《基于水质目标管理的流域复杂水环境系统动态调控技术》

受气候变化、水资源过度开发利用、经济发展带来的点源及面源负荷增加等因素的影响,全国各地都面临着断面水质达标与水环境承载力提升等难题。而在此背景下,山东省水环境质量连续数年持续改善,该项目研发的基于水质目标管理的流域复杂水环境系统动态调控技术体系在这一过程中起到了重要的决策支撑作用。项目针对山东省水环境管理中多元数据获取、精细化模型模拟、智慧化平台支撑和水体生态修复等技术短板,研发了一套“测-管-控-治”全链条的流域水环境调控技术,按照“规划引领、科技支撑”的思路,以规划方案、标准规范等为载体,充分应用到山东省、市、县各级流域水环境管理工作中,相关技术方法得到了生态环境部水环境管理司的认可和全国推广。

项目主要创新成果包括:(1)建立了一套遥感影像解译、无人机搭载高光谱设备反演、地面人工和自动观测的空-天-地多元数据采集技术体系。实现了地面遥感“点到面”的转化,突破了流域水环境关键要素跨尺度观测及转化的瓶颈,解决了山东省水环境信息获取渠道单一的问题,形成了土壤水份、有机质、粗糙度、总氮的光谱特征库,解决了水量水质系列资料缺乏或不同步,以及未来环境变化对水质水量联合评价带来的约束,从数据层面为流域水环境精细化管理奠定基础。(2)独立研发了融合地表水-地下水交互作用的多尺度耦合的水量水质模型,并建立了一套适用于多水体特征的流域水环境多模型集合模拟工具,大幅度提升了模拟效率与精度,并将流域多模型与“3S”技术结合,研发了流域复杂水环境系统动态调控决策平台,突破了水质模型海量数据提取、处理的瓶颈,实现了对不同水动力和水质条件的河湖污染物时空分布特征解析、水环境污染精准溯源、调控方案模拟预测等功能,使水环境管理效率大幅提升。(3)研发了适用于重度富营养化水域修复的原位高效水质净化集成修复技术及景观式新型微纳米增氧生物浮岛装备,可使水中溶氧量提高4倍,总氮、总磷分别降低96.23%和91.5%,快速消除水体富营养化问题。

项目获得授权国家发明专利7项,其他知识产权30项;发表论文117篇,其中SCI检索68篇。基于该项目研究成果,编制山东省流域排放标准10余项,省市各类环境规划20余项。项目实施过程中,培养山东省高端智库人才2名,相关技术成果获得国内外知名专家认可。

应用项目研究成果,在山东省辖南水北调汇水区域开展了系统的问题诊断、结果反馈、成果应用,并取得了实际成效,2013年以来,南水北调干线水质持续稳定达到地表水环境质量三类标准要求,工程沿线供水保证程度大幅提升,总受益人口6600万余人。同时,在小清河、徒骇河、马颊河等水环境问题较为突出的重点流域得以应用,为济南市、聊城市等地区制定科学精准的流域水环境管理方案提供了重要的决策技术支撑。九年来,山东省水环境质量持续改善,省控重点河流化学需氧量平均浓度下降了36.5%、氨氮平均浓度下降了73.0%,在国家重点流域考核中,连续9年获得淮河流域考核的第1名,连续7年获海河流域考核的第1名。

成果说明

应用本项目研发的基于水质目标管理的流域复杂水环境系统动态调控技术,在山东省南四湖、小清河、徒骇河马颊河等重点流域,开展了系统的问题诊断、结果反馈、成果应用,并取得了实际成效,对全省及济宁、聊城、济南等市的水环境管理工作提供了重要的决策技术支撑,上述重点流域均实现了水质持续改善与社会经济高质量发展同步共赢。自2010年以来,全省重点河流COD和氨氮浓度年均分别下降36.5%和73%,南四湖流域水质常年稳定达到地表水三类标准要求,连续9年获得淮河流域考核的第1名,连续7年获海河流域考核的第1名。具体应用单位有

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