作者:郑金武 来源:中国科学报 发布时间:2021/1/6 17:16:30
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国之重器中的中科院力量:
还北运河一片生机

 

鸬鹚、苍鹭、赤麻鸭……看着北京沙河水库里的水鸟日渐增多,来拍摄鸟类的观鸟爱好者络绎不绝,中国科学院生态环境研究中心(以下简称“生态中心”)研究员魏源送感到十分欣慰。

作为国家“十一五”时期确定的十六个重大科技专项之一,水体污染控制与治理科技重大专项(简称“水专项”)旨在为中国水体污染控制与治理提供强有力的科技支撑。

魏源送牵头负责的“北运河上游水环境治理与水生态修复综合示范”项目(以下简称“北运河项目”),是“水专项”十三五时期在京津冀区域开展的综合调控重点示范项目,下设4个课题,由生态中心、北京市水科学技术研究院、北京首创股份有限公司等16家单位承担,组织了300余名科研人员参与项目研究。

其中,生态中心负责沙河水库课题,北京水科院负责生态清洁小流域和农村污水处理2个课题,北京首创负责未来水厂课题。北京沙河水库水环境改善,正是该项目取得的重要成果之一。

“通过研究团队2020年春季初步调查,在沙河水库共记录了26种水鸟,隶属6目7科,其中列入世界自然保护联盟濒危物种红色名录(IUCN)的易危物种2种,分别是鸿雁和遗鸥。”魏源送说,随着项目的执行,沙河水库水生态环境得到大幅改善,使得沙河水库成为适宜于水鸟繁殖的重要栖息地,并成为了北京市重要的观鸟爱好者聚集地。

沙河水库经过治理,又成了鸟类的天堂。(魏源送供图)

向水污染宣战

“有河皆污,有水皆臭”,曾经是我国水污染情况的真实写照。严峻的水污染形势,严重影响了人们的生产生活和身心健康。

为适应可持续发展需要,推动科技支撑向水污染宣战,我国提出了“水专项”,是为“十一五”时期国家确定的十六个重大科技专项之一。中国科学院及下属生态中心、南湖所等单位,是“水专项”的重要承担力量。

作为新中国成立以来投资最大的水污染治理科技项目,“水专项”精心设计,循序渐进,分三个阶段进行组织实施。第一阶段目标主要突破水体“控源减排”关键技术,第二阶段目标主要突破水体“减负修复”关键技术,第三阶段目标主要是突破流域水环境“综合调控”成套关键技术。

根据《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》要求,按照“自主创新、重点跨越、支撑发展、引领未来”的环境科技指导方针,“水专项”从理论创新、体制创新、机制创新和集成创新出发,立足中国水污染控制和治理关键科技问题的解决与突破,遵循集中力量解决主要矛盾的原则,选择典型流域开展水污染控制与水环境保护的综合示范。

北运河项目,正是“水专项”第三阶段实施的重要组成部分。

北运河发源于北京市昌平、海淀一带的军都山南麓,向南流过通州,经河北香河、天津武清后汇入海河,是联结京津冀地区的天然纽带。

“北运河流域是北京市人口最集中、产业最聚集、城市化水平最高的流域。”魏源送介绍,上游是其仅有的清洁水源,存在生态系统退化、威胁水质安全的污染源尚未得到有效控制,水资源短缺压力大、河道环境问题突出、城乡污水处理工作发展极不平衡等问题。

为此,北运河项目以其上游为重点示范区,遵循区域综合治理的原则,以“水环境质量改善、水资源优化配置、水生态功能提升”为目标。

“项目主要通过流域产汇流与不同污染源的迁移转化耦合关系研究,对多源污染防控、生态清洁小流域建设、非常规水源补给缓滞水体生态修复、面向未来污水处理技术等集成创新与精细化管理及示范,推进北运河流域水生态环境综合治理全方位系统实施,为确保北运河上游区域水生态环境得到显著改善提供科技支撑。”魏源送表示。

河沟道生态修复后变得水清岸绿。

建设生态清洁小流域

北京市海淀区的苏家坨镇、温泉镇一带,规划有序,环境优美,已不见早年间沟渠淤塞、植被破坏的景象。

这里,是北运河项目“海淀区生态清洁小流域示范区”所在地。苏家坨镇、温泉镇生态环境的改观,很大程度上得益于项目团队实施的生态清洁小流域建设。生态清洁小流域示范由北京市水科学技术研究院牵头负责,分别在海淀区和昌平区实施。

魏源送介绍,在北运河上游流域,高程二三百米的浅山区分布面积较大,占到山区面积的近30%。浅山区连同山前平原是北京市郊区人口密度最大、活动最集中的地带,也是城乡结合部的相对集中区域,具有人口构成复杂、农业农村面源污染严重、生态环境脆弱等特点。

“项目团队通过深入分析研究,在项目中提出了适宜于浅山区城乡结合部的农业农村面源污染防控技术体系。”魏源送说。

例如,针对农业种植与养殖及农村垃圾等主要污染源,项目团队构建了种植面源污染“控-蓄-净”防控技术、畜禽养殖“五化”污染防控技术和农村垃圾资源化利用技术等3项关键技术,达到分类治理、综合防控的目的。

针对浅山区果园分布面积大、面源污染高风险的问题,项目团队对近水系550亩典型农田果园开展试验与治理示范研究,提出从农业地块到排水沟渠联合应用“控源”肥药源头减量技术、“蓄水蓄肥”农业耕作优化技术、“净化”农田排水沟渠净化技术的实施方案。

小流域是北运河流域综合管理的基本单元。魏源送介绍,在项目实施中,以小流域为单元,提出“封节保、精细化、近自然、参与式、严监管”的山水林田湖草系统修复技术模式,并将小流域监测评价管控和公众参与贯穿于小流域综合治理各个环节。

为了将小流域山水林田湖草系统修复技术模式和关键技术成果落地,项目团队还在北运河上游开展了总面积219平方公里的生态清洁小流域建设,即海淀区南沙河流域源头和昌平区北沙河流域源头。

在海淀区生态清洁小流域示范区,项目团队针对污染源多样、生态退化严重等问题,构筑了“农田绿地生态修复区、人居产业生态治理区、河道沟渠生态保护区”三道防线,通过面源污染防控、雨水径流调控和河沟道生态修复等三大类工程,实现流域系统治理。

在昌平区生态清洁小流域示范区,原先水土流失、山地灾害、农业和村镇面源污染和沟渠水环境污染等问题突出,项目团队采用了水土保持、植被恢复、村镇美化、水资源高效利用、水污染防控和沟渠生态修复等六大类措施,实施山水林田湖草一体化治理。

魏源送表示,生态清洁小流域建设示范,为北京市小流域治理提供了很好的借鉴。研究过程中,项目团队还制定了北京市地方标准一项《生态清洁小流域初步设计编制规范(DB11/T-1595-2018》,目前该标准已在北京全市推广应用。

修复河道型水库水生境

北京沙河水库是北运河上游的重要节点,同时也是多源污染的重要聚集处。随着社会经济快速发展,以往的沙河水库呈现水生态退化、水污染形势严峻,水生境受到严重影响,水鸟稀少。沙河水库的综合治理对下游的水质改善和水生态修复至关重要。

魏源送表示,合流制管网溢流已成为是城市水环境突出的瞬时污染源,对水环境和亲水空间的影响较大。为此,针对沙河水库周边合流制管网溢流污染底数不清的现状及其控制需求,项目团队历时两年,通过现场调研和在线监测,揭示了降雨特征与溢流污染的响应关系,明确了沙河水库周边合流制管网溢流污染时空分布特征,研发了合流制管网溢流污染防控“截冲调蓄净一体化”关键技术和最佳管理实践,并与昌平区水务局合作,将其应用于沙河水库水环境质量改善。该技术获得了北京市水利学会科技奖二等奖。

随着北运河项目的执行,沙河水库水环境得到大幅改善,使得沙河水库成为适宜于水鸟繁殖的重要栖息地。

魏源送介绍, 2018年5月之前,沙河水库常年保持水位35.6米,库区水深3~10米,南沙河和北沙河河道大水面水位常年维持在2~3米,不利于水鸟的栖息,适宜于水鸟栖息的面积也较小。

2018年5月8日,陈吉宁市长调研北运河水系治理工作,提出降低河流水位,促进水生植物生长,自然净化河流水质。

魏源送介绍,相对而言,0.5 米以内水深滨岸空间最适合各类湿地生物生长,也能吸引水禽来觅食,具有多样的生境空间;0.5-1.5米水深适合沉水植物生长,有利于鱼类栖息繁衍。

项目团队基于数值模拟结果,得出了水位和水深区间面积关系。当水库水位达到35.6米时,虽然0.5-1.5米水深区域面积达到最大,但0-0.5米水深区域面积偏小,难以为岸滨生物提供充足空间。综合而言,水位处于34.1-35.0米区间时,浅水区空间分布均衡,生境空间最具复杂性和多样性。

因此,魏源送和项目团队提出建议,基于不同季节水鸟栖息地、生境多样性对水深的要求不同,在低水位运行的基础上,对沙河水库的水位进行动态调控。例如,春季挺水植物和浮水植物对水分需求较大,建议适当调高水库水位,满足挺水和沉水植物的生长,增加生境多样性和水鸟食物的供给;春夏交替之际,逐渐降低水位满足湿生植物、水鸟、鱼类、爬行类和两栖类动物等的生长;在汛期(6-9月),在满足防洪需求的基础上,保持低水位运行。

随着沙河水库水环境的大幅改善,水库水鸟多样性也日渐增加。近年来,随着北京3个“污水治理和再生水利用三年行动方案”的实施,在北运河项目成果的技术支撑下,昌平区水务局加大了污染源治理,生活污水处理率大幅提升,合流制管网溢流污染得到有效控制,农业面源治理得到有效推广,清洁小流域建设面积大幅提高,沙河水库的水生态环境改善明显,为今后水鸟栖息地的营造打下了坚实基础。

 
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