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科学研判预警 保障东江饮用水安全
发布时间:2019-04-15 02:46

  2018年11月,广东省第十三届人民代表大会常务委员会第七次会议第三次修正了《广东省东江水系水质保护条例》,再一次明确管理部门及其职责,防止东江水污染。

  东江是珠三角地区及香港的重要饮用水源,是我国最有代表性的饮用水源型河流,是名副其实的政治水、生命水和经济水。不论是在东江的源头江西省寻乌县,还是在浩浩东江途经的500多公里的沿途各地,保护东江水环境,都是一项重要任务。

  因此,国家水体污染控制与治理科技重大专项(以下简称“水专项”)河流主题东江流域饮用水源型河流水质安全保障技术集成与综合示范课题(以下简称“综合示范课题”)建立了东江流域水质风险实时数字化管理决策支持平台,在东江流域水质风险识别评估、监控预警、滚动预报、溯源追踪以及优化控制等方面取得了一系列创新性成果,并得到了有效应用。

  综合示范课题显著提升了东江水质风险防控和管理决策支持能力,为《水污染防治计划》(以下简称“水十条”)实施提供了技术支持,在诸多技术指南编订、污染防治行动计划制订中发挥了科技支撑的作用,带来了良好的环境效益、经济效益和社会效益。

  在生态环境部发布的《水体达标方案编制技术指南》中,综合示范课题研发的污染排放与水质响应关系模型构建、污染物通量监控等技术成果,在指导各地编制不达标水体水质达标方案中发挥了重要作用。

  同时,为落实“水十条”关于率先开展东江流域生态安全调查与评估的重要任务,以这个课题的水质风险综合管理成果为依托,编制了《东江流域生态环境保护方案》和《东江流域生态安全调查与评估研究报告》,优化了东江流域生态安全评估体系,推动了东江全流域尺度生态完整性和水质风险控制精细化管理。

  基于水专项东江项目研究成果的良好基础,东江流域率先成为国土江河综合整治工作试点,获得中央资金7.4亿元,带动地方投入超过数百亿元,有力地推动了东江流域生态环境保护工作。

  综合示范课题研发的污染负荷精细模拟与调控技术、水环境智能研判与分析等技术手段为《南粤水更清行动计划》修编、《广东省水污染防治行动计划实施方案》制定、东江流域生态安全调查与评估及生态环境保护方案编制以及东江沙河、泗盛等国考断面水质达标方案编制等工作提供了有力的科技支撑。

  “我们提出的相关措施带动了1800多亿元的环保投入,有效削减了COD、氨氮、总磷等污染负荷,促使全省水环境质量得到阶段性改善。”课题负责人介绍说。

  同时,综合示范课题研发的水质模拟技术与污染负荷调控技术等相关成果为广东省及东江流域各市编制《东莞市水污染防治行动计划实施方案》《惠州市水污染防治行动计划实施方案》《中山市水污染防治行动计划实施方案》《潮州市水污染防治行动计划实施方案》《揭阳市水污染防治行动计划实施方案》等技术文件提供了强有力的技术支撑,方案的实施有力地推动了各市的生态环境保护工作。

  综合示范课题通过对深圳市南山区西丽水库各水文单元的产流进行了优化调控,对连片生态控制区的清洁径流建设截流系统直接汇入水库。

  在连片建成区与水库之间建设防护河,对水库实施“铁桶式”保护,将受面源微污染的产流汇入水库下游的大沙河用于生态补水。

  实施上述工程后,西丽水库水质明显提升,总氮已基本达到Ⅲ类,其他水质指标已稳定达到Ⅱ类,同时每年为大沙河生态补水430万立方米,保障大沙河水质稳定达到Ⅴ类。

  广东省省长马兴瑞高度评价南山区水源保护走出了一条“保护更严格,发展更充分”的新路子,解决了困扰南山北部片区多年的保护和发展双重难题,取得了巨大的环境、经济与社会效益。

  据介绍,综合示范课题研发的综合水质风险管理决策支持平台还为东江低溶解氧调控管理提供了直接的决策支持。

  针对2018年7月~8月粤港供水水源及下游沿江水厂水源水质低溶解氧的问题,上述平台优化比选提出了东江干流溶解氧提升方案,方案的实施促使东江干流溶解氧基本达到地表水Ⅲ类标准,有力保障了东江饮用水水源水质安全。

  综合示范课题还依托东江水质风险管理决策支持系统构建了沙河流域水环境精准治理挂图作战管理平台,推动开展“散乱污”清理、养殖业清理、自备水源清理、排放总量减排等专项行动。

  “实施重点工程挂图作战、拉条挂账的全过程管理,显著提升了沙河治理的系统化、科学化、精细化与信息化水平,推动沙河流域水环境质量取得阶段性改善。”课题负责人表示。

  东江水质风险实时数字化管理决策支持平台为科学制定石马河、东莞运河——寒溪水、东莞水乡流域水污染整治思路、技术路线和达标方案提供了关键技术支持,编制的一系列水污染防治方案得到了东莞市委、市人大和社会各界的充分肯定,并在近两年东莞市水环境治理实践中发挥了重要指导作用。

  《东江流域水华水生态风险应急调控技术方案》的实施保障了近3年来东江干流没有再发生水华现象,显著提高了东江流域水华水生态风险防控水平。

  综合示范课题建立了水源型河流包括常规污染物、优控污染物、生物毒性与水生态在内的水质风险综合管理技术体系,实现了从“水质达标管理”向“水质风险管理”的转变。

  综合示范课题以东江优控污染物的“监测——估算——评估——控制”技术为主线,针对“十一五”水专项东江项目筛选出来的27种优控污染物,通过系统的监测和评估,明确了每一个子流域内重点行业点源、城市和农业面源优控污染物的排放特征。

  例如,综合示范课题采用基于化学品生命周期的重点行业优控污染物排放量核算方法,获得了东江各子流域重点行业优控污染物排放负荷清单,评估了东江主要支流河涌优控污染物的生态风险等级。

  在应用方面,综合示范课题基于东江流域重点行业优控污染物排放特征以及生态风险评估结果,拟定了东江流域重点行业优控污染物排放限值,研究成果已通过广东省生态环境厅组织的专家评审。

  综合示范课题还通过集成应用东江项目工程课题的治理技术,提出了东江流域种植、养殖、印染、电子等重点行业和面源优控污染物总体控制方案,研究成果在《惠州市水质风险控制策略与行动计划》中得到全面应用,行动计划的实施保障了东江淡水河、东深供水工程和东江干流惠州段的优控污染物达到推荐的排放限值要求。

  综合示范课题在“十一五”东江本地物种选育技术和急性生物毒性测试技术研究成果基础上,以构建短期慢性生物毒性“测试——评估——管控”技术方法为主线,采用东江本地代表种作为受试生物,建立了东江流域本地种短期慢性生物毒性测试技术方法和典型行业排水生物降解效应评估标准方法。

  基于以上生物毒性测试方法,以最敏感物种/指标为基准,拟定了重点行业排水生物毒性阈值。例如,电子行业生物毒性阈值为8.1,造纸行业生物毒性阈值为4.5,城市污水处理厂的毒性阈值为4.0等。

  采用这个课题建立的生物毒性测试、评估技术方法对东江项目淡水河、东深供水工程、东江干流惠州段等3个工程课题的示范工程开展了脱毒绩效评估,针对东江流域印染、电子、生活污水处理厂等行业特点,分别提出了源头控制和末端治理的生物毒性管理策略。

  综合示范课题在“十一五”东江项目水生生物监测与评估成果的基础上,系统开展了东江典型河段2011年~2014年长时间序列的水质和水生态状况监测。

  在监测的过程中,综合分析了社会经济、水文气象、污染源、水质与水生态等因素的变化特征,集成了东江水华水生态风险识别技术,评估了东江流域水华水生态风险水平,在空间分布上确定了东江干流惠州剑潭河段为水华水生态风险重点监控区域。

  基于此,全国首部关于水华监测的技术规范《水华风险分级与监测技术规程》通过同行专家技术评审并在东江得到应用,有力推动了东江流域水生态风险监测工作。

  综合示范课题还针对东江流域惠州河段水生态异常造成的水华风险,综合应用室内模拟试验、现场实测、数值模拟等手段研究了藻类水华发生的水动力条件。结合东江流域水资源条件提出的《东江流域水华水生态风险应急调控技术方案》通过同行专家评审并在实际管理工作中得到应用。

  在应用与实践上,示范项目课题建立了具有水量水质联合调度、仿真模拟突发污染事故水质影响、预报入河排放口污染通量、优化水质与水生态风险控制措施等功能的水源型河流水质风险管理决策支持平台,实现了对东江流域主要控制断面水质状况的实时监控、滚动预报和优化控制,显著提升了东江水质风险防控和决策支持能力。

  在粤港近年联合开发的珠江三角洲及近岸海域水动力水质模型的基础上,综合示范课题从模拟范围更系统、模型结构更精细、污染源强更准确、模型参数更优化等几个方面对模型进行了改进和优化。

  通过扩展模拟范围、改进模型结构、细化污染源强、优化模型参数等边界条件,有效地提高了华南地区水源型河流水质模型精度。

  在2017年,综合示范项目验证了东江枯水期、平水期、丰水期的结果,结果表明,东江上游的临江断面、中游的剑潭断面和下游的桥头断面模拟与实测的DO、COD、氨氮和总磷等常规污染物浓度日均值误差范围达到了20%以内。

  综合示范课题基于东江流域5个典型下垫面野外径流场实验成果以及石马河、淡水河、沙河3个典型子流域产汇污机理以及污染负荷变化规律的长期观测成果,应用“坡面——水文单元——小流域”的流域分级理论,从“计算单元——模型输入——参数优化——输出统计”等方面提出了综合自然地理与社会经济数据、多尺度模型空间离散化和参数全局优化于一体的精细化模拟方法,从以下几方面改进优化了东江全流域分布式产汇污机理模型。

  从计算单元划分、模型数据输入、模型参数尽量本地化等几个方面改进优化了东江全流域分布式产汇污机理模型,有效提高了东江主要污染物通量的模拟精度。

  例如通过遥感解译及实测调查61个点位,细化了土地斑块复杂区域用地类型和土壤类型数据;以荔枝、脐橙、水稻及生菜为代表作物,结合各类作物在华南地区的种植施肥规律,同时细化了农业污染源强输入数据。

  在本地化模型参数方面,综合示范课题基于多场典型降雨条件和多种地类野外径流场的污染负荷变化特征,“分类分段”对各子流域水文水质48个主要敏感性参数进行了本地化率定,建立了一套适用于华南丰水地区产汇污过程模拟的敏感参数集。在上述技术研发和改进的基础上,建立了东江流域分布式产汇污机理模型。

  综合示范课题通过研发河流—海洋大区域模型潮位边界预报、上游边界水量水质预报、数据同化及参数实时校正等关键技术,并耦合中尺度气象数值模型、流域产汇污模型与河流水动力水质模型,实现了东江流域水环境实时滚动预报。

  “我们通过龙川新村、临江、剑潭和桥头4个站点模拟结果与实测结果的对比分析,逐步优化、细化各水文单元的模型参数,实现了东江流域主要水质监测断面未来7天的水文水质实时滚动预报,预报精度基本满足水源型河流水质管理要求。”课题组负责人说。

  据介绍,综合示范课题集成了多种预报方法,例如基于全球潮汐同化数据(OTIS)和粤港共同联合开发的珠江口海洋模型,可较准确地预报未来短时间内东江流域下边界水位变化过程,通过东江流域分布式产汇污机理模型,可预报各汇流区间和主要支流的水量与污染负荷过程等,有效提升水质预报精度。

  这个课题创新集成了东江流域环境大数据管理、数据科学分析、水质目标管理与水质风险管理等模块。

  在流域大数据管理方面,针对水源型河流的特点搭建了科学系统的数据结构,从时空不同尺度客观反映流域社会经济与自然环境状况,统筹水资源、水环境和水生态各要素,兼顾常规污染物和优控污染物、生物毒性管理,实现了水质风险常规数据与在线数据的有机统一。

  在数据科学分析方面,平台支持流域污染产生与排放、水环境质量、水生态状况等单要素时序、空间差异统计分析,以及涉及污染发生、水质水生态响应等各要素间的复杂图形探索分析和多要素相关分析。

  在水质目标管理方面,实现了流域污染负荷分析、水质变化趋势研判分析、水质达标分析等主要功能。

  在水质风险管理方面,通过实时在线数据异常识别、污染排放与水质响应机理模拟、水质事件溯源追踪、水质风险优化控制等关键技术研发,实现了水源型河流水质风险“可观测、可追踪、可预报与可控制”。

  “我们这一平台于2018年3月完成部署,截至目前已稳定业务化运行半年以上,显著提升了东江流域粤港供水有限公司等业务部门的风险防控和决策支持能力。”项目负责人表示。 (吕望舒)

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