流域水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)體系集成  

滇池推廣會現(xiàn)場。  

花費巨資卻給人以“越治越污——亂花錢”、“治理無效——白花錢”、“方法不對——錯花錢”的尷尬印象，是淺水湖泊富營養(yǎng)化治理的世界性難題，也是當(dāng)前面臨的實際問題。  

盡管2015年前后太湖、滇池、巢湖等重點湖泊的主要營養(yǎng)物濃度已下降到20世紀(jì)80年代末90年代初的水平（回到25年前的水平），但總磷（總氮）濃度的恢復(fù)并未帶來葉綠素a的同步下降，藻華災(zāi)害仍未緩解到預(yù)期水平，有些湖泊藻華還有加重的趨勢。  

在城市化進(jìn)程加速導(dǎo)致營養(yǎng)物入湖率提高和湖內(nèi)營養(yǎng)物負(fù)荷累積增長持續(xù)中、耗水量增加及氣候變暖導(dǎo)致的湖泊營養(yǎng)物環(huán)境容量下降的背景下，“十二五”期間由中國環(huán)境科學(xué)研究院承擔(dān)的“水體污染控制與治理”國家科技重大專項“流域水環(huán)境監(jiān)控預(yù)警技術(shù)與綜合管理示范”主題“太湖流域水環(huán)境管理技術(shù)集成綜合示范”綜合示范項目設(shè)置了“太湖流域水質(zhì)目標(biāo)管理示范效果評估與湖泊型流域技術(shù)集成推廣”（2012ZX07506-008）課題，旨在尋找合理可行便利成套的水質(zhì)目標(biāo)管理方法，識別湖泊富營養(yǎng)化的可逆程度。這對實現(xiàn)湖泊營養(yǎng)物水質(zhì)目標(biāo)的精準(zhǔn)識別及管理具有重要的戰(zhàn)略價值及實踐意義。  

構(gòu)建分湖控藻水質(zhì)目標(biāo)過程管理技術(shù)體系  

據(jù)相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，課題緊密圍繞構(gòu)建湖泊型流域水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)體系的現(xiàn)實需求，依據(jù)湖泊流域富營養(yǎng)化控制，力爭走“系統(tǒng)性層次控制、精確性誤差控制、適應(yīng)性反饋管理、技術(shù)性追蹤管理”的水環(huán)境管理思路，開展了水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)體系實施效果的全過程評估分析，優(yōu)化水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)體系系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和適用條件，實現(xiàn)了水質(zhì)目標(biāo)管理關(guān)鍵技術(shù)的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、模式化，形成了水質(zhì)目標(biāo)管理的技術(shù)庫、配套政策庫及管理平臺；提出了滇池、巢湖、三峽水庫等重點流域水環(huán)境管理技術(shù)推廣戰(zhàn)略，為全國重點流域水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)全面推廣和運行提供支撐，為國家層面的湖泊流域水質(zhì)目標(biāo)管理模式和管理體制戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變提供實施建議。  

據(jù)了解，課題在集成過程中針對目前湖泊富營養(yǎng)化營養(yǎng)物水質(zhì)目標(biāo)管理的突出問題，重點進(jìn)行了背景環(huán)境因子發(fā)生不利趨勢變化的情況下營養(yǎng)物承載力下降問題的研究，研發(fā)了營養(yǎng)物水質(zhì)目標(biāo)過程管理的技術(shù)方法，對具有較長歷史數(shù)據(jù)的重富營養(yǎng)化湖泊，總結(jié)現(xiàn)實管理問題，借鑒國內(nèi)外湖泊環(huán)境管理的先進(jìn)理念和方法，探索建立了一套科學(xué)合理更具普適性的分湖控藻過程水質(zhì)目標(biāo)的適應(yīng)性管理體系，突出營養(yǎng)物水質(zhì)目標(biāo)精準(zhǔn)管控、富營養(yǎng)化災(zāi)害精準(zhǔn)識別，背景條件綜合效應(yīng)的精準(zhǔn)識別的管理價值，提出了便于管理的分湖營養(yǎng)鹽與藻類過程性水質(zhì)目標(biāo)的識別、診斷、評估、預(yù)估等多個技術(shù)工具，以應(yīng)對氣候變暖、水資源消耗、水文調(diào)控等背景條件趨勢變化帶來的營養(yǎng)物水質(zhì)目標(biāo)管理問題。  

實現(xiàn)營養(yǎng)物分區(qū)分類的多湖定標(biāo)向分湖定標(biāo)邁進(jìn)  

據(jù)介紹，目前主流的分區(qū)分類多湖建模定基（標(biāo)）研究方法對具體湖泊的營養(yǎng)物定標(biāo)存在時空上的較大不確定性，指導(dǎo)作用不強。為此，課題提出了分湖（全湖或重點湖區(qū)）定標(biāo)的概念及方法，可適用于有長序列數(shù)據(jù)的重富營養(yǎng)化湖泊，可有效提高營養(yǎng)物定標(biāo)的準(zhǔn)度。  

課題通過上百個湖泊的數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行了分湖的返貧路徑識別，歸類為三類富營養(yǎng)化修復(fù)路徑（左旋——綜合措施修復(fù)也不一定可逆、右旋——生境修復(fù)可減低總量減排要求、原路徑——總量減排即可逆）的七種軌線。把傳統(tǒng)的營養(yǎng)鹽濃度定標(biāo)的線性、無時序、無路徑方法拓展到非線性、有時序、有路徑方法，可用于判斷分湖富營養(yǎng)化返貧的難易程度及治理行動對返貧路徑的影響。  

課題開發(fā)的“低通濾波軌線技術(shù)”用于營養(yǎng)物定標(biāo)，摒棄了傳統(tǒng)方法導(dǎo)致多湖模式帶來的不確定性，將一般軌線的單一定性描述提升到多周期濾波的定量描述，同時等同于非線性相關(guān)而優(yōu)于線性相關(guān)，這種非線性相關(guān)又帶有時序及趨勢預(yù)報功能，是將傳統(tǒng)不分時序散點相關(guān)圖及單指標(biāo)時間過程趨勢分析表達(dá)整合到一起的多指標(biāo)時序因果關(guān)系圖（相空間表達(dá)），并有多種濾波帶寬的選擇，增加了識別不同時間尺度問題的可能性。本方法在不同類型湖泊的使用效果良好，形象表達(dá)及解釋了磷限制湖泊的中低氮磷濃度條件下的“越治越污——磷降藻升”等不協(xié)調(diào)形象、“越潔越臟——磷降氮升”等氮磷異步現(xiàn)象等。  

“分湖定標(biāo)使濾波軌線方法對‘依法被污染（如總氮劣Ⅴ類藻類超貧）’和‘被依法污染’（如營養(yǎng)物達(dá)標(biāo)藻華成災(zāi)）的兩類錯位定標(biāo)問題形成過程的理解提供了形象技術(shù)工具，為解決富營養(yǎng)化水質(zhì)目標(biāo)問題服務(wù)于管理打開了方便之門。”課題組負(fù)責(zé)人表示。  

實現(xiàn)營養(yǎng)物的穩(wěn)態(tài)水質(zhì)目標(biāo)管理向動態(tài)過程目標(biāo)管理跨越  

氣溫、入湖水量、水位、滯留時間等生境指標(biāo)的非平穩(wěn)的趨勢變化將對湖泊營養(yǎng)物產(chǎn)藻效率產(chǎn)生影響，因而采用不變的穩(wěn)態(tài)營養(yǎng)物水質(zhì)目標(biāo)，將可能喪失水質(zhì)目標(biāo)管理的準(zhǔn)度。而跟蹤背景條件的趨勢效應(yīng)，減少水質(zhì)目標(biāo)的滯后效應(yīng)對管理的干擾，是實現(xiàn)營養(yǎng)物水質(zhì)目標(biāo)精準(zhǔn)管理的必要選擇。  

課題建立的營養(yǎng)物承載濃度定標(biāo)方法，可用于歷史資料較長湖泊的管理。通過跟蹤識別背景環(huán)境因子趨勢變化對葉綠素a與營養(yǎng)物響應(yīng)關(guān)系的影響，依據(jù)功能區(qū)葉綠素a保護(hù)要求（閾值及重現(xiàn)期），確定營養(yǎng)物過程水質(zhì)目標(biāo)，實現(xiàn)營養(yǎng)鹽水質(zhì)目標(biāo)從“穩(wěn)態(tài)管理”到“動態(tài)管理”、“一湖一標(biāo)”到“一湖多標(biāo)”的轉(zhuǎn)變?？山鉀Q具體湖泊葉綠素a對營養(yǎng)物的響應(yīng)模式轉(zhuǎn)變導(dǎo)致營養(yǎng)物水質(zhì)目標(biāo)“穩(wěn)態(tài)管理”失效問題。  

同時，課題開發(fā)的“弱時序營養(yǎng)物雙概率定標(biāo)方法”強化近期不利背景條件對營養(yǎng)物承載力的影響，避免“穩(wěn)態(tài)”營養(yǎng)物標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)偏松失效問題。實現(xiàn)營養(yǎng)物承載濃度的目標(biāo)跟蹤管理。“強時序營養(yǎng)物低通濾波軌線定標(biāo)方法”通過拐點識別，避免錯用歷史數(shù)據(jù)帶來“穩(wěn)態(tài)”營養(yǎng)物標(biāo)準(zhǔn)失效隱患?？捎糜谶m應(yīng)隨背景條件趨勢變動的分時段的營養(yǎng)物承載濃度“一湖多標(biāo)”的識別。  

實現(xiàn)營養(yǎng)狀態(tài)多湖建模分權(quán)穩(wěn)態(tài)評估向分湖建模變權(quán)動態(tài)跨越  

現(xiàn)行綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)（TLI、EI）利用多湖數(shù)據(jù)穩(wěn)態(tài)建模多指標(biāo)等權(quán)或加權(quán)平均而應(yīng)用于分湖的營養(yǎng)狀態(tài)評估。其中多指標(biāo)分權(quán)平均帶來的藻華危害的低估，構(gòu)成“平坦效應(yīng)”；多湖數(shù)據(jù)建模用于分湖帶來的系統(tǒng)誤差，構(gòu)成“平移效應(yīng)”；不分時段數(shù)據(jù)建模帶來的單項指數(shù)失真，構(gòu)成“平穩(wěn)效應(yīng)”。三個效應(yīng)帶來精準(zhǔn)度損失使致綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)（TLI、EI）用于分湖評價的有效性及實用性受到影響。  

課題提出的湖泊營養(yǎng)狀態(tài)變權(quán)綜合評價方法，剔除普適性較差或處于時段非協(xié)調(diào)狀態(tài)指標(biāo)，在后果指標(biāo)選用一個最敏感指標(biāo)作為顯勢指標(biāo)（表示實際藻災(zāi)水平），在原因指標(biāo)選用一個限制性指標(biāo)作為潛勢指標(biāo)（表示可能藻災(zāi)水平）。最終的評價水平由顯勢及潛勢富營養(yǎng)化水平的高者決定，避免為得到單一綜合值，而取平均和極大值帶來的失準(zhǔn)問題。用于多湖模式可去除“平坦效應(yīng)”，用于分湖模式可去除“平坦效應(yīng)”和“平穩(wěn)效應(yīng)”，若能在背景條件出現(xiàn)趨勢變化時分時段使用則可進(jìn)一步去除“平穩(wěn)效應(yīng)”，從而使評價結(jié)果更具防災(zāi)的指導(dǎo)意義。  

課題開發(fā)的“變權(quán)營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法（TLIcw）”可從顯勢和潛勢兩個方面表達(dá)富營養(yǎng)化災(zāi)害水平，更精準(zhǔn)地描述營養(yǎng)化水平；“營養(yǎng)足跡指數(shù)法（TFI或TFIcw）”為分湖模式——利用濾波軌線實現(xiàn)拐點識別及時段劃分，采用參數(shù)或非參數(shù)方法建立藻類密度與營養(yǎng)物濃度響應(yīng)關(guān)系多時段曲線，及非線性多時段營養(yǎng)指數(shù)TFI關(guān)系，從顯勢和潛勢兩個方面表達(dá)富營養(yǎng)化災(zāi)害水平，實現(xiàn)營養(yǎng)狀態(tài)評估的“一湖多標(biāo)”。該方法的最大優(yōu)勢是可以在富營養(yǎng)化湖泊“返貧路徑”中非響應(yīng)關(guān)系段進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)估和評價，這是現(xiàn)有方法無法實現(xiàn)的。  

實現(xiàn)治理降藻綜合績效評估向視在、實在、潛在績效解析評估邁進(jìn)  

富營養(yǎng)化淺水湖泊治理過程的降藻成效往往存在延遲及不可逆現(xiàn)象（如草藻躍遷）。因此，公眾存在“治理無效——白花錢”的疑惑；人類活動導(dǎo)致湖泊物理生境變化（如氣候變暖的人為貢獻(xiàn)）也經(jīng)常導(dǎo)致湖泊的產(chǎn)藻效率的提高，出現(xiàn)限制性營養(yǎng)物濃度回到污染前而藻密度上升等不可逆狀況，公眾存在“越治越污——亂花錢”的疑惑；對于營養(yǎng)鹽濃度過高導(dǎo)致的異營養(yǎng)化狀態(tài)（如重富營養(yǎng)化城市湖泊），也存在營養(yǎng)濃度下降藻密度上升的階段，公眾存在“方法不對——錯花錢”的疑惑。在降藻效果為負(fù)或零的情況下，使納稅人、管理者、投資者明確治理工程的實際績效，對提振信心、強化管理、增加投資顯得至關(guān)重要。  

課題建立的富營養(yǎng)化治理績效評估方法，采用視在效率（治理過程前后葉綠素a濃度的減量）、實在效率（治理工程措施減量）、潛在效率（背景條件影響減量）的解析方法，可以分析背景條件發(fā)生趨勢變化時，如何從視在效率中看到減污工程的實在效率，可以識別實在效率與潛在效率的相對變化，從而不會因視在效率低而否認(rèn)減污過程的貢獻(xiàn)；也不會因視在效率高而夸大減污過程的貢獻(xiàn)，從而避免誤判投資效益；而潛在效率的持續(xù)為負(fù)，往往會促進(jìn)治理投資向湖泊生境的恢復(fù)及保護(hù)傾斜。  

課題開發(fā)的“基于低通濾波軌線績效分解評估方法”可用于湖泊協(xié)調(diào)時段；“基于產(chǎn)藻效率射線的績效分解評估方法”可用于湖泊非協(xié)調(diào)時段或協(xié)調(diào)時段。  

完善配套政策體系保障水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)有效實施  

科學(xué)有效的水環(huán)境管理政策體系與管理機制是實現(xiàn)太湖流域水環(huán)境改善和水生態(tài)保護(hù)的重要保障。  

針對太湖流域當(dāng)前相關(guān)管理政策體系與管理機制不夠完善的現(xiàn)狀，課題以江蘇省太湖流域為研究區(qū)域，系統(tǒng)梳理了目前以“功能分區(qū)——基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)——總量控制——監(jiān)測監(jiān)管——風(fēng)險評估——污染治理——預(yù)警”為核心的水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)體系配套政策。構(gòu)建了包括“國家——流域——省——市”垂直層面的配套管理政策庫：面對不同污染源（點源、面源），采用“行政手段——經(jīng)濟手段——社會手段”等不同維度、多種類型的配套政策體系保障水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)的有效實施。課題組基于對太湖流域水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)相關(guān)配套政策的識別與整理，構(gòu)建了全生命周期的政策評估體系，篩選了政策評估適用的方法與評估邏輯框架?；趯鴥?nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的總結(jié)，針對不同環(huán)節(jié)的不同指標(biāo)，研究給出了多個評估方法選擇，可根據(jù)具體的情況選擇合適的方法進(jìn)行政策評估。  

課題組選取當(dāng)前太湖流域水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)配套政策體系中的主要政策，結(jié)合文本分析、專家訪談、統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析等方法進(jìn)行了相應(yīng)的評估。評估結(jié)果顯示，總量減排、企業(yè)環(huán)保信用、生態(tài)補償在對政策目標(biāo)的明確性、懲處機制、部門責(zé)任的清晰度、監(jiān)督機制幾個方面設(shè)計比較合理，因此能夠保障政策比較有效的實施，并取得相對較好的政策效果。而排污許可證、排污權(quán)有償使用與交易、排污收費、測土配方等政策則在懲處機制、部門責(zé)任的清晰度等方面存在不足。企業(yè)環(huán)保信用的參評企業(yè)數(shù)量也在穩(wěn)步上升，生態(tài)補償工作有序開展，綠色保險參保企業(yè)數(shù)逐步增加。  

“目前有些政策的執(zhí)行還有待進(jìn)一步提升。”課題負(fù)責(zé)人表示，例如最早開始試點的排污權(quán)有償使用與交易政策的執(zhí)行情況較差，排污許可證制度在“十二五”初期也沒有得到足夠的重視。研究還表明現(xiàn)階段相關(guān)政策之間的協(xié)調(diào)性有待進(jìn)一步提高。  

他表示，目前太湖流域正在逐步實現(xiàn)以排污許可證為核心的環(huán)境管理體系，通過這一改革可以將排污許可證制度與環(huán)境影響評價、“三同時”、總量控制、排污權(quán)交易、排污申報和排污收費等制度進(jìn)行有效銜接，提高整體的管理效率，實現(xiàn)排污單位在建設(shè)、生產(chǎn)、關(guān)閉等生命周期不同階段的全過程管理，提高政策設(shè)計精準(zhǔn)度，通過“一證對外”降低執(zhí)法和守法成本。  

“但現(xiàn)階段，太湖流域相關(guān)水環(huán)境管理政策在實際排放量核算、數(shù)據(jù)來源的規(guī)定、違規(guī)的處罰規(guī)定等方面存在不協(xié)調(diào)的問題，為了實現(xiàn)‘一證式’管理，必須從政策設(shè)計環(huán)節(jié)解決不同政策之間的協(xié)調(diào)問題，保障政策體系的順利實施。”課題組負(fù)責(zé)人表示。  

為實現(xiàn)太湖流域水質(zhì)目標(biāo)管理提供技術(shù)支撐  

“十二五”期間“太湖流域水環(huán)境管理技術(shù)集成與綜合示范項目”在“十一五”研究的基礎(chǔ)上，圍繞太湖流域水生態(tài)功能分區(qū)、水污染物排放許可證實施、水生態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)、主要水污染物總量監(jiān)控與風(fēng)險預(yù)警平臺、跨界水環(huán)境綜合管理平臺等管理技術(shù)進(jìn)行了進(jìn)一步研究完善并形成綜合示范。  

據(jù)介紹，課題組作為“太湖流域水環(huán)境管理技術(shù)集成與綜合示范項目”的集成課題，構(gòu)建了太湖流域水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)績效評估方法體系，并對管理技術(shù)實施效果進(jìn)行了全過程評估，根據(jù)分析結(jié)果提出了太湖流域“十三五”水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)體系全面推進(jìn)計劃。此外，課題組通過集成各管理技術(shù)研究成果集成了太湖流域水環(huán)境綜合管理決策支持平臺。  

課題組系統(tǒng)分析了“十二五”期間太湖流域水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)，根據(jù)水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)體系結(jié)構(gòu)特征和要求，構(gòu)建了太湖流域水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)體系實施效果的績效評估方法體系，并對綜合示范區(qū)內(nèi)水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)體系實施對水環(huán)境管理能力提高、流域污染減排、水生態(tài)環(huán)境改善、區(qū)域經(jīng)濟及環(huán)保產(chǎn)業(yè)促進(jìn)等的效果評估。根據(jù)對太湖流域水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)的評估結(jié)果，課題組從技術(shù)適用、執(zhí)行過程、體制機制和政策保障等方面，總結(jié)分析了“十二五”太湖流域水質(zhì)目標(biāo)管理體系實施過程中存在的問題，識別了影響水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)推廣實施的主要障礙。最后，課題組通過結(jié)合太湖流域水環(huán)境管理現(xiàn)狀與“十三五”水專項管理科技需求，研究提出了太湖流域“十三五”水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)體系全面推進(jìn)計劃與戰(zhàn)略部署，在水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)、排污許可證管理、水生態(tài)監(jiān)測等方面提出了進(jìn)一步研究的方向，為“十三五”水專項“太湖流域水環(huán)境管理技術(shù)集成與業(yè)務(wù)化運行”項目研究內(nèi)容的制定提供了理論指導(dǎo)。  

同時，課題組通過整合、凝練“十二五”水專項“太湖流域水環(huán)境管理技術(shù)集成綜合示范”項目內(nèi)各課題研究形成的太湖流域水生態(tài)管理、基于容量總量的排污許可證動態(tài)管理、太湖水生態(tài)變化監(jiān)控、太湖流域（江蘇）主要水污染物總量動態(tài)監(jiān)控與評估等子平臺和系統(tǒng)，構(gòu)建了太湖流域（江蘇）水環(huán)境綜合管理數(shù)字化決策支持平臺。能夠從企業(yè)管理、功能分區(qū)管理、流域水質(zhì)管理三條主線實現(xiàn)對太湖流域（江蘇）的水環(huán)境管理。例如針對企業(yè)（污染源）管理：平臺實現(xiàn)了對主要污染源的自動監(jiān)控，從平臺上可以直接獲取企業(yè)的所有基本信息、排口信息、監(jiān)測因子信息以及實時的監(jiān)測數(shù)據(jù)，在自動監(jiān)控的基礎(chǔ)上統(tǒng)計企業(yè)的年度統(tǒng)計排放量，管理部門可以實現(xiàn)對該企業(yè)的許可量的動態(tài)管控。  

“這個平臺的構(gòu)建也實現(xiàn)了‘十二五’水專項‘太湖流域水環(huán)境管理技術(shù)集成綜合示范’項目各課題研究成果之間的信息交流，為水環(huán)境管理部門提供了流域的日常監(jiān)控查詢、環(huán)保數(shù)據(jù)綜合信息管理、指揮調(diào)度和綜合決策的集成平臺。”負(fù)責(zé)人表示，平臺通過江蘇省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心在污染源信息監(jiān)控、數(shù)據(jù)動態(tài)管控等水生態(tài)環(huán)境信息管理工作中得到應(yīng)用，為江蘇省環(huán)境保護(hù)廳及地方水環(huán)境管理部門開展以水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)為基礎(chǔ)的太湖流域（江蘇）水環(huán)境管理提供了技術(shù)支持。童克難  富國

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