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【京津冀】水专项支撑白洋淀-大清河生态廊道构建综合示范
2021-11-05

    一、项目概况

    水体污染控制与治理科技重大专项(以下简称水专项)是根据《国家中长期科学和技术发展规划纲要(20062020年)》设立的十六个重大科技专项之一,按照国务院批复的水专项实施方案和重大专项聚焦调整要求,“十三五”重点聚焦“京津冀协同发展区域综合调控重点示范”。水专项在京津冀区域提出通过永定河、北运河、白洋淀—大清河三条河流生态廊道的建设,带动上游西北部生态涵养区、中部核心功能区和下游东部滨海发展区等区域的水环境和水生态改善。

    在京津冀水专项标志性成果专家组的指导下,京津冀标志性成果专家、河北大学教授王洪杰会同水专项“白洋淀与大清河流域(雄安新区)水生态环境整治与水安全保障关键技术研究与示范(2018ZX07110)”项目(简称白洋淀项目)所属6个课题和2个独立课题以及“十二五”海河南系独流减河流域水质改善和生态修复技术集成与示范(2015ZX07203)等课题,围绕京津冀河湖水环境质量保障和水生态修复重大科技需求,针对生态脆弱型河湖水系“有河”“没水”和河淀生态脆弱等问题,统筹白洋淀—大清河生态廊道“山水林田淀海”系统治理,突破生态需水核算和水资源精细精准调控、近自然湿地生态修复和内源污染精准削减、雄安新区水系统构建等技术瓶颈,创新形成白洋淀—大清河廊道构建技术体系,构建并贯通了白洋淀—大清河生态廊道,实现“修复一片淀泊、支撑一座新城、管控一个流域、贯通一条廊道”,技术支撑雄安新区蓝绿交织、清新明亮、水城共融愿景。

    ◎白洋淀—大清河廊道主要问题及科技需求

    白洋淀—大清河廊道突出特征是“有河”“没水”和河淀生态脆弱,针对白洋淀水质改善、水面恢复、生态修复,以及入海廊道贯通的目标定位,面临的主要水生态环境问题是大清河流域精细化管理缺失,不同省市污染源排放限值有待统一,上下游缺乏统筹;白洋淀自然入淀水量基本枯竭,淀区水面缩减,导致生态空间锐减、廊道功能缺失;尾水补给型河水水质较差、河道和湿地自净能力低下,淀区存量污染巨大,湿地生态系统退化,呈现破碎化生态景观格局。针对上述主要问题,根据雄安新区高起点的战略定位和白洋淀生态环境保护目标,亟须突破流域生态需水保障、淀区污染治理与生态修复、新区水生态环境承载力提升等技术瓶颈。一是需建立基于流域水生态系统健康与服务功能评估的水生态功能分区和水生态环境管理体系。二是需要构建流域统筹、精准治理的环境治理与生态修复技术集成体系,重塑健康自然水系格局,有效控制入淀污染,恢复生态脆弱型河湖水系的自然连通。三是雄安新区高标准的新型城市水系统建设亟待系统的理论指导和技术支撑。

    ◎白洋淀—大清河廊道构建技术体系

    创新形成白洋淀—大清河廊道构建技术体系,构建并贯通了白洋淀—大清河生态廊道,实现“修复一片淀泊、支撑一座新城、管控一个流域、贯通一条廊道”,有力支撑了白洋淀生态环境保护规划阶段目标实现。

    (1)修复一片淀泊突破梯级近自然湿地修复、精准生态清淤、淀区水动力提升技术瓶颈,建设特大型近自然湿地,实现淀区水生态环境质量整体提升,淀区水质达十年来最好水平。

    (2)支撑一座新城。突破多重约束条件下新型城市水系统构建的规划建设技术,提出新型城市水系统构建的雄安模式和雄安标准,引领未来城市水系统构建。

    (3)管控一个流域。深化流域四级分区精细化水质目标管理,推动“三线一单”成果落地,提出生态补水方案和长效机制,保障白洋淀生态补水和下泄生态水量。

    (4)贯通一条廊道。优化生态脆弱型河流生态廊道构建指标体系,构建“五区十源三轴”大清河流域生态廊道格局,打通独流减河入海通道。

    ◎集成白洋淀水质保障与生态修复技术,修复一片淀泊

    针对白洋淀水质目标要求高、生态系统完整性低和水系连通性差等问题,在污染源解析基础上,突破大型近自然湿地系统构建和水质提升技术,实施入淀河道环境整治工程,建设特大型河口湿地,严控外源污染进入淀区。研发科学生态清淤技术,结合淀区下垫面及底泥污染现状,建立弹性修复机制;构建淀区全地形地貌多工况水动力水质模型,形成多情境科学清除围堤围埝的工作策略。成果应用于白洋淀内源治理试点项目,支撑淀区水质改善和水动力恢复。

    1)北方大型近自然湿地系统构建和水质提升

    针对白洋淀上游城市尾水不能满足流域地表水环境质量要求、白洋淀入淀湿地生态系统退化、湿地水质净化功能低下等问题,突破入淀河道治理、湿地缓冲区污染削减、近自然湿地水质提升和生态修复、退耕还湿湿地生态重构和水质净化等关键技术瓶颈,集成“北方大型近自然湿地系统构建和水质提升成套技术”。创新采用“前置沉淀生态塘+潜流湿地+水生植物塘”的近自然工艺,优化了前置生态塘植物配置,颗粒污染物去除效率提高50%以上、有机物水解率达到25%以上。系统优化了分区分级湿地基质级配,提出了湿地基质缓释长效除磷技术,实现溶解性磷削减50%以上。开发了清淤湿地立地条件改善技术,建立了“挺水+沉水”和“冷季+暖季”本土植物复合配置模式,水生植物生长速率提高20%以上,水体藻类及污染物去除率提升30%以上。创建了城市尾水生态塘群预处理—功能湿地强化污染削减—近自然湿地生态景观提升一体化湿地构建技术体系,在雄安新区寨里乡,府河、漕河、瀑河三河入淀口区域,实施府河河口湿地水质净化工程建设,示范区面积4.23平方公里、处理水量25万吨/天;在安新县同口镇南,采用“前置沉淀生态塘+潜流湿地+多塘系统”的近自然工艺,实施孝义河河口湿地水质净化工程建设,示范区面积2.11平方公里、处理水量20万吨/天。

    (2)白洋淀内源污染治理与污染精准削减

    针对白洋淀水体空间破碎、内源污染负荷高、淀中村污染水质差等问题,创建了内源污染负荷削减与水动力提升成套技术体系,明确了淀区内源污染重点区域和污染类型,形成了生态清淤规划与实施系列关键技术,支撑淀区科学清淤。开展了全淀区底泥及污染物调查,划定生态清淤示范工程的试点区位置及规模,工程位置最终确定为南刘庄地区和采蒲台地区,面积共1.43平方公里。开展芦苇平衡收割超过1万亩,并进行了阻燃生态板、可降解塑料、电加热材料等芦苇规模化资源利用示范,控制水草腐烂造成的内源性污染持续富集。研发了基于硫磺/菱铁矿等复合填料的近自然湿地生态修复技术,形成了基于村淀融合的农村污水超净排放技术体系,建设了淀中村(桥东村)污染治理样板工程,大幅度削减了淀中村污水处理系统的污染排放负荷,排放水质提升至准Ⅲ类,形成了淀中村污水入淀生态屏障,实现了“不让一滴污水进入白洋淀”。

    ◎构建新型城市水系统的雄安模式和雄安标准,支撑一座新城

    立足平原建城,坚持区域协同发展,基于城市水系统最新理念,突破了多重约束条件下新型城市水系统构建的规划建设技术,形成新型城市水系统构建的雄安模式,构建了全过程多目标的雄安新区城市水系统构建标准,面向“高品质饮用水、高质量水环境、高标准水设施、高韧性弹性”,基于城市水系统多维度目标,通过对单个过程的模拟、多过程的耦合、综合评估与多轮反馈优化,实现城市水系统的整体优化,提出了供水设施系统优化、污水及再生回用设施布局优化、蓝绿空间布局优化、城市水系统弹性韧性管理策略及实施保障等建议方案。成果与新区基础设施规划建设的充分结合和应用,为新区高标准建设提供了有力支撑,塑造了水城共融、人地和谐的典范。同时,为其他城市水系统的规划建设提供参考和借鉴。

    ◎集成流域精细化水资源水环境综合管理技术,管控一个流域

    科学确定了白洋淀低、中、高生态需水方案和枯、平、丰水位的生态需水方案;在提出的最优空间配置模式下,通过水源涵养进而提升枯水期清水产流15.8%,上游山区植被结构优化后,产水量增加了6.0%;按照未来农业发展的不同时间段,兼顾国家粮食安全问题,维持地方的口粮安全(小麦自给),通过种植结构的调整,未来有望实现流域农业节水2亿~4亿立方米;基于水质改善优化淀区多源补水,拆除关键围堤围埝阻水区后,滞水区面积减少14.6%,水面面积增加约10%,优化补水路径后,滞水区面积比例减少5%~10%,区域换水周期缩短近11天,淀区整体水面面积比例增加了15.3%~31.3%,水动力和COD、总氮、总磷和氨氮等指标均有所改善;精细精准调控了白洋淀及入淀河流生态流量,实现了流域雨洪水、再生水、上游水库群、引黄入冀补淀、南水北调中线等工程联合精细精准生态补水总量超5亿立方米,保障了白洋淀正常水位达到6.5~7.0米,提升了生态补水效益,对保障白洋淀—大清河生态廊道用水和构建白洋淀—大清河生态廊道提供重要支撑。

    ◎集成生态脆弱型廊道构建与生态修复技术,贯通一条廊道

    针对大清河流域河流断流、生态廊道功能丧失等问题,研究了大清河生态廊道功能定位及空间结构,形成白洋淀—大清河流域“五区十源三轴”生态空间格局;优化和实施大清河下游独流减河大尺度水系连通补水工程226公里,年补生态需水量0.85亿立方米,保证了河道生态基流及规模化湿地群建设,构建了以独流减河为主轴的生态廊道网络,发挥河流—湿地生态系统水质净化能力,支撑主要河道断面水质达到地表水环境质量Ⅴ类标准,修复独流减河河岸带乔灌草立体植被23公里,建设宽河槽生态改善示范区3平方公里,实现了鸟类生境改善和河岸带生态修复,打通了入海生态廊道。

    二、实施成效

    1.有力支撑雄安新区和白洋淀生态保护重大工程,支撑淀区考核断面水质达标

    支撑府河、孝义河新区段入淀河流综合治理工程;建设府河、孝义河河口6平方公里特大型湿地,处理上游来水45万吨/天,为生态湿地格局建设提供良好的生态环境空间,对华北乃至全国的水生态环境建设具有重要的示范和借鉴作用。内源污染治理及水动力研究成果推动了白洋淀生态清淤扩大试点工程的实施和全面清淤方案的制定,为实现百淀连通提供理论和数据支撑。构建了污水处理与乡村文化相结合的淀中村污染治理样板;创新了基于“高污染治理,中污染控制,低污染防控”原则的水土共治技术,获得生态环境部综合司的高度评价,相关科技建议得到中办采纳,有力推动了唐河污水库的治理工作。

    2.同步支撑流域治理规划编制和实施,实现生态环境改善新突破。

    白洋淀项目7+17+17的技术体系,支撑了河北省、雄安新区、廊坊市等相关政策及规划的编制工作。成果形成主要以沿大清河流域河流的生态廊道的北轴、中轴、南轴为核心,构建五区十源三轴的河流水域、河滩、陆域生态功能提升的生态缓冲带的大清河流域生态廊道布局,成果纳入《白洋淀上游生态涵养区规划》《廊坊市水生态环境保护“十四五”规划要点》《河北省水生态环境保护“十四五”规划》《河北省2021年主要河道生态补水实施方案》等规划方案中。

    3.全面支撑京津冀区域水污染控制与治理成套技术综合调控示范标志性成果。

    形成生态廊道构建集成技术和研发的生态补水和储存、植物群落构建、指标体系与阈值等3项关键技术,及污染多级屏障控制、人工湿地设计等关键技术,对国家水体污染控制与治理重大专项标志性成果7:京津冀区域水污染控制与治理成套技术综合调控示范中的“河流生态廊道理念与构建技术框架”和“白洋淀—大清河生态廊道贯通综合示范”两项成果起到了理论构建、技术实践的重要支撑作用。

   水专项探索形成大清河廊道“山水林田淀海”的生态空间格局,通过一线贯通、多点串联的白洋淀—大清河流域生态廊道构建,打破行政区域限制,扩大生态空间,实施大尺度水系联通补水工程,打通入海廊道,引领示范生态廊道建设在京津冀协同发展区率先突破,为今后的海河流域生态空间修复治理和京津冀生态新格局建设提供可复制可推广的经验。


本项目技术来源

    水专项白洋淀项目和独立课题完成单位:河北大学、中国雄安集团有限公司、中国科学院生态环境研究中心、中国环境科学研究院、中国水利水电科学研究院、中国城市规划设计研究院、北京大学、清华大学、北京林业大学、北京师范大学、北京建筑大学、河北省生态环境科学研究院、天津市环境科学研究院、河北省水利科学研究院、中国地质大学(武汉)、中国人民大学、中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心、河北工程大学、中交(天津)生态环保设计研究院有限公司、中电建水环境治理技术有限公司、中交水运规划设计院有限公司、北京国环清华环境工程设计研究院有限公司、中国成套设备进出口集团有限公司等。


府河河口湿地水质净化工程


孝义河河口湿地水质净化工程


白洋淀—大清河廊道构建技术体系框架


生态清淤试点工程鸟瞰图


淀中村(圈头乡桥东村)污染治理样板工程


入淀河道补水成效

内容摘自《中国科学报》

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