水环境形势与应对修改数据

当前中国水环境形势及应对策略中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室报告人：王浩二零一五年十一月汇报内容当前中国面临的水环境形势中国水环境问题传统解决方案的不足中国水环境问题的复杂性123解决中国水环境问题的策略41当前中国面临的水环境形势当前中国面临的水环境形势基本判断一：近些年来水环境质量有所改善基本判断二：未来社会经济发展带来的压力增大，水环境保护任重道远判断一：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，呈现“两上升”和“两下降”上升①：GDP增长率上升②：七大水系I-III类水质比例下降①：地表水劣V类水质比例下降②：地表水COD浓度①②①②

以COD为例，总COD排放量从1997年的1757万t下降到2010年的1238万t，下降了接近30%；同期工业COD排放量下降接近60%，生活COD排放量2006年达到峰值后也开始下降。主要污染物排放量得到有效控制——工程减排、结构减排、管理减排有力、有效判断一：近些年来水环境质量有所改善判断二：未来水环境保护任重道远1）现状水环境质量仍不容乐观2）未来社会经济的发展加剧了水污染压力3）新型和有毒有害污染物健康风险增大4）突发性水污染危害大河流水质：劣于III类的断面数占28.8%，海、辽、淮三河尤为突出（占到40-60%）2014年中国十大水系水质类别比例2014年十大水系

监测的469个国控断面中，Ⅳ～Ⅴ类和劣Ⅴ类水质断面比例分别为19.8%和9.0%。主要污染指标为化学需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD5）和总磷（TP）2014年省界水体劣于Ⅲ类的断面比例为35.1%。主要污染指标为氨氮、总磷和化学需氧量。1）现状水环境质量仍不容乐观河流水质类型的空间分布经济发展较快的东部地区，污染也最重，这些地区可以说是“开着宝马车，喝着敌敌畏”1）现状水环境质量仍不容乐观水功能区达标率偏低，偿还历史欠账尚需时日2014年全国水功能区达标率仅为51.8%，满足水域功能目标的一级、二级水功能区（不包括开发利用区）分别含57.5%和47.8%；全国重要江河湖泊水功能区达标率仅为67.9%；海河、辽河等缺水流域达标率不足40%。1）现状水环境质量仍不容乐观海河流域超载比例超过60%，水量丰沛的珠江也超载40%以上，水质污染已不是缺水地区的“专利”。0%20%40%60%80%松花江辽河海河黄河淮河长江东南诸河珠江西南诸河西北诸河超载比例化学需氧量氨氮全国各流域水功能区污染负荷超载情况1）现状水环境质量仍不容乐观非汛期汛期1985年1995年2005年部分流域汛期河流水质恶化1）现状水环境质量仍不容乐观海河流域湖泊水库：劣于III类比例为38.7%，尤以太湖、巢湖和滇池“三湖”最为严重2014年重点湖泊（水库）水质状况

2014年监测的26个国控重点湖泊（水库）中，太湖和巢湖已无I~III类水，大型淡水湖90%不足III类，城市内湖60%不足III类，大型水库水质相对较好，但也有10%不足III类，主要污染指标为总磷、化学需氧量、高锰酸盐指数（总氮未参与水质评价）。1）现状水环境质量仍不容乐观湖泊水库：富营养化状态的占24.6%，富营养化面积相对40年前扩展了约60倍2014年重点湖泊（水库）富营养化状态指数

40年来我国湖泊富营养化面积增长约60倍，从135km2到8700km2蓝藻爆发1）现状水环境质量仍不容乐观地下水质量：61.5%监测点处于较差、极差水平2014年全国地下水水质类别比例（全国200个城市地下水水质4727个监测点）主要超标指标为总硬度、溶解性总固体、铁、锰、“三氮”（亚硝酸盐氮、硝酸盐氮和氨氮）、氟化物、硫酸盐等，个别监测点有砷、铅、六价铬、镉等重金属超标现象

地下水虽属可再生资源，但地下水更新和自净非常缓慢，一旦被污染，所造成的环境影响与生态破坏，通常长时间难以逆转。1）现状水环境质量仍不容乐观南方：

地下水质总体稳定，污染主要发生在城市及其周边地区；北方：华北地区：地下水质恶化；西北地区：地下水质总体稳定，大中城市及周边和农业开发区等局部地区恶化；东北地区：地下水质恶化，大中城市及周边和农业开发区等局部地区恶化。1）现状水环境质量仍不容乐观地下水污染正由点状、条带状向面上扩散，由局部向区域扩散，由浅层向深层渗透，由城市向周边蔓延。天津市北辰区西堤头村、刘快庄村，癌症患者多达120多人上海松江癌症村的水地下水被污染，导致“癌症村”频繁出现村子数量超过200个1）现状水环境质量仍不容乐观海洋环境质量堪忧:不足二类海水面积占总面积的37.2%2014年全国近岸海域水质类别比例四大海区：东海污染最为严重，其次是渤海、南海和黄海。九个重要海湾：黄河口和北部湾水质良好，杭州湾、长江口和珠江口水质极差。严重污染的海域主要分布在人口密度大、工业区集中的大中城市沿海近岸海域，上海、浙江水质极差1）现状水环境质量仍不容乐观近岸污染物的主要来源分布陆域污染负荷是影响海域水质的关键因子入海河流带入的污染负荷通量占总量的90%以上近岸海域的超标因子主要是COD、氨氮、高锰酸盐指数和总磷1）现状水环境质量仍不容乐观近岸海域超标污染物2014年我国城镇人口比重达到54.77%；十二五期间GDP以年均7%的速度增长；城镇人口的增加、经济规模的增大，带来经济社会持续高速发展，势必带来污染物排放的强度高、负荷大2）未来水环境压力加大人类活动影响中国城市群分布图①影响降雨-产流过程：气候变化带来径流性水量减少、水动力学条件变化导致的水体自净能力下降，从而降低水环境质量②影响生物化学过程：气候变化影响温度变化，对蓝藻生长繁殖有促进作用，导致蓝藻水华爆发和蓝藻腐烂，对河湖水质与富营养化产生影响2）未来水环境压力增大气候变化影响3）新型和有毒有害污染物健康风险增大老债新帐叠加共存：复合型特征粪便污染1900

微生物污染耗氧有机物重金属氮磷营养物重金属氮磷营养物持久性有机物（POPs）二次污染发达国家：不同时期关注的重点有所差异中国：面临颇具复杂的水环境问题，呈现叠加性、复合型当前官厅水库/永定河流域Guangzhou天津海河流域珠江三角洲BOHAISEAYELLOWSEATheGreatWallLiaoRiverYellowRiverLuanRiverE120N40E120N40BeiJing环渤海持久性有机污染物（如DDT、多氯联苯等）具有持久性、生物累积性、远距离环境迁移性和毒性等特征，污染呈加剧趋势,直接危害到环境安全、生态稳定和人体健康。未超标：44.8%80.1%未污染19.9%超标：35.3%污染底质重金属污染湖南是重要的有色金属之乡，为中国工业进步作出了重要贡献，众多历史遗留问题和粗放式的发展方式，导致湘江成为中国重金属污染最为严重的河流之一云南滇池清淤3）新型和有毒有害污染物健康风险增大湘江流域的砷、汞、镉等重金属污染风险长期存在突发性水污染事故：由于自然灾害、机械故障、人为因素及其他不确定性因素引发固定或移动的潜在污染源偏离正常运行状况突然地排放污染物，经过各种途径进入水体，从而造成水环境污染的事件4）突发性水污染危害大突发性水污染事故处置特点：涉及因素较多，且事发突然，危害强度大，必须快速、及时、有效地处理，但对于大型流域，处理难度相当大，主要依靠水体自净作用减缓危害，应急监测、应急反应的要求更高。2006年-2011年间我国发生重大突发性水污染事故179起，2012年以来，全国范围内又发生包括广西龙江镉污染、山西长治苯胺泄露、黄浦江上游死猪漂浮等事件，造成了巨大经济损失，也对社会安定和生态环境带来影响。从区域分布看，当前突发水污染事故主要集中在我国东、中部地区；从流域看，主要分布在长江、珠江和黄河流域。4）突发性水污染危害大突发水污染事故分布污染的代表性成因：交通事故，如2006年8月陕西韩城烧碱污染事件生产事故造成的污染，如2005年松花江污染事件自然环境变化引起的污染，如2005年4月山西汾河水库污染事件企业非正常大量废水排放造成的污染，如2007年12月贵州都柳江污染人为破坏造成的污染，如2006年7月武汉黄陂投污事件暴雨等自然灾害造成的季节性污染，如2006年4月广西钦州供水水渠污染不同成因频次（2006~2011年）不同污染物种类频次（2006~2011年）4）突发性水污染危害大2中国水环境问题传统解决方案的不足

中国水环境问题传统解决方案的不足1）污水排放标准不适应中国国情2）违法排放成本低，缺乏激励机制3）污水处理效率有很大的提升空间4）总量控制缺乏系统性设计1）污水排放标准不适应中国国情我国污染源排放标准有《污水综合排放标准》(1996)和《城市污水处理厂排放标准》(2002)，实行分级、分类管理。该排放标准未与《地表水质量标准》(2002)实现对接，特别是对于气候变化与强人类活动影响下的缺水地区，水环境容量十分有限，致使即使所有污染源都实现达标排放仍然不能满足水环境质量的要求。水环境质量标准与污染物排放标准对比以III类水为例，标准规定的工业排放浓度，为地表水环境质量标准的l0倍以上(COD为5-50倍；氨氮为15-50倍；汞为500倍），污水厂一级A排放标准是该质量标准的3-15倍（COD为3倍、总氮为15倍）；污水排入水体后要达到地面水环境质量标准，至少水体中要有10倍以上的流量(即污径比小于10%)，还需要流经一定的距离通常污径比小于5％时，河流自净能力较好1）污水排放标准不适应中国国情3.77.926.07.39.23.232.92.73.10.10.905101520253035松花江辽河海河黄河淮河长江太湖东南诸河珠江西南诸河西北诸河污径比%全国各流域现状排污-径流比1）污水排放标准不适应中国国情太湖流域、海河流域的污径比远大于10%，分别为32.9%和26.0%，即使全部达标排放也难以满足水环境容量的要求因此，照抄发达国家的排放标准，未与水环境容量挂钩，未考虑中国的城市在流域中“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2）违法排放成本低，缺乏激励机制

以2003年国务院颁布的《排污费征收使用管理条例》和发改委颁布的《排污费征收标准管理办法》等为代表的中国排污收费制度，缺乏激励机制，表现为：

一是主要污染物排污费征收标准偏低。现行排污收费标准仅为实际污染治理费用的50%左右，造成企业违法成本低、守法成本高，企业在追求利润最大化过程中，宁愿缴纳排污费，也不愿水污染治理

二是排污收费指标不健全。排污费征收时采取以污染当量数从多到少的顺序,最多不超过3项,在同一排污口排放的多种污染物只缴纳一种排污费，不利于企业的整体减排排污费征收使用管理条例（国务院令第369号）排污费征收标准管理办法（发改委令第31号）2）违法排放成本低，缺乏激励机制三是征收排污费的范围窄。对与水环境密切相关的产品使用（如农药、化肥)引起的污染尚未建立收费制度

四是违法处罚力度不足。对水污染物实行排污收费、超标排污征收超标排污费的“双收费”制度外，仅加一倍征收超标准排污费力度较轻。排污者只要缴纳排污费和超标排污费,就可无偿使用环境自净能力资源,导致造成企业密集区排污总量无法控制的局面

五是排污费不能足额征收。受到政府干预、执法不严等影响，加上监测手段落后、底数不清，不能准确核定排放量，排污单位存在不缴费、不治理的侥幸心理。1923年建成的上海北区污水处理厂是我国第一座污水处理厂，处理能力3500m3/d1950年以来，我国建设了一些一级污水处理厂，如北京市高碑店、酒仙桥一级污水处理厂等1979年后，我国开始将二级生物处理作为城市污水处理技术路线，1984年天津纪庄子污水厂投入运营，是我国第一座大型城市二级污水处理厂，设计规模26万m3/d1993年以来，我国污水处理行业高速发展2011年末，依据《中国城市建设统计年鉴》，我国657个设市城市已有污水处理厂1588座，处理能力1.13亿m3/d，污水处理率83.6%。

1978—2009年城市污水处理能力与污水处理率演变过程3）污水处理效率有很大的提升空间3）污水处理效率有很大的提升空间污水处理厂建设与运营监管薄弱，问题如下：①已建成污水处理设施，但由于资金缺乏等因素未建污水收集管网，无法收集和处理污水，污水直接排入水体②已建设的污水处理设施，正常运行的只有50%，如安徽铜陵污水处理厂（10万m3/d)与地下污水管网不配套，大量的污水进不了工厂，自然也处理不了污水，1.3亿投资成摆设③将二级处理工艺改成一级，降低处理成本④污水处理厂不能满负荷运行，以降低运行成本⑤污泥没有最终处置的途径，带来二次污染4）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”第一，质量目标与环境监管脱节

水环境监测能力建设严重滞后，设备人员不足，在线与自动化监测水平低，难以与总量控制的水环境质量目标建立动态反馈，已成为中国一些流域实施水污染总量控制的主要瓶颈。4）总量控制缺乏系统性设计第二，总量控制与浓度控制脱节

我国当前实施的主要是“目标总量控制”，该方法主要以某一时期污染物排放水平为基数，确定污染物削减量，如我国十二五期间全国COD、氨氮排放削减率为10-20%（对于水质严重超标单元）或5-10%（对于水质基本超标单元），但未建立污染物排放与水环境容量、水体中污染物浓度的动态响应联系。4）总量控制缺乏系统性设计第三，水污染控制与水生态保护脱节

当前总量控制单一考虑水质指标控制，如COD、氨氮，部分湖库为控制富营养化将总氮、总磷作为总量控制约束性指标，但这些指标与水生态系统要素、结构、过程之间动态关联缺乏，难以从根本上促进水生态系统健康发展。4）总量控制缺乏系统性设计第四，以行政区为基础的环境功能区划与流域水污染调控脱节

水环境功能区划是科学确定和实施水污染物排放总量控制的基本单元,以行政区为基础进行区划，难以体现流域水环境过程的系统性、完整性。上海市水环境功能区划图4）总量控制缺乏系统性设计第五，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河湖水系海域污染源指标选取容量核定优化分配排放标准水环境目标3中国水环境问题的复杂性流域水循环是水资源形成演化的客观基础，水资源问题不论其表现形式如何，都可归结为流域水循环分项或伴生过程导致的失衡问题自人类开始开发利用水资源，天然的一元循环结构就被打破，形成了“自然－社会”二元水循环结构，即完整的水循环系统由流域“降水－坡面－河道－地下”为基本过程的自然主循环与区域“取水－供水－用水－排水”为基本过程的社会侧支循环耦合而成。水环境问题的科学基础海洋云地表水系、河川径流降水蒸发降水蒸发/蒸腾蒸发降水水、废水流水文交换、地下水水的自然循环

上游自然水体

供水设施

用户

污水处理厂

取水

R

下游自然水体

R

水、废水流

潜在的回用水源

R

R

R水的社会循环二元水循环及其伴随物质过程1）从污染物上看，常规污染物、营养物以及难降解的有毒有害物质叠加；2）新旧污染源、二次污染叠加；3）自然、社会多驱动要素叠加；4）行政、经济、技术、文化等多层面叠加；健康水循环——公平、高效、可持续上游地区的用水循环不影响下游水域的水体功能；水的社会循环不损害水自然循环的客观规律（减少冲击）；社会物质流循环中不切断、不损害植物营养素的自然循环，不产生营养素物质的流失，不积累于自然水系而损害水环境，维系或恢复全流域，乃至全球的良好水环境。水循环的管理目标建立有效的管理机构扩大社会公众的参与多样化的政策手段与特殊的政策设计技术的可能性推动知识和信息的传播充分且有效的资金人与自然和谐harmoniousrelationshipbetweenhumansandnature流域综合管理水环境问题的复杂性4解决中国水环境问题的策略

中国已进入水环境调控的敏感时期，亟待实现传统模式的全方位转型外延式发展向内涵式发展转变水量管理向水量水质联合管理转变陆域管理向陆海一体化管理转变常规管理向常规与应急综合管理转变

是机遇也是挑战降低水污染风险建设崭新的生态文明构建具有中国特色的流域水污染防治模式确保水环境安全解决中国水环境问题的策略1）基于流域水循环的污染物总量控制，建立环境倒逼机制2）建立城市全过程污染防控模式，降低对流域水循环的干扰3）提高污染排放标准，加大超标惩罚力度4）城市污水处理厂向分散化、小型化转移5）关注非常规污染物6）加强突发性水污染的预警与应急能力7）建设城市生态文明1）基于流域水循环的污染物总量控制流域水循环与水环境、水生态过程紧密关联、相互影响1）基于流域水循环的污染物总量控制核心技术支撑：基于流域水循环及其伴生过程模型平台二元水循环过程模拟：分布式自然水循环模拟模型+集总式（→半分布式→分布式）社会水循环模拟模型水循环伴生过程模拟：流域水化学模拟模型、流域水生态模拟模型；2）基于流域水循环的污染物总量控制调控层次资源维经济维社会维生态维环境维层次一：水循环再生性维持自产水（降水量或资源量）

——入海水量—外流域调水量（引江和引黄）————地下水超采量————层次二：经济社会发展与生态环境保护协同模式

—经济发展布局与结构（GDP、三产结构、种植结构）粮食产量城镇化率河道内生态用水量河道外生态供水量COD排放总量及入河量层次三：提高水资源保障能力非常规水源利用（海水利用、再生水利用、微咸水利用）常规水源高效利用

———节水型社会建设海河流域：五维整体调控三层次递进方案2）基于流域水循环的污染物总量控制控制指标2015年2020年2030年取水控制当地地表水开发利用率（%）585351地下水超采量（亿m3）41260用水总量（亿m3）423.5466.8479.8用水控制ET总量（亿m3）1673.81682.41694.7万元工业增加值用水量（2010年价，m3）17139灌溉水有效利用系数-0.640.680.70排水控制COD入河量（万t/a）74.353.130.7水功能区水质达标率（%）4563100入海总量（亿m3）37.459.251.0海河流域：五维整体调控控制指标废污水入河量污染物入河量纳污能力污染物削减量CODNH3-N海河流域：多维调控基础上的污染物控制空间分布

（现状、2015、2020）2）基于流域水循环的污染物总量控制2）建立城市全过程污染防控模式源头减排过程阻断末端治理构筑闭路循环系统，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、水生态系统修复由传统以“末端治理”为主的思路，转变为重构经济发展模式、多尺度构筑反馈系统，从而最大化减少城市、城市集群对流域水循环过程的干扰和冲击适时修订国家标准3）提高污染物的排放标准《污水综合排放标准》(GB8978-1996)已施行10多年，随着科技的进步以及公众对环境质量要求的提高，该标准已不适应当前水环境管理的需要,需要适时修订。着力体现三个衔接：与污染物总量控制指标及其分解的衔接与水体环境容量的衔接与水生态系统过程的衔接出台比国家标准更为严格的地方标准太湖流域

江苏省2007年出台了地方标准《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》，指标更为严格，将TN和TP作为排放的限制工业行业主要水污染物排放限值(mg/l)

3）提高污染物的排放标准城镇污水处理厂主要水污染物排放限值出台比国家标准更为严格的地方标准北京市北京市2005年出台了《水污染排放标准》，2012年出台了《城镇污水处理厂水污染物排放标准》，排放标准大幅度降低。以COD为例，污水综合排放一级排放标准国家标准的25%-50%，城市污水厂一级A标准仅为国家标准的40%。3）提高污染物的排放标准4）城市污水处理厂向分散化、小型化转移从集中化、大型化走向分散化、小型化

我国目前大型污水厂(超过10m3/d)数量比例在10%左右（德国仅占3.5%），远超过发达国家水平；受当地经济发展水平、污水排放需求和地域等多种因素影响，中小城镇和区县建立污水处理厂日趋小型化优势：降低长距离运输能耗、减少管网系统建设与运行投资、适应性和灵活性强、技术易于更新换代、生态化劣势：确保出水水质安全的监管困难、技术成熟度还有待于提高需要健全相应的法律法规、技术标准和技术服务体系5）关注非常规污染物海河陆域：非常规污染监测与风险评价流域尺度下突破以往监测常规污染物思路：布设了470余个采样点，首次对海河流域中99种POPs、12种重金属、7种新型污染物进行了分析，对流域中的特征有机、无机和新型污染物进行了识别；分析了特征污染物在河流、湖泊、水库、河口和城市等不同生态单元以及水体、土壤和沉积物等不同环境介质中的分布特征。从点、线和面不同尺度上揭示了不同时空下海河流域污染物变化规律和水环境风险。提出了流域水环境变化过程的累积式、开放式和混合式情景模式。6）加强突发性水污染预警与应急风险评估风险预警风险管理松花江：干流水库群面向水污染突发事件联合调度系统①风险源识别、保护目标与系统网络图②构建干流水库群联合调度模型③建立了决策支持及三维展示平台建立突发性水污染预警与应急体系（三环节）风险源识别风险源分类、分级流域分区高危较高一般较低二松13272730嫩江8984松干6241432根据风险源类型、规模和可能污染物六大危险区域齐齐哈尔市（主要潜在风险为氧化塘）富拉尔基电厂（主要潜在风险为黑化与热电厂）吉林市（主要潜在危险为吉化公司）松原市（主要潜在危险为石油公司）哈尔滨市（主要潜在危险为交通、市政排污等）佳木斯市（主要潜在危险为化工、造纸厂等）①风险源和保护目标6）加强突发性水污染预警与应急保护目标：松花江干流主要保护目标包括35处水源地（取水口），11处重要断面（包括国界、省界等）。6）加强突发性水污染预警与应急36段河道4座控制性水库5座城市2个蓄滞洪区6个引水工程14个城市取水口20个灌区取水口70个主要排污口系统网络图6）加强突发性水污染预警与应急方案实施应急预案集及预先调度规则水动力学模型调度模型生成方案满意发生时间发生位置污染物类型污染物数量发展状态前期信息影响范围保护目标应对措施水库调度方式初步方案实时监测数据影响人口工业产值发电量农业灌溉方案评价水功能区修改调度规则否是各主要断面不同时间的水质和流量预报值②应急调度模型调度流程根据突发污染事件的发生时间、地点、污染物类型等前期信息，从建立好的应急调度预案集中选择初步的调度方案；然后根据实时监测数据，应用应急调度模型进行方案优化和必选，生成最佳方案进行实施。6）加强突发性水污染预警与应急②应急调度模型情景设置（1）5个事故高发地及对应污染物齐齐哈尔：氧化塘废水、砷、硫酸；吉林：硝基苯、苯、氟化物、对苯醌、重油；松原：丙烯晴、对硝基苯胺；哈尔滨：五硫化二磷、苯酚；佳木斯：造纸厂污水、农药（2）3种水文年型平水年（P=50%）偏枯年（P=75%）特枯年（P=95%）（3）5个时间段冰封期（12月~3月）、非汛期非冰封期（4月~5月以及10~11月）、主汛期前（6月）、主汛期（7、8月）和主汛期后（9月）根据14种污染事故、3种水文年型和5个事故发生时间段，共生成210种情景。6）加强突发性水污染预警与应急发生突发水污染事件后，水利工程的调控措施包括：拦（蓄）--利用丰满、哈达山、尼尔基、大顶子山以及桥梁等。冲（泄）--利用丰满、哈达山、尼尔基和大顶子山等。引（排）--利用干流沿岸的各类引提水工程、灌区、蓄滞洪区和泡沼洼地等。综合调控—包括以上三种和其他物理化学等措施。②应急调度模型调控措施应急调度模型的作用就是针对不同的事故情景，选择最有效、损失最小的调度与调控方案。6）加强突发性水污染预警与应急②应急调度模型

2005年污染事件调控方案根据水利工程各种调控措施的组合，设置了19种调度方案进行模拟。加大下泄流量丰满--哈达山联调单纯减小泄量哈尔滨断面时间（h）浓度（mg/