項(xiàng)目概況

水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)（以下簡(jiǎn)稱水專項(xiàng)）是根據(jù)《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》設(shè)立的十六個(gè)重大科技專項(xiàng)之一，按照國務(wù)院批復(fù)的水專項(xiàng)實(shí)施方案和重大專項(xiàng)聚焦調(diào)整要求，“十三五”重點(diǎn)聚焦“京津冀協(xié)同發(fā)展區(qū)域綜合調(diào)控重點(diǎn)示范”。

在水專項(xiàng)一級(jí)標(biāo)志性成果專家、清華大學(xué)教授王凱軍和北京市水科學(xué)技術(shù)研究院教授級(jí)高級(jí)工程師孟慶義的指導(dǎo)下，水專項(xiàng)“白洋淀與大清河流域（雄安新區(qū)）水生態(tài)環(huán)境整治與水安全保障關(guān)鍵技術(shù)研究與示范（2018ZX07110）”項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱白洋淀項(xiàng)目）技術(shù)負(fù)責(zé)人、河北大學(xué)教授王洪杰和“媯水河世園會(huì)及冬奧會(huì)水質(zhì)保障與流域生態(tài)修復(fù)技術(shù)和示范 （2017ZX07101004）”獨(dú)立課題（以下簡(jiǎn)稱媯水河獨(dú)立課題）負(fù)責(zé)人、教授級(jí)高級(jí)工程師王利軍分別受白洋淀項(xiàng)目牽頭單位——中國雄安集團(tuán)有限公司總經(jīng)理劉中林和北京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院院長沈來新委托，帶領(lǐng)由500多位一線科技人員組成的國家級(jí)科研團(tuán)隊(duì)，圍繞京津冀河湖水環(huán)境質(zhì)量保障和水生態(tài)修復(fù)重大科技需求，針對(duì)北方地區(qū)城市尾水水量大且水質(zhì)難以滿足地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、北方濕地生態(tài)系統(tǒng)退化、生態(tài)景觀格局破碎等問題，研發(fā)了生態(tài)塘群預(yù)處理—功能濕地強(qiáng)化污染削減—近自然濕地生態(tài)景觀提升成套技術(shù)。

技術(shù)突破了大尺度近自然濕地構(gòu)建技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)了大城市再生水規(guī)?；鷳B(tài)利用；突破了“生態(tài)塘群—功能濕地—退耕還濕”梯級(jí)水質(zhì)凈化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了尾水補(bǔ)給型河水的水力負(fù)荷和污染負(fù)荷全控制；突破了“水系連通優(yōu)化—立地條件改善—微生境營造”近自然生態(tài)修復(fù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)退耕、退塘、退漁、退養(yǎng)全面還濕；構(gòu)建了最大規(guī)模的近自然濕地生態(tài)系統(tǒng)，為京津冀河湖水體近自然生態(tài)修復(fù)提供系統(tǒng)解決方案，有效支撐北方河湖水體的大尺度近自然生態(tài)修復(fù)和水質(zhì)提升。

技術(shù)開發(fā)

針對(duì)城市尾水不能滿足流域地表水環(huán)境質(zhì)量要求、河道和濕地水質(zhì)凈化能力低下、水體生態(tài)系統(tǒng)脆弱等問題，水專項(xiàng)研發(fā)了生態(tài)塘群預(yù)處理—功能濕地強(qiáng)化污染削減—近自然濕地生態(tài)景觀提升成套技術(shù)，主要包括尾水補(bǔ)給型河道水質(zhì)提升技術(shù)、生態(tài)塘群預(yù)處理技術(shù)、功能濕地污染強(qiáng)化削減技術(shù)、近自然濕地低溫強(qiáng)化技術(shù)和近自然濕地生態(tài)修復(fù)技術(shù)（具體技術(shù)流程見圖1）。

基于水環(huán)境質(zhì)量和水生態(tài)安全需求，分析河流水環(huán)境容量；根據(jù)河道沉積物污染特征，明確河道底泥環(huán)保清淤范圍和方式；結(jié)合“斑塊—廊道—基質(zhì)”生態(tài)河道重塑理念，構(gòu)建河道濕地系統(tǒng)；篩選生態(tài)護(hù)岸措施，構(gòu)建河道生態(tài)護(hù)岸系統(tǒng)。

根據(jù)上游來水污染特征，設(shè)置“生態(tài)滯留塘+潛流濕地”配置的濕地緩沖區(qū)，沉淀生態(tài)塘有效削減來水中的懸浮物，并通過生態(tài)塘的好氧、兼性和厭氧微生物改善水質(zhì)；潛流濕地通過基質(zhì)（碎石、鋼渣和沸石）攔截、植物吸收和微生物降解，高效去除水中的氮磷等污染物。

根據(jù)濕地生態(tài)環(huán)境特征，依據(jù)深潭—淺灘—溝渠—生態(tài)島等的復(fù)合生態(tài)景觀設(shè)計(jì)，規(guī)劃和優(yōu)化入淀濕地空間格局；根據(jù)入淀濕地地形進(jìn)行水力模擬，優(yōu)化上游來水引入濕地的路徑和濕地內(nèi)部的水系連通，強(qiáng)化濕地水動(dòng)力過程對(duì)污染物的去除；通過基底微地形整理和立地條件改善，促進(jìn)水動(dòng)力優(yōu)化、生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)和污染物削減；通過濕地植物、動(dòng)物和微生物優(yōu)化，修復(fù)或者重構(gòu)脆弱濕地的生態(tài)系統(tǒng)，形成近自然濕地水質(zhì)凈化和生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)。

（1）近自然濕地生態(tài)修復(fù)和水質(zhì)凈化關(guān)鍵技術(shù)

基本原理：利用基質(zhì)固定、植物吸收和微生物降解，強(qiáng)化城市尾水中污染物的去除；優(yōu)化近自然濕地的空間格局，形成深潭、淺灘、溝渠和生態(tài)島等復(fù)合生態(tài)景觀格局；集成水環(huán)境和水生態(tài)與水動(dòng)力的聯(lián)合模擬，優(yōu)化近自然濕地的水系連通；合理配置濕地植物、動(dòng)物和微生物，修復(fù)脆弱濕地的生態(tài)系統(tǒng)；實(shí)施藻苲淀近自然濕地和馬棚淀退耕還濕濕地建設(shè)。

工藝流程：城市尾水由河道引入前置生態(tài)塘群進(jìn)行預(yù)處理，經(jīng)過植物強(qiáng)化攔截去除河水中顆粒污染物，經(jīng)過微生物水解，提升有機(jī)物的可生化性；生態(tài)塘群預(yù)處理后，出水進(jìn)入河口功能濕地，經(jīng)過基質(zhì)（碎石、鋼渣和沸石）攔截、植物吸收和微生物降解，強(qiáng)化去除河水中主要污染物；功能濕地處理后，出水進(jìn)入近自然濕地，經(jīng)過深潭、淺灘、溝渠、生態(tài)島等近自然生態(tài)系統(tǒng)的深度凈化，實(shí)現(xiàn)河道、濕地和淀泊水質(zhì)的互融互通。生態(tài)塘群預(yù)處理—功能濕地污染強(qiáng)化削減—近自然濕地生態(tài)景觀提升工藝流程如圖2所示。

（2）低溫河道近自然濕地氮磷削減關(guān)鍵技術(shù)

基本原理：綜合運(yùn)用物理、化學(xué)、生物等凈化原理，實(shí)現(xiàn)北方低溫水體氮磷削減率達(dá)到30%的預(yù)期目標(biāo)。利用河道灘地、順延河流形態(tài)、結(jié)合自然濕地形態(tài)和生物多樣性特征，建成以塘為主體的多形態(tài)近自然人工濕地系統(tǒng)，通過延長水流路徑、促進(jìn)水位變動(dòng)、構(gòu)建深潭—淺灘格局等措施強(qiáng)化物理凈水作用。借鑒生物脫氮除磷原理，集成植物濾網(wǎng)截留凈化、多生境控碳脫氮、底質(zhì)調(diào)節(jié)緩釋除磷、地溫—冰蓋協(xié)同增溫保溫等技術(shù)，形成低溫河道近自然梯級(jí)濕地氮磷削減關(guān)鍵技術(shù)。

工藝流程：以溪流和島嶼濕地、魚鱗濕地串聯(lián)構(gòu)成自然輸水渠道和沉沙區(qū)，結(jié)合沉水植物濾網(wǎng)構(gòu)建，強(qiáng)化物理截留沉降、植物富碳補(bǔ)給、微生物富集作用。出水自流進(jìn)入由生物塘、單元表流濕地、潛流濕地等不同濕地形態(tài)優(yōu)化組合的水質(zhì)凈化區(qū)，綜合發(fā)揮植物—微生物等的協(xié)同脫氮、抑藻控碳作用凈化來水。實(shí)施以人工引導(dǎo)為主的水生植物群落構(gòu)建，配置分泌小分子有機(jī)物能力強(qiáng)、氮磷吸附效率高、攔截吸附能力強(qiáng)、時(shí)間生態(tài)位互補(bǔ)的沉水植物群落，構(gòu)建沉水植物生態(tài)濾網(wǎng)，同時(shí)配置兼具水質(zhì)凈化與景觀提升的挺水植物。構(gòu)建短程硝化反硝化潛流濕地深度凈化區(qū)，強(qiáng)化對(duì)含氮污染物的凈化效果；布設(shè)新型緩釋除磷填料，強(qiáng)化表流濕地底質(zhì)對(duì)磷的吸附效果。優(yōu)化取水方式，并配合水位調(diào)控措施，形成冰下運(yùn)行方式；局部實(shí)施冷季型水生植物配置、耐低溫生物菌群強(qiáng)化和保溫基質(zhì)材料配置措施，強(qiáng)化低溫期穩(wěn)定運(yùn)行效果。截留沉降—富碳補(bǔ)給—生物富集和抑藻控碳—生物富集—強(qiáng)化脫氮工藝過程如圖3所示。

圖1 成套技術(shù)流程圖

圖2 近自然濕地生態(tài)修復(fù)和水質(zhì)凈化關(guān)鍵技術(shù)流程圖

圖3 低溫河道近自然濕地氮磷削減關(guān)鍵技術(shù)流程圖

工程應(yīng)用

（1）府河河口濕地水質(zhì)凈化工程

府河河口濕地水質(zhì)凈化工程項(xiàng)目建設(shè)單位為中國雄安集團(tuán)生態(tài)建設(shè)投資有限公司，工程總承包單位為中電建生態(tài)環(huán)境集團(tuán)有限公司（牽頭單位）、中國電建北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司、中國電建華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司聯(lián)合體。

工程在府河新區(qū)段實(shí)施16.3千米的河道清淤和環(huán)境整治工程（構(gòu)建了7塊共10.6萬平方米河道生態(tài)濕地），主要包括河道疏通工程、存量垃圾清運(yùn)處置工程、污染底泥治理工程、生態(tài)修復(fù)工程。在藻苲淀的府河、漕河、瀑河三河入淀口建設(shè)了府河河口水質(zhì)凈化工程，采用“前置沉淀生態(tài)塘+潛流濕地+水生植物塘”近自然工藝，主要包括功能濕地工程、生態(tài)濕地恢復(fù)工程、配套設(shè)施及公共工程及智慧濕地工程，建設(shè)面積4.23平方千米，處理規(guī)模25萬立方米/天。濕地出水水質(zhì)優(yōu)于地表水環(huán)境IV類標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于白洋淀水質(zhì)達(dá)標(biāo)、生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)、綠色生態(tài)空間構(gòu)建、“葦海荷塘”壯闊勝景重現(xiàn)和雄安新區(qū)生態(tài)文明建設(shè)保障有著重要的現(xiàn)實(shí)意義和長遠(yuǎn)意義。

府河河口濕地水質(zhì)凈化工程效果圖

府河河口濕地部分生態(tài)圖

（2）孝義河河口濕地水質(zhì)凈化工程

孝義河河口濕地水質(zhì)凈化工程項(xiàng)目建設(shè)單位為中國雄安集團(tuán)生態(tài)建設(shè)投資有限公司，工程總承包單位為中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司（牽頭單位）、北京京水建設(shè)集團(tuán)有限公司、中交天航環(huán)保工程有限公司聯(lián)合體。孝義河新區(qū)段實(shí)施了6.4千米的河道清淤和環(huán)境整治工程，孝義河河口濕地水質(zhì)凈化工程采用“前置沉淀生態(tài)塘+潛流濕地+多塘系統(tǒng)”工藝，工程建設(shè)面積2.11平方千米，處理規(guī)模20萬立方米/天。

孝義河河口濕地水質(zhì)凈化工程效果圖

（3）官廳水庫八號(hào)橋水源凈化濕地工程

官廳水庫八號(hào)橋水源凈化濕地工程的建設(shè)單位為北京市官廳水庫管理處，工程設(shè)計(jì)和技術(shù)支持單位為北京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院和北京市水科學(xué)技術(shù)研究院。工程在河北省懷來縣官廳水庫八號(hào)橋永定河入庫口，利用長約3.5千米、寬約700米的河道及灘地，建設(shè)近自然復(fù)合功能濕地示范項(xiàng)目，建設(shè)面積約2.1平方千米，處理8.6萬~26.0萬立方米/天上游來水。常溫期COD、氮和磷平均去除率分別達(dá)到15.7%、64.1%和75.6%；低溫期（水溫低于15℃時(shí)）濕地系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，氮和磷削減率分別達(dá)到50.4%和64.4%，有效破解了北方地區(qū)近自然濕地越冬運(yùn)行難題。

官廳水庫八號(hào)橋水源凈化濕地工程效果圖

技術(shù)創(chuàng)新

在污水人工濕地處理技術(shù)領(lǐng)域，我國在基質(zhì)和植物配置、微生物結(jié)構(gòu)優(yōu)化、構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工藝運(yùn)行管理等方面的技術(shù)水平與國外基本相當(dāng)；但在退耕、退塘、退漁、退養(yǎng)還濕等領(lǐng)域的起步較晚，相應(yīng)成熟的濕地修復(fù)技術(shù)較少，較國外發(fā)達(dá)地區(qū)基本完成近自然濕地生態(tài)修復(fù)差距較大。本成套技術(shù)在理論基礎(chǔ)和實(shí)際應(yīng)用方面取得的重大進(jìn)展體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）突破了大尺度近自然濕地構(gòu)建技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)了大城市再生水規(guī)模化生態(tài)利用。突破了城市尾水生態(tài)塘群預(yù)處理—功能濕地強(qiáng)化污染削減—近自然濕地生態(tài)景觀提升一體化濕地構(gòu)建技術(shù)體系，首次累計(jì)建設(shè)了京津冀地區(qū)8平方千米大規(guī)模近自然濕地系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了每年2億立方米以上城市尾水的全收集、全處理和全補(bǔ)給，出水水質(zhì)達(dá)到地表水IV類以上標(biāo)準(zhǔn)，可支撐600萬以上人口城市再生水的生態(tài)利用。

（2）突破了“生態(tài)塘群—功能濕地—退耕還濕”梯級(jí)水質(zhì)凈化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了尾水補(bǔ)給型河水的水力負(fù)荷和污染負(fù)荷全控制。研發(fā)了河道生態(tài)斑塊水質(zhì)凈化技術(shù)，篩選出格賓石籠/雷諾護(hù)墊和松木樁生態(tài)護(hù)岸模式，水生植物及微生物豐度提高20%~40%，使得狹窄型河道水質(zhì)凈化能力提升10%以上；優(yōu)化了前置生態(tài)塘植物配置，顆粒污染物去除效率提高50%以上、有機(jī)物水解率達(dá)到25%以上；系統(tǒng)優(yōu)化了分區(qū)分級(jí)濕地基質(zhì)級(jí)配，提出了濕地基質(zhì)緩釋長效除磷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)溶解性磷削減50%以上；建立了“挺水+沉水”和“冷季+暖季”本土植物復(fù)合配置模式，首次突破底棲動(dòng)物傳質(zhì)促進(jìn)技術(shù)，水生植物生長速率提高20%以上，水體藻類及污染物去除率提升30%以上；突破了地溫—冰蓋協(xié)同增溫保溫技術(shù)，降低生物溫度脅迫，實(shí)現(xiàn)低溫期（水溫低于10℃）氮磷削減率20%以上。

（3）突破了“水系連通優(yōu)化—立地條件改善—微生境營造”近自然生態(tài)修復(fù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)退耕、退塘、退漁、退養(yǎng)全面還濕。首次聯(lián)合運(yùn)用ENVI、ArcGIS和Fragstats遙感解譯和統(tǒng)計(jì)分析，篩選出連接度、斑塊內(nèi)聚力、破碎化、分離度4項(xiàng)近自然濕地生態(tài)水文連通評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立了北方大型濕地近自然生態(tài)水文連通模式，實(shí)現(xiàn)溝渠、生態(tài)塘、植物塘、生態(tài)島等生態(tài)景觀格局優(yōu)化；首次集成了水環(huán)境、水生態(tài)與Delft3D水動(dòng)力的聯(lián)合模擬，確定了府河和孝義河河口濕地水質(zhì)凈化工程的引水方案，濕地水文連通性提高30%以上、水體污染削減30%以上；營造出良好的水生動(dòng)物和鳥類等的棲息地，連通河流—濕地—淀泊生態(tài)系統(tǒng)，首次發(fā)現(xiàn)了成群小天鵝、疣鼻天鵝、鴻雁等國家二級(jí)重點(diǎn)野生保護(hù)鳥類，實(shí)現(xiàn)了破碎化濕地藍(lán)綠生態(tài)風(fēng)貌的恢復(fù)。

（4）構(gòu)建了最大規(guī)模的近自然濕地生態(tài)系統(tǒng)，促進(jìn)入淀濕地和白洋淀主淀區(qū)的互通互融。針對(duì)大水量尾水補(bǔ)給、入淀濕地生態(tài)系統(tǒng)退化、水質(zhì)凈化功能低下等問題，突破沼澤化和農(nóng)田化濕地污染評(píng)估與清除、水系聯(lián)通、水動(dòng)力優(yōu)化、動(dòng)物植物和微生物生態(tài)修復(fù)等技術(shù)，形成基于“水系聯(lián)通+微地形整理+本土物種利用和生態(tài)修復(fù)”的近自然濕地生態(tài)深度凈化關(guān)鍵技術(shù)，經(jīng)濟(jì)有效地提升入淀濕地的水質(zhì)凈化功能，并促使入淀濕地逐步形成良好的自然生態(tài)系統(tǒng)。

工程成效

大型近自然濕地系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)及其工程示范實(shí)現(xiàn)了城市尾水的全收集、全處理和全利用，有效恢復(fù)了河流和濕地生態(tài)系統(tǒng)，提升了水體自凈能力。以污水廠尾水為主的微污染河水通過近自然生態(tài)深度凈化，實(shí)現(xiàn)了河水水質(zhì)的大幅度提升，支撐了京津冀流域超凈排放體系，保障了白洋淀和官廳水庫等重要水體環(huán)境質(zhì)量穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

同時(shí)，濕地和淀泊作為京津冀河流生態(tài)廊道的關(guān)鍵生態(tài)節(jié)點(diǎn)，其水環(huán)境質(zhì)量提升和水生態(tài)穩(wěn)定為流域河流生態(tài)廊道的構(gòu)建提供了重要支撐。河道和濕地生態(tài)修復(fù)工程通過水質(zhì)凈化，減少了污水深度處理和水體環(huán)境治理的投入，保障了生態(tài)健康前提下的區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。

此外，生態(tài)環(huán)境的改善也為附近居民帶來了良好的濱水自然游憩空間，有利于河流、濕地和淀泊的生態(tài)旅游開發(fā)；府河河口濕地已獲批河北省生態(tài)環(huán)境教育基地，成為華北區(qū)域集展示、宣傳、教育、科研為一體的重要濕地科普宣教基地和生態(tài)文明教育基地，也成為華北地區(qū)優(yōu)良的鳥類棲息地、白洋淀游客的網(wǎng)紅打卡地，逐步促進(jìn)全社會(huì)共同參與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的良好風(fēng)尚。

（本版內(nèi)容由本報(bào)記者陳彬整理）

本項(xiàng)目技術(shù)來源

水專項(xiàng)白洋淀項(xiàng)目和媯水河獨(dú)立課題技術(shù)完成單位：河北大學(xué)、北京林業(yè)大學(xué)、河北工業(yè)大學(xué)、中國人民大學(xué)、中國雄安集團(tuán)生態(tài)建設(shè)投資有限公司、中電建水環(huán)境治理技術(shù)有限公司、北京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院、北京市水科學(xué)技術(shù)研究院、中國雄安集團(tuán)有限公司。

感謝國家水專項(xiàng)管理辦公室、河北省生態(tài)環(huán)境廳和雄安新區(qū)生態(tài)環(huán)境局的大力支持！