《城镇水系治理与水生态修复关键技术研究与示范》

随着工业化、城镇化快速推进和全球气候变化影响加剧,未来中国水资源、水生态、水环境将面临更加严峻的形势,传统的工程水利治水理念和粗放式的用水方式,已难以适应时代发展要求。结合中国城镇生态文明建设与经济社会发展携手同行的迫切需要,该项目在河南省产学研合作计划项目以及自筹经费的支持下,围绕城镇“水”的可持续发展能力,聚焦城镇水系综合治理问题,按照“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”方针,衔接最先进的治河理念,突出水环境治理、水生态修复两大主题,基于“自然-人工”二元水循环理论,强化城镇水生态环境改善、商业合作模式创新、智慧水利建设、固体废弃物资源化利用等方面,开展技术创新与应用示范。该项目历经多年跨学科、多单位联合攻关,形成了多项具有自主知识产权的科技成果:

(1)创新了城镇水系生态修复范式,提出了“多技术融合与高效协同”治理模式,并取得了“城镇水文水质循环模拟、水体絮凝剂净化作用机理、移动防洪墙渗流规律”等理论突破。针对传统工程水利治水的弊端,创新性的提出了基于生态清淤、生态截污、原位修复等5种方式协同的城镇水系生态修复范式,并在此基础上,融合了微纳米曝气、原位生态修复、水下生境构建、分布式污水处理、移动式防洪墙等多项治水新技术,构建了“多技术融合与高效协同”城镇水系治理模式。在这些技术融合应用过程中,分别构建了基于“二元”循环理论的城市内部“地表-土壤-地下-管网-河网”水循环过程紧密耦合分布式水文水质模型;解析了在紊流和静态条件下絮凝剂与水体中胶体颗粒的吸附与凝集机理,并明确了高分子聚合物凝集水体胶体颗粒的特点及最适条件;创新设计了移动式防洪墙受力与渗漏特性一体的原位观测试验方法,建立了水位-挡水时间关系式以及水位-渗漏关系模型。

(2)建立了城镇水系综合治理PPP项目的绩效评估指标体系。基于可持续商业模式创新理论及绩效评估理论,提出了城镇水系综合治理PPP项目的4种可持续商业模式,创新了“PPP+资源再生利用”合同环境服务模式与管控方案;建立了城镇水系综合治理PPP项目的绩效评估指标体系,制定了评价结果与服务费用挂钩的依效付费机制。

(3)提出了网络恶意节点检测的区块链信任模型和传感器节点网络分片的跨链通道匹配模式。针对复杂水体环境下异构传感器网络内部技术栈较为复杂、结构各异,信息安全问题较为突出的现状,提出了一种复杂水体环境下无线传感器节点的三维定位方法,构造了一种无线传感器网络恶意节点检测的区块链信任模型,提出了传感器节点网络分片的跨链通道匹配方法,解决了异构传感器网络中的不同网络分片节点信任问题。

(4)创新了污泥及建筑垃圾资源化利用技术。研究污泥及建筑垃圾资源化利用技术,提出了提高再生混凝土性能的预拌浓浆制备新工艺、多种再生透水混凝土配比技术以及基于Image法的再生透水混凝土性能分析技术,建立了再生透水混凝土平面孔隙特征与宏观性能之间的联系。

该研究共发表论文40余篇,其中SCI检索论文14篇,EI检索论文10篇,出版专著1部,已授权专利10余项,经专家会议评价:总体上达到了国际先进水平。

项目成果已被河南省水利厅《河南省河流生态治理工作安排方案》采纳,且成功应用于平舆、睢县、洛阳、许昌等生态治理PPP项目,实现节省投资约4.25亿元。研究成果的应用,不仅提高了项目的科技含量,改变了城镇水生态环境质量不足的现状,还有力地推动了水利工程领域的科技进步以及多学科交叉发展,具有显著的社会经济生态效益和广阔的推广应用前景。

成果说明

该项目研究成果在洛阳、许昌、平舆、睢县等地市的水环境生态治理项目得到了广泛应用。 (1)洛阳市伊洛河水生态文明示范区项目 项目包括两大部分,即洛阳市伊洛河水生态示范区两湖一河工程项目和洛阳市伊洛河水生态示范区两路三桥工程项目。可研报告批复投资分别为290511.16万元和255823.08万元,合计总投资为546334.24万元。洛阳市两湖一河工程由洛河东湖、伊河东湖和伊洛运河工程组成,其中:洛河东湖由河道治理工程和拦河坝工程组成;伊河东湖由河道治理工程和橡胶坝工程组成;伊洛运河工程由运河工程、中心湖

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