京津冀地區(qū)流域水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)集成研究

王菲菲，伍海聞，雷坤，安立會(huì)

中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院

京津冀地區(qū)是海河流域的核心區(qū)域，也是國(guó)家生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重點(diǎn)地區(qū)。近年來，京津冀地區(qū)高度重視水環(huán)境保護(hù)工作，不斷推進(jìn)生態(tài)建設(shè)和污染治理，并取得積極成效。但目前京津冀地區(qū)仍是全國(guó)水資源短缺、水環(huán)境污染較嚴(yán)重、水生態(tài)破壞較突出的地區(qū)之一。“十三五”期間，《京津冀協(xié)同發(fā)展規(guī)劃綱要》《京津冀協(xié)同發(fā)展生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》等一系列文件陸續(xù)出臺(tái)，特別是雄安新區(qū)的戰(zhàn)略定位，對(duì)京津冀地區(qū)水環(huán)境保護(hù)提出了更高要求，也為長(zhǎng)遠(yuǎn)謀劃區(qū)域水環(huán)境保護(hù)明確了方向[1-2]。筆者在“十一五”“十二五”和“十三五”國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)（簡(jiǎn)稱水專項(xiàng)）各課題研究基礎(chǔ)上，結(jié)合《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（簡(jiǎn)稱“水十條”）對(duì)京津冀地區(qū)水環(huán)境保護(hù)管理的技術(shù)需求[3]，以支撐京津冀地區(qū)水環(huán)境質(zhì)量改善為目標(biāo)，結(jié)合流域特征，圍繞水資源、水環(huán)境、水生態(tài)（簡(jiǎn)稱“三水”）綜合管理，集成京津冀地區(qū)“三水”統(tǒng)籌的流域水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)，探討其對(duì)京津冀地區(qū)北運(yùn)河、永定河和大清河3個(gè)主要流域水質(zhì)目標(biāo)管理的支撐意義并提出相關(guān)建議，以期為京津冀地區(qū)水環(huán)境保護(hù)提供技術(shù)支撐。

1 國(guó)內(nèi)外流域水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)進(jìn)展

1.1 發(fā)達(dá)國(guó)家流域水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)進(jìn)展

流域生態(tài)系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)和功能是承載區(qū)域水環(huán)境壓力的基礎(chǔ)。流域水質(zhì)目標(biāo)管理已成為發(fā)達(dá)國(guó)家水環(huán)境管理的主要模式。美國(guó)水環(huán)境管理以《清潔水法》為基石，不斷融入水生態(tài)分區(qū)、水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、最大日負(fù)荷總量計(jì)劃（TMDL）、排污許可證等管理要素，有力支撐受損水體逐步恢復(fù)[4]。美國(guó)流域水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)從初級(jí)的一般性污染控制開始，發(fā)展到基于技術(shù)的污染源濃度控制，再發(fā)展到基于水質(zhì)的污染控制，最后發(fā)展到TMDL[5-7]。歐盟水環(huán)境管理先后經(jīng)歷了水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與排放標(biāo)準(zhǔn)管理不同階段，至2000年《水框架指令》的提出，標(biāo)志著歐盟由此進(jìn)入了以水生態(tài)系統(tǒng)為核心的流域管理階段[8-9]。歐盟水框架指令的核心思想是建立綜合的一體化的水環(huán)境管理體系，排污許可管理是控制水體污染物排放的根本手段，水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)是一種基于最佳技術(shù)的總量控制方法[7]。日本于20世紀(jì)70年代末開始實(shí)施以部分區(qū)域總量控制為核心的綜合防治，對(duì)污染嚴(yán)重地區(qū)的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展起到良好的效果[10]。美國(guó)與歐盟在水環(huán)境管理方面的共同點(diǎn)都是實(shí)現(xiàn)了從污染控制向生態(tài)管理的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，水質(zhì)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)是其根本。開展以水生態(tài)功能分區(qū)為基礎(chǔ)的流域水環(huán)境綜合管理，已成為美國(guó)、歐盟及日本等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)保護(hù)水環(huán)境的重要手段。美國(guó)、歐盟與日本的流域水質(zhì)目標(biāo)管理均是基于流域水生態(tài)管理的技術(shù)體系[11]。

1.2 我國(guó)流域水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)的發(fā)展歷程

我國(guó)流域水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)研究可以追溯到20世紀(jì)70年代，在“九五”和“十五”期間，確定了污染物排放總量控制指標(biāo)，標(biāo)志著我國(guó)污染控制由濃度控制進(jìn)入總量控制階段[12]。1996年，修訂的《中華人民共和國(guó)水污染防治法》明確提出“防治水污染應(yīng)當(dāng)按流域或者區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，水污染防治規(guī)劃是防治水污染的基本依據(jù)”，這標(biāo)志著我國(guó)以流域?yàn)閷?duì)象的水污染防治方略基本建立[13-14]。流域水污染防治規(guī)劃思路基本實(shí)現(xiàn)了由以往的單純治理污染向污染治理和生態(tài)保護(hù)并重轉(zhuǎn)變，規(guī)劃導(dǎo)向由污染物總量控制向環(huán)境質(zhì)量控制轉(zhuǎn)變[15]?！笆晃濉焙汀笆濉彼畬ｍ?xiàng)緊緊圍繞流域水生態(tài)功能分區(qū)、水環(huán)境質(zhì)量基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)、容量總量控制三大核心技術(shù)研發(fā)，構(gòu)建我國(guó)流域水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)體系，標(biāo)志著我國(guó)開始推動(dòng)基于水生態(tài)功能分區(qū)的流域水環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)管理技術(shù)體系[11,16-17]?！吨攸c(diǎn)流域水污染防治規(guī)劃（2016—2020年）》以細(xì)化落實(shí)“水十條”目標(biāo)要求和任務(wù)措施為基本定位，提出了以改善水環(huán)境質(zhì)量為核心和“三水”統(tǒng)籌的系統(tǒng)思路[18-19]?！笆濉彼畬ｍ?xiàng)對(duì)流域水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)進(jìn)行了集成研究，構(gòu)建了集功能分區(qū)、基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)、排污許可、最佳可行技術(shù)、風(fēng)險(xiǎn)管理、管理平臺(tái)六大技術(shù)環(huán)節(jié)于一體的水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)體系[20]。

2 京津冀地區(qū)面臨的主要“三水”問題

京津冀地區(qū)地處海河流域，是海河流域水資源開發(fā)程度最高的區(qū)域，水資源稀缺和水污染問題削弱了水體的生態(tài)服務(wù)功能，進(jìn)而影響了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，成為京津冀發(fā)展的最大短板。北京市由永定河、大清河、北運(yùn)河、潮白河和薊運(yùn)河五大水系串聯(lián)。天津地區(qū)的海河自金鋼橋起到大沽口流入渤海灣，整個(gè)海河水系由海河上游的北運(yùn)河、永定河、大清河、子牙河和南運(yùn)河五大河流及300多條支流共同組成。河北地區(qū)水系較多，其中海河水系占河北地區(qū)絕大部分，包括潮白河（北運(yùn)河）、永定河（主支流有桑干河、洋河）、大清河（主要支流有唐河等）、子牙河（滹沱河與滏陽河匯集而成）、南運(yùn)河（上游為漳河和衛(wèi)河所匯集）[21]?？梢姡边\(yùn)河、永定河、大清河是京津冀水系連通的關(guān)鍵。

2.1 水資源短缺和統(tǒng)籌調(diào)配能力不足

京津冀地區(qū)水資源主要問題在于水資源總量不足、地下水超采嚴(yán)重、粗放用水方式持續(xù)加重水資源短缺程度、水資源統(tǒng)籌調(diào)配能力不足[22]。京津冀地處海河流域平原區(qū)，多處于干旱半干旱地區(qū)，近年來降水量的減少和水資源開發(fā)利用程度的加強(qiáng)，導(dǎo)致海河流域水資源總量持續(xù)減少。2019年海河流域平均降水量為449.2 mm，比多年平均降水量少16.0%，2019年年末淺層地下水蓄量比年初減少39.74億m3[23]。高耗水生產(chǎn)方式仍未轉(zhuǎn)變，尤其是農(nóng)業(yè)用水效率遠(yuǎn)低于工業(yè)和服務(wù)業(yè)[24]。京津冀地區(qū)是全國(guó)水資源供需矛盾最尖銳的地區(qū)之一，供水水源經(jīng)歷了以地下水、地表水水源為主到再生水、南水北調(diào)水、地下水和地表水多水源聯(lián)合調(diào)配的過程。自南水北調(diào)中線工程通水后，水資源量得到一定的提升，但水資源空間不均衡狀態(tài)仍然持續(xù)存在，多源供水格局尚未形成[25]。

2.2 水環(huán)境污染嚴(yán)重和協(xié)同治理水平較弱

目前，京津冀地區(qū)水污染仍較為嚴(yán)重。《2020中國(guó)生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》顯示，海河流域水質(zhì)整體有所好轉(zhuǎn)，但仍屬于輕度污染，主要污染指標(biāo)為化學(xué)需氧量（COD）、高錳酸鹽指數(shù)和五日生化需氧量；Ⅰ類～Ⅲ類水質(zhì)斷面占比為64.0%，比2019年上升12.1個(gè)百分點(diǎn)，但仍比全國(guó)數(shù)據(jù)低23.4個(gè)百分點(diǎn)；劣Ⅴ類水質(zhì)斷面占比為0.6%，比2019年下降6.9個(gè)百分點(diǎn)，但仍比全國(guó)數(shù)據(jù)高0.4個(gè)百分點(diǎn)[26]。京津冀工業(yè)源水污染排放空間集聚特征研究顯示，工業(yè)源COD和NH3-N排放最多的行業(yè)集中在造紙和紙制品業(yè)、農(nóng)副食品加工業(yè)、化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)、紡織業(yè)等十大行業(yè)，工業(yè)源COD排放主要集中在邯鄲、天津、張家口和秦皇島，合計(jì)占京津冀地區(qū)COD總排放量的56%[27]。京津冀地區(qū)水污染綜合管控力度和區(qū)域協(xié)同綜合治理水平仍有待提高。

2.3 水生態(tài)退化和穩(wěn)定性趨向脆弱

京津冀地區(qū)水生態(tài)退化嚴(yán)重，水生生物資源受損嚴(yán)重，濕地失去天然河流補(bǔ)給，面積萎縮。據(jù)全國(guó)第一次水利普查水土保持普查數(shù)據(jù)，京津冀地區(qū)水土流失面積為 50 534 km2。其中，北京市為 3 202 km2，占京津冀地區(qū)水土流失總面積的6.34%；天津市為 236 km2， 占 0.47%； 河 北 省 為 47 096 km2，占93.20%[28]。大清河流域建設(shè)用地面積逐漸增加，且增長(zhǎng)速度不斷加快；太行山東麓林地、草地面積由于人口的擴(kuò)張逐漸減少[29]；白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性趨向脆弱，濕地生物多樣性保護(hù)功能呈退化趨勢(shì)[30]。北京市河流大型底棲動(dòng)物空間格局及其環(huán)境響應(yīng)研究顯示，山區(qū)河流中保持了較高的生物多樣性，而城市河流及其過渡區(qū)的大型底棲動(dòng)物退化明顯[31]。

因此，針對(duì)京津冀地區(qū)流域特征，為了有效利用水資源、改善水環(huán)境和恢復(fù)水生態(tài)，有必要系統(tǒng)集成“十一五”“十二五”和“十三五”水專項(xiàng)京津冀地區(qū)水環(huán)境管理技術(shù)相關(guān)項(xiàng)目和課題的研究成果，凝練該區(qū)域流域水質(zhì)目標(biāo)管理集成技術(shù)，為京津冀地區(qū)北運(yùn)河流域、永定河流域和白洋淀—大清河流域“三水”統(tǒng)籌流域水質(zhì)目標(biāo)管理思路的確定提供建議和技術(shù)支撐。

3 技術(shù)集成思路與方法

3.1 技術(shù)集成數(shù)據(jù)來源

水專項(xiàng)設(shè)置了一系列流域水生態(tài)管理方面的研究課題，如“十一五”水專項(xiàng)涉及海河流域水生態(tài)管理方面的8個(gè)課題，“十二五”水專項(xiàng)涉及海河流域水生態(tài)管理方面的10個(gè)課題，而“十三五”水專項(xiàng)設(shè)置了京津冀地區(qū)綜合調(diào)控重點(diǎn)示范板塊，涉及京津冀地區(qū)水生態(tài)管理方面的23個(gè)課題（表1）。經(jīng)過“十一五”“十二五”和“十三五”水專項(xiàng)科技成果的積累，已經(jīng)具備建立京津冀地區(qū)“三水”統(tǒng)籌的流域水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)集成的基本技術(shù)條件。因此，有必要系統(tǒng)集成京津冀地區(qū)水專項(xiàng)管理技術(shù)成果，提出北方缺水地區(qū)“三水”統(tǒng)籌的流域治理模式，為京津冀地區(qū)協(xié)同發(fā)展提供重要技術(shù)支撐。

3.2 技術(shù)集成方法及工作流程

技術(shù)集成概念的提出源于20世紀(jì)80年代，在研究起始階段以單項(xiàng)技術(shù)與其應(yīng)用環(huán)境之間的匹配為目標(biāo)，通過調(diào)查、評(píng)估和提煉等研究過程來融合所需技術(shù)，這就是被Iansiti[32]稱為技術(shù)集成的研究開發(fā)模式。技術(shù)集成并非創(chuàng)造一項(xiàng)新技術(shù)，其核心在于評(píng)估技術(shù)選項(xiàng)并進(jìn)行技術(shù)選擇，最終實(shí)現(xiàn)同類技術(shù)交叉融合[33-34]。本次集成研究主要根據(jù)3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來評(píng)估和選擇技術(shù)：1）技術(shù)的可靠性，篩選的依據(jù)在于技術(shù)的原理、流程、要點(diǎn)及創(chuàng)新性；2）技術(shù)的可用性，篩選的依據(jù)在于技術(shù)在京津冀地區(qū)的示范應(yīng)用情況；3）技術(shù)的可達(dá)性，篩選的依據(jù)為技術(shù)就緒度。技術(shù)集成流程見圖1。

圖 1 技術(shù)集成流程Fig.1 Process of technology integration

4 “三水”統(tǒng)籌的流域水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)集成體系

4.1 技術(shù)集成體系框架

從“十一五”“十二五”及“十三五”水專項(xiàng)涉及的京津冀地區(qū)水生態(tài)管理相關(guān)的41個(gè)課題中提煉出90項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。根據(jù)各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的特點(diǎn)，以支撐京津冀地區(qū)流域水質(zhì)目標(biāo)管理為目標(biāo)，從水資源、水環(huán)境、水生態(tài)3個(gè)方面進(jìn)行凝練，形成12項(xiàng)集成技術(shù)，進(jìn)一步構(gòu)建京津冀地區(qū)“三水”統(tǒng)籌的流域水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)體系框架（圖2）。

4.2 水資源集成技術(shù)

水資源集成技術(shù)由生態(tài)水量保障管理技術(shù)與政策相關(guān)技術(shù)組成，包括不同類型河流廊道生態(tài)水量確定技術(shù)、多水源背景下流域水資源優(yōu)化配置技術(shù)、跨界水質(zhì)-水量聯(lián)合生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)制定技術(shù)和京津冀區(qū)域水價(jià)改革方案（圖3）。

圖 2 “三水”統(tǒng)籌的流域水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)集成體系框架Fig.2 Technical framework of watershed water-quality target management technology based on "three waters"

圖 3 水資源集成技術(shù)組成Fig.3 Components of water resources integration technology

針對(duì)京津冀地區(qū)長(zhǎng)期以來水資源開發(fā)利用率高和存在嚴(yán)苛的水文水資源條件問題，提出了面向生態(tài)水量與維持良好生境功能的分區(qū)、分類、分級(jí)、分期（簡(jiǎn)稱“四分”）的生態(tài)流量組分和閾值確定以及生態(tài)流量整體協(xié)調(diào)優(yōu)化技術(shù)，形成不同類型河流廊道生態(tài)水量確定技術(shù)。該技術(shù)可指導(dǎo)制定協(xié)調(diào)流域上下游、兼顧社會(huì)用水的生態(tài)流量標(biāo)準(zhǔn)方案，解決京津冀地區(qū)流域河流生態(tài)流量底線難以科學(xué)確定、生態(tài)流量管理難以與水資源管理結(jié)合的難題。

針對(duì)京津冀地區(qū)河流實(shí)現(xiàn)“流動(dòng)的河”大部分都面臨十分嚴(yán)苛的水資源條件的問題，基于生態(tài)需水目標(biāo)，建立統(tǒng)籌當(dāng)?shù)貜搅鳌⒃偕?、外調(diào)水等多種水源的流域水量統(tǒng)一優(yōu)化配置技術(shù)體系，并結(jié)合現(xiàn)有水資源和防洪調(diào)度，提出以保障生態(tài)用水為目標(biāo)的流域水資源配置技術(shù)，形成多水源背景下流域水資源優(yōu)化配置技術(shù)。該技術(shù)可支持流域和區(qū)域水資源統(tǒng)一調(diào)度，確保實(shí)現(xiàn)生態(tài)水量下泄目標(biāo)，是保障京冀津地區(qū)綠色生態(tài)廊道修復(fù)不可或缺的前提條件。

在目前國(guó)內(nèi)已成功試點(diǎn)的跨界流域生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制上進(jìn)行補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)，將原有單一的水質(zhì)補(bǔ)償機(jī)制擴(kuò)展形成以水量為主、水質(zhì)為調(diào)控因子的流域生態(tài)補(bǔ)償技術(shù)，形成跨界水質(zhì)-水量聯(lián)合生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)制定技術(shù)。該技術(shù)的核心在于補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的確立，針對(duì)京津冀區(qū)域水資源量緊缺現(xiàn)狀，將補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)權(quán)重的設(shè)置偏向水量補(bǔ)償，為京津冀地區(qū)以及北方水資源匱乏河流生態(tài)補(bǔ)償提供了考核標(biāo)準(zhǔn)選擇，并為上下游管理決策部門溝通、協(xié)商和達(dá)成共識(shí)提供了依據(jù)。

針對(duì)京津冀地區(qū)再生水循環(huán)利用措施是河流水源補(bǔ)充的重要來源特點(diǎn)，而當(dāng)前再生水水價(jià)采用政府最高指導(dǎo)水價(jià)，缺乏分用戶、分質(zhì)再生水水價(jià)，不利于再生水利用的問題，集成形成京津冀區(qū)域水價(jià)改革方案。該方案通過水價(jià)改革有效促進(jìn)區(qū)域水資源的節(jié)約、保護(hù)和循環(huán)利用，對(duì)改善和保護(hù)水生態(tài)與環(huán)境具有重要意義，特別是對(duì)于缺水地區(qū)流域環(huán)境保護(hù)具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

4.3 水環(huán)境集成技術(shù)

水環(huán)境集成技術(shù)由基于水質(zhì)目標(biāo)的流域污染物排放管控相關(guān)技術(shù)組成，包括水生態(tài)功能四級(jí)分區(qū)管理及目標(biāo)制定技術(shù)、高分辨率源清單構(gòu)建與水環(huán)境容量總量分配技術(shù)、基于水質(zhì)的流域排放標(biāo)準(zhǔn)制定與排污許可管理技術(shù)和工業(yè)聚集區(qū)水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管控技術(shù)（圖 4）。

圖 4 水環(huán)境集成技術(shù)組成Fig.4 Components of water environment integration technology

水生態(tài)功能四級(jí)分區(qū)管理及目標(biāo)制定技術(shù)：在識(shí)別水生態(tài)功能分區(qū)和水環(huán)境功能區(qū)差異化的基礎(chǔ)上，開展了京津冀地區(qū)水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量調(diào)查和生態(tài)分區(qū)與功能定位研究，并疊加“十二五”海河流域水生態(tài)功能四級(jí)分區(qū)方案，劃分出基于水生態(tài)功能和水生態(tài)服務(wù)功能的、可實(shí)現(xiàn)差異化管理的京津冀地區(qū)水生態(tài)功能四級(jí)分區(qū)；同時(shí)通過耦合京津冀地區(qū)“三線一單”管控目標(biāo)要求，制定了涵蓋水質(zhì)管控、水生態(tài)管理、空間管控和生物物種、群落指數(shù)、生境的管理目標(biāo)。

高分辨率源清單構(gòu)建與水環(huán)境容量總量分配技術(shù)：通過水環(huán)境調(diào)查數(shù)據(jù)和污染源數(shù)據(jù)以及源解析方法，銜接第二次全國(guó)污染源普查，建立以斷面為約束、控制單元為載體的高時(shí)空分辨率水環(huán)境污染源清單，為實(shí)現(xiàn)京津冀地區(qū)水環(huán)境精細(xì)化管理提供支撐；同時(shí)，構(gòu)建了總量分配體系，為水質(zhì)規(guī)劃與管理提供支撐。該技術(shù)有利于削減京津冀地區(qū)污染負(fù)荷和優(yōu)化污染源空間分布，為實(shí)施有效的水環(huán)境管理方案提供科學(xué)依據(jù)。

基于水質(zhì)的流域排放標(biāo)準(zhǔn)制定與排污許可管理技術(shù)：針對(duì)流域水質(zhì)目標(biāo)管理與排污標(biāo)準(zhǔn)和排污許可管理相關(guān)脫節(jié)的問題，以污染物排放與水質(zhì)的響應(yīng)關(guān)系為依據(jù)，解析固定污染源對(duì)水質(zhì)的影響和貢獻(xiàn)，依據(jù)容量總量分配結(jié)果，確定控制單元“多源”排放限值，實(shí)現(xiàn)固定污染源減排精準(zhǔn)支持流域水質(zhì)目標(biāo)改善?！毒┙蚣絽f(xié)同發(fā)展生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》中提出了三地協(xié)同管理政策，該技術(shù)可為京津冀水環(huán)境一體化管理提供技術(shù)支撐。

京津冀濱海工業(yè)帶位于河流下游，是河流入海前最后流經(jīng)區(qū)域，該區(qū)域一旦發(fā)生水污染事故，將導(dǎo)致受納水體水質(zhì)迅速惡化，破壞水生態(tài)環(huán)境，嚴(yán)重影響經(jīng)濟(jì)社會(huì)的正常活動(dòng)和人民群眾的生命安全。集成形成工業(yè)聚集區(qū)水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管控技術(shù)，通過技術(shù)創(chuàng)新、集成研究與示范，最終形成“查—控—處”一體化水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管控體系，有效提升京津冀地區(qū)水污染應(yīng)急處置能力，為水環(huán)境管理、水資源安全等提供科技支撐。

4.4 水生態(tài)集成技術(shù)

十九大報(bào)告強(qiáng)調(diào)“構(gòu)建生態(tài)廊道和生物多樣性保護(hù)網(wǎng)絡(luò)，提升生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量和穩(wěn)定性”。依托河流生態(tài)廊道解決現(xiàn)階段水生態(tài)環(huán)境保護(hù)修復(fù)問題是河流治理的新思路。河流生態(tài)廊道是河流生態(tài)服務(wù)功能的載體，是由山水林田湖草多種自然要素相互組成的復(fù)雜生命共同體，能提供多種生態(tài)服務(wù)功能，包括水源涵養(yǎng)、水土保持、生物多樣性維持、河流自凈功能等，這些生態(tài)服務(wù)功能是維持良好生態(tài)環(huán)境的根本所在[35]。水生態(tài)集成技術(shù)由河流廊道生態(tài)系統(tǒng)健康和服務(wù)功能評(píng)估及空間格局構(gòu)建優(yōu)化相關(guān)技術(shù)組成，包括河流廊道水生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估技術(shù)、河流生態(tài)廊道服務(wù)功能評(píng)估技術(shù)、河流生態(tài)廊道空間格局構(gòu)建技術(shù)和河流生態(tài)廊道生態(tài)空間優(yōu)化與管控技術(shù)（圖 5）。

圖 5 水生態(tài)集成技術(shù)組成Fig.5 Components of water ecology integration technology

針對(duì)京津冀地區(qū)河流生態(tài)廊道的水生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估診斷技術(shù)尚未成熟的問題，結(jié)合本土化指標(biāo)研究成果，構(gòu)建了適合京津冀地區(qū)河湖特點(diǎn)和以水生生物為核心的基于水生態(tài)系統(tǒng)完整性指數(shù)的河流廊道水生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估技術(shù)。在京津冀地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展導(dǎo)致河流生態(tài)系統(tǒng)健康狀況日益惡化的嚴(yán)峻形勢(shì)下，基于該技術(shù)開展河流廊道水生態(tài)系統(tǒng)健康診斷研究對(duì)于促進(jìn)水生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)及穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義。

河流生態(tài)廊道服務(wù)功能評(píng)估技術(shù)針對(duì)京津冀地區(qū)河流斷流、干涸、水生生態(tài)系統(tǒng)退化現(xiàn)象，通過模擬河流生態(tài)廊道自然要素的垂直及水平循環(huán)流動(dòng)，研發(fā)耦合陸地生態(tài)系統(tǒng)模型和流域水文模型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估技術(shù)，對(duì)各生態(tài)服務(wù)功能之間的聯(lián)動(dòng)關(guān)系及其空間異質(zhì)性進(jìn)行解析，構(gòu)建河流生態(tài)服務(wù)功能評(píng)估技術(shù)，定量評(píng)估河流廊道生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能變化，為生態(tài)景觀格局重構(gòu)奠定基礎(chǔ)。

針對(duì)河流廊道不暢、水環(huán)境質(zhì)量下降、生態(tài)完整性降低、水安全風(fēng)險(xiǎn)等導(dǎo)致的京津冀地區(qū)生態(tài)支撐區(qū)和水源涵養(yǎng)區(qū)的生態(tài)退化問題，提出了針對(duì)不同流域尺度和生態(tài)需求的三級(jí)生態(tài)廊道構(gòu)建方法，形成河流生態(tài)廊道空間格局構(gòu)建技術(shù)。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)流域重要生態(tài)節(jié)點(diǎn)連通，加強(qiáng)生態(tài)廊道建設(shè)和提升重點(diǎn)保護(hù)生態(tài)廊道植被與水生態(tài)環(huán)境，增加流域生態(tài)系統(tǒng)的多樣性、穩(wěn)定性和完整性，適用于我國(guó)北方缺水地區(qū)不同地貌地勢(shì)的生態(tài)廊道空間格局的構(gòu)建。

針對(duì)京津冀協(xié)同發(fā)展區(qū)景觀格局向破碎化、生態(tài)類型分布向分散化發(fā)展等問題，開展強(qiáng)化水源涵養(yǎng)功能的京津冀協(xié)同發(fā)展區(qū)生態(tài)空間格局優(yōu)化及管控方案研究，形成河流生態(tài)廊道生態(tài)空間優(yōu)化與管控技術(shù)。該技術(shù)依據(jù)壩上和壩下2個(gè)地區(qū)的地形地貌、氣候土壤等自然條件，設(shè)定了不同的生態(tài)空間格局優(yōu)化目標(biāo)，在評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的基礎(chǔ)上，在鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度提出了細(xì)化至樹種、作物種類優(yōu)化的生態(tài)格局優(yōu)化方案，從生態(tài)優(yōu)化的角度支撐流域減少負(fù)荷量、保障生態(tài)需水量及改善水環(huán)境。

5 京津冀流域“三水”統(tǒng)籌水質(zhì)目標(biāo)管理建議

應(yīng)用京津冀地區(qū)流域水質(zhì)目標(biāo)管理集成技術(shù)，對(duì)京津冀地區(qū)永定河、北運(yùn)河和白洋淀—大清河3個(gè)重點(diǎn)流域進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)健康和生態(tài)服務(wù)功能評(píng)估；基于評(píng)估結(jié)果，采用河流廊道空間格局構(gòu)建與生態(tài)空間優(yōu)化技術(shù)，構(gòu)建特征性河流生態(tài)廊道；通過基于水質(zhì)目標(biāo)的流域污染物排放管控技術(shù)和生態(tài)水量保障管理技術(shù)與政策，對(duì)重點(diǎn)流域“三水”統(tǒng)籌流域水質(zhì)目標(biāo)管理思路提出建議。集成技術(shù)支撐京津冀流域“三水”統(tǒng)籌水質(zhì)目標(biāo)管理的邏輯見圖6。

圖 6 集成技術(shù)體系應(yīng)用邏輯Fig.6 Application logic diagram of integration technology system

5.1 永定河流域

永定河是北京的母親河，是華北地區(qū)聯(lián)結(jié)山地、平原、都市和海洋等自然和人文物質(zhì)文化的重要的流動(dòng)載體，同時(shí)也是貫穿京津冀生態(tài)功能區(qū)的天然走廊，是區(qū)域協(xié)同發(fā)展在生態(tài)領(lǐng)域率先突破的著力點(diǎn)[36-37]。針對(duì)永定河上游水源涵養(yǎng)與生態(tài)環(huán)境支撐保障能力弱、下游自然河道形態(tài)消失，水資源過渡開發(fā)利用、供/用水結(jié)構(gòu)不盡合理，水質(zhì)呈波動(dòng)變化趨勢(shì)、未能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，水生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重退化、水生態(tài)環(huán)境碎片化問題突出的特征，構(gòu)建生態(tài)嚴(yán)重退化型河流生態(tài)廊道。近期以水資源優(yōu)化配置、水環(huán)境質(zhì)量改善、生態(tài)空間管控為重點(diǎn)，中遠(yuǎn)期逐步推進(jìn)水資源優(yōu)化配置、水環(huán)境質(zhì)量改善、水生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)、生態(tài)空間優(yōu)化與管控。以山水林田湖草系統(tǒng)治理思路為引領(lǐng)，優(yōu)化上游地區(qū)生態(tài)空間格局，提升水源涵養(yǎng)功能；同時(shí)，加強(qiáng)平原區(qū)生態(tài)節(jié)點(diǎn)建設(shè)，重構(gòu)下游河道物理形態(tài)，建設(shè)河岸生態(tài)緩沖帶和河流生境，支撐水生態(tài)系統(tǒng)健康狀況改善。以流域尺度水資源優(yōu)化配置和節(jié)水為重點(diǎn)，恢復(fù)生態(tài)廊道的水資源供給功能、物質(zhì)和能量輸運(yùn)功能。以農(nóng)業(yè)面源污染控制為主，輔以流域污染物排放控制，改善河流水質(zhì)狀況，逐步恢復(fù)廊道的生態(tài)完整性。通過上述措施組合，在近期實(shí)現(xiàn)“有河有水，水清岸綠”，初步具備綠色河流生態(tài)廊道的特征，在中遠(yuǎn)期實(shí)現(xiàn)“有水有魚，人水和諧”的局面。

5.2 北運(yùn)河流域

北運(yùn)河是京杭大運(yùn)河的重要組成部分，連接北京和天津2個(gè)超大型城市，貫穿北京城市副中心，社會(huì)經(jīng)濟(jì)屬性突出。北運(yùn)河流域環(huán)境容量極為有限，污染物的過量排放是造成流域水環(huán)境質(zhì)量得不到根本改善的最直接原因；另外，北運(yùn)河采用城市污水處理廠尾水或再生水廠出水進(jìn)行補(bǔ)水，河道缺乏清潔水源補(bǔ)給[38]。針對(duì)河道全線受閘壩控制，河道嚴(yán)重人工化、渠道化，河流棲息地環(huán)境特征與自然河流存在明顯差異，河道生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生明顯變化，水生態(tài)退化嚴(yán)重的特征，構(gòu)建再生水補(bǔ)給型河流生態(tài)廊道。按照河流“三水”統(tǒng)籌系統(tǒng)管理的思路，采取以生態(tài)流量保障為核心的再生水補(bǔ)給型河流水資源和水環(huán)境管理模式，具體表現(xiàn)為“污水處理廠超高標(biāo)準(zhǔn)再生水補(bǔ)給—河流生態(tài)流量與河湖濕地生態(tài)用水保障—城市面源污染控制”。立足城市化半城市化河流特征，以城鎮(zhèn)生活污水資源化利用為突破口，進(jìn)行多閘壩、多水源補(bǔ)給的水資源優(yōu)化配置，構(gòu)建基于分質(zhì)水資源利用的流域水量水質(zhì)調(diào)度技術(shù)，恢復(fù)生態(tài)廊道物質(zhì)和能量輸運(yùn)功能及水質(zhì)凈化功能；以河湖生態(tài)補(bǔ)水為主要途徑，充分發(fā)揮再生水減污增容作用，營(yíng)造適宜生境條件，逐步恢復(fù)廊道的生態(tài)完整性；同時(shí)，控制流域城市面源和農(nóng)業(yè)面源污染物排放，進(jìn)一步提升水環(huán)境質(zhì)量，保障河流生態(tài)完整性。近期確保清水入河，中遠(yuǎn)期實(shí)現(xiàn)流域水生態(tài)系統(tǒng)改善。

5.3 白洋淀—大清河流域

白洋淀是大清河南支水系湖泊，華北唯一的大型平原湖泊濕地，是雄安新區(qū)藍(lán)綠空間的重要組成部分。大清河流域水資源稟賦差，主要入淀河流幾近干涸，造成白洋淀生態(tài)需水嚴(yán)重短缺；入淀河流污染嚴(yán)重，導(dǎo)致白洋淀存量污染大；入淀河流水生態(tài)系統(tǒng)退化嚴(yán)重，生態(tài)廊道基本功能喪失[39-40]。針對(duì)白洋淀—大清河流域生態(tài)需水缺口大、水環(huán)境容量不足、水生態(tài)敏感等關(guān)鍵問題，從水環(huán)境質(zhì)量改善和水生態(tài)安全保障的總體需求出發(fā)，構(gòu)建生態(tài)脆弱型河湖水系廊道。以山水林田湖草的系統(tǒng)治理思路為引領(lǐng)，以生態(tài)空間格局構(gòu)建為基礎(chǔ)，形成水陸兼顧的河流“三水”統(tǒng)籌系統(tǒng)管理模式，具體表現(xiàn)為“生態(tài)空間格局構(gòu)建—水資源優(yōu)化配置與生態(tài)用水保障—水質(zhì)提升”。綜合考慮保障生態(tài)用水，確保水路暢通，保障淀區(qū)水環(huán)境質(zhì)量，構(gòu)建多水源耦合、多目標(biāo)協(xié)同的入淀河流水量配置及水資源保障機(jī)制，恢復(fù)生態(tài)廊道的水資源供給功能、物質(zhì)和能量輸運(yùn)功能，營(yíng)造適宜生境條件。同時(shí)，以流域污染物排放控制為重點(diǎn)，逐步恢復(fù)廊道的生態(tài)完整性。

6 結(jié)論

（1）根據(jù)水專項(xiàng) 41 個(gè)課題中提煉出的 90 項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，從“三水”統(tǒng)籌角度，以支撐京津冀地區(qū)流域水質(zhì)目標(biāo)管理為目標(biāo)，從空間格局構(gòu)建與管控、基于水質(zhì)目標(biāo)的流域污染物排放管控、生態(tài)水量保障管理技術(shù)與政策三大方面進(jìn)行凝練，形成 12 項(xiàng)集成技術(shù)，構(gòu)建京津冀地區(qū)“三水”統(tǒng)籌的流域水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)體系框架。基于集成技術(shù)體系提煉重點(diǎn)流域水質(zhì)目標(biāo)管理的思路，并提出工作建議。

（2）集成的水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)針對(duì)京津冀地區(qū)3個(gè)重點(diǎn)流域“三水”差異性特征，對(duì)以永定路流域?yàn)榇淼纳鷳B(tài)嚴(yán)重退化型河流生態(tài)廊道、以北運(yùn)河為代表的再生水補(bǔ)給型河流生態(tài)廊道和以白洋淀—大清河流域?yàn)榇淼纳鷳B(tài)脆弱型河湖水系廊道的“三水”統(tǒng)籌水質(zhì)目標(biāo)管理思路提出建議。

（3）技術(shù)集成已逐漸成為當(dāng)代技術(shù)發(fā)展的普遍現(xiàn)象和重要?jiǎng)?chuàng)新方法，對(duì)于管理戰(zhàn)略決策具有重要的技術(shù)支撐價(jià)值。但是限于目前技術(shù)集成方法學(xué)對(duì)于專業(yè)知識(shí)領(lǐng)域?qū)＜业囊蕾嚦潭容^高，集成技術(shù)有效的驗(yàn)證手段較為缺乏，導(dǎo)致技術(shù)集成的過程和結(jié)果都存在較大的主觀性。關(guān)于如何更廣泛地應(yīng)用技術(shù)集成結(jié)果仍然處于探索之中。