湖泊控藻水質目標精準過程管理探究
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流域水質目標管理技術體系集成
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滇池推廣會現場。
花費巨資卻給人以“越治越污——亂花錢”、“治理無效——白花錢”、“方法不對——錯花錢”的尷尬印象，是淺水湖泊富營養化治理的世界性難題，也是當前面臨的實際問題。
盡管2015年前后太湖、滇池、巢湖等重點湖泊的主要營養物濃度已下降到20世紀80年代末90年代初的水平（回到25年前的水平），但總磷（總氮）濃度的恢復并未帶來葉綠素a的同步下降，藻華災害仍未緩解到預期水平，有些湖泊藻華還有加重的趨勢。
在城市化進程加速導致營養物入湖率提高和湖內營養物負荷累積增長持續中、耗水量增加及氣候變暖導致的湖泊營養物環境容量下降的背景下，“十二五”期間由中國環境科學研究院承擔的“水體污染控制與治理”國家科技重大專項“流域水環境監控預警技術與綜合管理示范”主題“太湖流域水環境管理技術集成綜合示范”綜合示范項目設置了“太湖流域水質目標管理示范效果評估與湖泊型流域技術集成推廣”（2012ZX07506-008）課題，旨在尋找合理可行便利成套的水質目標管理方法，識別湖泊富營養化的可逆程度。這對實現湖泊營養物水質目標的精準識別及管理具有重要的戰略價值及實踐意義。
構建分湖控藻水質目標過程管理技術體系
據相關負責人介紹，課題緊密圍繞構建湖泊型流域水質目標管理技術體系的現實需求，依據湖泊流域富營養化控制，力爭走“系統性層次控制、精確性誤差控制、適應性反饋管理、技術性追蹤管理”的水環境管理思路，開展了水質目標管理技術體系實施效果的全過程評估分析，優化水質目標管理技術體系系統結構和適用條件，實現了水質目標管理關鍵技術的規范化、標準化、模式化，形成了水質目標管理的技術庫、配套政策庫及管理平臺；提出了滇池、巢湖、三峽水庫等重點流域水環境管理技術推廣戰略，為全國重點流域水質目標管理技術全面推廣和運行提供支撐，為國家層面的湖泊流域水質目標管理模式和管理體制戰略轉變提供實施建議。
據了解，課題在集成過程中針對目前湖泊富營養化營養物水質目標管理的突出問題，重點進行了背景環境因子發生不利趨勢變化的情況下營養物承載力下降問題的研究，研發了營養物水質目標過程管理的技術方法，對具有較長歷史數據的重富營養化湖泊，總結現實管理問題，借鑒國內外湖泊環境管理的先進理念和方法，探索建立了一套科學合理更具普適性的分湖控藻過程水質目標的適應性管理體系，突出營養物水質目標精準管控、富營養化災害精準識別，背景條件綜合效應的精準識別的管理價值，提出了便于管理的分湖營養鹽與藻類過程性水質目標的識別、診斷、評估、預估等多個技術工具，以應對氣候變暖、水資源消耗、水文調控等背景條件趨勢變化帶來的營養物水質目標管理問題。
實現營養物分區分類的多湖定標向分湖定標邁進
據介紹，目前主流的分區分類多湖建模定基（標）研究方法對具體湖泊的營養物定標存在時空上的較大不確定性，指導作用不強。為此，課題提出了分湖（全湖或重點湖區）定標的概念及方法，可適用于有長序列數據的重富營養化湖泊，可有效提高營養物定標的準度。
課題通過上百個湖泊的數據分析，進行了分湖的返貧路徑識別，歸類為三類富營養化修復路徑（左旋——綜合措施修復也不一定可逆、右旋——生境修復可減低總量減排要求、原路徑——總量減排即可逆）的七種軌線。把傳統的營養鹽濃度定標的線性、無時序、無路徑方法拓展到非線性、有時序、有路徑方法，可用于判斷分湖富營養化返貧的難易程度及治理行動對返貧路徑的影響。
課題開發的“低通濾波軌線技術”用于營養物定標，摒棄了傳統方法導致多湖模式帶來的不確定性，將一般軌線的單一定性描述提升到多周期濾波的定量描述，同時等同于非線性相關而優于線性相關，這種非線性相關又帶有時序及趨勢預報功能，是將傳統不分時序散點相關圖及單指標時間過程趨勢分析表達整合到一起的多指標時序因果關系圖（相空間表達），并有多種濾波帶寬的選擇，增加了識別不同時間尺度問題的可能性。本方法在不同類型湖泊的使用效果良好，形象表達及解釋了磷限制湖泊的中低氮磷濃度條件下的“越治越污——磷降藻升”等不協調形象、“越潔越臟——磷降氮升”等氮磷異步現象等。
“分湖定標使濾波軌線方法對‘依法被污染（如總氮劣Ⅴ類藻類超貧）’和‘被依法污染’（如營養物達標藻華成災）的兩類錯位定標問題形成過程的理解提供了形象技術工具，為解決富營養化水質目標問題服務于管理打開了方便之門。”課題組負責人表示。
實現營養物的穩態水質目標管理向動態過程目標管理跨越
氣溫、入湖水量、水位、滯留時間等生境指標的非平穩的趨勢變化將對湖泊營養物產藻效率產生影響，因而采用不變的穩態營養物水質目標，將可能喪失水質目標管理的準度。而跟蹤背景條件的趨勢效應，減少水質目標的滯后效應對管理的干擾，是實現營養物水質目標精準管理的必要選擇。
課題建立的營養物承載濃度定標方法，可用于歷史資料較長湖泊的管理。通過跟蹤識別背景環境因子趨勢變化對葉綠素a與營養物響應關系的影響，依據功能區葉綠素a保護要求（閾值及重現期），確定營養物過程水質目標，實現營養鹽水質目標從“穩態管理”到“動態管理”、“一湖一標”到“一湖多標”的轉變。可解決具體湖泊葉綠素a對營養物的響應模式轉變導致營養物水質目標“穩態管理”失效問題。
同時，課題開發的“弱時序營養物雙概率定標方法”強化近期不利背景條件對營養物承載力的影響，避免“穩態”營養物標準導致標準偏松失效問題。實現營養物承載濃度的目標跟蹤管理。“強時序營養物低通濾波軌線定標方法”通過拐點識別，避免錯用歷史數據帶來“穩態”營養物標準失效隱患。可用于適應隨背景條件趨勢變動的分時段的營養物承載濃度“一湖多標”的識別。
實現營養狀態多湖建模分權穩態評估向分湖建模變權動態跨越
現行綜合營養狀態指數（TLI、EI）利用多湖數據穩態建模多指標等權或加權平均而應用于分湖的營養狀態評估。其中多指標分權平均帶來的藻華危害的低估，構成“平坦效應”；多湖數據建模用于分湖帶來的系統誤差，構成“平移效應”；不分時段數據建模帶來的單項指數失真，構成“平穩效應”。三個效應帶來精準度損失使致綜合營養狀態指數（TLI、EI）用于分湖評價的有效性及實用性受到影響。
課題提出的湖泊營養狀態變權綜合評價方法，剔除普適性較差或處于時段非協調狀態指標，在后果指標選用一個最敏感指標作為顯勢指標（表示實際藻災水平），在原因指標選用一個限制性指標作為潛勢指標（表示可能藻災水平）。最終的評價水平由顯勢及潛勢富營養化水平的高者決定，避免為得到單一綜合值，而取平均和極大值帶來的失準問題。用于多湖模式可去除“平坦效應”，用于分湖模式可去除“平坦效應”和“平穩效應”，若能在背景條件出現趨勢變化時分時段使用則可進一步去除“平穩效應”，從而使評價結果更具防災的指導意義。
課題開發的“變權營養狀態指數法（TLIcw）”可從顯勢和潛勢兩個方面表達富營養化災害水平，更精準地描述營養化水平；“營養足跡指數法（TFI或TFIcw）”為分湖模式——利用濾波軌線實現拐點識別及時段劃分，采用參數或非參數方法建立藻類密度與營養物濃度響應關系多時段曲線，及非線性多時段營養指數TFI關系，從顯勢和潛勢兩個方面表達富營養化災害水平，實現營養狀態評估的“一湖多標”。該方法的最大優勢是可以在富營養化湖泊“返貧路徑”中非響應關系段進行適當的預估和評價，這是現有方法無法實現的。
實現治理降藻綜合績效評估向視在、實在、潛在績效解析評估邁進
富營養化淺水湖泊治理過程的降藻成效往往存在延遲及不可逆現象（如草藻躍遷）。因此，公眾存在“治理無效——白花錢”的疑惑；人類活動導致湖泊物理生境變化（如氣候變暖的人為貢獻）也經常導致湖泊的產藻效率的提高，出現限制性營養物濃度回到污染前而藻密度上升等不可逆狀況，公眾存在“越治越污——亂花錢”的疑惑；對于營養鹽濃度過高導致的異營養化狀態（如重富營養化城市湖泊），也存在營養濃度下降藻密度上升的階段，公眾存在“方法不對——錯花錢”的疑惑。在降藻效果為負或零的情況下，使納稅人、管理者、投資者明確治理工程的實際績效，對提振信心、強化管理、增加投資顯得至關重要。
課題建立的富營養化治理績效評估方法，采用視在效率（治理過程前后葉綠素a濃度的減量）、實在效率（治理工程措施減量）、潛在效率（背景條件影響減量）的解析方法，可以分析背景條件發生趨勢變化時，如何從視在效率中看到減污工程的實在效率，可以識別實在效率與潛在效率的相對變化，從而不會因視在效率低而否認減污過程的貢獻；也不會因視在效率高而夸大減污過程的貢獻，從而避免誤判投資效益；而潛在效率的持續為負，往往會促進治理投資向湖泊生境的恢復及保護傾斜。
課題開發的“基于低通濾波軌線績效分解評估方法”可用于湖泊協調時段；“基于產藻效率射線的績效分解評估方法”可用于湖泊非協調時段或協調時段。
完善配套政策體系保障水質目標管理技術有效實施
科學有效的水環境管理政策體系與管理機制是實現太湖流域水環境改善和水生態保護的重要保障。
針對太湖流域當前相關管理政策體系與管理機制不夠完善的現狀，課題以江蘇省太湖流域為研究區域，系統梳理了目前以“功能分區——基準標準——總量控制——監測監管——風險評估——污染治理——預警”為核心的水質目標管理技術體系配套政策。構建了包括“國家——流域——省——市”垂直層面的配套管理政策庫：面對不同污染源（點源、面源），采用“行政手段——經濟手段——社會手段”等不同維度、多種類型的配套政策體系保障水質目標管理技術的有效實施。課題組基于對太湖流域水質目標管理技術相關配套政策的識別與整理，構建了全生命周期的政策評估體系，篩選了政策評估適用的方法與評估邏輯框架。基于對國內外相關文獻的總結，針對不同環節的不同指標，研究給出了多個評估方法選擇，可根據具體的情況選擇合適的方法進行政策評估。
課題組選取當前太湖流域水質目標管理技術配套政策體系中的主要政策，結合文本分析、專家訪談、統計數據分析等方法進行了相應的評估。評估結果顯示，總量減排、企業環保信用、生態補償在對政策目標的明確性、懲處機制、部門責任的清晰度、監督機制幾個方面設計比較合理，因此能夠保障政策比較有效的實施，并取得相對較好的政策效果。而排污許可證、排污權有償使用與交易、排污收費、測土配方等政策則在懲處機制、部門責任的清晰度等方面存在不足。企業環保信用的參評企業數量也在穩步上升，生態補償工作有序開展，綠色保險參保企業數逐步增加。
“目前有些政策的執行還有待進一步提升。”課題負責人表示，例如最早開始試點的排污權有償使用與交易政策的執行情況較差，排污許可證制度在“十二五”初期也沒有得到足夠的重視。研究還表明現階段相關政策之間的協調性有待進一步提高。
他表示，目前太湖流域正在逐步實現以排污許可證為核心的環境管理體系，通過這一改革可以將排污許可證制度與環境影響評價、“三同時”、總量控制、排污權交易、排污申報和排污收費等制度進行有效銜接，提高整體的管理效率，實現排污單位在建設、生產、關閉等生命周期不同階段的全過程管理，提高政策設計精準度，通過“一證對外”降低執法和守法成本。
“但現階段，太湖流域相關水環境管理政策在實際排放量核算、數據來源的規定、違規的處罰規定等方面存在不協調的問題，為了實現‘一證式’管理，必須從政策設計環節解決不同政策之間的協調問題，保障政策體系的順利實施。”課題組負責人表示。
為實現太湖流域水質目標管理提供技術支撐
“十二五”期間“太湖流域水環境管理技術集成與綜合示范項目”在“十一五”研究的基礎上，圍繞太湖流域水生態功能分區、水污染物排放許可證實施、水生態監控系統、主要水污染物總量監控與風險預警平臺、跨界水環境綜合管理平臺等管理技術進行了進一步研究完善并形成綜合示范。
據介紹，課題組作為“太湖流域水環境管理技術集成與綜合示范項目”的集成課題，構建了太湖流域水質目標管理技術績效評估方法體系，并對管理技術實施效果進行了全過程評估，根據分析結果提出了太湖流域“十三五”水質目標管理技術體系全面推進計劃。此外，課題組通過集成各管理技術研究成果集成了太湖流域水環境綜合管理決策支持平臺。
課題組系統分析了“十二五”期間太湖流域水質目標管理技術，根據水質目標管理技術體系結構特征和要求，構建了太湖流域水質目標管理技術體系實施效果的績效評估方法體系，并對綜合示范區內水質目標管理技術體系實施對水環境管理能力提高、流域污染減排、水生態環境改善、區域經濟及環保產業促進等的效果評估。根據對太湖流域水質目標管理技術的評估結果，課題組從技術適用、執行過程、體制機制和政策保障等方面，總結分析了“十二五”太湖流域水質目標管理體系實施過程中存在的問題，識別了影響水質目標管理技術推廣實施的主要障礙。最后，課題組通過結合太湖流域水環境管理現狀與“十三五”水專項管理科技需求，研究提出了太湖流域“十三五”水質目標管理技術體系全面推進計劃與戰略部署，在水生態環境功能分區、排污許可證管理、水生態監測等方面提出了進一步研究的方向，為“十三五”水專項“太湖流域水環境管理技術集成與業務化運行”項目研究內容的制定提供了理論指導。
同時，課題組通過整合、凝練“十二五”水專項“太湖流域水環境管理技術集成綜合示范”項目內各課題研究形成的太湖流域水生態管理、基于容量總量的排污許可證動態管理、太湖水生態變化監控、太湖流域（江蘇）主要水污染物總量動態監控與評估等子平臺和系統，構建了太湖流域（江蘇）水環境綜合管理數字化決策支持平臺。能夠從企業管理、功能分區管理、流域水質管理三條主線實現對太湖流域（江蘇）的水環境管理。例如針對企業（污染源）管理：平臺實現了對主要污染源的自動監控，從平臺上可以直接獲取企業的所有基本信息、排口信息、監測因子信息以及實時的監測數據，在自動監控的基礎上統計企業的年度統計排放量，管理部門可以實現對該企業的許可量的動態管控。
“這個平臺的構建也實現了‘十二五’水專項‘太湖流域水環境管理技術集成綜合示范’項目各課題研究成果之間的信息交流，為水環境管理部門提供了流域的日常監控查詢、環保數據綜合信息管理、指揮調度和綜合決策的集成平臺。”負責人表示，平臺通過江蘇省生態環境監測中心在污染源信息監控、數據動態管控等水生態環境信息管理工作中得到應用，為江蘇省環境保護廳及地方水環境管理部門開展以水生態環境功能分區為基礎的太湖流域（江蘇）水環境管理提供了技術支持。童克難 富國
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