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山区河流近自然生态修复与水质改善技术示范工程湿地航拍图 本项目技术来源 项目技术完成单位：华北电力大学、中国科学院地理科学与资源研究所、中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所、生态环境部华南环境科学研究所、中国科学院遥感与数字地球研究所、中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所、中国科学院南京地理与湖泊研究所、中国科学院城市环境研究所、浙江大学、同济大学、山东大学、中国科学院大学、中央民族大学、北京林业大学、东北师范大学、青岛理工大学、山东师范大学、湖北工业大学、北京远浪潮生态建设有限公司、张家口市环境科学研究院。 感谢国家水专项管理办公室、河北省生态环境厅和张家口市生态环境局的大力支持！
项目任务布局图 项目概况 水体污染控制与治理科技重大专项（以下简称水专项）是根据《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006~2020）》设立的十六个重大科技专项之一，“十三五”重点聚焦“京津冀协同发展区域综合调控重点示范”。 京津冀西北区张家口市位于永定河上游流域，地处我国农牧交错生态脆弱带，气候干旱，人均水资源不足全国人均的1/5。张家口是首都水源涵养功能区和生态环境支撑区，也是2022年冬奥会的主办城市之一，水资源结构和功能性短缺是限制国家重大战略实施和“绿色办奥”的瓶颈问题。 2017年，水专项“京津冀西北水源涵养及永定河（上游）水质保障技术与工程示范（2017ZX07101）”项目（以下简称项目）在水专项河流主题组专家、华北电力大学教授张化永的带领下，由华北电力大学牵头承担，中国科学院地理科学与资源研究所、中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所等20家单位合作，围绕京津冀西北区水资源结构和功能性短缺问题，以水资源高效利用和水环境治理全过程控制思想为指导，聚焦产水—净水—用水3个环节开展技术联合攻关，破解区域水资源短缺与水环境污染困局，支撑区域水源涵养和绿色发展。 项目下设张家口地区水源涵养功能保持与生态空间优化总体方案研究、冬奥会核心区生态修复与水源涵养功能提升技术与示范、区域水环境保护及湿地水质保障技术与示范等3个课题，突破12项关键技术，建成7项示范工程、2个综合示范区和1个综合决策支持平台。
课题一技术路线图
课题二技术路线图
课题三技术路线图 技术研发 京津冀西北区社会经济发展的瓶颈是水资源结构性和功能性短缺，水环境污染的根源是生态格局与产业布局不合理。跟踪流域水资源高效利用和水环境治理的国际前沿，围绕区域绿色发展与国家目标的实现，协同京津冀西北区经济发展与水环境保护，项目从水源生态涵养功能提升和流域全过程节水减排入手，重点解决基于数据挖掘的张家口地区水源涵养功能保持与生态空间优化的决策支持、“绿色办奥”目标定位的冬奥会核心区生态修复与水源涵养功能提升、基于绿色农副产品保障基地建设和绿色农业转型的区域水环境保护及湿地水质保障、京津冀西北区水源涵养及永定河（上游）水质保障的流域治理技术体系创新等四大科学问题。 为解决制约京津冀西北区绿色发展的重大科学问题，项目以流域水资源高效利用和水环境治理全过程控制为指导，研究重点聚焦在产水—净水—用水3个环节。通过山地生态修复，提升水源涵养功能，破解水资源功能性短缺难题，解决“产水”问题；通过农业节水控肥减排，改善区域水环境，破解水资源结构性短缺难题，解决“净水”问题；基于水资源承载力和环境容量，优化管控生态空间格局和产业布局，保持水源涵养功能，支撑科学决策，解决“用水”问题。 （1）课题一：张家口地区水源涵养功能保持与生态空间优化总体方案研究 针对张家口水源涵养区产业结构不合理、水量水质问题突出，通过以水生态功能区划为导向的张家口水源涵养功能保持与生态空间优化信息整合，建立标准化数据平台，在此基础上进行水源涵养功能的动态监测、评估及区划，构建水资源协同配置与调度技术并提出水资源优化配置方案，研发基于水环境承载力的区域产业结构调整和布局优化技术，开发生态空间格局优化和管控技术，提出张家口水源涵养功能保持与生态空间优化总体方案，建立综合决策支持平台，为加强京津冀西北水源涵养研究、强化以水生态功能区划为导向的顶层设计提供技术支持，实现支撑张家口绿色发展水资源合理利用的“用水”目标。 （2）课题二：冬奥会核心区生态修复与水源涵养功能提升技术与示范 以流域治理的全过程控制思想为指导，解析冬奥会核心区流域生态修复与水源涵养关键问题，创新山地水源生态涵养功能提升技术，实现“水源涵养”；突破山区河流近自然生态修复与水质改善技术，实现“清洁水生产”；研发城镇再生水高效低碳处理与利用技术，实现“再生水循环利用”；突破水资源优化配置与和谐景观构建技术，实现“和谐景观构建”。通过技术创新和集成，构建冬奥会核心区生态修复与水源涵养功能提升集成技术工具包，建设综合示范区，科学调控流域水资源的自然和社会循环，提升流域水源涵养功能，支撑冀北山地生态水源涵养区清洁水生产，实现“产水”目标。 （3）课题三：区域水环境保护及湿地水质保障技术与示范 解析洋河盆地农业面源污染问题，以流域水环境保护和水质保障目标为统领，研发智能化灌溉施肥、微生物菌剂与纳米材料、高品质有机肥生产等绿色农业精准节水控肥减排技术，实现农业面源污染“源头控制”；突破集约化村镇生活污水精准灌溉回用零排放和农田退水污染物复合生态系统控制技术，实现集约化农区污染物“过程削减”；研发观光乡村集水景观构建与固土控磷和低温河道湿地空间梯级配置技术，实现入河污染物的生态净化和“末端拦截”；创建区域水环境保护及湿地水质保障集成技术工具包，建设综合示范区，支撑洋河八号桥国控断面水质稳定达标，实现“净水”目标。
张家口城区饮用水智能水务管理平台展示图 工程应用 （1）张家口城区饮用水智能水务管理平台 张家口城区饮用水智能水务管理平台建设单位为张家口市政水务有限责任公司，开发单位为中科水云科技（北京）有限公司。平台采取“一城两区”模式进行示范，“一城”指张家口中心城区，为智能水务管理系统示范区，系统已在云平台稳定运行。“两区”指桥西区岸尚清城小区和桥东区水泉沟片区，岸尚清城小区通过智能水务和降低漏损技术示范，实现供水管网漏损率降低11.67%；水泉沟片区为管网压力优化方案展示和论证示范区，通过实施管网优化方案，平均可降低管网压力0.2~0.3Mpa。 （2）冬奥会核心区山地修复与和谐景观构建工程 冬奥会核心区山地修复与和谐景观构建工程项目包含山地森林适应性修复与水源涵养、山地灌草丛荒溪生态重建与坡面蓄流、山区水源涵养与冬奥会核心区和谐景观构建等3项技术示范工程，工程建设单位为崇礼区林业和草原局。3项示范工程位于崇礼区太子城河流域老虎沟、翠云山、松林背、棋盘梁村等20余平方千米的集水区内，通过山地生态修复和景观优化调控技术应用，适应性修复山地森林3.36平方千米和灌草丛荒溪3.12平方千米，实现山地森林生态系统发展跨越一个阶段，山地森林覆盖率提升至89.12%，林下灌草盖度达到79.30%，山地生态系统生物量较2016年增加23.60%，生物多样性增加22.77%，清洁水产流提升17.15%，景观多样性指数从1.55提升至2.152，蒸散发耗水降低10.5%，有效促进山地植物群落恢复，实现了冬奥会核心区山地生态修复和水源涵养功能提升。 （3）山区河流近自然生态修复与水质改善技术示范工程 山区河流近自然生态修复与水质改善技术工程示范建设单位为永定河流域投资有限公司张家口分公司，设计和施工单位为河北省水利水电第二勘测设计研究院与河北省水利工程局集团有限公司。工程在崇礼区太子城河10.2公里长的河道上建设生态拦沙堰、生态防蚀护岸和近自然生态湿地，削减山区河流泥沙含量44.90%、颗粒性氮38.55%和颗粒性磷50.00%以上，太子城考核断面主要水质指标COD、NH4+-N和TP稳定达到地表水III类，保障冬奥会水安全。
冬奥会核心区山地修复与和谐景观构建工程航拍图 （4）集约化村镇生活污水处理与环境整治示范工程 集约化村镇生活污水处理与环境整治示范工程建设单位为宣化区江家屯乡政府，设计和施工单位为北京远浪潮生态建设有限公司和北京城建七建设工程有限公司。工程位于宣化区江家屯乡新胜村和三条堰村等，规模4.3平方千米，农户生活污水处理率达到97%，处理后达到农田灌溉水质标准，化肥、农药利用率提高到42.8%和43.1%，农田退水氨氮、磷污染物入河量分别削减55%和45%以上，实现区域污染物过程削减目标，保障洋河水质。 （5）低温河道湿地空间梯级配置技术示范工程 低温河道湿地空间梯级配置技术示范工程建设单位为张家口市宣化区城市建设经营投资有限责任公司，设计和施工单位为北方工程设计研究院有限公司和贵州瑞和建设集团有限公司。工程在洋河水库河口区上游，规模2.12平方千米，通过低温湿地空间梯级配置技术应用，氨氮去除率达到67.2%~73.4%，总磷去除率达到77.5%~86.3%，确保了湿地入官厅水库水质主要指标稳定达到地表水Ⅲ类。
集约化村镇生活污水处理与环境整治示范工程航拍图 技术创新 项目以破解区域水资源短缺、水源涵养功能退化和水环境恶化等制约绿色发展的瓶颈问题为导向，以水源涵养、清洁水生产和水质保障为目标，突破科学调控流域水资源自然循环和社会循环的关键技术，开展了张家口市水源涵养功能保持和生态空间优化布局、冬奥会核心区山地生态修复与水源涵养功能提升、区域水环境保护及湿地水质保障等技术创新，重要进展体现在以下四个方面。 （1）借鉴国际先进的生态水文学和区域产业理念和方法，突破并集成区域水源生态涵养功能的区划与保持、基于水环境承载力的产业结构调整和布局优化、水源涵养功能定位的生态空间格局优化和管控等4项关键技术，破解生态系统多种功能联动机制解析能力不足、生态建设与自然要素不完全匹配的难题，实现对山水林田湖草要素转换的生态影响精确量化。开发张家口水源涵养功能保持与生态空间优化综合决策支持平台，提出清水产流增加20%和节水5%~30%的总体方案，为京津冀西北区水资源可持续利用及绿色发展提供生态空间宏观布局决策支撑。 （2）借鉴北美、欧洲和日本发达国家流域治理和生态恢复理念和技术，以调节流域水资源自然和社会循环为主线，突破跨演替阶段的群落种子库修复、水质净化目标定位的复杂河道生态整治设计、水源涵养功能提升的流域景观网络优化调控等3项关键技术，创新景观生态学廊道中心性范式，形成冬奥会核心区生态修复与水源涵养功能提升集成技术工具包，通过118平方千米的综合示范，实现示范区山地森林生态系统跨越一个阶段，森林覆盖率达到81.05％，生物多样性较2016年增加21.62％，清洁水产流提升16.33％，太子城考核断面水质达到“水十条”考核要求，支撑京津冀西北水源涵养区建设和保障冬奥会清洁水安全。 （3）借鉴发达国家农业节水减排的成功经验和高新技术，以流域农业污染物过程控制理念为指导，突破绿色农业精准节水控肥减排一体化、集约化村镇生活污水精准灌溉回用零排放、低温河道湿地空间梯级配置等5项关键技术，建立洋河盆地以高品质农业为主的生态廊道构建模式，创建区域水环境保护及湿地水质保障集成技术工具包，通过110平方千米的综合示范，实现示范区农田灌溉水利用系数达到0.69，化肥、农药利用率提高到42.8%和43.1%，低温河道湿地每年约削减COD 1500吨、氨氮75吨、总磷15吨，保障洋河流域水质改善和八号桥考核断面水质稳定达标，推动洋河盆地向集约化绿色农业经济转型。 （4）以区域水源涵养功能保持与生态空间优化综合决策支持平台为基础，以冬奥会核心区生态修复与水源涵养功能提升、区域水环境保护及湿地水质保障两套集成技术为抓手，形成流域水源生态涵养、绿色农业生产和生态空间格局优化配置的自反馈、自调节复杂系统过程控制技术体系，支撑区域社会经济转型与绿色发展，从技术创新的视角诠释生态文明理念。
低温河道湿地空间梯级配置技术示范工程航拍图 综合成效 张家口水源涵养功能保持与生态空间优化综合决策支持平台实现了张家口水源涵养多源数据、多类模型和优化综合决策结果的统一管理和共享，可直接服务于国家、流域层面水源涵养和生态系统保护战略的制定，有效提升以水源涵养保持为目标的产业结构调整和生态空间格局优化决策水平。 冬奥会核心区生态修复与水源涵养功能提升和区域水环境保护及湿地水质保障技术创新和综合示范，提升了冬奥会核心区水源生态涵养和清洁水生产功能，推动洋河盆地绿色农副产品基地节水减排，支撑京津冀西北水源生态涵养区构建和冬奥会清洁水安全保障，拉动区域传统农牧业向生态旅游、清洁水生产和绿色农业的产业转型，引领张家口市产业结构调整和绿色发展。 项目集成了以“1个决策支持平台+2个集成技术工具包”为基础的京津冀西北水源涵养及永定河（上游）水质保障技术体系，支撑了张家口地区的“十四五”规划和“首都两区”建设，为京张体育文化旅游带建设提供了技术储备。通过技术推广，提升京津冀西北燕山—太行山脉水源生态涵养功能，在“一带一路”沿线传播中国生态文明的理念。 （图片由项目组提供） （编辑：逍遥客） |
