北京城市河湖水环境研究综述.docx

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北京城市河湖水环境研究综述

北京城市河湖水环境研究综述

（崔旭光，2012）

水是生命之源、生产之要、生态之基[1]。

我国经济社会发展和人民生活改善对水提出了新的要求，发展和水资源的矛盾更加突出，水对经济安全、生态安全、国家安全的影响更加突出，成为制约可持续发展的重要因素。

[2]

国务院2005年批复的《北京市城市总体规划（2004-2020）》中提出了“以建设世界城市为努力目标，……建设空气清新、环境优美、生态良好的宜居城市。

”“到2050年左右，建设成为经济、社会、生态全面协调可持续发展的城市，进入世界城市行列。

”的目标。

圆满完成北京奥运会、新中国成立60周年庆祝活动和成功应对国际金融危机后，首都的现代化建设进入了新的发展阶段。

2009年底召开的北京市委十届七次全会进一步提出了要从建设世界城市的高度，审视首都的发展建设，提高科学发展的水平、规划建设的档次和服务管理的水准[3]。

保障水环境的安全无疑是建设宜居城市、世界城市的基础。

北京市属温带半干旱半湿润性季风气候，水资源天然禀赋条件不足决定了北京是一座资源型缺水的城市。

北京境内多年平均降水量585mm，水资源总量37.4亿m3[4]，水资源总量十分有限，按第六次人口普查数据北京常住人口1961.2万计算[5]，人均水资源量不足200m3，远远低于国际公认的人均1000m3的下限。

特别是自1999年以来，更是连续12年干旱（至2010年），年均水资源量仅有21.2亿m3，比多年平均减少44%[4]。

有限的水资源首要保证的是生产生活用水，环境用水十分有限，靠大量补充清洁水保障水环境安全基本没有可行性。

一面是水资源量客观上的短缺，另一面是提升空间品质、传承古都文化、塑造城市活力的主观需求。

北京经济和社会的发展的需求与水资源不足的矛盾加剧，并且伴随着城乡一体化建设过程中的污染现象，已经对首都社会可持续发展造成不可忽视的影响。

因而分析首都北京水环境现状，研究城市水环境保护管理，有利于实现首都经济和资源的和谐发展，对国民经济的可持续发展具有深远的战略意义。

水环境恶化已成为当今的主要环境问题之一，对国家经济的发展产生严重影响和制约，水环境保护和生态建设己经上升到国家战略发展的高度，迫切需要相应理论及技术的支持。

在日益强调人类与自然和谐相处和可持续发展的今天，城市水环境作为城市环境的重要组成部分愈来愈得到人们的重视。

针对城市水环境保护管理，国内外学者在水环境恶化的根源分析、水环境改善的具体工程技术、水环境保护管理的体制机制、环境保护方面的法律建设、生态需水量等方面进行了广泛的研究，但针对城市河湖补水方面的研究还比较少见。

1.2.1国外研究状况和进展

1972年10月，联合国第27届会议确定每年的6月5日为“世界环境日”，每年由联合国环境规划署确定并发布一个主题，联合国和世界各地组织相应的纪念宣传活动，宣传保护环境，保护地球，保护我们的家园。

自1974年以来，有十年的主题与水环境保护直接相关。

世界各国尤其是西方发达国家，把提高污染防治水平和环境保护管理能力作为提高其在国际政治经济舞台上的地位和竞争力的重要举措。

例如日本、以色列[6]、新加坡等国家已将环境保护技术视为开拓未来市场的手段，水质净化、再生水利用、海水淡化等方面的技术居全球领先地位。

1997年，联合国向全世界发出警告：

“地区性水危机预示全球性危机的到来”，使越来越多的国家和地区意识到由于水资源短缺、水环境恶化带来的生存与发展的危机。

特别是经济增长较快的发展中国家对水环境保护投入更多的关注[7]。

美日欧等经济发达国家和地区，水环境保护管理基本上也是走了先污染后治理的道路，水环境污染早，所以研究起步也较早，在水质恶化原因分析、水环境改善、水体生态修复等工程技术方面已经形成了比较成熟的理论成果。

早在20世纪80年代初期，国外学者就把认识水环境污染机理及其危害作为主要研究方向，大量开展水体污染监测方法、评价方法及迁移转化规律的研究。

20世纪80年代初期，转入以污染治理、有机物在水体中的行为特征和富营养化水体内生物控制为主的研究方向[8]。

进入20世纪90年代，国外学者已从理论上认识水环境对人类活动的响应关系，通过监测、理化分析、物模、数模等各种技术手段进行分析研究，进而寻找水环境的自然改善和人工调控途径，是水环境基础及应用研究的重点内容[9]。

近年来，国外许多富有远见的学者和研究机构已跳出就水论水的局限，对水环境问题的研究方法己经从常规的优化方法和模拟技术发展到了灰色理论、模糊数学、层次分析、以及人工神经网络等方法[10-13]，研究内容也从单纯对水质等因子进行分析，发展到对区域[14]或流域包含人口、资源、经济等多个影响因素的水环境问题及对区域水环境空间分异规律的研究。

特别是在水环境保护管理方面，国外学者们已取得一致共识，水环境保护管理要立足于水环境自身的整体性特点，不能将水环境某些属性分立进行管理。

早在1972年，就有学者提出城市水环境管理要水量与水质并重的原则[15]，1998年在武汉召开的“98年国际水资源量与质的可持续研讨会”，更深入的探讨了流域水量与水质的统一管理问题。

近年来，美国学者着手从流域层次开展河流生态学的相关水环境治理研究，甚至有学者提出了流域生态学的理论。

把河流、湖泊等水体仅视为流域的一个基本单元，高度重视其与流域内陆地生态系统间的相互关系，强调流域的系统性及完整性。

如美国阿拉巴马河流联盟的十年规划（2002-2012）中，将流域的健康生态系统建设列为其首要目标[16]。

再从莱茵河、泰晤士河的治理成果来看，欧洲的研究已从传统的单一水环境管理向以保证生存质量提高可持续发展水平为目标的可持续综合管理转变[17]。

澳大利亚的部分学者更是在做好城市水环境保护管理的基础上，从环境、美学、人文等角度出发提出了符合时代精神的城市滨水区的理念[18]。

在理论研究和技术创新的同时，各国政府和学者在法律建设、管理体制、运行机制方面也在不断改进。

美欧等地，在20世纪70年代起开始大规模的环境保护方面立法，目前已形成了较为完备的环境法律体系。

通过环境法律制度，利用经济手段规范人们和企业的行为，降低生产和消费活动对环境的影响。

这些经济发达国家的环境管理体系相对也较为健全。

如美国联邦政府中除设有环境保护局外，在总统办公厅之下还设立了总统环境质量委员会。

该委员会是总统的一个环境咨询机构，协助总统收集、分析和解释有关环境条件和趋势的情报，向总统提出有关改善环境的政策建议，帮助总统起草有关对外环境政策的报告。

同时该委员会还是一个行政机关间的协调机构，帮助总统协调解决行政机关间有关环境影响评价的意见分歧，是总统的高级环境助手和参谋[19]。

一些发达国家在环境资源保护方面还形成了一整套管理技术方法体系。

如水资源核算体系（SEEAW），对经济体与水资源环境的相互关系进行全面宏观核算，反映社会经济活动对水资源水环境的影响以及水资源水环境对社会经济发展的贡献和约束，用来估量经济发展的潜力[20]；战略环境影响评价体系（SEA），在决策层面高度综合地开展工作，从战略源头上控制环境问题的产生[21]；可持续发展指标体系，在充分考虑社会、经济、资源和生态环境等要素之间的关系基本上，综合多学科理论和技术方法，给出具体的可监测、可操作、可控制的管理手段。

[22，23]

学者们在管理学层面研究发现，单一的管理手段是不够的，必须在水环境治理、立法及行政和经济手段上的防控、提高居民的水环境保护意识增强民众参与等多种手段的配合进行，要将保持人与水环境的和谐关系、重视水环境的素质教育、先进的水环境治理方式统筹兼顾[24]。

国外水环境保护管理做得比较好的国家和地区，也都是基于这些理论成果的。

但也有部分政治经济学学者、人权组织认为，在水资源水环境管理过程中，过多依靠经济和市场手段，将水资源商品化的做法是错误的。

[25]

在城市生态水环境研究方面，学者们主要对

总的来看，国际上，水环境研究已逐渐从微观尺度向宏观尺度拓展，使研究所包括的层次更多，范围更广，内容更丰富。

研究成果也更加便于决策层的参考和直接应用于水环境保护管理工作之中。

但国外大型城市水资源紧缺情况远不如北京严重，自然条件都优于北京。

针对有限水资源的河湖水环境补水方面的研究还是很少涉及的。

1.2.2国内水环境保护管理研究状况和进展

由于我国水环境管理实行的是水资源和水污染分立的管理体制，水利、环境、建设、农业、工业、国土等职能部门分别负责各自的管理职责，学者们在水环境保护管理方面的研究也都相对有所侧重。

建国初期，我国的水资源管理涉及水利电力部、地质矿产部、农牧渔业部、城乡建设环境保护部、交通部等部门，各省、直辖市、自治区也都设有相应的机构，基本上属于分散型管理体制。

80年代以后，中国北方水资源供需关系出现紧张情况，有的省市成立了水资源管理委员会，统管本地区的地表水和地下水；1984年国务院指定由水利电力部归口管理全国水资源的统一规划、立法、调配和科研，并负责协调各用水部门的矛盾，开始向集中管理的方向发展。

1984年《中华人民共和国水法》（2002年重新颁布）、1991年《中华人民共和国水土保持法》（2010年修订）等法律的出台进一步规范了水资源管理保护工作，明确了我国水资源管理遵循的基本原则：

水资源属国家所有，在开发利用水资源时应满足社会经济发展和生态环境最大效益；开发利用水资源要按照自然规律和客观规律办事，实行“开发与保护”、“兴利与除害”、“开源与节流”并重的方针；水资源的开发利用要进行综合科学考察和调查评价，编制综合规划，统筹兼顾，综合利用，发挥水的综合社会效益；水资源的开发利用，要维护生态平衡；提倡节约用水，计划用水，加强需水管理，控制需水量的过速增长；实施取水许可制度；征收水资源费，加强水价管理和水行政管理，对水资源实行有偿使用。

2011年《中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定》和2012年《国务院关于实行最严格水资源管理制度的意见》更是提出了“加强水资源开发利用控制红线管理，严格实行用水总量控制”；“加强用水效率控制红线管理，全面推进节水型社会建设”；“加强水功能区限制纳污红线管理，严格控制入河湖排污总量”的三条红线要求，各地政府也都相应地制定了实施办法。

长期以来，有关学者对水资源管理也十分关注，积累了大量有关水资源技术高效利用的理论。

赵保璋主编的《水资源管理》（1994年）是我国出版较早的专门论述水资源管理的专著之一，该书中提到了水环境管理的概念[26]；水利部水资源司原司长吴季松在本世纪初先后出版了《水资源及其管理的研究与应用》和《现代水资源管理学概论》两本专著，从水行政角度探讨了水资源管理的理论与实践[27]；我院的李广贺教授等编著的《水资源利用工程与管理》一书，则更注重作为本科生和研究生教材的功能[28]。

众多学者积极推进和发展的水资源管理学，对于水资源可持续利用与管理具有深远的历史和现实意义。

相比国外经济发达国家，我国水环境污染产生相对较晚，水环境保护方面的研究起步也较晚。

20世纪80年代中期以前，主要是结合工业“三废”治理、点源污染处理技术开展了大量的研究工作，七十年代初期针对官厅水库水污染问题的研究工作，可以说是以水环境问题为题目的第一次重大科研项目[29]。

20世纪80年代后期，“七五”、“八五”国家科技攻关计划中，集中开展了区域水环境污染治理、水环境容量等问题的研究，最著名的就是国家环保总局“淮河流域综合治理研究”，在理论和技术方面取得了许多成果，但在实践中成果不够理想。

近二十年来，随着我国城市化进程的高速推进，尽管政府不断加大环保投资和节能减排力度，但由于人口众多，致使我国水环境问题一直十分严重，呈现新旧污染交替、复合污染严重的特征，在污染空间上也表现为由城市向周边、由内陆向近海扩展的趋势。

水资源与水环境面临巨大压力和挑战，已成为制约我国城乡经济进一步快速发展的瓶颈。

国内学者对水体污染状况、原因、机理等进行了一系列研究与防治实践探索，理论研究方面已达到了国际水平，但水污染情况仍未得到有效控制[30-32]。

可喜的是，《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》设立的十六个重大科技专项之一的水体污染控制与治理科技重大专项（水专项），目前已突破了一批“控源减排”的关键技术，综合集成示范成功多项成果[33]，在应对广西龙河河高浓度镉污染事件中收效显著[34]，大大增强了我们改善水环境质量的信心。

随着人民生活水平的不断提高，居民对建设宜居城市、改善生活居住环境的要求也越来越高，近年来城市水环境保护管理也逐渐成为学者们研究的热点。

学者们指出了城市的水环境存在的问题，也分析了产生的原因，在系统地分析城市水环境特点[35、36]的基础上，从城市规划[37]、水资源有效利用[38]、污水处理、水体污染监测与治理[39-41]、河流生态修复[42-45]等方面提出了很多建设性的意见。

此外，其他学科的学者也基于自己的专业提出了城市水环境保护管理的观点。

一些学者将将计算机可视化水环境防真技术引入城市水环境研究中，通过对河流水质的摸拟实现了流域水污染的预测、评价[46]。

一些学者从管理学角度出发，认为城市水环境管理首都体现为对人的管理，建设环境文化[47]。

但从上述研究成果来看，多数学者都是针对城市水环境污染产生原因和治理技术等方面进行的研究，而且是基于水质性缺水的城市，缺乏对严重缺水城市水环境问题解决方法、水环境系统的循环综合利用等方面的研究。

总体来说，城市水环境保护管理的研究至今很不完善，在政府各职能部门具体实施中盲目性也较大，运行效果不理想。

虽然我国城市水环境的问题很多，但让我们充满希望的是城市水环境问题现已受到高度重视。

国家水专项中设立了专门的“城市水环境主题[48]”，城市水资源与水环境国家重点实验室通过验收。

我们期待更多的研究成果投入实践，促进城市的健康可持续发展。

但同世界各特大型城市的发展规律相似，国内也其他大型城市水资源的紧缺也没有北京严重，在极少水资源补充城市河湖用水维持城市水环境方面的研究也没有成果。

部分从事行政管理的人员对补水的水源等进行了分析研究[49]，但不具有普遍的可参照性，也没有从理论方面进行论证。

1.2.3北京市城市水环境研究与管理的历史与现状

北京的地理位置决定了北京不是丰水城市，但作为历朝选择定都的城市，北京历史上还是一个水资源较为丰富的城市[49]，直到新中国成立初期，北京城依靠泉水、地下水供水，自给自足，基本保障了城市的生产生活需求，同时水环境状况也很好。

北京成为新中国的首都后，北京从消费城市转变为生产城市，大力发展工业，对水资源的需求快速增大。

北京市1957年建成的永定河引水渠将官厅水库水引至城区，使北京城区有了第一个稳定的地表水源，再供给生产生活用水的同时，对补充河湖用水、改善城市环境起到了积极作用。

1960年，华北地区大旱，永定河上游来水减少，官厅水库水源枯竭最低水位比死水位尚低2米，城区用水紧张，北京发生了第一次水危机。

北京市决定立即建设京密引水渠工程（1960年10月开工），拟引密云水库（1960年9月建成蓄水）水进城缓解北京城区用水紧张。

1961年3月，官厅水库来水较多，全市用水困难暂时缓解，北京暂缓了京密引水渠的建设。

1965年华北地区又遇干旱（全年降水量262毫米），北京再次启动京密引水渠续建工程，翌年4月完工通水，为北京城区提供了第二个稳定的地表水源。

1970年至1972年，华北地区连续三年干旱，官厅、密云两大水库来水同时减少，两大水库的供水对象由农村为主转向城市为主，农业供水主要依靠开采地下水解决，这也造成了大量抽取地下水的后果。

总结新中国成立之初的30年，北京是依靠开发新水源保障城市供水的，龙须沟治理等工程的实施，对改善城市水环境也有一定的促进作用，由于污水排放量相对较低，城市水环境问题尚未突显。

[50]

1980年、1981年两年大旱，官厅、密云两大水库总共只剩5.1亿立方米蓄水，只能抽取死库容维持。

地表水资源入不敷出，地下水也大面积超采，供水形势极为严峻，事态严重。

虽然国务院决定密云水库停止向天津供水只保北京，但北京用水还是不够，只得“限工、压农、保生活”，随即停止农业灌溉用水，20多万公顷良田受灾，压缩工业用水，北京高井电厂因缺水停机，影响发电5亿度，严重影响经济发展[51]。

北京的计划用水、节约用水是就是从八十年代初期开始实施的，这在全国来说都是走在前面的。

整个八十年代，北京的降水也只是总体偏枯，但通过对用水的控制、大量开采地下水，基本保证了正常的生产生活。

更可喜的是，工业总产值从1976年115亿元到1988年达到418亿元，但工业用水量从13亿立方米减少到11亿立方米，农业用水从1980年的30亿立方米减少到1988年的20亿立方米，粮食产量从37亿斤增加到47亿斤[52]。

为总结经验，进一步推动节水工作，1989年10月底，北京市召开了北京建设节水型城市学术讨论会，时任建设部城市建设司司长的汪光焘，清华大学惠士博、雷志栋、谢森传等[53]多位老师在会上提出了节水型城市建设的多项措施。

90年代，除1997年（全年降水量431毫米）和1999年（全年降水量267毫米）外北京降水情况较好，北京水库存蓄水也较多，水资源水环境问题有所缓和。

但部分有远见的学者已意识到北京的水资源水环境问题，1996年，清华大学环境学院教授、中科院院士、时任北京市政协副主度的钱易老师就提出了切实加强北京的水污染防治及水资源保护的建议，呼吁政府重视水环境保护工作[54]。

总结改革开放以来的头20年，在供水保障方面基本做到了国务院“2000年以前，北京的发展只能立足于本地区可开发利用水源，在节水的基本上规划和发展各项事业”的要求[55]，但全市城近郊区污水排放量呈逐年增长态势（1986年7.19亿立方米到1999年9.49亿立方米[56]），且八成以上未经处理直接排入河道，城市水环境质量处下降趋势。

为迎接国庆50周年，北京在1998年启动了北京城市水系综合治理，对城中心区主要景观河道、六海等水域进行了综合治理，对城市水环境的建设起到了一定的促进作用。

但这一时期城市水环境保障的主要措施还是通过补充环境用水，让水体流动起来的水力学方法，在污染源的治理、精细化管理方面尚有不足。

同期，在中央的支持下，北京联和周边省市研究提出了《21世纪初期首都水资源可持续利用规划》，明确了以水资源可持续利用支持经济社会可持续发展的人与水和谐发展理念。

从1999年起，北京进入了连续的枯水年，全市水库存蓄水消耗极大，特别是在污水处理厂建设又相对缓慢，2002年北京城区水域发生了大面积的水华[57]，水环境问题突显。

政府科研机构和各高校对北京水环境问题进行了深入的研究探索。

水量问题方面，学者们在分析北京水资源特性的基础上，建立了北京市水资源短缺风险评价模型[58]，对城市环境需水量进行了预测[59-61]，提出了调整产业结构的节约措施，提高污水处理率的供水管理措施，通过区域水利工程开发和治污、挖潜的规避风险措施，通过行政手段、经济手段和法律手段的损失控制措施，区域调水、水权交易和水资源短却投保的转移风险措施[62]；为突显北京的缺水，更有学者构建了北京市水资源承载力指标体系，突出人口经济对水资源的压力的日益加大[63，64]；有人从气象学角度提出在流域上游地区适时增加人工增雨作业，增加来水的意见[65]。

水质问题方面，学者们在对北京城近郊区河湖水质进行统计分析[66，67]的基础上，指出了城市河湖补给水量少、流动性差、缓冲能力不足、水利工程治理破坏了水体生态系统弱化自净能力的水质恶化机理[68]，提出减少点源面源污染，进行雨污水排放系统的分流改道[69]，提高再生水在河湖景观水体中的应用以提高河湖水体的缓冲与自净能力[70-72]，利用生物措施修复受损的城市河湖生态系统促进良性循环[73，74]等措施。

部分学者还针对北京初期雨水污染物含量较高的实际，对北京城市水域非点源污染的防治进行了重点的研究[75，76]，有学者采用经过参数率定和模型验证的非点源SWAT模型系统，对非点源污染时空变化、负荷关键区进行了识别，并针对不同的流域管理情景进行了情景分析[77-80]；有学者提出了推广美国BMP（BestManagementPractices,最佳管理措施）和TMDL（TotalMaximumDailyLoadProgram,最大日污染负荷总量控制计划）体系的意见[74]。

工程治理方面，学者们主要从城市河湖生态修复、雨洪利用等方面提出了见解。

北京市水务局副局长潘安君教授，早在本世纪初就提出了北京城市雨洪利用总体设想[81]。

中国农业大学姚春梅副教授曾提出建设下凹式绿地，雨水口设在绿地内，降雨时屋顶径流、广场径流，首都径流都向绿地汇集，经绿地蓄渗并得到一定净化后，再进入雨水管道的设想。

她结合美日等城市管理较为发达国家的实例，认为下凹式绿地，不但大量减少了管道径流，还对雨水进行了净化，是一种优秀工程[82]，但也有学者认为绿地内的化肥、农药残留物会对进入管道的雨水进行二次污染，加剧水质的恶化[83]。

很多生产一线的工程技术人员用实例证明了河湖水系治理中采用生态修复技术是可行且有成效的[84，85]，提出了在城市环境用水量有限情况下，用较少低等级河流构建城市生命力大幅提升城市环境的想法[86]。

还有学者提出了更高的要求，认为生物栖息地的修复才是城市水环境污生态修复工程的根本目标[87]。

管理决策方面，学者们普遍认为应从战略角度考虑水与城市的和谐发展[88-90]。

北京的水环境保障应着眼于京津冀首都经济圈，以周边地区缓解人口压力[91]，重视城市规划与水环境结合[92]，突出水环境建设在城市发展中的地位，建立有利于城市生态系统管理的行政体制和政策保障。

在众多学者努力为北京城市水环境出谋划策的同时，北京政府各部门在水环境管理方面也做了大量的工作。

北京河湖治理起步较早，率先实践了城市河湖生态治理的理念，特别是水务一体化改革后，北京水务局提出了符合北京水情的“五个坚持”的河湖治理新思路，即“坚持治河同步治污，把还清水体作为河湖治理的目标；坚持统筹规划，综合治理。

河湖整治、污水管网、污水处理厂建设同步实施，治河从上游治起，治理一段，成效一段；坚持以人为本，变工程治河为生态治河，实现人水和谐，用生态技术修复河道生态，变抗御洪水为管理洪水，合理调蓄利用雨洪，提高河道水体自净能力，改善河湖水质；坚持河道治理与城市改造相结合，水利工程与水文化相结合，建设城市新景观，展示古都历史文化风茂；坚持依法管理，创新管理模式，加大城市河湖管理力度，重点做好城市河湖水华防治工作，加强执法监督，加大对污染城市河湖行为的查处力度。

[57]”城市河湖水环境治理进入了以科学发展观为指导，建设人水和谐的宜居城市的新阶段。

在河湖治理的同时，北京市全社会推进节约用水，减少污水的排放，加快了污水处理设施的建设，完善排水管网系统，提高城区的污水处理率，大幅减少城市水环境的外源污染。

虽然通过大量的工程和管理措施，水体污染源已大大减少，但城市河湖水体的环境容量有限，环境用水的补充又不足，城市水环境问题还是北京城市建设的重大问题。

此外，在水污染处理技术方面，传统方法与模式也难以满足持续增长的节能减排的需求，不断出现新的污染形式和污染物对先进技术的需求也愈加紧迫。

在河湖补水方面，首都师范大学的学者对内城湖泊需水量进行了研究[94]，提出了最小生态需水量的概念，但没有分析过补水的来源及路径；北京市水科学研究院（原北京市水利科学研究所）配合北京市城市河湖管理处结合城市河湖水华防治进行了一定的补水研究[95]，但也都是基于补充大量清洁用水的假设，对有限水源情况下的河湖补水分析不多。

总体来看，北京城市水环境问题将长期影响城市的可持续发展，目前的研究与实践仍无法满足北京城市水环境保护管理的需求。

特别是科研与决策相对不统一的体制，造成了科研理论无法转化为实践成果的局面。

因此，从行政管理层面的统筹研究是十分必要的。

客观地说，对于河湖补水的研究，在学术研究方面没有理论或技术的创新，因此各研究单位在此方面投