李青云

(長江科學(xué)院 a.流域水環(huán)境研究所;b.流域水資源與生態(tài)環(huán)境科學(xué)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430010)

1 研究背景

當(dāng)前，我國的水環(huán)境污染問題突出，形勢(shì)嚴(yán)峻，在污染物排放總量不斷增長的情況下，正從常規(guī)污染物的傳統(tǒng)型污染轉(zhuǎn)向新舊多種污染物相互影響的復(fù)合型污染，從過去以工業(yè)污染為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐陨钗廴緸橹鳎I(yè)污染和農(nóng)業(yè)面源污染并存的格局。水體富營養(yǎng)化日趨嚴(yán)重，與此相關(guān)的水生態(tài)問題也隨著水資源的過度開發(fā)、水污染加劇而日益凸顯，解決水環(huán)境污染和水生態(tài)破壞問題，協(xié)調(diào)好經(jīng)濟(jì)－社會(huì)－生態(tài)環(huán)境的關(guān)系，已經(jīng)成為我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中一項(xiàng)最重要的內(nèi)容。

與其他污染相比，流域水環(huán)境污染具有2個(gè)突出特點(diǎn):①隨水的流動(dòng)而遷移，包括從上游向下游的遷移、從陸域向水域的傳輸、從陸地向海域遷移;②污染源的多樣性，既有工廠、礦山和城鎮(zhèn)等點(diǎn)源污染，也有農(nóng)業(yè)等面源污染。近年來，我國的水污染治理策略已經(jīng)發(fā)生了重大轉(zhuǎn)變，由以往的單純追求水質(zhì)保護(hù)，轉(zhuǎn)向整體流域的水環(huán)境和水生態(tài)治理。在水污染治理的內(nèi)涵上，正在從化學(xué)需氧量和氨氮化合物等常規(guī)污染物控制向痕量、有毒有害持久性污染物控制轉(zhuǎn)變，從水質(zhì)保護(hù)向保障水生生態(tài)系統(tǒng)健康轉(zhuǎn)變。當(dāng)前，水資源開發(fā)與利用中，不僅重視水量、水質(zhì)，同時(shí)也高度重視水生態(tài)環(huán)境，并開始從流域角度認(rèn)識(shí)和研究水環(huán)境問題。因?yàn)橐运疄檩d體的水循環(huán)、土壤流失、污染物和營養(yǎng)物的循環(huán)等都是在流域整體內(nèi)完成的，從流域角度才能完整地研究這些物質(zhì)的循環(huán)過程，進(jìn)而對(duì)流域水循環(huán)過程和污染成因進(jìn)行系統(tǒng)分析，從流域尺度對(duì)河湖污染控制開展全面研究，掌握流域營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)生、輸移過程以及不同界面之間轉(zhuǎn)化調(diào)控機(jī)理，可更好地為流域水環(huán)境治理提供科技支撐［1－2］。

長江科學(xué)院流域水環(huán)境研究所創(chuàng)建于2010年，主要開展流域水循環(huán)、流域水環(huán)境和水生態(tài)演變研究，研發(fā)水環(huán)境污染治理、水生態(tài)修復(fù)技術(shù)以及相關(guān)的產(chǎn)品。本文闡述了流域水環(huán)境專業(yè)的定位和主要研究方向，簡要介紹水環(huán)境研究所創(chuàng)建近5 a來取得的主要科研成果，最后對(duì)流域水環(huán)境專業(yè)在治江科研工作的幾個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域研究進(jìn)行了討論和展望。

2 流域水環(huán)境專業(yè)的定位和主要研究方向

筆者認(rèn)為，流域水環(huán)境研究有別于一般的水環(huán)境、水污染研究，應(yīng)以“水”和“土”(沙)為載體，重點(diǎn)研究流域(區(qū)域)尺度內(nèi)水土流失、污染物(含營養(yǎng)物質(zhì))的“產(chǎn)”、“匯”和“輸移”特征及其循環(huán)過程和平衡條件;在此基礎(chǔ)上，探求水環(huán)境和水生態(tài)自然演變的基本過程及規(guī)律;研發(fā)流域水污染治理、水生態(tài)保護(hù)與修復(fù)等關(guān)鍵技術(shù)，支撐流域水環(huán)境改善和水生態(tài)健康。鑒于此，結(jié)合水利行業(yè)優(yōu)勢(shì)和單位特點(diǎn)，長江科學(xué)院流域水環(huán)境專業(yè)的定位是:以流域?yàn)閱卧?，研究各類物質(zhì)產(chǎn)生的“源”和“匯”及其在流域內(nèi)的循環(huán)過程和平衡條件，研究對(duì)象為水質(zhì)、水量、水沙關(guān)系、水文過程、水動(dòng)力、河湖演變等流域水環(huán)境非生物要素，以及浮游生物、底棲生物、魚類、微生物等生物要素，針對(duì)水庫、閘壩、溝渠、堤防、調(diào)水工程等水利工程建設(shè)，以及取水、排水等人類活動(dòng)對(duì)水環(huán)境、水生態(tài)的影響，研究流域水環(huán)境及水生態(tài)的演變過程及規(guī)律，研發(fā)水環(huán)境治理與水生態(tài)修復(fù)技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)流域水資源的可持續(xù)利用和保護(hù)提供技術(shù)支撐。長江科學(xué)院流域水環(huán)境專業(yè)研究方向規(guī)劃如下。

2.1 流域水環(huán)境演變

全球氣候變化和人類活動(dòng)影響下長江流域水環(huán)境演變問題，重點(diǎn)探討各種水環(huán)境要素的循環(huán)過程和變化規(guī)律;長江流域污染物的遷移轉(zhuǎn)化行為，重點(diǎn)研究流域尺度的氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)的輸送和循環(huán)規(guī)律。

2.2 流域水環(huán)境規(guī)劃與管理

流域水資源保護(hù)管理機(jī)制體制、水資源保護(hù)規(guī)劃等相關(guān)研究，包括新形勢(shì)下流域水環(huán)境規(guī)劃、管理理論、制度和法律法規(guī);水功能區(qū)管理評(píng)價(jià)技術(shù)。

2.3 流域水環(huán)境數(shù)值模擬技術(shù)

流域水循環(huán)及污染物(營養(yǎng)物質(zhì))傳輸機(jī)制及其對(duì)水生生物影響的數(shù)值模擬技術(shù);典型自然背景條件下的河流及湖泊納污能力計(jì)算方法;重大工程(江湖水系聯(lián)通工程、水電工程、核電工程)對(duì)流域水環(huán)境要素影響的數(shù)值模擬技術(shù)。

2.4 流域水環(huán)境治理及修復(fù)技術(shù)

重點(diǎn)研究流域角度的面源污染物傳輸機(jī)理及綜合防控技術(shù);環(huán)境友好型水體污染治理及修復(fù)技術(shù)，包括電化學(xué)修復(fù)技術(shù)、微生物修復(fù)技術(shù)、植物修復(fù)技術(shù)。

2.5 流域水電開發(fā)與生態(tài)環(huán)境影響及生態(tài)修復(fù)

重點(diǎn)研究流域生態(tài)系統(tǒng)健康及其評(píng)價(jià)方法，水資源開發(fā)對(duì)水生物生境及棲息地影響及保護(hù)對(duì)策，水電工程對(duì)水生生態(tài)環(huán)境影響的方式、程度及其變化規(guī)律。

3 流域水環(huán)境專業(yè)研究進(jìn)展概述

流域水環(huán)境研究所成立5 a來，在國家部委項(xiàng)目支持下，建成了實(shí)驗(yàn)設(shè)施齊全的水環(huán)境實(shí)驗(yàn)室和良好的科研平臺(tái)，建立了一支高素質(zhì)的研究團(tuán)隊(duì)，初步形成了基礎(chǔ)研究、技術(shù)研發(fā)和工程咨詢“三位一體”的發(fā)展模式;在研究手段上，將室內(nèi)測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)(野外)觀測(cè)相結(jié)合，將數(shù)值模擬和物理模型有機(jī)結(jié)合;在研究方法上，注重學(xué)科交叉，綜合考慮水質(zhì)、水量、水沙關(guān)系、水文過程等流域水環(huán)境非生物要素，以及浮游生物、底棲生物、微生物等生物要素，同時(shí)發(fā)揮長江科學(xué)院的“工程”特色(對(duì)涉水工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行的理解)和流域研究機(jī)構(gòu)的行業(yè)優(yōu)勢(shì)，在涉水工程的水環(huán)境、水生態(tài)影響的科學(xué)分析、預(yù)測(cè)和模擬方面初步形成了自己的特色。

3.1 總體承擔(dān)項(xiàng)目情況

近5 a來，承擔(dān)完成國家自然科學(xué)基金委、科技部、水利部、教育部、發(fā)改委、中國長江三峽集團(tuán)公司、南水北調(diào)中線水源有限責(zé)任公司等國家級(jí)、省部級(jí)和重點(diǎn)企業(yè)的科研課題共40余項(xiàng)，其中承擔(dān)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目12項(xiàng)，省部級(jí)重點(diǎn)項(xiàng)目8項(xiàng)，中央級(jí)基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目10項(xiàng)，工程咨詢項(xiàng)目10余項(xiàng)目。

3.2 科研成果情況

已發(fā)表論文80余篇，其中SCI論文30余篇，研究論文先后獲得第四屆“汪聞韶院士青年優(yōu)秀論文獎(jiǎng)”、“中國水利學(xué)會(huì)2014年學(xué)術(shù)年會(huì)優(yōu)秀論文獎(jiǎng)”和“中國環(huán)境學(xué)會(huì)2014學(xué)術(shù)年會(huì)優(yōu)秀論文獎(jiǎng)”;科研成果“湖庫水體多源營養(yǎng)物質(zhì)輸移機(jī)理與生態(tài)防治”獲得2014年度長江水利委員會(huì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng);目前已獲得授權(quán)的國家專利12項(xiàng)(其中發(fā)明專利6項(xiàng))，1項(xiàng)技術(shù)列入水利部先進(jìn)技術(shù)推廣目錄，1項(xiàng)技術(shù)已研制出原型產(chǎn)品并通過了現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。

3.3 科研平臺(tái)建設(shè)

從無到有，逐步建成設(shè)施先進(jìn)的水環(huán)境實(shí)驗(yàn)室，目前水環(huán)境實(shí)驗(yàn)室擁有基本設(shè)備和高端設(shè)備40余臺(tái)(套);2012年進(jìn)入了國家計(jì)量認(rèn)證體系，2014年通過了國家認(rèn)監(jiān)委的能力認(rèn)證;承擔(dān)了“西南河流生態(tài)環(huán)境觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站”和“高原河湖生態(tài)環(huán)境觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站”2個(gè)野外科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站的建設(shè)和運(yùn)行工作，已開展了廣泛的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、選點(diǎn)以及建站前期工作，與此同時(shí)，還進(jìn)行了“水生生物棲息地模擬基地”的規(guī)劃工作。

作為主要依托單位，成功申報(bào)了“流域水資源與生態(tài)環(huán)境科學(xué)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”，經(jīng)過2年的建設(shè)運(yùn)行，于2014年9月正式通過湖北省科技廳組織的驗(yàn)收。

4 5年來的主要成果

近5年來，在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目、科技部科研院所技術(shù)開發(fā)研究專項(xiàng)、水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)、發(fā)改委中國清潔發(fā)展機(jī)制贈(zèng)款項(xiàng)目、中國長江三峽集團(tuán)公司、南水北調(diào)中線水源有限責(zé)任公司等國家級(jí)和省部級(jí)科研課題資助下，開展了相關(guān)的基礎(chǔ)研究、應(yīng)用基礎(chǔ)研究和技術(shù)研發(fā)，取得了一系列成果。在湖庫富營養(yǎng)化水體移動(dòng)式水質(zhì)凈化平臺(tái)研究與應(yīng)用、微電流電解抑制和殺滅藻類的機(jī)理和技術(shù)、農(nóng)村水電生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)及保護(hù)對(duì)策研究、水域納污能力計(jì)算與評(píng)價(jià)、水庫對(duì)河流水沙與營養(yǎng)物質(zhì)連續(xù)傳輸?shù)挠绊懠吧鷳B(tài)響應(yīng)、水生植物對(duì)環(huán)境激素污染沉積物的修復(fù)機(jī)制等方面取得了創(chuàng)新成果。

4.1 湖庫富營養(yǎng)化水體移動(dòng)式水質(zhì)凈化平臺(tái)研究與應(yīng)用

湖庫富營養(yǎng)化水體治理通常采用清水稀釋、投藥凈化、植物吸收凈化等措施。這些防治措施部分耗時(shí)耗力或機(jī)動(dòng)性差，或容易產(chǎn)生二次污染。采用合適的工藝方法原位快速消減水體中的氨氮和磷，并將其帶離湖庫水體，使水體中氨氮和磷含量降低至可接受水平是治理河湖富營養(yǎng)化問題的重要方向。

在科技部科研院所技術(shù)開發(fā)研究專項(xiàng)“封閉水域大型移動(dòng)式水質(zhì)凈化系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用”(2012EG136134)資助下，針對(duì)湖庫富營養(yǎng)化水體的特點(diǎn)，結(jié)合湖庫治理不應(yīng)產(chǎn)生二次污染的實(shí)際需求，開發(fā)了一種可組合、移動(dòng)式水質(zhì)凈化平臺(tái)治理新技術(shù)。平臺(tái)由水質(zhì)凈化、指令控制、水質(zhì)在線檢測(cè)和動(dòng)力推進(jìn)單元組成，在水中移動(dòng)過程中，通過微孔曝氣、吸附單元和微電流電解技術(shù)實(shí)現(xiàn)水體中營養(yǎng)鹽削減和藻類防控的雙重目的。通過室內(nèi)試驗(yàn)研究確定了移動(dòng)式水質(zhì)凈化平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)的最優(yōu)技術(shù)參數(shù)，并基于吸附、曝氣、電解3種凈化單元之間的耦合作用分析3種凈化單元之間兩兩聯(lián)合及三者聯(lián)合對(duì)氮磷營養(yǎng)鹽的協(xié)同處理效果，在最大程度上提升移動(dòng)凈化平臺(tái)上各處理裝置的凈化能力及加快水體中氮磷營養(yǎng)鹽的處理效率。目前已完成移動(dòng)式水質(zhì)凈化平臺(tái)在天然水體的應(yīng)用效果的驗(yàn)證和分析［3－7］。該項(xiàng)技術(shù)及原型產(chǎn)品在第12屆國際水利先進(jìn)技術(shù)(產(chǎn)品)推薦會(huì)上進(jìn)行了展示。下一步將在原型產(chǎn)品基礎(chǔ)上優(yōu)化設(shè)計(jì)、完善功能，通過自動(dòng)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)治理過程的全天候、無人值守的功能。

4.2 微電流電解抑制和殺滅藻類的機(jī)理和技術(shù)

我國湖泊水庫水體富營養(yǎng)化程度加劇，“水華”頻發(fā)，飲用水安全屢受影響，傳統(tǒng)的物理打撈、化學(xué)藥劑滅藻等技術(shù)都存在一定的局限性，亟需尋求能對(duì)處于生長繁殖初期的藻類進(jìn)行持續(xù)抑制的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)藻類的有效控制。

依托國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“微電流電解對(duì)藻類的持續(xù)抑制機(jī)理研究”(51309019)和中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目“湖泊藍(lán)藻治理的微電流電解技術(shù)試驗(yàn)研究”(CKSF2011009SH)，進(jìn)行了淺水湖泊藍(lán)藻水華的形成機(jī)理和藍(lán)藻生存要素的綜合分析，采用了微電流電解法對(duì)湖泊水體中的藍(lán)藻進(jìn)行生長繁殖初期的殺滅和抑制，深入研究了微電流電解抑制和殺滅藻類的機(jī)理和技術(shù)，掌握了微電流電解有效抑藻的電解條件，進(jìn)行微電流電解抑藻技術(shù)的實(shí)用性研究，驗(yàn)證了微電流電解法對(duì)實(shí)際水樣的抑藻效果，并設(shè)計(jì)一套用于湖泊藍(lán)藻治理裝置［8－10］。研究論文“微電流電解對(duì)銅綠微囊藻葉綠素?zé)晒馓卣鞯挠绊憽睒s獲中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)2014年學(xué)術(shù)年會(huì)優(yōu)秀論文獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，微電流電解抑藻技術(shù)入選水利部《2014年度水利先進(jìn)實(shí)用技術(shù)重點(diǎn)推廣指導(dǎo)目錄》。

4.3 農(nóng)村水電生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)及保護(hù)對(duì)策研究

我國農(nóng)村水電(以下統(tǒng)稱小水電)在開發(fā)建設(shè)過程中會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)刈匀簧鷳B(tài)環(huán)境造成短時(shí)間的擾動(dòng)和破壞，在運(yùn)行期間也會(huì)對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。

在水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)“農(nóng)村水電生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)及保護(hù)對(duì)策研究(201101027)”資助下，對(duì)長江流域5個(gè)省7條河流45座小水電站的生態(tài)環(huán)境問題進(jìn)行了為期3年的現(xiàn)場(chǎng)考察和調(diào)查研究，結(jié)合對(duì)基層水行政主管部門、電站業(yè)主、當(dāng)?shù)鼐用竦鹊淖勛咴L，獲得了大量第一手資料，在此基礎(chǔ)上對(duì)長江流域小水電站在施工、運(yùn)行過程中對(duì)陸生、水生生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析;提出了針對(duì)不同類型水電站的生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系、標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)模型，開發(fā)了評(píng)價(jià)軟件;同時(shí)還提出了柔性雙管引水發(fā)電蓄水一體化設(shè)備設(shè)計(jì)方法等一系列的庫區(qū)、壩下河段水生態(tài)環(huán)境保護(hù)對(duì)策和措施［11－16］。研究成果可供農(nóng)村水電站環(huán)保設(shè)計(jì)、長期運(yùn)行、日常管理以及農(nóng)村水電站生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)等工作中應(yīng)用。

4.4 水域納污能力計(jì)算與評(píng)價(jià)

水功能區(qū)限制納污紅線是最嚴(yán)格的水資源管理制度的核心內(nèi)容之一，納污能力是水功能區(qū)限制納污紅線的重要指標(biāo)，研究納污能力計(jì)算方法對(duì)于核定排污口排污量、加強(qiáng)水功能區(qū)管理具有重要意義。

在水利部公益性行業(yè)專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目“長江中下游干流納污總量研究”專題“長江中下游干流水功能區(qū)評(píng)價(jià)體系研究”、中央分成水資源費(fèi)項(xiàng)目“長江流域重要江河湖泊分階段限制排污總量意見制定”、中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目“水域納污能力計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)研究”等項(xiàng)目的資助下，研究了水體中污染物擴(kuò)散和降解的主要影響因素，討論了流速、糙率對(duì)擴(kuò)散的影響及流速、含沙量、粒徑、光照等因素對(duì)降解的影響，并將結(jié)果與水質(zhì)模型進(jìn)行耦合，建立了新的納污能力計(jì)算模型和計(jì)算參數(shù)測(cè)定方法;分析了擴(kuò)散和降解對(duì)污染物濃度分布影響的權(quán)重，不同來水流量、背景水質(zhì)、河寬設(shè)定對(duì)水功能區(qū)納污能力的計(jì)算結(jié)果影響程度，并應(yīng)用于水功能區(qū)限制排放總量分解方案，提出了空間分解和時(shí)間分解的基本原則，以及按行政區(qū)內(nèi)水功能區(qū)長度和排污口間長度分解限排總量的方案，可為制定水功能區(qū)限制排污總量提供技術(shù)支撐，為水功能區(qū)管理和考核提供科學(xué)依據(jù)［17－19］。

4.5 水庫對(duì)河流水沙與營養(yǎng)物質(zhì)連續(xù)傳輸?shù)挠绊懠吧鷳B(tài)響應(yīng)

水沙與營養(yǎng)物質(zhì)的輸送是河流最重要的自然生態(tài)服務(wù)功能之一。隨著近年來水庫等蓄水工程不斷興建并投入運(yùn)行，大壩將大量泥沙及其攜帶的營養(yǎng)物質(zhì)攔截在庫區(qū)，導(dǎo)致下游水體營養(yǎng)狀況及初級(jí)生產(chǎn)力發(fā)生了很大的變化，從而對(duì)下游河道的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響。

在國家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目“水位調(diào)控下沉積物磷遷移轉(zhuǎn)化特征與基本規(guī)律研究”(51209011)資助下，以受水位消落影響明顯、磷污染嚴(yán)重的丹江口水庫神定河庫灣沉積物為對(duì)象，通過水位動(dòng)態(tài)變化模擬，研究了水位調(diào)控下持續(xù)淹水和間歇淹水沉積物OM、顆粒粒徑、鐵鋁氧化物含量等理化性質(zhì)變化，及其對(duì)沉積物磷賦存、吸附解吸等過程的響應(yīng)關(guān)系［20－21］;在中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)資助下，開展了“三峽建庫前后懸浮泥沙與顆粒態(tài)磷的變化趨勢(shì)及生態(tài)響應(yīng)研究”，分析了長江干流懸浮泥沙與顆粒磷的分布規(guī)律;研究了含沙量、初始磷濃度、泥沙粒徑和溫度對(duì)泥沙吸附磷的影響并建立了含沙水體中顆粒磷濃度與含沙量、溶解磷濃度的定量關(guān)系;利用三峽水庫水沙數(shù)學(xué)模型，模擬與預(yù)測(cè)了未來三峽水庫出庫沙量與顆粒磷通量［22－23］。項(xiàng)目研究成果有利于揭示水庫對(duì)河道顆粒磷等營養(yǎng)物質(zhì)輸移的影響過程，可為進(jìn)一步探索水庫生態(tài)調(diào)度運(yùn)行方式，緩解水庫下游的河流生態(tài)環(huán)境影響提供科學(xué)依據(jù)。

4.6 水生植物對(duì)五氯酚污染沉積物的修復(fù)機(jī)制

近幾十年，長江中下游血吸蟲病疫區(qū)滅螺藥劑－五氯酚(PCP)的廣泛使用，造成水環(huán)境沉積物PCP殘留超標(biāo)。PCP是一種持久性有機(jī)污染物(POPs)，會(huì)對(duì)疫區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)及人民身體健康造成潛在威脅。環(huán)境友好、可持續(xù)性的植物修復(fù)技術(shù)在沉積物PCP污染治理中具有廣闊的應(yīng)用前景。在國家自然科學(xué)基金(51209020)、中國博士后科學(xué)基金(2012M521415)、中央科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)(CKSF2015016/SH)等項(xiàng)目的資助下，利用植物修復(fù)技術(shù)開展了血吸蟲疫區(qū)五氯酚污染沉積物的水生植物修復(fù)機(jī)制研究，建立了PCP高效修復(fù)水生植物快速篩選方法，并從我國常見的水生植物中篩選獲得對(duì)五氯酚污染沉積物具有較好修復(fù)效果的水生植物，在PCP遷移轉(zhuǎn)化作用規(guī)律研究的基礎(chǔ)上，闡明了沉積物－水生植物系統(tǒng)中PCP的降解速率及降解途徑［24］。研究成果可在理論上揭示PCP污染沉積物的水生植物修復(fù)機(jī)制，豐富POPs污染植物修復(fù)理論，為疫區(qū)水環(huán)境PCP污染的生態(tài)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)及應(yīng)用基礎(chǔ)。

4.7 水生態(tài)研究

水生態(tài)專業(yè)是流域水環(huán)境所主要的特色專業(yè)之一，近5年來，除了水利水電工程建設(shè)的生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)及保護(hù)對(duì)策研究外，還陸續(xù)開展河流、湖泊水生生物棲息地觀測(cè)和生態(tài)完整性的評(píng)價(jià)、保護(hù)對(duì)策及工程修復(fù)技術(shù)研究;開展基于水生生物需求的環(huán)境流研究;研究不同生物類群(藻類、魚類、底棲動(dòng)物、水生植物等)的水環(huán)境指示性作用，進(jìn)行了中小河流、湖泊水生態(tài)野外調(diào)查及水生態(tài)監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累。

在國家自然科學(xué)基金“長江上游減水河段底棲動(dòng)物的環(huán)境水流需求研究”、中央級(jí)公益科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目“鄱陽湖大型雙殼類的生態(tài)水文需求研究”等項(xiàng)目資助下，從流量大小和水文節(jié)律兩個(gè)方面對(duì)長江上游雅礱江錦屏二級(jí)電站減水河段的底棲動(dòng)物環(huán)境水流需求進(jìn)行了系統(tǒng)研究;從底質(zhì)類型、底質(zhì)有機(jī)質(zhì)含量、流速、水深、營養(yǎng)鹽等幾個(gè)方面對(duì)鄱陽湖永修河流口部分大型雙殼類的生態(tài)水文需求進(jìn)行了系統(tǒng)研究;建立了雅礱江錦屏二級(jí)電站減水河段底棲動(dòng)物棲息地二維模型;提出了雅礱江錦屏二級(jí)電站減水河段底棲動(dòng)物的流量需求和水文節(jié)律需求;提出了適合于鄱陽湖對(duì)大型雙殼類的生態(tài)水文需求。

4.8 地下水污染治理技術(shù)

地下水硝酸鹽濃度超標(biāo)對(duì)人體健康造成潛在威脅。在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“凹凸棒石/納米鐵復(fù)合材料－微生物耦合去除地下水中硝酸鹽研究”資助下，開展了凹凸棒石/納米鐵復(fù)合材料－微生物耦合去除地下水中硝酸鹽研究。將凹凸棒石作為載體，制備凹凸棒石/納米鐵復(fù)合材料，解決納米鐵穩(wěn)定性差、容易凝聚成團(tuán)的問題，從而增大納米鐵與硝酸鹽接觸的有效面積，在地下水飽和帶厭氧環(huán)境模擬裝置中，通過將凹凸棒石/納米鐵復(fù)合材料與反硝化細(xì)菌耦合，以納米鐵與硝酸鹽反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的大量氫氣作為電子供體，供給反硝化菌進(jìn)行反硝化作用，解決脫硝產(chǎn)物中氨氮比例過高和生物反硝化缺少電子供體的問題。目前，已經(jīng)完成了凹凸棒石黏土提純與改性工作，完成了處理裝置的原型設(shè)計(jì)，獲得國家發(fā)明專利和實(shí)用新型專利［25－27］。

4.9 人工濕地除砷研究

水體中砷污染限制了水資源的有效利用，對(duì)生態(tài)環(huán)境安全和人體健康構(gòu)成極大威脅?，F(xiàn)有的砷污染治理技術(shù)以吸附、混凝、沉淀以及膜法等物理化學(xué)法為主，存在成本高、耗能大、依賴化學(xué)藥劑及產(chǎn)生二次污染等問題，因此，研究環(huán)境友好的生態(tài)除砷技術(shù)極為必要。

在中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目(CKSF2012056)資助下，開展了“垂直潛流人工濕地除砷技術(shù)研究”。選擇錳砂、陶粒、礫石和沸石作為待試濕地填料，以傳統(tǒng)水生植物燈心草和砷超累積植物蜈蚣草作為濕地植物，通過填料理化性質(zhì)分析、砷吸附性能實(shí)驗(yàn)、不同填料和植物組合的人工濕地除砷模擬實(shí)驗(yàn)以及砷的輸入和輸出平衡分析，系統(tǒng)研究了垂直潛流人工濕地除砷效果及相關(guān)機(jī)理，并形成一套可行的技術(shù)體系［28－29］。

4.10 水系連通的生態(tài)水文過程模擬

河湖水系連通是水利部提出的水利發(fā)展新戰(zhàn)略，是改善水環(huán)境、修復(fù)水生態(tài)的重要途徑。目前還缺乏生態(tài)水文模擬技術(shù)，難以系統(tǒng)、深入研究水系連通對(duì)河湖生態(tài)環(huán)境和水文過程的影響。在水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(201401020)資助下，開展了“大東湖水網(wǎng)生態(tài)水文過程模擬技術(shù)及應(yīng)用研究”，對(duì)大東湖水網(wǎng)的水文、水質(zhì)和水生生物進(jìn)行了一年四季的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，分析了大東湖水網(wǎng)的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，篩選了關(guān)鍵生態(tài)水文指標(biāo)，分析并提出了大東湖水網(wǎng)的生態(tài)水文過程需求;通過實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，分析并建立了大東湖水網(wǎng)流速與藻類生長、水深與底棲動(dòng)物生長的關(guān)系，研究了水網(wǎng)連通對(duì)大東湖生態(tài)水文過程的影響機(jī)制;開發(fā)了大東湖水網(wǎng)生態(tài)水文過程及生態(tài)環(huán)境效應(yīng)數(shù)值模擬技術(shù)，分析了水網(wǎng)連通工程對(duì)生態(tài)水文要素的影響范圍和影響程度。項(xiàng)目研究成果可為優(yōu)化河湖水系連通工程的設(shè)計(jì)和調(diào)度方案提供科學(xué)依據(jù)，為制定河湖水系連通工程建設(shè)、運(yùn)行和管理的行業(yè)技術(shù)手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)、制度等奠定基礎(chǔ)。

5 流域水環(huán)境專業(yè)在治江科技支撐中的作用展望

長江是我國重要的戰(zhàn)略水源地、水力發(fā)電基地和黃金水道，隨著國家及流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，長江水資源及水能資源利用需求不斷增加、開發(fā)強(qiáng)度不斷增大，流域水環(huán)境與水生態(tài)問題及影響日益凸顯，如何維持健康的水生態(tài)系統(tǒng)是長江流域水安全保障面臨的重大任務(wù)。長江水利委員會(huì)作為長江健康的代言人，在提出的新時(shí)期治江思路中將水生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)作為流域水資源綜合管理的重要任務(wù)，在保護(hù)生態(tài)上遵循開發(fā)與保護(hù)并重原則，牢牢把握開發(fā)利用的底線和生態(tài)保護(hù)的紅線。

長江科學(xué)院作為長江水利委員會(huì)的主要科技支撐單位，在流域水環(huán)境研究方面重點(diǎn)放在各種流域尺度內(nèi)污染物和營養(yǎng)物質(zhì)的“產(chǎn)”、“匯”和“輸”特征及其循環(huán)過程和平衡條件，探求流域水環(huán)境和水生態(tài)自然演變的基本過程及規(guī)律，辨識(shí)人類活動(dòng)及氣候變化影響流域水環(huán)境和水生態(tài)的機(jī)制與效應(yīng)，研發(fā)流域水污染治理、水生態(tài)保護(hù)與修復(fù)等關(guān)鍵技術(shù)。為進(jìn)一步做好治江科技支撐，對(duì)近期流域水環(huán)境專業(yè)的研究重點(diǎn)簡述如下。

5.1 長江流域水環(huán)境背景和安全閾值

從流域尺度上全面系統(tǒng)地研究、評(píng)估水環(huán)境特征，判斷不同水域的水環(huán)境承載力，建立流域、區(qū)域水環(huán)境生態(tài)安全控制基準(zhǔn)，明確流域、區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等人類活動(dòng)對(duì)自然水生態(tài)環(huán)境影響的輸入響應(yīng)關(guān)系，最終提出長江水環(huán)境安全閾值。

5.2 長江上游水電開發(fā)的水生態(tài)安全支撐技術(shù)

評(píng)估梯級(jí)電站開發(fā)對(duì)長江上游干支流生源要素傳輸影響;研究梯級(jí)電站開發(fā)對(duì)長江上游關(guān)鍵生物類群及其棲息地的影響及減緩對(duì)策;研究長江上游小水電站站群生態(tài)環(huán)境累積影響評(píng)價(jià)及保護(hù)對(duì)策;研究基于重要生源要素連續(xù)輸移和流域水生態(tài)安全的上游水庫群水沙調(diào)控技術(shù);開展長江上游水電開發(fā)的水生態(tài)安全支撐關(guān)鍵技術(shù)示范和推廣。

5.3 長江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)的水安全保障關(guān)鍵技術(shù)

評(píng)估長江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)的水環(huán)境及水生態(tài)安全影響;新形勢(shì)下長江干流水環(huán)境容量問題;高耗水、高污染企業(yè)從下游向中上游轉(zhuǎn)移帶來的風(fēng)險(xiǎn)問題;研究長江岸邊污染帶形成及變化趨勢(shì)以及支撐水生態(tài)安全的污染防治技術(shù)與監(jiān)管措施;研究長江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)水安全影響的跟蹤監(jiān)測(cè)評(píng)估制度和預(yù)警機(jī)制。

5.4 長江流域重要戰(zhàn)略水源地的水生態(tài)保護(hù)與修復(fù)技術(shù)

分析蓄水和供水重大變化條件下流域重要戰(zhàn)略水源地的水生態(tài)安全風(fēng)險(xiǎn);評(píng)估新型污染物質(zhì)的水生態(tài)安全累積影響;構(gòu)建流域重要戰(zhàn)略水源地天地一體化水生態(tài)安全監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)和預(yù)警體系;研究山水林田湖相耦合的流域重要水源地生態(tài)水網(wǎng)構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù);提出涵蓋水量、水質(zhì)和水生態(tài)安全的大型國家戰(zhàn)略水源地水生態(tài)安全管理機(jī)制。開展流域重要水源地水生態(tài)安全保障技術(shù)集成與示范研究。

6 結(jié)語

長江科學(xué)院流域水環(huán)境所定位于研究宏觀大尺度下流域水循環(huán)和流域水環(huán)境演變、流域開發(fā)對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)影響，為治江事業(yè)做好技術(shù)支撐;同時(shí)也針對(duì)市場(chǎng)需求進(jìn)行小尺度的水環(huán)境污染機(jī)理及治理、水生態(tài)修復(fù)等技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用。流域水環(huán)境所成立以來，在國家和部委支持下，從無到有，目前已初具規(guī)模，建成了先進(jìn)的水環(huán)境實(shí)驗(yàn)室和水生態(tài)實(shí)驗(yàn)室，并通過國家計(jì)量認(rèn)證和能力驗(yàn)證;建立了一支高素質(zhì)的研究團(tuán)隊(duì)，初步形成了基礎(chǔ)研究、技術(shù)研發(fā)和工程咨詢“三位一體”的發(fā)展模式;在湖庫富營養(yǎng)化水體和藻類治理技術(shù)、農(nóng)村水電生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)方法及保護(hù)對(duì)策、河湖納污能力計(jì)算方法和評(píng)價(jià)技術(shù)、水庫對(duì)河流水沙與營養(yǎng)物質(zhì)連續(xù)傳輸影響及生態(tài)響應(yīng)機(jī)制、重金屬及環(huán)境激素污染水土體治理及生態(tài)修復(fù)技術(shù)、地下水污染治理技術(shù)等方面開展了大量研究工作，取得了一系列成果。

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，我國正處于水環(huán)境污染日益嚴(yán)重、水污染事故頻發(fā)、飲水安全保障不足的特殊時(shí)期，在國家確定的“水環(huán)境保護(hù)宏觀戰(zhàn)略目標(biāo)”中，明確大幅度降低進(jìn)入水體的污染負(fù)荷，全面改善流域水環(huán)境質(zhì)量，保障水生生態(tài)系統(tǒng)健康和系統(tǒng)完整性，保障飲用水安全和人體健康，完善流域水環(huán)境管理體制和機(jī)制，到2050年達(dá)到中等發(fā)達(dá)國家水環(huán)境質(zhì)量水平，在這種宏觀背景和政策需求下，水環(huán)境(水生態(tài))研究領(lǐng)域?qū)拸V，發(fā)展空間很大。流域水環(huán)境治理思維具有獨(dú)特性，技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化均有空前機(jī)遇，學(xué)科和專業(yè)交叉非常關(guān)鍵。作為流域機(jī)構(gòu)的水環(huán)境研究單位，要進(jìn)一步抓住機(jī)遇，與時(shí)俱進(jìn)，開拓創(chuàng)新，加強(qiáng)學(xué)科交叉融合，盡快形成核心競(jìng)爭(zhēng)力，在治江科技支撐中發(fā)揮應(yīng)有的作用。

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