王浩：基于生态海绵流域理念的水污染防治

1、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,基于生态海绵流域理念的水污染防治,2016年7月1日 福建宁德,提 纲,生态海绵流域由中国水资源战略研究会蔡其华理事长在2016年3月22日举办的“国家水安全战略研究论坛”首先提出。,1、生态海绵流域理念,生态海绵流域建设是以流域水循环多过程为主线，充分发挥流域对水循环的天然调节作用；规范人类水土资源开发活动，减少对自然水循环的扰动；系统布局地表灰色基础设施（水库、堤防、渠系、泵站、水井等）与绿色基础设施（林草地、湿地等），建设土壤水库和地下水水库；融合现代信息技术的新进展，实现地表-土壤-地下多过程、水量-水质-泥沙-

2、水生态的联合调控，最大限度实现“去极值化”，系统解决流域水问题。,1.1 生态海绵流域基本内涵,流域是以分水岭为界所覆盖的区域，以及由水系构成的集水区。流域是水问题研究和治水的基本单元。,北京547条小流域,海河3067个五级流域,密云蛇鱼川小流域,全国九大流域,流域是治水的完整单元,1.2 治水需遵循流域水循环系统演变规律,流域水循环是在太阳能与各类势能的驱动下，水分在垂向和水平向连续转化、运移和交替，在循环过程中具有更新水资源、净化环境与维持生态系统完整三大基本功能，治水的基本目标就是要维护水循环三大基本功能。,1.2 治水需遵循流域水循环系统演变规律,1.2 治水需遵循流域水循环系统演变

3、规律,以增温为背景的气候变化和以竞争性用水、用地为特征的人类活动影响，水循环及其伴生过程间的多向反馈作用发生,了显著变化，是水资源、水环境与水生态问题形成演化的共同根源。水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，治水需遵循流域水循环系统的演变规律。,在现代强烈人类活动作用下，水循环呈现“自然-社会”二元特征，治水的核心就是调控社会水循环过程，维持自然与社会水循环的平衡。,1.3 治水核心是维持自然与社会水循环的平衡,流域水循环调控的核心就是促进自然水循环和社会水循环融洽、互补。,自然水循环的极值性与人类需求的均匀性存在矛盾,自然水循环的天然分布与社会水循环生产

4、力布局不匹配,1.3 治水核心是维持自然与社会水循环的平衡,降低极值过程 加强匹配过程,增强产水能力,分散能量,降低峰值,增加枯季径流,限制污染排放,限制取水,控制土地利用,节约用水,减少对自然水循环的干扰,1.3 治水核心是维持自然与社会水循环的平衡,1.4 生态海绵流域建设的总体思路,生态海绵流域建设的总体思路是要采用“层层剥笋”，从“绿色”到“灰色”，从坡面到河道，对于流域的水循环调节能力进行配置、建设与运维。,从绿色到灰色:依次进行绿色基础设施、土壤水库和地下水库对水量和水质的调节潜力的评价，结合流域水安全和生态安全对水循环调节能力的需求，对各建设路径的调节能力进行配置，进而提出针对性

5、的建设模式与措施。 从坡面到河道：遵循流域产汇流规律、泥沙与污染物的产生与迁移转化规律，先对坡面调节能力进行配置与建设，实现层层拦截、利用或调节；进而结合河湖自然演变规律，进行水系整治与调节能力建设。,1.4 生态海绵流域建设的总体思路,1.5 生态海绵流域建设的主要任务,地表绿色基础设施优化布局与建设 土壤水库（海绵田）建设与调节能力提升 天然河湖整治与调节能力提升 地下水库建设与调节能力提升 灰色基础设施(水利工程）优化布局与建设 海绵型城市建设 管理与信息支撑能力建设,(1)地表绿色基础设施优化布局与建设,地表绿色基础设施对水循环具有良好的调节性能。国内外研究表明：森林植被覆盖率每提高1

6、%，径流总量降低7-8%，洪峰流量降低3-5%，洪水过程坦化，枯季流量增加。,地表绿色基础设施建设主要包括天然植被修复、天然湿地保育、防护性林草建设等 结合流域水热条件与生态演变特征，进行土地的适宜性评价；结合流域生态完整性保护与生态服务功能（含水循环过程调节能力）需求，进行流域生态功能定位与格局优化 结合功能定位和格局优化，开展生态修复与防护性林草建设 就绿色基础设施对水循环多过程的调节潜力进行评价，并进行监控,（2） 土壤水库建设与调节能力提升,土壤水库建设重点是提高耕地土壤蓄水保水能力，即“海绵田”建设。主要包括土壤质地改良、耕作方式调整等。,合理调整耕作深度，“锄板底下有水”、“锄头自

7、有三寸泽” 结合土地流转，改良土质，客土互换，建设“壤土”田 优化垄畦大小，垂直于坡向布置耕作沟等。,河湖海绵体,上拦、中蓄、下排。 利用天然河湖，存蓄、排泄，分散、滞留，增大对社会水循环的适应性。,（3）天然河湖整治与调节能力提升,（4）地下水库建设与调节能力提升,地下水库是一个便于开发和利用地下水的储水地区，具有多种功能，包括水的供给、储存、混合和输送。,调蓄型 开采漏斗型 河谷型 陆地岩溶型 滨海岩溶型,水利工程,通过修建水库、塘坝，对水资源进行调蓄，以丰补枯，降低自然水循环的极值过程。,（5）灰色基础设施(水利工程）优化布局与建设,1.生态屋顶 2.绿化建筑立面 3.生态景观 4.生态

8、道路 5.生态水池 6.生态广场 7.生态公园 8.强渗透地面 9.天然洼地蓄滞 ,绿色建筑截留：,地表渗滞蓄：,地铁,排水深隧,市政管网,地下蓄水池,08米,830米,3050米,处理,排水,回用,地下调蓄,（6）海绵型城市建设,（7）管理与信息支撑能力建设,水管理,实施以流域为 单元的系统治理,实施全过程 污染防控,建立水环境 目标倒逼机制,2、生态海绵流域水污染防治的框架,水污染问题在水里，原因在岸上。以流域为单元，进行水污染问题诊断，识别点源、面源、内源、外源贡献，评估河流环境承载能力，确定水污染排放控制总量，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

9、水循环过程的干扰。,确定“生态修复、生态治理、生态保护”三道防线。,2.1 水环境目标倒逼核算技术,2.2 全过程的水污染防控技术,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，从而最大化减少污染排放对流域水循环过程的干扰和冲击,推动产业结构升级，推广清洁生产技术，加强社会水循环全过程高效利用。,（1）源头减排关键技术,（1）源头

10、减排关键技术,源分离与清洁生产技术,城市单元,城镇截污纳管，雨污分离； 实行污染物源头分离，营养物利用。,粪尿分离大便器,农村单元,农村生活污水收集再利用； 农村垃圾集中收集; 种植科学施肥用药，推广节水灌溉、有机农业、设施农业; 畜禽养殖实现规模化、工厂化;,（1）源头减排关键技术,源分离与清洁生产技术,工业单元,热力与工艺 系统节水 技术,工业废水减排 循环利用 技术,1）循环用水系统、串联用水系统和回用水系统。 2）冷凝回收利用及“零排放”技术。,1）高精度过滤技术、汽水反冲洗技术、沉淀池排泥水的技术。 2）超临界水处理、光化学处理,1）新型工业计量仪表、限量水表和限时控制技术。 2）高

11、强度管材，快速堵漏检测修复技术。,1）空气冷却技术、热联合技术、湿法脱硫技术等。 2）锅炉优化用水技术、干式蒸馏、干式汽提等技术。,（1）源头减排关键技术,源分离与清洁生产技术,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。,（2）过程阻断关键技术,生活污染过程阻断,灌溉-排水-湿地农田综合管理系统,灌溉-排水-湿地农田综合管理系统。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。,灌溉,水库,湿地,（2）过程阻断关键技术,农业污染过程阻断,超纯水,去离子水,饮用水,清洗水,半导体芯片制造,生物或制药工艺,食品等,化学

12、原料等,下一级的使用的水质要求较低，可采用上一级使用后的出水，形成污废水利用的多个产业链条,治理,回收资源,污水回用,回收能源,（2）过程阻断关键技术,工业污染过程阻断,分布式处理站采用生态建设方式，截留污水就地处理、就地补入水体。,（2）过程阻断关键技术,分布式生态型污水处理,出水好：准IV类水，透明度高； 占地省：仅为传统污水厂占地的1/10，且可与社区零距离接触，无臭气，无噪音，选址易； 运行省：耗电0.5度/t，运维0.5元/t，为传统的一半； 投资省：节省长距离污水收集管道建设成本； 利用易：零转输，利于生态补水。,基于自然完整的水系修复,水质处理技术 物理方法 清淤换水、人工增氧等

13、 化学方法 化学除藻、絮凝沉淀等 强化生物技术 生物制剂、渗流生物膜净化床等 生态技术 人工湿地、植物净化、土地过滤、稳定塘等,（3）末端治理关键技术,河湖生境重建技术-河滩生境,湿地,河滩地,湿地植物配置模式,河滩植物配置模式,灌木：黄栌、山桃、山杏、胡枝子等；地被：芨芨草、紫花苜蓿、苇状羊茅；水生植物：水生鸢尾、千屈菜、水葱等,湿生植物 ：千屈菜、黄菖蒲、马蔺 水生植物 ：水葱、芦苇、凤眼莲、 睡莲、荷花、金鱼藻、香蒲,基于自然完整的水系修复,（3）末端治理关键技术,护岸生境构建,护岸植物配置模式,乔木 ：毛白杨、旱柳、垂 柳、栎树等； 灌木 ：黄栌、山桃、山杏、胡枝子、紫穗槐、金银花、紫

14、丁香、珍珠梅、连翘、黄刺玫； 地被 ：芨芨草、苇状羊茅、二月兰、紫花地丁、五叶地锦、 地被菊、波斯菊等,河湖生境重建技术-护岸生境,基于自然完整的水系修复,（3）末端治理关键技术,土壤渗滤污水净化技术,高效污染物去除技术,（3）末端治理关键技术,人工湿地净化池技术,高效污染物去除技术,（3）末端治理关键技术,高效去污地下生态坝,基于微生物增强技术构建生态坝 筑坝材料 过水稳定性 挂膜效果（微生物附着的比表面积） 低温菌(AS 1.2372 )接种,高效污染物去除技术,（3）末端治理关键技术,PGPR 原位生态修复技术,把激活原位PGPR所需的各种营养物质 Prebiotics（微量元素，蛋白质，酶及其它载体）通过纳米技术及微包覆技术制成均匀颗粒，投放在人工建立的分裂繁殖平台上，培育PGPR微生物。通过PGPR微生物的有氧反硝化作用去氮，以及