再造河川秀美
——記國家重大水專項清潩河課題負責人于魯冀教授及其團隊

本刊記者 王 輝 劉 賀

再造河川秀美
——記國家重大水專項清潩河課題負責人于魯冀教授及其團隊

本刊記者 王 輝 劉 賀

“50年代淘米洗菜，60年代洗衣灌溉，70年代水質變壞，80年代魚蝦絕代，90年代身心受害”，一首歌謠唱出了淮河水質的變遷。作為河南省的母親河之一，淮河的健康狀況堪憂。

痼疾加身，淮河要如何治理？治水者們劍指沙潁河，提出“欲治淮河，必先治沙潁河”。尤其到“十二五”期間，國家重大水專項淮河項目的4個綜合示范區(qū)課題中，3個都在沙潁河流域。

鄭州大學水利與環(huán)境學院教授于魯冀也認同這一點，從2014年起，他領銜的國家重大水專項清潩河課題團隊，針對沙潁河水系中最主要、最典型的支流之一——清潩河，著手開展起立項研究工作。

三位一體，打造特色治水路線

于魯冀與“國家重大水專項”淵源頗深。自“十一五”國家實施水體污染控制與治理專項以來，在河南省環(huán)境保護廳的組織領導下，他始終參與淮河項目立項調研、科技需求、課題設置等全過程的研究及協(xié)調工作。在課題實施期間，于魯冀擔任了河南省水專項管理辦公室技術組組長，盡力盡責保障了“十一五”涉豫課題任務和財務的順利驗收，水專項課題在河南省的實施，培養(yǎng)了一批優(yōu)秀的水污染控制治理人才，為河南省水環(huán)境管理及水污染控制提供了有力的科學技術支撐。同時他參與了生態(tài)補償、水生態(tài)功能分區(qū)、賈魯河生態(tài)凈化等“十一五”水專項課題研究工作。“十二五”期間又承擔了“淮河流域（河南段）水生態(tài)修復技術研究與示范子課題”等研究內容。這些積累，為他后來主持清潩河課題奠定了良好的基礎。

鄭州大學教授于魯冀

“清潩河天然徑流匱乏，人工干擾嚴重，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化帶來的污染排放和集約化農業(yè)面源污染疊加，具有典型混合型污染河流的特點，且流域內社會經濟發(fā)展帶來的環(huán)境問題與人民日益增長的美好生活需求之間的矛盾日益突出。”在他看來，這些問題也是淮河流域，甚至我國整個北方基流匱乏地區(qū)水系的通病，一旦被破解，不僅是清潩河的福音，也將為淮河、乃至整個北方地區(qū)河流治理做出重要的示范作用。

清潩河課題，全稱“清潩河流域水環(huán)境質量整體提升與功能恢復關鍵技術集成研究與綜合示范課題”，由鄭州大學牽頭承擔，于魯冀作為課題負責人，南京大學、北京林業(yè)大學、環(huán)境保護部華南研究所等單位共同參與研究。清潩河課題組將清潩河治理目標聚焦在水環(huán)境質量整體提升和水環(huán)境功能恢復上，并針對“水質”—“水量”—“水生態(tài)”—“水管理”四大方面關鍵問題，提出了獨具特色的“點—線—面—管”小流域綜合治理創(chuàng)新模式。

清潩河課題中所謂“點”指的是產業(yè)集聚區(qū)，“線”為河道/河岸帶，“面”則指向農田面源，從這3個角度出發(fā)，于魯冀希望能夠在實現(xiàn)水質目標管理“管”的同時，形成治理空間上的三位一體。

“點”——產業(yè)集聚區(qū)污染系統(tǒng)治理

清潩河流域分布著諸如造紙、檔發(fā)等高耗水及排污量大的企業(yè)，并呈現(xiàn)出產業(yè)聚集狀態(tài)，所產生的混合廢水具有“一多（污染物種類多）二高（高COD、高氨氮）三低（碳氮比低、可生化性低、水質水量穩(wěn)定性低）”的特點，要治理，關鍵在控源減排，難在生物處理脫氮。

2015年起，于魯冀率領課題團隊致力于廢水的控源減排與深度處理技術研究，提出從企業(yè)廠內節(jié)水、再生水回用到產業(yè)集聚區(qū)/工業(yè)園區(qū)廢水梯級循環(huán)利用源頭控污方案；經過兩年多的現(xiàn)場研究，終于研發(fā)了強化硝化深度除氨技術，克服了傳統(tǒng)生化工藝脫氮難等缺點，突破了生物法在低C/N混合廢水高效脫氮應用中的瓶頸。

“十二五”末以來，隨著環(huán)保形勢日趨嚴格，流域水環(huán)境質量改善面臨更大壓力，針對清潩河流域的實際問題，許昌市相繼實施了《清潩河流域水污染物排放標準》等文件，對直排入清潩河的廢污水水質提出了更高要求，《河南省水環(huán)境功能區(qū)劃》更是明確要求清潩河重點河段水質達到地表水IV類。為此，清潩河課題組專注于研發(fā)高氨氮外排尾水人工濕地生態(tài)深度凈化技術，實現(xiàn)了生態(tài)濕地同步脫氮除磷，滿足了入河水質要求。

目前，團隊研發(fā)的關鍵和集成技術應用于日處理量3萬噸的屯南污水處理廠、日處理量6萬噸的杜村寺濕地等多項示范工程，并在長葛清源污水廠建設和關莊濕地、清泥河濕地工藝改造中發(fā)揮了引領作用，處理效果和運行成本大大優(yōu)于常規(guī)處理工藝。

“線”——河流環(huán)境流量調控與生態(tài)水系構建

多年來，清潩河流域人均水資源量僅為140m3，遠低于全國平均水平，水資源嚴重匱乏。而由于流經城市高度的閘壩調控和景觀需求，干流及主要支流完全喪失自然屬性，蓄而不流，縱向連通性基本喪失，再加上外調水、污水處理廠排水的強度干預，流域“自然—社會”二元水循環(huán)模式突出。

在實驗室指導研究工作

為此，課題組提出了一套以保障環(huán)境流量為目標、水源優(yōu)化配置為基礎的河湖水系環(huán)境流量調控模式：基于河流主導功能定位及水質需求，分區(qū)界定了環(huán)境流量組成并提出了環(huán)境流量目標，提出一系列水資源優(yōu)化調配方案集，實現(xiàn)了“水源—河段—節(jié)點”的配置結果；創(chuàng)新性地提出河網綜合連通性指數(shù)法（CCI），優(yōu)化了強干擾流域復雜閘壩系統(tǒng)，提出了定期換水與常年循環(huán)模式相結合的強人工干擾流域環(huán)境流量調控方案。

該研究成果為建設動態(tài)水循環(huán)和健康發(fā)展的清潩河流域水系奠定了基礎，在專家咨詢中得到了中國水利水電研究院等國內相關領域知名專家一致認可。河南省政府參事室應用該成果提出的《關于我省水環(huán)境質量情況及改善河流水質》的建議，獲得河南省謝伏瞻書記的親自批示，并應用到河南省水十條及水污染防治攻堅方案等政府文件中，極大推進了河南省水環(huán)境質量改善工作，對水資源匱乏區(qū)域具有重要的應用示范意義。

緩解河道污染、保障河道流量，只是環(huán)境流量調控模式的一重好處。要知道，清潩河河道水源極其復雜，外調水源（黃河水、北汝河水等）、生活污水、工業(yè)廢水以及面源污染的共同匯入，使其河流水生態(tài)系統(tǒng)脆弱，自凈等功能得不到穩(wěn)定發(fā)揮。該模式提升了河湖水系的水動力，為水體自凈功能的提升奠定了基礎。

于魯冀認為要實現(xiàn)水生態(tài)系統(tǒng)的完整性，就要扎扎實實地走好“水質改善、功能恢復、回歸自然”3個階段。針對水體功能的提升，他帶領清潩河課題組研發(fā)了新型高效脫氮生態(tài)凈水基質，并集成了用于城市河道水體原位生物生態(tài)修復技術體系，通過多類型近自然河岸緩沖帶構建等一系列技術，有效去除水體中有機污染物質、氮、磷等，為河流水生生物的恢復提供了必備的生存條件；在水質得到穩(wěn)定保障后，進一步研發(fā)了微生境改善技術及不同模式的水生生物功能群（水生植物—底棲生物）的生物配置與組合技術，創(chuàng)造了多樣化的生物棲息生境。

利用城市河道水體原位生物生態(tài)修復集成技術體系，團隊實現(xiàn)了清潩河流域水體污染物的大幅削減（COD20%～30%，氨氮30%～40%，總磷20%～30%），使之成為IV～V類具備水環(huán)境功能的水體，實現(xiàn)了河流生態(tài)系統(tǒng)物種多樣性的提升以及自凈功能的發(fā)揮，可提高河流開發(fā)利用率30%～40%。于魯冀對水環(huán)境保護“三階段”高瞻遠矚的定位，為清潩河流域河道生態(tài)強化凈化及功能恢復提出了努力的目標，使清潩河流域所在的許昌市成為河南省河流生態(tài)凈化及功能恢復的引領者，也為北方城市河流的生態(tài)凈化與修復提供了可示范、推廣的典范。

“面”——高度集約化農田氮污染源控制

清潩河流域位于我國糧食的主產和核心增產區(qū)，集約化農業(yè)生產中大量使用氮肥極易造成流域水體氮污染，針對這種面源污染問題，于魯冀帶領課題組利用全過程控制理論，試圖走出一條“源頭減負—過程生態(tài)攔截—末端消納凈化”的路子。

通過研究基流和降雨徑流中氮輸出的規(guī)律及發(fā)生機理，團隊建立了小流域尺度氮的收支模型，將地表徑流氮素輸出通量定量化，從而實現(xiàn)了農田氮流失對水質影響的評價和預測。在氮素流失機理研究基礎上，團隊研發(fā)了一種可增加土壤中有機質含量、促進土壤以碳固氮、減少氮素揮發(fā)、提高氮肥利用效率的土壤氮素固持載體，并篩選得到了一種酶活性較高且降解速率較高的纖維素降解真菌，提高了還田秸稈降解速率，減少了氮肥施用量，有效實現(xiàn)了氮素源頭減負的目的。通過建設高強度預制聯(lián)鎖自嵌塊組成柔性護坡系統(tǒng)，利用岸坡、溝渠、河道凈化等生態(tài)資源，形成溝渠—多階濕地農田徑流氮磷攔截技術，強化了流失氮素的生態(tài)阻控和凈化，最終形成了一套“節(jié)氮—增效—控污”高度集約化農田氮污染控制技術體系。

以此為基礎，為確保氮素全過程控制過程的有效實施，課題組結合農田管理的實際需求構建了一套農田清潔種植管理模式，在應用“節(jié)氮—增效—控污”農田氮污染控制新技術的同時，進一步從管理上加強農田氮污染的入河控制，使得農田地表徑流最終進入河道的污染負荷有效降低。整套技術模式應用示范于許昌清潩河流域的石梁河小流域，覆蓋面積達5000畝。

“管”——以水質目標管理為核心的流域綜合管理

點、線、面源治理措施的推進，離不開一個“管”字，即以水環(huán)境質量改善為核心的水質目標管理。要做好水質目標管理，就要打破“一畝三分地”的思維定式，從多目標、多部門協(xié)同管理入手。

在對清潩河流域進行了深入、詳盡的調研后，在清潩河流域水文資料缺失的條件下，團隊利用耦合水動力水質模型構建了適用于北方小流域缺資料地區(qū)動態(tài)水環(huán)境容量核定技術，為流域實現(xiàn)動態(tài)水質目標管理提供了技術支撐，有利于促進流域水環(huán)境容量資源的優(yōu)化高效利用；基于協(xié)同理論和研究范式開展多目標多部門協(xié)同管理機制研究，豐富并完善了水環(huán)境協(xié)同管理機制內涵，構建了多部門協(xié)同管理框架；以水質目標管理為核心，集成動態(tài)環(huán)境容量核定、多部門協(xié)同管理框架等，構建形成以水環(huán)境質量改善為核心的多目標多部門協(xié)同管理技術體系，以期打破部門壁壘，促進部門間資源整合，通過發(fā)揮部門協(xié)同效力，推動清潩河流域的“聯(lián)動—響應—決策”動態(tài)管理，促進清潩河流域水環(huán)境質量提升與功能恢復。

目前，于魯冀帶領課題組正在凝練適用于小流域的水質目標管理技術指南，期望通過技術指南，為清潩河流域乃至同類型小流域水環(huán)境質量整體提升與功能恢復提供技術支持。

“山水林田湖是一個生命共同體”，“點—線—面—管”流域水環(huán)境綜合治理模式就是脫胎于此。它立足于北方地區(qū)的流域污染特征，要考慮流域水生態(tài)系統(tǒng)的整體性，統(tǒng)籌流域水資源、水環(huán)境和水生態(tài)，協(xié)同岸上和水中，既豐富完善了淮河項目水專項成果，推動清潩河煥然一新，也成為一個極具推廣性的成功示范模式。

矢志不渝，傾其全力致于環(huán)保

見到于魯冀時，正值他率隊進京匯報清潩河課題研究成果之一環(huán)境流量調控技術進展。“每出一個成果，都要組織相關權威專家來論證，從前期的過程中就來控制成果的質量以及是否具有示范性和推廣性等。”課題組成員梁亦欣這樣介紹于魯冀的要求。

嚴謹認真、精益求精，這是于魯冀的風格，也是清潩河課題研究團隊的作風。《清潩河課題管理辦法》出臺后，于魯冀鄭重告訴課題組每一位成員一定要嚴格執(zhí)行課題階段計劃與總結制度，各子課題每月向課題組提交當月總結和下月計劃，每季度向課題組匯報季度研究成果。“月總結、季匯報”，看起來麻煩，卻實打實地保障了課題的順利進行。路要走扎實，心要望長遠，如此，他們才能從清潩河課題一開始就放眼到“十三五”淮河項目和河南省及許昌市經濟社會發(fā)展戰(zhàn)略需求；也是如此，他們才能在多年的環(huán)保工作中坐住冷板凳，穩(wěn)步前行。

水環(huán)境管理及規(guī)劃，為河流變清護駕

于魯冀早年偏重于水體污染控制及環(huán)境影響評價研究，完成了多個國家級、省級重點項目水污染治理工程及環(huán)境影響評價等，逐漸形成了“致于環(huán)保、精于專業(yè)、勇于創(chuàng)新、誠于服務”的環(huán)保理念，為河南省環(huán)境保護工作做出了貢獻。期間，他逐漸認識到環(huán)境問題本身就是由發(fā)展而來的，是自然、社會、經濟多種系統(tǒng)相互作用形成的復合性問題，水環(huán)境污染也是如此，要治理必須堅持管、治結合多手段協(xié)同，而做好環(huán)境管理、環(huán)境經濟政策及環(huán)境規(guī)劃等的頂層設計是進行環(huán)境管理的最為有力的武器。

以此為核心，于魯冀帶領他的研究團隊主持完成了國家“十一五”“十二五”重大水專項政策主題生態(tài)補償、排污權有償使用子課題等一系列省部級環(huán)境經濟政策課題，在生態(tài)補償機制、總量預算管理、排污權有償使用等環(huán)境經濟政策方面取得了相關研究成果，受到地方政府的充分肯定，并在相關政府部門管理決策中得到應用。

同時，他的研究團隊緊跟河南省環(huán)保需求，作為主要的技術支撐團隊相繼完成了河南省“水十條”—河南省碧水工程行動計劃（水污染防治工作方案）、河南省“1+2+9”水污染防治攻堅方案中省轄淮河、海河、黃河和長江四大流域水污染防治攻堅方案的制定，完成了河南省轄海河、惠濟河、洪河等7項流域水污染物排放標準或技術規(guī)范，完成了河南省以及鄭州、許昌等“十三五”生態(tài)環(huán)境規(guī)劃、水污染防治規(guī)劃等50余項，開展了河南省流域水污染自動監(jiān)控管理系統(tǒng)決策分析等研究，為河南省水污染防治和水環(huán)境質量管理決策提供了技術支撐。

近年來，于魯冀帶領他的研究團隊所取得的研究成果，有力支撐了河南省水環(huán)境保護工作，多次受到河南省、市政府及環(huán)保部門的贊譽。先后獲得河南省科技進步獎二等獎1項、三等獎4項，獲河南省環(huán)境保護科技進步獎5項（一等獎3項）；出版專著4部，發(fā)表專業(yè)學術論文80余篇，獲得發(fā)明專利20余項。

流域水環(huán)境治理與修復，為河流變清治本

水生態(tài)修復與污染控制，也是于魯冀團隊的重要研究內容。多年來，他們所研究的生態(tài)基質、強化脫氮、環(huán)境流量調控等產品/技術在新密雙洎河濕地、長葛小洪河濕地、許昌清潩河整治等工程中得到了應用，產生了良好的生態(tài)效益。

于魯冀及其研究團隊

“十五”期間，于魯冀帶領團隊在雙洎河調研，看到兩岸遍布著136家規(guī)模不一的造紙廠。這些造紙廠所產生的廢水并非未經過污水設施處理，但尷尬的是，國家規(guī)定經過污水處理廠處理后排水的COD不能超過50毫克每升，可對河道最低要求卻是Ⅴ類水要達到40。這種落差要如何去消弭？于魯冀想了一個法子，就地利用河床做一個高效脫氮的生態(tài)濕地，作為工業(yè)排水匯入河道之前的“過濾器”。

人工濕地不是于魯冀團隊的原創(chuàng)，他們的最大貢獻在于將異位凈化變成了高效原位凈化。通俗地說，就是讓河水順著河道走的過程中“順便”進行強化凈化。但長時間截斷河水進行污水處理太不現(xiàn)實，河道中分段設置的凈化裝置截住水流時間太短，處理效果又不明顯。他們希望能夠通過強化生物作用來實現(xiàn)高效原位凈化，如構建復合懸浮生態(tài)島等原位凈化設施、開發(fā)新型高效脫氮生態(tài)基質、尋找具有高效凈化作用的微生物等，同時通過生態(tài)丁壩、深槽—淺灘等微生境改善技術實現(xiàn)河道局部環(huán)境的調整，以滿足生物生長所需，實現(xiàn)水生態(tài)環(huán)境發(fā)展的良性循環(huán)。

采訪中，于魯冀一再強調團隊，目前，他的團隊中擁有專職技術研究人員60余人，碩士以上學歷人員占70%，專業(yè)背景涉及環(huán)境經濟、環(huán)境工程、環(huán)境科學、生態(tài)學、水力學、地理信息等多種學科，形成了全方位、多層次、多渠道人才隊伍建設的格局，實現(xiàn)了優(yōu)秀人才與創(chuàng)新團隊的協(xié)調發(fā)展。

“科研人員孤軍奮戰(zhàn)的時代已經一去不復返了。”于魯冀深知這一點，在加強創(chuàng)新團隊建設的同時，他還積極與國內外交流合作，竭盡全力為團隊的成長創(chuàng)造更廣闊的空間，更好地去實踐他們共同的環(huán)保理想。