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专家名片
王浩，中国工程院院士，博士，教授级高工，现任流域水循环模拟与调控国家重点实验室主任，中国水利水电科学研究院水资源研究所名誉所长，兼任中国可持续发展研究会理事长，全球水伙伴（中国）副主席，中国自然资源学会、创新方法研究会、水资源战略研究会等国家级学术团体的副理事长和副会长，担任水利部、环保部、国家林业局等省部级行业主管部门科技委委员。
1 中国水环境形势及
传统解决方案的不足
当前中国面临的水环境形势有两个基本判断，其一，近些年来水环境质量有所改善，社会经济发展与水污染呈现解耦趋势，表现为“两上升”和“两下降”，即国内生产总值增长率及中国七大水系I-III类水质比例逐渐增加，地表水劣V类水质比例及地表水COD（化学需氧量）浓度下降，且通过工程减排、结构减排、管理减排，使得主要污染物排放量得到有效控制。其二是未来水环境保护依旧任重道远。表现为水环境质量仍不容乐观，河流水质劣于III类的断面数占28.8%，海河流域、辽河流域、淮河流域三河尤为突出（占到40%～60%），因此国家在《城市黑臭水体整治工作指南》中明确提出，到2020年底前使得地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10%以内；到2030年，城市建成区黑臭水体总体得到消除。未来随着城镇人口的增加、经济规模的增大、气候变化的影响，水环境的压力也必将会加大，且新型和有毒有害污染物健康风险增大，老债新账叠加共存，呈现为复合型特征，治理难度加大，突发性水污染危害也较严重。
中国水污染防治传统解决方案还存在不足，其一是污水排放标准不适应中国国情，照抄发达国家的排放标准，未与水环境容量挂钩，未考虑中国城市在流域中“高密度”的布局特征，这套标准从根本上不具有科学性，不适应中国国情。其二是违法排放成本低，缺乏激励机制，主要污染物排污费征收标准偏低，排污收费指标不健全，征收排污費的范围窄，违法处罚力度不足且排污费不能足额征收。其三是污水处理厂建设与运营监管薄弱，污水处理效率有很大的提升空间。其四是总量控制缺乏系统性设计，具体表现在四个“脱节”和一个“缺乏”，即质量目标与环境监管脱节，总量控制与浓度控制脱节，水污染控制与水生态保护脱节，以行政区为基础的环境功能区划与流域水污染调控脱节；缺乏与污染物排放标准、地表水（海水）质量标准相适应的统一的水环境容量核定与分配方法。
2沁河流域水生态环境概况与问题分析
沁河流域是黄河一级支流，是山西省第二大河流，也是山西省唯一一条清水河流，多年平均水资源总量为13.02亿立方米，2015年水质评价河长达标率82.6%，水功能区水质达标率63.6%，安泽境内森林覆盖率达到46.59%，生态良好。
但沁河流域水生态环境还面临着一些问题，其一，水资源本底不足，且在变化环境下径流衰减明显。沁河流域人均水资源量472立方米，仅为全国平均水平的22.4%，黄河流域的83.5%。从1956～2000年沁河润城站多年平均实测径流量6.09亿立方米，而1991～2000年仅为1.98亿立方米，较多年平均减少67.5%，较20世纪60年代减少80%以上，其中气候变化导致降雨减少的原因占40%，而煤炭和地下水开采、水土保持等人类活动导致的原因占60%。其二，受煤炭开采影响，沁河流域的部分河段水污染严重，煤炭工业是沁河流域的支柱产业，无烟煤储量约占全国1/4、山西省的近1/2。工矿企业主要分布在沁河中下游及支流丹河，已建生活污水处理厂管网平均覆盖率仅为75%左右，部分县市现有的污水处理厂处理能力水平不足，沁河入河流的排污口有65处，现如今点源废污水排放总量1.25亿立方米，沁河、丹河6个监测断面除郑庄可达到Ⅱ类标准，其他5个断面均为Ⅳ类到劣Ⅴ类。其三，生态流量和生物栖息地没有保障，水生态退化严重，沁河干流已建水电站29个，纵向连通性指数为6.0个/100千米，远超0.5个/100千米的良好标准；且大多是引水式电站，在调度运行中不考虑下泄生态基流，造成河段脱流，生态功能退化，鱼类资源退化严重。
因此，解决沁河流域水生态环境治理就要从流域水污染综合防治和河道内生态流量保证两方面抓起，从水质和水量出发来使得水生态得到保护和修复。从水质来讲，要做好控制入河污染的总量、严格废污水排放的标准、使用煤化工零排放技术、防治地下水污染以及污染水体的修复等。从水量来讲，要控制用水总量、提升全过程的效率、制定生态流量的目标、水利工程生态的调度以及部分小水电的退出改造等。
3流域水污染综合防治理论、技术与实践
水污染防治理论和原则有三个，第一是流域水循环理论，其所对应的原则是流域综合治理原则，治水不能就水论水，一定要以流域为单元进行治理，流域不仅仅是水污染问题，还涉及防洪、供水、生态等问题，流域是水污染问题研究和治理的基本单元，要实现干支流一体化治理、上下游一体化治理、水陆一体化治理、城乡一体化治理。
第二是木桶理论，其所对应的是单元控制原则，将流域分解成若干小流域，形成几十个上百个单元，每一个单元采用分散式生态治理模式，要尽可能做到污染物的产生和消减平衡，做到每个单元片片守土有责，每一片都不给下游留麻烦。
第三是系统均衡理论，其所对应的是二三联防原则，每个单元污染负荷的来源和数量、污染治理的条件和成本不一样，污染防治需从经济、社会、生态、环境、技术等方面综合考虑，使得治理的总成本最小，总效益最大。如不能做到每一单元污染物的产生和消减平衡，则二三单元联防联治，保持每个单元边际成本和效益均衡。
水污染防治关键技术有四个，第一是水环境的目标倒逼核算技术。水污染问题在水里，原因在岸上。要以流域为单元，进行水污染问题诊断，识别点源、面源、内源、外源的贡献，评估河流的环境承载能力，确定水污染排放的控制总量，将排污总量层层分解，确定流域内区域允许排放的入河污染物量，最大程度减少对流域水循环过程的干扰。第一治污要进行全流域的污染源分布调查，将产污、减污、排污的节点以及点源、面源、生活源、工业源、河湖底泥的内源全部查清楚，然后做污染源产污规律的识别，通过构建矩阵，定量识别不同类型来源的产污强度、产污时段、产污种类等来进行水环境目标倒逼技术。例如一条河流应该先确定分几个子河段，然后确定每个子河段的生态服务功能，再接着确定河段水质等级，再接着确定各个河段的水环境容量，再通过调查各河段入河的污染物负荷量，将污染物入河量减去水环境容量，剩下就是应当消减的污染物量，把其分解到各个河段入河排污口，最后倒推分解到共享排污口的各排污企业，这样才能实际起到保护河流的作用。第二是水污染迁移转化模拟技术，即“流域—城市”分布式水量水质模型，首先要掌握流域水流，接着再了解污染物伴随着水流的迁移、转化、附着、降解以及污染物之间的相互作用等过程。第三是水环境治理措施优化筛选技术，面向水环境改善要求，综合考虑措施技术经济特征，兼顾效益与成本。第四是水污染的全过程防控技术，以流域为单元，做好“源头减排、过程阻断、末端治理”，源头减排即采用清洁生产技术与工艺，调整产业结构与产品结构，减少污染物的产生，加强社会水循环全过程高效利用。对于城市单元来讲，应该截污纳管，雨污分离，实行污染物源头分离，营养物利用；对于农村单元来讲，应该收集再利用农村生活污水，集中收集农村垃圾，种植科学施肥用药，推广节水灌溉、有机农业、设施农业，实现畜禽养殖规模化、工厂化；对于工业单元来讲，要运用工业水重复利用技术、热力与工艺系统节水技术、工业废水减排循环利用技术以及工业用水计量与快速堵漏修复技术。过程阻断是指构筑闭路循环系统，实现再生水利用、营养物质的循环利用，阻断污染物进入水体过程，生活污染过程阻断应将小区居民生活废污水集中处理后，达到一定的标准回用于小区的绿化浇灌、车辆冲洗、道路冲洗、家庭坐便器冲洗等。农业污染过程阻断应该通过修建田间湿地，结合农田地下排水系统，实现农业灌溉水循环净化。工业污染过程阻断应该循环用水，分置供水。污水处理厂应从集中化、大型化走向分散化、小型化发展。末端治理是指污水的物理、化学与生物处理、污泥处置与物质利用、水生态系统修复。末端治理技术已经更新到第三代，即原位生态修复技术，具有提高透明度、释放氧气、清理底泥三大效应。
典型流域综合治理实践：龙岗河、坪山河两河流域位于深圳市东北部，是深圳“东进战略”的桥头堡，既是东江调水的受水区，又是东江流域的水源区，具有极其重要的战略地位。但水环境交接断面水质不达标，支流水体存在黑臭，防洪排涝能力总体较好，但仍存在防洪瓶颈和内涝风险点，河道生态基流缺乏，水库和再生水未能有效利用；河道蓝线被侵占，滨水空间不足；未能体现丰富的历史文化和新文化特点，与落实东进战略、打造“东方文化客厅”的要求不匹配。因此，治理时要从源头减排、过程阻断、末端治理三方面做起，做好四个强化，即强化工业废水、居民生活、建成区污染负荷减排和水源地保护，抓好四道防线，即构建分流、阻隔、调蓄、处理与回用一体化的雨洪、污染拦截与削减体系，突出四大亮点，即打造水体、底泥、湿地、水岸的良性循环系统，从水量优化、风险防范、文化融合、智慧管理四方面做好外部保障。
治理污水，在规划目标与理念时要以治水提质为核心，遵循水环境、水安全、水资源、水生态、水文化五位一体的工作方针，按照“全流域—全过程—全要素”的流域综合治理理念开展规划，实现干支流一体化、城乡一体化、水陆一体化。在规划思路时要按照“单元控制—系统均衡”的思路编制规划，要符合势能最小理论和均衡理论。在水环境治理时要按照“源头减排—过程阻断—末端治理”的思路实施水环境治理，建立起“排放标准倒逼、单元控制削减、二三联防平衡”水环境治理和风险防范联动机制，采用新方法和新技术，提出综合治理解决方案。
4河流生态需水过程
及其保障
在开展水利水电工程建设后，河流生态系统的水流、水温、水质、水域空间等生态水文因子发生不同程度的变化，对鱼类生命史各阶段产生累积影响，造成鱼类种群数量结构变化，进而导致水生态系统退化。
水利工程生态影响表现为：其一是水流流态变化的影响。一方面，脉冲流量过程削弱降低了对鱼类洄游产卵的刺激作用。天然涨水的流速增大过程可以刺激鱼类性腺排卵受精，水利工程调控后，脉冲过程极大减少，繁殖期鱼类产卵的水流刺激作用弱化或消失。另一方面，水体流速下降导致漂流性鱼卵下沉，不能顺利孵化。漂流性鱼卵水中受精后，比重略大于水，需要一定的流速才能悬浮于水中，顺水漂流完成孵化。相关研究表明，水流平均流速≥0.25米/秒的情况下，漂流性卵才能不下沉。
其二是水域空间变化的影响。从纵向看，纵向连通性的降低阻隔了鱼类洄游通道，并限制了漂流性鱼卵的孵化漂程。梯级电站切断了江海洄游性鱼类的上溯通道，即使洄游距离不长的鱼类，其栖息空间也被束缚在相邻的两个梯级电站之间，不利于生存繁衍。漂流性卵在0.25米/秒的最小漂流流速下，平均孵化时间7天，至少需要150千米的无阻隔漂程来保证鱼卵孵化。从横向看，横向漫滩湿地的淹没降低了粘性鱼卵的附着空间与孵化几率。产沉性卵或粘性卵的鱼类，如沁河的重点保护鱼类乌苏里拟鲿等，产卵季节鱼卵会粘附在河滩中砾石或水草表面孵化。而水库建设造成漫滩湿地的消失，降低了产粘性卵鱼类的附着空间与孵化几率。此外，水库消落带的频繁涨落也导致横向水域空间脆弱性突出。从垂向看，垂向水域深度增加造成底质环境变化，喜浅水鱼类的生境大幅消失。大部分喜浅水鱼类主要以砾石表面的生藻类和底栖动物为饵料，水库蓄水后，底栖急流、砾石河滩等底质环境被垂向数十米乃至一百米以上的深水淹没并逐渐被泥沙覆盖，极大限制了这部分鱼类的适宜生境，适应于缓流或静水环境生活的鱼类形成新优势物种。
其三是水体温度变化的影响，库区截水泄流，整体下泄水体水温下降，导致鱼类生长速度下降，在冬季到来前体型太小，不利于越冬存活；春夏季下泄水温低于河流水温，造成鱼类产卵繁殖延后，孵化积温不足，繁殖成功率下降；库区“跃温层”年内水温差基本消失，呈现“冬暖夏凉”现象，致使某些深水区冷水鱼类物种消失；水力发电致使上游水库突然泄水现象时有发生，下游水体水温的快速变化，影响鱼类生存栖息环境。
其四是水质和悬移质变化的影响，溶解氧（DO）不足和总溶解气体（TDG）过饱和均对鱼类生存构成巨大威胁。库区上层水体能够保持较高溶解氧水平，但如果光照、温度适宜，且氮、磷含量较高时，浮游生物大量繁殖，将与鱼类争夺氧气造成鱼类窒息死亡；在库区底层，氧补充不足，浮游生物死亡产生大量硫化氢，形成缺氧区。在坝下河道，水库泄流消能造成水流气体过饱和，鱼类吸入后，会形成“气泡病”，危及鱼类生命。营养盐、污染物伴随泥沙在库区沉降，存在爆发风险。库区水流变缓，挟沙能力减弱，附着大量营养盐、有机物，甚至有毒有害物质的泥沙颗粒在库底淤积。当达到一定温度及水流条件时，营养盐及有毒物质随泥沙颗粒再悬浮，短时间内扩散会形成“内源”污染。此外，泥沙集中下泄会淤堵鱼鳃器官，造成鱼类窒息死亡。
《中华人民共和国水法》第4、21、26和第30条都有明确的生态水量保护规定，且国务院也出台相关计划意见维护河湖健康生态。
科学导报见习记者张娜整理
全国河流生态流量保障现状有：第一，全国河道内生态需水的配置总量足够。根据《全国水资源综合规划》，2030年全国河道内配置总水量为22719亿立方米，大于19181亿立方米的河道内生态环境总需水量。在优先保障河道内生态需水的前提下，全国水资源可利用总量为8140亿立方米，而实行最严格水资源管理制度确定的用水总量红线是7000亿立方米。因此，从总量上来说，通过水资源合理配置，全国19181亿立方米河道内生态需水是可以满足的。
第二，生态流量保障总体上南方好于北方，干流好于支流。调查评价全国十大水资源一级区的360个重要控制断面，结果显示，南方地区调查评价的77条河流及11个湖泊湿地的125个控制断面中，生态流量基本满足的占比为95%；北方地区调查评价的135条河流及32个湖泊湿地的235个重要控制断面中，生态流量基本满足的占比为75%。七大江河干流重要控制断面中除海河干流下游的生态基流不满足外，其他6条干流基本满足，占比为95%；一级支流中基本满足的占比约为84%，二三级支流基本满足的占比约为63%。
第三，北方是生态流量有无的问题，二三级支流尤为突出。2015年，海河区地表水资源开发利用率达到130%，河道内生态用水被大量挤占，中下游多数河段处于有水无流或干涸断流状态。除海河流域外，北方大江大河生态基流保障基本可控。黄河自1999年实施水量统一调度以来，连续17年不再出现断流。对于北方地区大部分二、三級支流而言，丰枯季节地表径流差异显著，山区段河流由于人类活动干扰相对较小，生态需水基本可以满足；而平原河段由于用水矛盾突出、挤占生态用水严重，平枯水期多呈断流状态。
第四，南方是生态流量多少的问题，水电开发影响较为突出。
第五，南北方敏感生态需水均不能得到有效保障。无论南方还是北方地区，无论是大江大河还是二三级支流，敏感生态需水保障问题均较为突出。
十九大报告中提出绿水青山就是金山银山的号召，要建设生态流域，就要从城市、农田、山区坡面三个板块抓起。山区坡面建设生态流域需要给它提供涵养水源，增加森林覆盖率，把陡涨陡落的洪峰将其坦化，同时提高枯水期的径流。海棉田的调控则需要将高一点的田埂升埂，实现水肥耦合。城市的调控则是建设海绵城市，减少涝水，做好水环境、水安全、水资源、水生态、水文化、水经济、水景观、水管理。