来源头条作者:叶芽的下午茶
我国的社会经济已经进入了快速发展的轨道：2020年我国将初步实现小康社会的建设目标，2030年我国人口将达到高峰，2050年我国将会达到中等发达国家的水平。随着经济和社会的发展，我国的资源需求和消耗将会不断增加，人地关系和经济开发与生态保护的冲突会越来越大，人们对生态环境质量的要求会不断提高，维持稳定、良好的生态环境任务将越来越重并面临各种挑战。因此，《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》已经将生态与环境保护列为重点领域之一，要求实施区域环境综合治理，开展流域水环境和区域大气环境污染的综合治理、典型生态功能退化区综合整治的技术集成与示范，开发饮用水安全保障技术以及生态与环境监测和预警技术，大幅度提高改善环境质量的科技支撑能力。生态与环境领域是18个重点科技领域之一。
水资源是基础性的自然资源和战略性的经济资源，是生态与环境系统中性质最活跃、影响最广泛的要素之一，而干旱、洪涝则是最为常见的水灾害。特别是随着全球经济社会的持续快速发展，水资源越来越成为与土地和能源同样重要的影响经济发展的战略资源。水资源问题涉及国家安全的多个方面，包括人民的健康与生命及经济社会的可持续发展。
水资源在区域可持续性发展中的地位和作用已经越来越突出，尤其在缺水区域，其制约作用也越来越显著。在全球变暖趋势下，未来水资源的供应安全具有越来越大的不确定性。
越来越多的学者认识到水循环形成了生物圈的“血液系统”，它是全球地表生命支持系统的重要物质基础。相应的，世界各国对水资源可持续利用和管理的重视程度也越来越强烈，近年来，不少的国家和地区，如美国、澳大利亚等，相继制定了与水资源相关的发展路线图，目的在于放眼未来，为实现水资源的永续利用而未雨绸缪。
2015年4月，中国《水污染防治行动计划》发布，城市黑臭水体治理工作正式落实到国家层面，通过“控源截污、增效提质、生态修复”逐步缓解城市水环境问题。
鉴于目前我国 “黑臭水体治理”、“海绵城市建设”、“生态保护”的重要地位、开展情况、未来前景，以及国家对此项工作推进对“系统性”“合理性”“科学性”等要求，各地方大干快上，从而发现了很多问题，一是各地方业主专业性不强、理解不全面、经验性不足等，二是包括设计院，抢工期，赶时间，基础调研工作不扎实，简单模仿的拿来主义较为严重，三是太过于考虑投资额度，而且也太过于工程化，四是实施中照猫画虎，与设计差异大，竣工后，大量数据不准确也不全面，错过了大好时机，至今也没有几个特别有象征意义的优秀案例。
基于以上原因，综合总结了我10年水生态修复学习经验和3年的流域综合整治经验，根据自己的积累和理解，总结出一套流域水环境综合治理的技术体系，作为一个生态技术体系，如同一个平台，可以收纳更多的专业技术，并根据不同的项目特点，进行匹配。
一、技术特点
1.1名称：六位一体流域水环境综合整治与保护技术体系
1.2原则：着眼于宏观设计，着力于具体技术措施。从更大的流域尺度，更趋近于自然生态手法，利用生境打造引导淡水水生态系统修复，提供系统化的实施方案。
流域的核心在水，水的特性支撑着所有与水有关技术理念，水（H2O）——它是一种溶液、是一种介质，是物质与能量转移的核心基础。
1.3技术流程：水环境保护与治理是一个系统全面的工程，其流程依次为环境问题的诊断与识别，污染源的控制与减排，提高水环境容纳量，生态系统修复，生态系统长效运营管理，最后实现水资源再利用。同时也与当地历史文化、地貌特征、水文特征、发展规划密切相关。
1.4核心板块说明
1.4.1调研评价
水生态系统在运行过程中包含“四个过程”，即水文过程、地貌过程、物理化学过程、生物过程[1]。那么水文地质多样造成了生境多样，又从而引导出了生物多样。水文过程和地貌过程是在不同季节和不同高程下形成不同生物栖息地的外力，而他们之间也互相作用，互相创造。人类破坏了自然生态平衡，生物多样性降低，系统稳定性变差，以人类为本体的环境出现了不平衡。我们需要利用负反馈机制将系统输出趋近于输入，恢复生态系统的稳定性，扭转环境向好。
***曾经说过“没有调查就是没有放权”，所有 如同医疗健康一样，做好“望闻问切”，也需要“化验分析”，为开具药方提供有力依据。
调研囊括陆上和水下部分的土地利用、气候环境、地质地貌、水文水资源、水质、底泥沉积物、污染源和生态生物因子现状调查等，以摸清问题所在，建立数据库，利用各种数学模型，量化评估生态环境安全，科学预测环境演变趋势，可为环境治理业主提供一体化解决方案，并提供环境保护与绿色产业发展指导***。
土地利用：主要指土地性质，林地、农耕、建成区等等；
气候环境：气温、蒸发量、降雨、光照、霜期、海拔高度、经纬度等等；
地质地貌：平原、山地、浅丘地貌等等
水文水资源调查包括流量、流速、雨量分布、集雨面积、径流系数等等；
水质监测包括温度、pH、DO、TN、TP、SRP、氨氮、COD、BOD、叶绿素等；
沉积物调查包括粒径、含水率、pH、TN、TP、重金属、有机质等；
污染源调查包括点源污染源（生活污水、工业生产排污、畜禽养殖排污）和面源污染（农业面源污染、地表径流污染、土壤侵蚀和干湿沉降等）；
生态生物因子现状调查包括浮游植物，浮游动物，底栖动物、鱼类、大型水生植物等的种类、丰度、生物量和群落结构指标等。
1.4.2控源减排
根据污染源的类型以及需要达到的水质改善目标，制定相适应的污染收集与处理方案。解决方案包括：
点源污染：主要指集中在一点或者可当做一点的小范围内排放污染物的污染源（例如入水口、管道排口、径流集中排入点等），污染物排放地点固定，种类、特性、浓度和排放时间相对固定[2]。针对生产、生活污废水，应全面建设截污系统，并发送至集中式污水处理设施，再排放。尽量采取小型分散式污水处理设施（适度集中、分散处理、就地回用）以缓解流域生态基流问题。针对地表径流及雨水排入口，应采用人工湿地（浅滩湿地、复合湿地作为前置库，对地表径流进行预处理，对中水排入进行深度处理，主要是针对冲击负荷），或人工预处理设施就地处理，就地排放。
内源污染：内源污染主要针对水体底部的沉积物。沉积物能否为生物提供摄食和栖息环境，以及能否为水体提供营养盐或能够提供多少，是不足？合适？过量？主要取决于其物理和化学结构[3]。首先要测算底泥沉积物水水体影响是正向还是负向，负向中是对于水体营养盐过盛释放，以及是否对行洪安全影响过大。通过一系列的底泥生物（微生物、底栖动物、水生植物等）调查、化学指标（溶氧、氧化还原电位、有机质、全氮、全磷、重金属等）调查、水体流态调查，分析水文特征及营养盐释放机理，最终确定是否清淤或者清淤程度。内源治理主要采用清淤、铁锰盐钝化、生物降解、机械充氧、生物增氧以及泥-水界面隔离保护等技术。本人认为水体本身较高的营养盐含量及悬浮物也应视内源污染的一部分，应采取絮凝沉降、浮游植物控制等技术进行同步调整。
面源污染：又称非点源污染，主要由土壤泥沙颗粒、氮磷等营养物质、农药、各种大气颗粒物等组成，通过地表径流、土壤侵蚀、农田排水等方式进入水、土壤或大气环境。其具有的随机性、广泛性、滞后性、模糊性、潜伏性等特点。则通过海绵城市建设（渗滞蓄净）、浅滩湿地、生物隔离带、缓冲带等技术收集城市面源污染，以及通过修建缓冲区、水陆交错带和排水沟种植等方式削减农业面源污染。
1.4.3扩容提质
城市的发展是在近远期规划的基础上进行的，人口的发展和产业的定位都是按照计划进行，基本上亦可以预见的，但是伴随着城市、科技、人口的不断发展，以及全球气候的变化，水资源量出现的季度的不均衡状态，可有水资源也在逐渐下降，地表水的体量也在逐步被蚕食，这也就是为什么近些年各类城市才意识到恢复水体的意义。污染在不断增加，而可容纳的水体却在不断的减少。当今甚至很长一段时间来，区域性的水量平衡和污染负荷平衡尤为重要。
水是生物圈的血液，是物质和能量转移的介质，故水需要动起来，固相、气相、液相需要自由转移。根据对区域水资源量分析，统筹所有水的输入和输出，科学合理的增加水资源体量，提高水体总体存量，以增加区域污染负荷承载能力。其中输入包括降水、上游流入、再生水、地下水，输出包括城市用水、下游排放、蒸发、渗漏。
另外水系联通是流域系统生态恢复技术最有效的一种。通过恢复河湖及滨水带的结构，拆除阻断水系连通的部分闸坝设施等工程手段，恢复河湖自然渗透、滞留与净化的功能，以此来提高水环境容量、改善水质。
对于城市河流水系连通还可提升城市资源价值、扩展城市发展空间、增强城市发展潜力、塑造城市发展特色。
有效保护和利用优质水源，充分利用再生水，高效利用自然降水，同时提高区域水量和水质是增加扩容提质的核心。
通过水系连通技术：
恢复原有排水沟渠数量、长度及管护范围
退出被侵占的河湖滩地
拆除废弃和阻断水流连通的部分闸坝设施
修复河湖及滨水带的自然形态和生态功能
发挥河湖自然渗透、滞留、蓄水及净化水体和生态景观作用
提高水环境容量即纳污能力
1.4.4生态修复（三环生态系统修复技术）
首先明确一个可测定的目标，然后组建跨学科的专业队伍，考虑未来环境变化以及更大的景观尺度，选用合适的参照地并按照自我维持来设计项目方案，恢复生态系统的完整性，同时注意保护现有水生资源。核心技术组成如下：
营养盐与能量迁移闭环
以健康陆地生态系统的冗余性、镶嵌性、多样性、适应性、模块化、谨慎性6个共性为设计理念，构建复杂的多通路物质能量传递生物网络，有效转移、固化水体营养盐含量，控制富营养化过程，以健康的食物网链系统增加生态系统稳定性。即生产者“重点关注高等水生植物”-消费者“重点关注杂食性鱼类与肉食性鱼类的关系”-分解者“重点关注水深与微生物氧环境的关系”的金字塔结构，使物质与能量趋向于输入与输出的平衡，是良性平衡。另外两个原则，一是人工生态系统平台的搭建，尽量使组成和结构方面复杂化，系统越复杂，其稳定性越大，越容易保持良性循环和平衡。二是注意溶解氧，溶解氧以水为媒介介入生命的每一个过程和生态里每个组成。
2.多通路食物网操纵闭环
健康的生态系统通常具有复杂的食物网结构，经典生物操纵形成多条物质能量循环的通路，有效利用生物之间的竞争、捕食关系，提高物质能量传递效率，同时增加生态系统稳定性。水生态系统食物网顶端以人类、鸟类、鱼类为主，关键是以可控的鱼类为主要影响，鱼类可以通过食物网影响浮游动物、浮游植物以及营养盐、有机质循环，从而影响水质和系统稳定。在已有传统河湖中，优势种群主要是杂食性鱼类，肉食性鱼类较少，所以在新构建或者修复的淡水生态系统中，应根据生态位的不同和食物网链的关系，增加肉食性鱼类的比例，一起达到系统内部的牧食与繁衍的平衡。
3.生物多样性生境修复闭环
生物多样性是指一定时空范围内生物物种及其所携带的遗传信息和其与环境形成的生态复合体的多样化及各种生物学、生态学过程的多样化和复杂性[4]。这里不光包括物种多样性，还包括生态系统多样性，即栖息地、生物群落、生态学过程（水文过程、地貌过程、物理化学过程、生物过程），也包括景观多样性，即一定时空范围内丰富分景观结构和层次，如廊道、斑块等等。
归根结底是通过生境修复，营造适合生物生存与繁衍的生境条件，包括水系连通，陆地坡面恢复，滨水带修复，丰富的水文地质地貌等等。同时构建多样性较高的生物群落，把具有不同功能特征或利用不同资源的类群组合构建生物群落，构建和恢复生态系统结构与功能，增加系统冗余，提高系统稳定性，实现生态系统的各生态位自我维持。一般来讲，河湖的物理生境结构复杂（溪流倒木、弯曲度高、浅滩-深潭结构多等）意味着栖息地的多样性高，河湖就更自然更健康。同时也要引导生态型景观和景观型生态，将陆生、过渡带、水生的生态理念结合不同生物生存繁衍需求融入到人类喜好的景观营造中。
1.4.5长治久清
人们按照自身的需求，参照一定发展演替阶段的自然湖泊生态系统的模式，采用水生态工程的手段，模拟自然水体生态系统的格局和过程，建立起来的纯粹的人工生态系统，不具备自然属性，至多是自然属性和人工属性兼具的混合体。脱离了人为干预，尤其是能流物流的补偿，很难实现良性的自我调节、自我运行、自我平衡，很难再沿着人类预想的方向发展，根本就是因为它是在人为干预下建立起来的。主要的问题是：组成成分单纯，结构架式简单，物流能流单一，生态系统服务功能缺失，尤其是封闭性人工湖泊。根据以下人工湖泊生态系统的定义，人工湖泊除了具备自然湖泊的一些属性以外，还应该具备社会性、易变性、开放性、目的性。
以最少的经济上的、能流物流上的投入，通过科学分析和高技术手段，实现多功能、多目标、多层次、高效益、节约型淡水生态系统的管理。利用水环境预测模型、大数据、云计算技术，建立健全预警机制，培养专业管理团队，构建环境监测物联网，监测进出目标河湖水文、水质、局地气候和水生态环境等，控制外援污染进入，人为干预各子系统健康平衡，综合评价水环境质量并预测环境变化趋势。严格管控水面活动，合理开发水经济项目，以生态系统结构与功能关系为依据，引导水生态环境良性发展，最终建立特定性淡水水生态系统长效运营管理机制。
1.4.6资源回用
水生态系统为人类提供了很多服务，生态系统服务是指生态系统与生态过程所形成及维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用。它不但为人类提供实物、药品和工农业所需原料，更重要的事支撑和维系了地球生命支持系统。例如：供给服务（如提供食物和水）、调节服务（如控制洪水和疾病）、文化服务（如精神、娱乐和文化受益）以及支持服务（如维持地球生命生存环境的养分循环）[1]。
对于处理后的河湖水资源进行管理，并将其与水系连通，用于补充河流生态基流。同时，对于地表径流，通过收集、利用建筑物屋顶及道路、广场等硬化地表汇集的降雨，经初期弃流—过滤—储存—净化—回用等渠道积蓄雨水为绿化、景观水体、洗涤及地下水源提供雨水补给，以达到综合利用雨水资源和节约用水的目的。
水资源对于城市发展和人民生产生活越来越重要，但总体上，水资源是短缺的，如何统筹协调大气降水、地表水、地下水，维持水量和保护水质，为我们的卫生健康和经济发展贡献更大的力量，是需要认真研究，并根据具体情况给出具体建议。
充分利用合理的、科学的、系统的水环境综合整治技术，在流域上统筹考虑，科学决策，使城市水环境在“水安全、水景观、水文化、水经济、水生态”等方面得到重要的提升和保障，以期在完成“绿水青山就是金山银山”战略思想落地、实现“两个一百年”伟大中国梦的实现，贡献力量。
【1】李洪远主编.生态学基础 ——北京：化学工业出版社 2005.11
【2】王超,王沛芳著.城市水生态系统建设与管理 —北京：科学出版社，2004
【3】(加)卡尔夫（Kalff,J.）著；古滨河等译.湖沼学：内陆水生态系统——北京：高等教育出版社，2011.6
【4】水利部水资源管理中心编著.水生态保护与修复关键技术及应用 ——北京：中国水利水电出版社，2015.12
