項目概況

水體(ti) 汙染控製與(yu) 治理科技重大專(zhuan) 項（以下簡稱水專(zhuan) 項）是根據《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020年）》設立的十六個(ge) 重大科技專(zhuan) 項之一，按照國務院批複的水專(zhuan) 項實施方案和重大專(zhuan) 項聚焦調整要求，“十三五”重點聚焦“京津冀協同發展區域綜合調控重點示範”。

在水專(zhuan) 項一級標誌性成果專(zhuan) 家、清華大學教授王凱軍(jun) 和北京市水科學技術研究院教授級高級工程師孟慶義(yi) 的指導下，水專(zhuan) 項“白洋澱與(yu) 大清河流域（雄安新區）水生態環境整治與(yu) 水安全保障關(guan) 鍵技術研究與(yu) 示範（2018ZX07110）”項目（以下簡稱白洋澱項目）技術負責人、河北大學教授王洪傑和“媯水河世園會(hui) 及冬奧會(hui) 水質保障與(yu) 流域生態修複技術和示範 （2017ZX07101004）”獨立課題（以下簡稱媯水河獨立課題）負責人、教授級高級工程師王利軍(jun) 分別受白洋澱項目牽頭單位——中國雄安集團有限公司總經理劉中林和北京市水利規劃設計研究院院長沈來新委托，帶領由500多位一線科技人員組成的國家級科研團隊，圍繞京津冀河湖水環境質量保障和水生態修複重大科技需求，針對北方地區城市尾水水量大且水質難以滿足地表水環境質量標準、北方濕地生態係統退化、生態景觀格局破碎等問題，研發了生態塘群預處理—功能濕地強化汙染削減—近自然濕地生態景觀提升成套技術。

技術突破了大尺度近自然濕地構建技術體(ti) 係，實現了大城市再生水規模化生態利用；突破了“生態塘群—功能濕地—退耕還濕”梯級水質淨化技術，實現了尾水補給型河水的水力負荷和汙染負荷全控製；突破了“水係連通優(you) 化—立地條件改善—微生境營造”近自然生態修複技術，實現退耕、退塘、退漁、退養(yang) 全麵還濕；構建了最大規模的近自然濕地生態係統，為(wei) 京津冀河湖水體(ti) 近自然生態修複提供係統解決(jue) 方案，有效支撐北方河湖水體(ti) 的大尺度近自然生態修複和水質提升。

技術開發

針對城市尾水不能滿足流域地表水環境質量要求、河道和濕地水質淨化能力低下、水體(ti) 生態係統脆弱等問題，水專(zhuan) 項研發了生態塘群預處理—功能濕地強化汙染削減—近自然濕地生態景觀提升成套技術，主要包括尾水補給型河道水質提升技術、生態塘群預處理技術、功能濕地汙染強化削減技術、近自然濕地低溫強化技術和近自然濕地生態修複技術（具體(ti) 技術流程見圖1）。

基於(yu) 水環境質量和水生態安全需求，分析河流水環境容量；根據河道沉積物汙染特征，明確河道底泥環保清淤範圍和方式；結合“斑塊—廊道—基質”生態河道重塑理念，構建河道濕地係統；篩選生態護岸措施，構建河道生態護岸係統。

根據上遊來水汙染特征，設置“生態滯留塘+潛流濕地”配置的濕地緩衝(chong) 區，沉澱生態塘有效削減來水中的懸浮物，並通過生態塘的好氧、兼性和厭氧微生物改善水質；潛流濕地通過基質（碎石、鋼渣和沸石）攔截、植物吸收和微生物降解，高效去除水中的氮磷等汙染物。

根據濕地生態環境特征，依據深潭—淺灘—溝渠—生態島等的複合生態景觀設計，規劃和優(you) 化入澱濕地空間格局；根據入澱濕地地形進行水力模擬，優(you) 化上遊來水引入濕地的路徑和濕地內(nei) 部的水係連通，強化濕地水動力過程對汙染物的去除；通過基底微地形整理和立地條件改善，促進水動力優(you) 化、生態係統恢複和汙染物削減；通過濕地植物、動物和微生物優(you) 化，修複或者重構脆弱濕地的生態係統，形成近自然濕地水質淨化和生態修複關(guan) 鍵技術。

（1）近自然濕地生態修複和水質淨化關(guan) 鍵技術

基本原理：利用基質固定、植物吸收和微生物降解，強化城市尾水中汙染物的去除；優(you) 化近自然濕地的空間格局，形成深潭、淺灘、溝渠和生態島等複合生態景觀格局；集成水環境和水生態與(yu) 水動力的聯合模擬，優(you) 化近自然濕地的水係連通；合理配置濕地植物、動物和微生物，修複脆弱濕地的生態係統；實施藻苲澱近自然濕地和馬棚澱退耕還濕濕地建設。

工藝流程：城市尾水由河道引入前置生態塘群進行預處理，經過植物強化攔截去除河水中顆粒汙染物，經過微生物水解，提升有機物的可生化性；生態塘群預處理後，出水進入河口功能濕地，經過基質（碎石、鋼渣和沸石）攔截、植物吸收和微生物降解，強化去除河水中主要汙染物；功能濕地處理後，出水進入近自然濕地，經過深潭、淺灘、溝渠、生態島等近自然生態係統的深度淨化，實現河道、濕地和澱泊水質的互融互通。生態塘群預處理—功能濕地汙染強化削減—近自然濕地生態景觀提升工藝流程如圖2所示。

（2）低溫河道近自然濕地氮磷削減關(guan) 鍵技術

基本原理：綜合運用物理、化學、生物等淨化原理，實現北方低溫水體(ti) 氮磷削減率達到30%的預期目標。利用河道灘地、順延河流形態、結合自然濕地形態和生物多樣性特征，建成以塘為(wei) 主體(ti) 的多形態近自然人工濕地係統，通過延長水流路徑、促進水位變動、構建深潭—淺灘格局等措施強化物理淨水作用。借鑒生物脫氮除磷原理，集成植物濾網截留淨化、多生境控碳脫氮、底質調節緩釋除磷、地溫—冰蓋協同增溫保溫等技術，形成低溫河道近自然梯級濕地氮磷削減關(guan) 鍵技術。

工藝流程：以溪流和島嶼濕地、魚鱗濕地串聯構成自然輸水渠道和沉沙區，結合沉水植物濾網構建，強化物理截留沉降、植物富碳補給、微生物富集作用。出水自流進入由生物塘、單元表流濕地、潛流濕地等不同濕地形態優(you) 化組合的水質淨化區，綜合發揮植物—微生物等的協同脫氮、抑藻控碳作用淨化來水。實施以人工引導為(wei) 主的水生植物群落構建，配置分泌小分子有機物能力強、氮磷吸附效率高、攔截吸附能力強、時間生態位互補的沉水植物群落，構建沉水植物生態濾網，同時配置兼具水質淨化與(yu) 景觀提升的挺水植物。構建短程硝化反硝化潛流濕地深度淨化區，強化對含氮汙染物的淨化效果；布設新型緩釋除磷填料，強化表流濕地底質對磷的吸附效果。優(you) 化取水方式，並配合水位調控措施，形成冰下運行方式；局部實施冷季型水生植物配置、耐低溫生物菌群強化和保溫基質材料配置措施，強化低溫期穩定運行效果。截留沉降—富碳補給—生物富集和抑藻控碳—生物富集—強化脫氮工藝過程如圖3所示。

圖1 成套技術流程圖

圖2 近自然濕地生態修複和水質淨化關(guan) 鍵技術流程圖

圖3 低溫河道近自然濕地氮磷削減關(guan) 鍵技術流程圖

工程應用

（1）府河河口濕地水質淨化工程

府河河口濕地水質淨化工程項目建設單位為(wei) 中國雄安集團生態建設投資有限公司，工程總承包單位為(wei) 中電建生態環境集團有限公司（牽頭單位）、中國電建北京勘測設計研究院有限公司、中國電建華東(dong) 勘測設計研究院有限公司聯合體(ti) 。

工程在府河新區段實施16.3千米的河道清淤和環境整治工程（構建了7塊共10.6萬(wan) 平方米河道生態濕地），主要包括河道疏通工程、存量垃圾清運處置工程、汙染底泥治理工程、生態修複工程。在藻苲澱的府河、漕河、瀑河三河入澱口建設了府河河口水質淨化工程，采用“前置沉澱生態塘+潛流濕地+水生植物塘”近自然工藝，主要包括功能濕地工程、生態濕地恢複工程、配套設施及公共工程及智慧濕地工程，建設麵積4.23平方千米，處理規模25萬(wan) 立方米/天。濕地出水水質優(you) 於(yu) 地表水環境IV類標準，對於(yu) 白洋澱水質達標、生態係統恢複、綠色生態空間構建、“葦海荷塘”壯闊勝景重現和雄安新區生態文明建設保障有著重要的現實意義(yi) 和長遠意義(yi) 。

府河河口濕地水質淨化工程效果圖

府河河口濕地部分生態圖

（2）孝義(yi) 河河口濕地水質淨化工程

孝義(yi) 河河口濕地水質淨化工程項目建設單位為(wei) 中國雄安集團生態建設投資有限公司，工程總承包單位為(wei) 中交第二航務工程勘察設計院有限公司（牽頭單位）、北京京水建設集團有限公司、中交天航環保工程有限公司聯合體(ti) 。孝義(yi) 河新區段實施了6.4千米的河道清淤和環境整治工程，孝義(yi) 河河口濕地水質淨化工程采用“前置沉澱生態塘+潛流濕地+多塘係統”工藝，工程建設麵積2.11平方千米，處理規模20萬(wan) 立方米/天。

孝義(yi) 河河口濕地水質淨化工程效果圖

（3）官廳水庫八號橋水源淨化濕地工程

官廳水庫八號橋水源淨化濕地工程的建設單位為(wei) 北京市官廳水庫管理處，工程設計和技術支持單位為(wei) 北京市水利規劃設計研究院和北京市水科學技術研究院。工程在河北省懷來縣官廳水庫八號橋永定河入庫口，利用長約3.5千米、寬約700米的河道及灘地，建設近自然複合功能濕地示範項目，建設麵積約2.1平方千米，處理8.6萬(wan) ~26.0萬(wan) 立方米/天上遊來水。常溫期COD、氮和磷平均去除率分別達到15.7%、64.1%和75.6%；低溫期（水溫低於(yu) 15℃時）濕地係統持續穩定運行，氮和磷削減率分別達到50.4%和64.4%，有效破解了北方地區近自然濕地越冬運行難題。

官廳水庫八號橋水源淨化濕地工程效果圖

技術創新

在汙水人工濕地處理技術領域，我國在基質和植物配置、微生物結構優(you) 化、構築物結構設計與(yu) 工藝運行管理等方麵的技術水平與(yu) 國外基本相當；但在退耕、退塘、退漁、退養(yang) 還濕等領域的起步較晚，相應成熟的濕地修複技術較少，較國外發達地區基本完成近自然濕地生態修複差距較大。本成套技術在理論基礎和實際應用方麵取得的重大進展體(ti) 現在以下幾個(ge) 方麵。

（1）突破了大尺度近自然濕地構建技術體(ti) 係，實現了大城市再生水規模化生態利用。突破了城市尾水生態塘群預處理—功能濕地強化汙染削減—近自然濕地生態景觀提升一體(ti) 化濕地構建技術體(ti) 係，首次累計建設了京津冀地區8平方千米大規模近自然濕地係統，實現了每年2億(yi) 立方米以上城市尾水的全收集、全處理和全補給，出水水質達到地表水IV類以上標準，可支撐600萬(wan) 以上人口城市再生水的生態利用。

（2）突破了“生態塘群—功能濕地—退耕還濕”梯級水質淨化技術，實現了尾水補給型河水的水力負荷和汙染負荷全控製。研發了河道生態斑塊水質淨化技術，篩選出格賓石籠/雷諾護墊和鬆木樁生態護岸模式，水生植物及微生物豐(feng) 度提高20%~40%，使得狹窄型河道水質淨化能力提升10%以上；優(you) 化了前置生態塘植物配置，顆粒汙染物去除效率提高50%以上、有機物水解率達到25%以上；係統優(you) 化了分區分級濕地基質級配，提出了濕地基質緩釋長效除磷技術，實現溶解性磷削減50%以上；建立了“挺水+沉水”和“冷季+暖季”本土植物複合配置模式，首次突破底棲動物傳(chuan) 質促進技術，水生植物生長速率提高20%以上，水體(ti) 藻類及汙染物去除率提升30%以上；突破了地溫—冰蓋協同增溫保溫技術，降低生物溫度脅迫，實現低溫期（水溫低於(yu) 10℃）氮磷削減率20%以上。

（3）突破了“水係連通優(you) 化—立地條件改善—微生境營造”近自然生態修複技術，實現退耕、退塘、退漁、退養(yang) 全麵還濕。首次聯合運用ENVI、ArcGIS和Fragstats遙感解譯和統計分析，篩選出連接度、斑塊內(nei) 聚力、破碎化、分離度4項近自然濕地生態水文連通評價(jia) 指標，建立了北方大型濕地近自然生態水文連通模式，實現溝渠、生態塘、植物塘、生態島等生態景觀格局優(you) 化；首次集成了水環境、水生態與(yu) Delft3D水動力的聯合模擬，確定了府河和孝義(yi) 河河口濕地水質淨化工程的引水方案，濕地水文連通性提高30%以上、水體(ti) 汙染削減30%以上；營造出良好的水生動物和鳥類等的棲息地，連通河流—濕地—澱泊生態係統，首次發現了成群小天鵝、疣鼻天鵝、鴻雁等國家二級重點野生保護鳥類，實現了破碎化濕地藍綠生態風貌的恢複。

（4）構建了最大規模的近自然濕地生態係統，促進入澱濕地和白洋澱主澱區的互通互融。針對大水量尾水補給、入澱濕地生態係統退化、水質淨化功能低下等問題，突破沼澤化和農(nong) 田化濕地汙染評估與(yu) 清除、水係聯通、水動力優(you) 化、動物植物和微生物生態修複等技術，形成基於(yu) “水係聯通+微地形整理+本土物種利用和生態修複”的近自然濕地生態深度淨化關(guan) 鍵技術，經濟有效地提升入澱濕地的水質淨化功能，並促使入澱濕地逐步形成良好的自然生態係統。

工程成效

大型近自然濕地係統構建技術及其工程示範實現了城市尾水的全收集、全處理和全利用，有效恢複了河流和濕地生態係統，提升了水體(ti) 自淨能力。以汙水廠尾水為(wei) 主的微汙染河水通過近自然生態深度淨化，實現了河水水質的大幅度提升，支撐了京津冀流域超淨排放體(ti) 係，保障了白洋澱和官廳水庫等重要水體(ti) 環境質量穩定達標。

同時，濕地和澱泊作為(wei) 京津冀河流生態廊道的關(guan) 鍵生態節點，其水環境質量提升和水生態穩定為(wei) 流域河流生態廊道的構建提供了重要支撐。河道和濕地生態修複工程通過水質淨化，減少了汙水深度處理和水體(ti) 環境治理的投入，保障了生態健康前提下的區域可持續發展。

此外，生態環境的改善也為(wei) 附近居民帶來了良好的濱水自然遊憩空間，有利於(yu) 河流、濕地和澱泊的生態旅遊開發；府河河口濕地已獲批河北省生態環境教育基地，成為(wei) 華北區域集展示、宣傳(chuan) 、教育、科研為(wei) 一體(ti) 的重要濕地科普宣教基地和生態文明教育基地，也成為(wei) 華北地區優(you) 良的鳥類棲息地、白洋澱遊客的網紅打卡地，逐步促進全社會(hui) 共同參與(yu) 生態環境保護的良好風尚。

（本版內(nei) 容由本報記者陳彬整理）

本項目技術來源

水專(zhuan) 項白洋澱項目和媯水河獨立課題技術完成單位：河北大學、北京林業(ye) 大學、河北工業(ye) 大學、中國人民大學、中國雄安集團生態建設投資有限公司、中電建水環境治理技術有限公司、北京市水利規劃設計研究院、北京市水科學技術研究院、中國雄安集團有限公司。

感謝國家水專(zhuan) 項管理辦公室、河北省生態環境廳和雄安新區生態環境局的大力支持！