強(qiáng)調(diào)對社會(huì)水循環(huán)中工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活等各類用戶用水后排水造成的污染，在經(jīng)由社會(huì)水循環(huán)流至自然水循環(huán)的遷移轉(zhuǎn)化路徑上進(jìn)行層層阻斷[9]、源頭減排和過程阻斷主要是對陸域污染的控制，末端治理則是主要針對水域污染的治理，通過源頭減排、過程阻斷、末端治理完成對流域污染的水陸一體化治理。

河流四維模型強(qiáng)調(diào)從縱向(河流上游—下游)、橫向(河流洪泛區(qū)—高地邊緣過渡帶)、豎向(河床—基底)和時(shí)間尺度(三維方向的時(shí)間變化)研究流域尺度的河流生態(tài)修復(fù)[18]。本文借鑒河流四維理論，結(jié)合上述水污染全過程防控的理念，按照流域空間結(jié)構(gòu)和時(shí)間結(jié)構(gòu)雙要素劃分流域水環(huán)境治理技術(shù)體系?！霸搭^”對流域而言主要是流域集雨范圍內(nèi)的邊界區(qū)域和流域上游污染點(diǎn)源區(qū)域；“過程”是源頭區(qū)域到流域水域藍(lán)線之間的地帶；“末端”是流域藍(lán)線區(qū)域。流域生態(tài)系統(tǒng)從崩潰狀態(tài)到健康狀態(tài)的轉(zhuǎn)化一般要經(jīng)歷污染治理和生態(tài)修復(fù)兩個(gè)過程，即系統(tǒng)從崩潰狀態(tài)到自凈能力恢復(fù)的污染治理期和系統(tǒng)自凈能力恢復(fù)到系統(tǒng)自我良性運(yùn)轉(zhuǎn)的生態(tài)修復(fù)期。前者需要人為正向干擾，后者一般不需要人為正向干擾，當(dāng)進(jìn)行正向干擾時(shí)，進(jìn)程會(huì)加快。兩個(gè)時(shí)期的分界點(diǎn)就是系統(tǒng)自凈能力與系統(tǒng)內(nèi)各類污染物污染總負(fù)荷之間的動(dòng)態(tài)平衡時(shí)間點(diǎn)，因流域特征、治理有效性的不同而不同，因此判斷流域生態(tài)系統(tǒng)處在污染治理期還是生態(tài)修復(fù)期主要看系統(tǒng)自凈能力與系統(tǒng)內(nèi)污染物污染總負(fù)荷的大小關(guān)系。流域生態(tài)系統(tǒng)自凈能力可通過水體自凈系數(shù)即有機(jī)物降解系數(shù)來表征，有機(jī)物降解系數(shù)可通過實(shí)測法、試驗(yàn)測定法和類比法[19]以及更為精準(zhǔn)的納污河道自凈容量的計(jì)算公式[20]求得。

本文按照源頭控制、過程阻斷和末端治理的流域治理空間維度和污染治理、生態(tài)修復(fù)的流域治理時(shí)間維度兩個(gè)維度，將當(dāng)下最新的水環(huán)境治理技術(shù)劃分為6個(gè)子體系，每個(gè)子體系都有其實(shí)施邊界。下面以河流為代表的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和以湖泊為代表的靜態(tài)系統(tǒng)為例，按照上述的時(shí)空維度分類列舉流域水環(huán)境治理技術(shù)體系，并對其共性技術(shù)進(jìn)行比選，篩選出簡單有效的核心技術(shù)組合。

3.1 河流水環(huán)境治理技術(shù)體系

以河流為代表的動(dòng)態(tài)水域生態(tài)系統(tǒng)在遭到污染破壞時(shí)，可以快速自我修復(fù)，系統(tǒng)對污染阻抗的閾值邊界寬。當(dāng)超出系統(tǒng)自我修復(fù)閾值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)生自崩潰，此時(shí)的系統(tǒng)治理必須借助外力，應(yīng)采用物理、化學(xué)、生物三者聯(lián)合的強(qiáng)化處理措施進(jìn)行污染治理；在系統(tǒng)自我修復(fù)閾值內(nèi)時(shí)，應(yīng)采用以生物、生態(tài)為主要手段的長效休養(yǎng)措施進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。表1和表2為通用的河流水環(huán)境治理技術(shù)分類。在技術(shù)實(shí)施過程中，因水質(zhì)改善存在一定的滯后性，這兩個(gè)過程的切換很難準(zhǔn)確而及時(shí)地把握，加之有些技術(shù)如曝氣、微生物等措施兼具污染治理和生態(tài)修復(fù)的功效，因此，河流污染治理技術(shù)體系與生態(tài)修復(fù)技術(shù)體系存在共性技術(shù)。

表1 河流污染治理期水環(huán)境治理技術(shù)體系Table 1 Technology system of water environmentalmanagement in the period of river pollution control

表2 河流生態(tài)修復(fù)期水環(huán)境治理技術(shù)體系Table 2 Technology system of water environmentalmanagement in the period of river ecological restoration

3.2 湖泊水環(huán)境治理技術(shù)體系

依據(jù)荷蘭瓦赫寧根大學(xué)van Nes等[21]提出的淺層湖泊交替態(tài)循環(huán)轉(zhuǎn)換理論，對以湖泊為代表的靜態(tài)水域生態(tài)系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)的外在驅(qū)動(dòng)力(外源營養(yǎng)鹽輸入、湖濱帶破壞、人為干擾、生態(tài)鏈條缺環(huán)等)超過內(nèi)在恢復(fù)力(外源營養(yǎng)鹽輸出、湖濱帶植被穩(wěn)定、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能完整等)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)“災(zāi)變”，由清水態(tài)向濁水態(tài)轉(zhuǎn)變；反之，系統(tǒng)會(huì)“恢復(fù)”，由濁水態(tài)向清水態(tài)轉(zhuǎn)變。表3為湖泊生態(tài)系統(tǒng)由濁水態(tài)向清水態(tài)轉(zhuǎn)變的系統(tǒng)重建技術(shù)體系。

表3 湖泊生態(tài)系統(tǒng)重建技術(shù)體系Table 3 Technology system of lake ecosystem reconstruction

3.3 河湖生態(tài)系統(tǒng)不同時(shí)空維度下的技術(shù)比選

動(dòng)態(tài)的江河生態(tài)系統(tǒng)放在大流域?qū)用婵?，水文過程基本都是通過各級(jí)支流不斷匯聚最終入海；靜態(tài)的湖庫生態(tài)系統(tǒng)放在大流域?qū)用婵?，水文過程基本都是通過各級(jí)河流支流不斷匯聚最終匯入大中型湖泊或水庫，因此河流和湖泊流域生態(tài)系統(tǒng)的源頭區(qū)域和中間流域范圍地理、水文、污染特征相似，因而污染治理技術(shù)也有很大的相似性。兩者區(qū)別主要在于流域的末端，水文水動(dòng)力條件、地形地貌、生物多樣性差別較大，導(dǎo)致水質(zhì)狀況、系統(tǒng)自凈能力也不同，因此采用的治理技術(shù)體系也差別較大。本文將前述的河流生態(tài)系統(tǒng)和湖泊生態(tài)系統(tǒng)的治理技術(shù)體系在不同流域空間、不同治理時(shí)序上的共性技術(shù)進(jìn)行比選，以實(shí)現(xiàn)對水環(huán)境治理共性技術(shù)體系的“優(yōu)中選優(yōu)”，從而在一定程度上簡化工程實(shí)施前的方案設(shè)計(jì)。

3.3.1源頭控制

在源頭控制技術(shù)體系中，篩選出截污納管、分散式處理、點(diǎn)源排污口處理、海綿城市技術(shù)和滾水壩5項(xiàng)共性技術(shù)。截污納管是控制外源污染進(jìn)入流域的最重要的措施之一已屬業(yè)界共識(shí)，在流域空間范圍內(nèi)，截污納管的區(qū)域較廣，應(yīng)該說涵蓋了除流域水域藍(lán)線之外的所有區(qū)域。分散式處理主要針對流域內(nèi)重要污染區(qū)域的應(yīng)急處理，流域污染的不確定性導(dǎo)致其分布范圍較為分散，主要用于治理流域上游污染點(diǎn)源的外排污水和流域藍(lán)線內(nèi)的水體。在流域源頭區(qū)域，點(diǎn)源排污口處理主要針對大中型污染點(diǎn)源如畜禽和水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水非達(dá)標(biāo)排放的治理，滾水壩則主要攔截污染點(diǎn)源排放的污水。海綿城市技術(shù)的作用是就地消納污染點(diǎn)源排放的污水，可用于流域水域藍(lán)線之外的所有區(qū)域。參照河道生態(tài)治理技術(shù)篩選的指標(biāo)和權(quán)重，結(jié)合流域治理的特點(diǎn)和要求，從技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)合理性和治理效果3個(gè)要素，以及對應(yīng)的成熟度、實(shí)施難易、管理難易、見效周期、投資成本、運(yùn)行成本、環(huán)境效果、生態(tài)效果和景觀效果9項(xiàng)指標(biāo)對上述5項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行權(quán)重設(shè)計(jì)[22]，并對各個(gè)指標(biāo)劃分“優(yōu)、良、中、差”4個(gè)級(jí)別，對應(yīng)賦分為5分、4分、3分和1分，半定量評(píng)價(jià)上述5項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)劣，經(jīng)分析推薦點(diǎn)源排污口處理、海綿城市技術(shù)和滾水壩3項(xiàng)技術(shù)，有條件推薦截污納管和分散式處理2項(xiàng)技術(shù)。

3.3.2過程阻斷

在過程阻斷技術(shù)體系中，篩選出緩沖帶、人工濕地、截洪溝、生態(tài)護(hù)岸和海綿城市技術(shù)5項(xiàng)共性技術(shù)。截洪溝和生態(tài)護(hù)岸界限清晰，是攔截外源污染進(jìn)入水體的最后防線；緩沖帶和人工濕地形式多樣，功能也多樣，需求不同，設(shè)置也不同，兩者互為包含與被包含關(guān)系，主要功能是攔截外源污染物，并凈化地表徑流，減緩流域污染負(fù)荷壓力，也可用于流域上游的源頭點(diǎn)源污染控制。海綿城市技術(shù)屬于依托海綿城市建設(shè)的技術(shù)范疇，主要功能為“滲、蓄、滯、凈、用、排”，主要表現(xiàn)形式包括雨水花園、透水鋪裝、下沉綠地、生態(tài)草溝、人工或自然濕地等。海綿城市技術(shù)多以點(diǎn)狀設(shè)計(jì)，分布較散，尺度更大，可在流域上游源頭區(qū)域和中間過渡地帶的點(diǎn)狀區(qū)域?qū)嵤?。按?.3.1節(jié)評(píng)價(jià)方法，經(jīng)分析推薦生態(tài)護(hù)岸和海綿城市技術(shù)2項(xiàng)技術(shù)，有條件推薦緩沖帶、人工濕地和截洪溝3項(xiàng)技術(shù)。

3.3.3末端治理

在末端治理技術(shù)體系中，篩選出內(nèi)源清淤、原位凈化、物理曝氣、投撒生物菌劑和河道河床底面自然塑形5項(xiàng)共性技術(shù)。在流域水域藍(lán)線范圍內(nèi)使用的技術(shù)均應(yīng)屬于流域末端治理的技術(shù)范疇，內(nèi)源清淤和原位凈化主要針對底泥污染問題；物理曝氣和投撒生物菌劑主要用于激活微生物凈水功能；河道河床底面自然塑形主要通過微地形重塑，增加生境的多元化進(jìn)而提升水生生物的多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能完整性。按第3.3.1節(jié)評(píng)價(jià)方法，經(jīng)分析推薦原位凈化、物理曝氣和底面自然塑形3項(xiàng)技術(shù)，且在流域污染治理過程中主推原位凈化和物理曝氣技術(shù)，在流域生態(tài)系統(tǒng)重建過程中主推河道河床底面自然塑形技術(shù)。

3.3.4技術(shù)核心組合體系

通過對源頭控制、過程阻斷和末端治理常用技術(shù)的比選，推薦滾水壩、點(diǎn)源排污口處理、生態(tài)護(hù)岸、海綿城市技術(shù)、原位凈化、物理曝氣和河道河床底面自然塑形7項(xiàng)技術(shù)為核心技術(shù)。另外人工濕地造價(jià)高，可用于后期建設(shè)；分散式處理可短期應(yīng)急施用；截污納管造價(jià)雖高，但控污效果突出，可貫穿流域治理全過程；緩沖帶和截洪溝在土地使用條件滿足的情況下可長期使用，截洪溝后期可改變?yōu)樯鷳B(tài)型溝渠。因此推薦以上12項(xiàng)技術(shù)作為技術(shù)核心組合。

從上述核心技術(shù)實(shí)施的空間分布看，截污納管還可用于污染物的過程阻斷，分散式處理還可用于流域末端水域藍(lán)線內(nèi)的水體凈化，滾水壩和點(diǎn)源排污口處理可用于除中間過渡地帶的所有區(qū)域；緩沖帶、人工濕地和海綿城市技術(shù)還可用于流域源頭點(diǎn)源污染控制。因此綜合考慮流域治理的時(shí)空特征，推薦在流域不同空間和不同時(shí)序上的技術(shù)核心組合體系如表4所示。

表4 技術(shù)核心組合體系Table 4 Core technology combination system

根據(jù)12項(xiàng)核心技術(shù)的特點(diǎn)及工程使用過程中的表現(xiàn)，針對其中分散式處理、緩沖帶、生態(tài)護(hù)岸、原位凈化、物理曝氣和河道河床底面自然塑形6項(xiàng)核心技術(shù)遴選出相應(yīng)的有潛力的新型技術(shù)，包括立式混凝氣浮技術(shù)/高分子材料定制化凈水技術(shù)、新型旁路凈水濕地技術(shù)、塑鋼板樁/高陡坡綠植護(hù)岸技術(shù)、固載微生物技術(shù)、超微曝氣技術(shù)和近自然工法共8項(xiàng)技術(shù)，這些技術(shù)隨科技創(chuàng)新的進(jìn)步需不斷優(yōu)化提升。在治理具體流域時(shí)，需根據(jù)對目標(biāo)水體的水文、地質(zhì)、水質(zhì)、污染源等現(xiàn)狀調(diào)查和數(shù)據(jù)分析作出適當(dāng)調(diào)整。

3.4 新時(shí)代流域水環(huán)境治理專項(xiàng)技術(shù)

3.4.1流域農(nóng)業(yè)面源污染治理技術(shù)

隨著“十三五”時(shí)期各大流域內(nèi)污水管網(wǎng)的快速建設(shè)和雨污分流排水體制的日趨完善，流域內(nèi)點(diǎn)源污染已得到控制，但地處流域上游的大量農(nóng)業(yè)面源尚未得到有效控制，可以預(yù)見農(nóng)業(yè)面源將是“十四五”時(shí)期乃至很長一段時(shí)間內(nèi)流域水環(huán)境治理中最重要的污染源之一。

流域農(nóng)業(yè)面源污染包括農(nóng)田典型污染物徑流污染、農(nóng)村雨污合流污染、農(nóng)村固體廢棄物污染等[23-25]。從源頭控制的層面看，上述面源污染的治理技術(shù)應(yīng)著重優(yōu)化調(diào)整種植業(yè)結(jié)構(gòu)和畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)結(jié)構(gòu)，推行“種植業(yè)-養(yǎng)殖業(yè)”循環(huán)模式[26]，針對農(nóng)村村居分布格局實(shí)現(xiàn)局域性污水管網(wǎng)建設(shè)與小型污水處理設(shè)施的匹配性組合，并因地制宜加大生活垃圾中轉(zhuǎn)站建設(shè)；從過程阻斷的層面看，應(yīng)加強(qiáng)緩沖帶配置、生態(tài)護(hù)岸設(shè)計(jì)及海綿城市技術(shù)的綜合使用；從末端治理的角度看，應(yīng)加強(qiáng)對入河(湖)口污染物的強(qiáng)化去除，組合采用物理曝氣和高效固載微生物等技術(shù)及河湖水面保潔設(shè)備化等措施，實(shí)現(xiàn)流域農(nóng)業(yè)面源污染的全過程治理[27]。

3.4.2流域末端水質(zhì)改善技術(shù)

很多流域的末端處于城市建成區(qū)，且多以黑臭水體形式存在。雖然按照“水十條”要求，地級(jí)及以上城市建成區(qū)的黑臭水體在2020年底控制在10%以內(nèi)，但由于歷史原因，雨污合流制的城市排水體制仍大量存在，流域點(diǎn)源污染治理存在一定的滯后性，加之流域上游大量農(nóng)業(yè)面源污染的存在，對處于城市建成區(qū)的流域末端的水質(zhì)仍是潛在的巨大隱患[28]。

對于未完全納入市政污水管網(wǎng)的流域支流，遴選適宜的生態(tài)修復(fù)技術(shù)組合將是保障現(xiàn)階段流域末端治理整體長效性效果的關(guān)鍵。選取以污水處理廠尾水水質(zhì)提升及以排污口處理為代表的點(diǎn)源治理技術(shù)，以有條件構(gòu)建蜿蜒有度的自然岸線結(jié)構(gòu)及以構(gòu)筑人工岸灘+天然綜合型濕地作為旁路緩沖系統(tǒng)為代表的線性優(yōu)化技術(shù)，以全水域范圍內(nèi)的水體增氧+微生物活化組合處理及以河道河床底面自然塑形提升系統(tǒng)復(fù)氧能力為代表的面式修復(fù)技術(shù)，從點(diǎn)、線、面三個(gè)維度實(shí)現(xiàn)流域末端水質(zhì)改善和健康水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建。

3.4.3流域智慧化管理技術(shù)

流域治理的關(guān)鍵點(diǎn)在于如何有效治理好污染水體，并能保持長制久清。在流域治理過程中，應(yīng)加強(qiáng)科學(xué)管理和高效管理，從“技術(shù)智慧化”到“管理智慧化”，建立流域智慧化管控系統(tǒng)作為新時(shí)代流域治理技術(shù)實(shí)施效果的保障，即構(gòu)建立體式的智能管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全流域水質(zhì)動(dòng)態(tài)監(jiān)管，構(gòu)建流域水資源總量控制與定額管理指標(biāo)體系、基于物聯(lián)網(wǎng)與云平臺(tái)的水環(huán)境監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)、流域水環(huán)境智慧診斷評(píng)估系統(tǒng)和以GIS+BIM水環(huán)境模擬系統(tǒng)為代表的互聯(lián)網(wǎng)+流域管理模式等，這些技術(shù)將構(gòu)成智慧流域的關(guān)鍵技術(shù)。

4 結(jié) 語

流域水環(huán)境治理是多學(xué)科、多鏈條、多體系的系統(tǒng)工程，涉及理念、技術(shù)、工程、管理等多個(gè)環(huán)節(jié)。其中，流域水環(huán)境治理技術(shù)體系的科學(xué)構(gòu)建在全周期實(shí)踐過程中尤其重要，它上承治理的頂層理念設(shè)計(jì)，下接具體的方案設(shè)計(jì)和工程實(shí)施，其體系建設(shè)的合理性直接決定了流域水環(huán)境治理的成敗，當(dāng)前相關(guān)研究還處于探索階段。本文對當(dāng)前我國流域水環(huán)境治理過程中普遍存在的4個(gè)弊端進(jìn)行了分析，針對這些弊端提出了指向性的治水方法(“四步法”)，并提出以“治理效果持久化、治理成本經(jīng)濟(jì)化、治理體系全局化”的“三化”理念作為流域水環(huán)境治理技術(shù)體系的核心理念，從理念和方法兩個(gè)層面闡述了新時(shí)代流域水環(huán)境治理的技術(shù)內(nèi)涵。

在技術(shù)體系建設(shè)層面，借鑒國內(nèi)外治理經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國水情，從源頭控制、過程阻斷、末端治理的空間維度和污染治理、生態(tài)修復(fù)的時(shí)間維度分類構(gòu)建了相應(yīng)的治理技術(shù)子體系，并對3個(gè)空間維度的共性技術(shù)進(jìn)行了多因素比選，推薦了12項(xiàng)技術(shù)作為技術(shù)核心組合，再通過對這些技術(shù)實(shí)施邊界的特征分析，形成了在流域不同空間和不同時(shí)序上的技術(shù)核心組合體系，并對當(dāng)下熱點(diǎn)的流域農(nóng)業(yè)面源污染治理、流域末端水質(zhì)改善和流域智慧化管理3個(gè)專項(xiàng)技術(shù)體系初步構(gòu)建提出了新見解。

隨著國家鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略等一系列國家頂層制度的出臺(tái)，可以預(yù)見在未來很長一段時(shí)間內(nèi)，自然、健康、循環(huán)的流域水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建的需求更加深入，流域水環(huán)境治理進(jìn)入了新的時(shí)代，相應(yīng)對治水技術(shù)的要求也將日益精準(zhǔn)化、體系化。環(huán)保技術(shù)日新月異，作為治水的科技工作者和實(shí)踐者，應(yīng)對治水新技術(shù)不斷探索，持續(xù)革新，以不斷更新的技術(shù)體系保障治水效果的穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)流域的可持續(xù)發(fā)展。