長江經濟帶“四位一體”水環境治理科技創新研究

馬回 李志萌

摘 要：為進一步完善水災害防治、水資源保障、水生態修復、水環境治理的“四位一體”長江大保護與水安全保障體系，文章通過梳理長江大保護與水安全領域的科技創新實踐成果與亟待突破的技術瓶頸，從加強基礎領域研究、突破“卡脖子”重大技術難點、構建新時期科技創新供給機制等方面提出相關建議，可為“十四五”時期進一步推動長江流域生態文明建設，實現高質量發展提供有價值的參考。

關鍵詞：長江經濟帶;四位一體;水環境治理;科技創新

中圖法分類號：X322? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.19679/j.cnki.cjjsjj.2021.0506

2020年11月，習近平總書記在全面推動長江經濟帶發展座談會上強調，要“加快突破一批關鍵核心技術”“提升原始創新能力和水平”。推動長江經濟帶高質量發展，科技創新正是不可或缺的動力源泉和重要保障。近年來，長江流域探求科學治水路徑，努力保障水生態安全，取得了較好的成績，但仍面臨諸多問題，特別是重大技術問題亟待解決。需要加大長江大保護和水安全保障的科技創新，完善科技創新體制機制，緊密圍繞提升流域水資源保障水平、水環境治理現代化程度、水生態健康狀況、水災害防治能力，構建“四位一體”的長江大保護與水安全保障體系，以推動長江流域生態文明建設。

1? ?研究現狀

水是生命之源，治理水污染、保護水環境事關人民群眾切身利益，事關國計民生。隨著社會經濟的快速發展，越來越多的高新技術手段運用于水資源保護、水環境治理、水生態修復和水災害防治的各個方面，成為新時期推進流域水環境治理體系和治理能力現代化的重要舉措。

在水資源保護方面，為提高水資源效率，Solmes（2009）提出節水管理的資源需求側目標和供給側目標，以提高用水效率;為實現節水利用，Hussain（2017）為水資源開發利用設計了節水灌溉模型;殷阿娜等人（2017）設計構建了水生態環境與經濟、社會協同發展的創新模型，有效測算京津冀水生態環境綠色發展效率。許繼軍等人（2020）對標新時期長江大保護和長江經濟帶高質量發展的新要求，認為長江經濟帶在水資源利用方面還存在用水方式粗放、廢污水排放嚴重、水生生物多樣性降低等嚴峻問題，并基于流域水系的整體性和系統性，提出針對水環境惡化、水生態損害、水資源短缺和水旱災害治理的“四水共治”構想。

在水環境治理方面，Oitabi（2017）提出針對科威特等世界干旱地區，可以采取淡水回灌技術來有效緩解季節性缺水問題。Liu（2018）通過設計可視化框架，將使現有水安全管理平臺的自動化水平和應急響應效率有效提高。高復陽（2019）提出建立完善長江水生態環境保護“五統一”機制，即通過統一規劃、標準、監測、執法、調度來預防并且治理長江經濟帶水污染問題。楊桂山等人（2020）在系統分析長江經濟帶面臨的水環境和大氣污染基礎上，建議率先實行水質目標管理，持續實施綠色生態保障工程。成長春等人（2021）基于協調性均衡發展理論，從城市群協同聯動的角度提出促進長江經濟帶綠色發展的相關建議。

在水生態環境修復方面，Martin（2008）等人對德國西部河流流域進行生態經濟研究，建立地理信息的計量模型以及流域空間決策系統。Benson D（2012）等人研究了流域經濟發展與資源利用的可持續性。楊冕、王銀（2018）運用地理學時空分析與GIS可視化方法，模擬不同省份地區生態修復規劃計劃。謝瑩（2019）基于CLUE-S模型模擬了重慶市土地利用情況，并提出優化發展方案。王金南等人（2020）認為，應當采取差異化的保護修復措施，運用大數據、云計算等技術手段，進一步明確長江干流、重要支流和湖泊的水源涵養區域范圍，規劃珍稀瀕危水生生物的休養生息周期。

在水災害防治方面，張正濤（2015）通過構建評價指標體系，對長江流域水文站30年實測數據進行測算，將洪水災害風險進行重現。Hollie等人（2016）以華盛頓州金縣綠河堤防工程為研究對象，設計了堤防快速評價方法，并對當前防汛指導系統提出了更新建議。Pinter等人（2016）構建了堤防殘余風險分析系統，并設計了堤防防護漫灘區二維柵格洪水模型。吳興征等人（2017）采用Monte Carlo法設計了斜墻式堤防。陳曜等（2018）基于四川省近30年洪水災害數據資料，構建了洪水災區損害預估模型。李德寶（2018）以GIS、GDP、PS為基礎平臺，構建水災害事件防控系統。殷杰等（2020）以上海黃浦江為研究對象，模擬黃浦江防汛墻潰堤情況，并利用Prob-2b模型構建黃浦江汛期洪水危險性評價模型。

2? 水環境治理科技創新成效

近年來，長江經濟帶沿江各省市積極貫徹落實“共抓大保護、不搞大開發”要求，圍繞“四水共治”，形成了“四位一體”的水環境治理科技創新，在推動長江經濟帶生態環境持續改善的同時，許多技術領域也實現了重大突破。

2.1? 水資源監管水平持續提升，節水用水效率有效提高

明確提出水資源開發利用控制、用水效率控制和水功能區限制納污“三條紅線”的主要目標;完成長江流域重要水功能區劃分，成果已列入《全國重要江河湖泊水功能區劃（2011-2030年）》;充分利用南水北調工程，發揮工業用水、城市用水和生態用水的戰略作用;以提高用水效率為核心，主推節約用水技術，大力推進長江流域節水型社會建設;持續加快水利工程現代化建設，逐步建立起以防滲渠道和管道為主的輸水工程體系;改造傳統農業灌溉過程，結合當地灌溉情況調整節水措施，優化灌溉方式，有效緩解當地水資源短缺狀況;加強工業領域節水，促進重點行業用水達到先進定額標準，淘汰高耗水工藝、技術和設備等（詳見表1）。

2.2? 水環境風險嚴格管控，重點行業污染有效遏制

集成水環境風險評估與預警的關鍵技術和應用成果，建立了成套水環境風險管理技術體系，包括風險識別、風險評估、風險預警、風險管控、損害鑒定評估等;開發出重點行業污染防治最佳可行技術，形成了污染防治可行技術指南;建立水污染防治最佳可行技術評估指標體系，提出了重點行業污染防治BAT評估、驗證與集成方法和技術體系（詳見表2）。

2.3? 水生態功能逐漸恢復，生物多樣性有效保護

強化受擾水域生境保護與修復，采取國土整治、植被恢復、岸線修復等措施，實施綜合修復治理，逐步恢復相應生態系統功能;針對關鍵物種棲息地，主要通過修建生態廊道，建設生物島，對生物棲息地進行特殊保護等技術手段，營造良好的生物棲息環境;結合重要生態系統保護修復工程對珍稀瀕危動植物進行封育保護，帶動生態空間整體保護修復（詳見表3）。

2.4? 水災害防治統籌謀劃，科技化、現代化水平有效提升

以重點工程為抓手，實施山洪災害調查評價，加強山洪災害監測預警、風險評估、治理技術等工作;優化重點中小河流治理，使治理河段基本達到國家防洪標準;開展了長江流域水工程綜合調度系統建設，強化流域聯合調度管理水平。提升整體防洪排澇能力，完善了岷江、嘉陵江、漢江、湘資沅澧四水、贛撫信饒修五河等主要支流及洞庭湖、鄱陽湖區重點圩垸堤防的建設，優化了洞庭湖區、江漢平原區、鄱陽湖區等重點澇區排澇、蓄澇工程建設。構建現代化防洪減災體系，當前，長江流域已基本形成了以堤防為基礎、上游控制性水庫為骨干，其他干支流水庫、蓄滯洪區、河道整治工程及防洪非工程措施相配套的綜合防洪技術體系（詳見表4）。

3水環境治理科技創新的瓶頸

隨著我國經濟從高速增長向高質量增長的轉變，創新驅動已成為我國經濟發展戰略的核心。長江經濟帶建設作為我國新的歷史時期重點實施的重要任務，其水環境治理領域科技創新仍面臨能力不足和不均衡的問題，嚴重影響了科技創新發揮在推動長江經濟帶高質量發展中的關鍵性作用。

3.1? 節水、用水整體效率不高

當前長江流域水資源利用方式和技術還較為粗放，節水管理與節水技術還比較落后，用水浪費現象仍較嚴重。截至2018年底，長江流域人均綜合用水量449m3，萬元國內生產總值（當年價）用水量64m3，萬元工業增加值（當年價）用水量62.3m3，為全國平均水平的1.5倍;城鎮人均生活用水量261L/d，農村居民人均生活用水量96L/d，農田灌溉畝均用水量418m3，超過全國平均水平10%，長江流域整體的節水管理與節水技術還比較落后。

3.2? 污染物處理技術存在短板

近年來，雖然長江流域水質環境得到有效改善，首要超標污染物總磷的濃度下降明顯，但水華現象并未徹底根治，且水體中仍有大量未被列入水質評價體系的非常規指標物質，對于這類物質的處理技術尚不成熟，其對飲用水安全、水生生物保護依然存在巨大潛在威脅。據相關調查顯示，長江流域內化學品生產的六大行業主要涉及230種有毒有害污染物，包括內分泌干擾物（約60種）、持久性生物累積性有毒污染物（PBT）、強持久性高生物累積性有毒污染物（vPvB）（約90種）、突發環境事件高發類化學品（30多種）和重金屬（30種）。不僅如此，高強度開發建設和高密度人口產業布局給長江流域污染治理造成了巨大干擾，部分傳統產業承載了重要的就業民生，經濟發展與資源消耗及污染排放等行為現有技術條件下并未完全脫鉤。截至2018年底，長江流域工業、建筑業、第三產業和城鎮生活廢污水排放量達344.1億t，流域內Ⅲ類以上河長占比為88.2%;上海、南京、武漢、重慶等主要城市江（河）段近岸水域仍存在污染帶。

3.3? 流域生境破壞難以逆轉

一方面，水利工程不可避免改變流域生境。隨著水利水電工程的大規模投入，長江全流域被大壩阻隔成許多片段，不可避免地影響魚類洄游，導致其自然產卵生境受損;同時，水電梯級開發還會造成激流生境銳減，流水性魚類棲息生境永久性消失，產卵期延遲，如“四大家魚”的自然繁殖期就推遲20多天，且繁殖規模銳減。另一方面，部分水生態系統退化速度遠超修復速度。以鄱陽湖為例，枯水期水位迅速下降，水面縮小、洲灘出露面積增加，洲灘較高處濕地退化為草甸;湖區魚類資源量較20世紀80年代以前劇減70%以上，經濟魚類種群呈現低齡化、小型化等現象。

3.4? 防洪排澇技術問題突出

支流及湖泊堤防防洪能力不足。長江流域片中小河流數量眾多，分布面廣，防洪基礎設施十分薄弱，大部分流域面積200km2以下的農村河流尚未得到有效治理，多處于不設防狀態，仍處于“大雨大災、小雨小災”的局面。2020年，長江上游干流及支流岷江、沱江、嘉陵江、涪江均發生超保洪水，中下游干流石首以下江段及洞庭湖、鄱陽湖全線超警，其中中游干流監利至蓮花塘江段、洞庭湖超保，南京江段、巢湖、滁河均超歷史水位。

城市防洪和圩區排澇問題突出。截至2020年6月底，流域內城市洪澇災害直接經濟損失已達241億元，其中，上海、重慶、廣州、深圳、萍鄉、上饒等多個大中城市因排水能力不足而不同程度受淹，城市生產生活受到嚴重影響。同時，河湖水系連通不暢，湖泊調蓄能力下降，特別是長江中下游圩區地勢低洼，現狀排澇能力嚴重不足，造成洪澇水無法及時排出，洪水位高居不下，“關門淹”情況十分突出。

防洪社會化管理薄弱環節依然突出。一是河道崩岸綜合治理不足。據不完全統計，長江干流河道有約840km崩岸險段，迫切需要加固除險、綜合治理。二是病險水庫影響防洪安全。目前，長江流域仍有一定數量的水庫帶病運行，完成除險加固的水庫正經受嚴峻汛情的考驗。三是基層防汛預警系統不健全。山洪地質災害監測預警系統覆蓋程度需進一步提高，縣鄉級防汛預報預警體系和信息平臺尚不完善，預報預警的及時性、準確性仍然不足;小型水庫缺乏防汛通信預警設備，60%以上的小型水庫缺少水雨情自動監測預警系統，部分小型水庫無對外通信信道;利用網絡、廣播、電視等媒介向公眾發布預警信息有限，洪水風險圖編制僅限重點地區，風險圖還沒有實現向社會公開。

4? 對策與建議

長江水生態環境健康狀況事關中華民族永續發展的大局，必須堅持以問題為導向，以“一盤棋”思想從總體上進行謀劃，緊密圍繞提升流域水資源保障水平、水治理現代化程度、水生態環境健康狀況、水災害防治能力，構建“四位一體”的長江大保護與水安全科技與機制創新體系。

4.1? 加強前沿基礎研究力度

一是以新時期長江大保護和水安全重大科技需求為導向謀劃頂層設計。從國家層面明確目標和任務，找準突破口和發力點，提前謀劃重大問題研究。以長江水質目標為例，《長江經濟帶發展規劃綱要》和《長江保護修復攻堅戰行動計劃》分別對2020年長江流域水質優良率（達到或優于Ⅲ類）提出了目標要求，應在此基礎上，結合長江流域水安全工作實際情況，盡快出臺“十四五”時期長江流域水質發展目標，為切實提高長江治理的精準性和有效性提供科學基礎。二是加強對長江流域區域性環境問題成因研究，并總結其時空演變規律。從流域整體的角度，綜合生態系統、污染物、物質交換等多要素、多介質、多過程的相互影響，構建科學合理、可操作的調控機制。

4.2? 突破“卡脖子”重大技術瓶頸

系統梳理長江大保護和水安全“卡脖子”技術短板，聚焦水資源節約利用與優化配置、水生態環境保護、流域綜合管理、環境污染監測、控制性工程聯合調度、防洪抗旱減災等領域，廣泛拓展研究渠道，強化模型、設備、裝備等核心元器件自主研發，突破在設計、生產、應用等環節的技術瓶頸;加強重大科技成果梳理與凝練，組織“水利部公益性行業科研專項”“水利部‘948計劃項目”“水利部科技推廣項目”“國家科技部支持項目”等成果推廣和應用;在“十四五”國家科技創新規劃中，設立國家重點研發計劃“長江大保護和水安全重點專項”，鼓勵申報“流域水安全”國家重大科技專項、長江水科學研究聯合基金、國家水利部專項等重大項目。

4.3? 構建新時期科技創新供給機制

一是不斷完善科技創新平臺體系。圍繞長江流域科技創新能力提升，加強流域內國家級創新平臺、省部級創新平臺、大數據平臺等建設與布局優化，鼓勵大數據、5G網絡、人工智能等高新技術在水環境治理、水生態保護與修復、生態水道等長江大保護重點領域的應用。

二是充分發揮國家制度和治理體系優勢。堅持全國一盤棋，充分發揮“集中力量辦大事”的國家制度和治理體系優勢，加強統籌協調，集中力量抓重大、尖端、高新技術攻關，加快形成以國家戰略需求為導向、以重大產出為目標、職責權利清晰的科技資源配置模式，實現科技資源優化配置。

三是持續加大科技創新支持力度。依托國家重大生態環保行動，加大“十四五”期間針對長江大保護和水安全相關的重大科技項目設立。如依托碧水藍天凈土保衛戰，設立長江流域水生態環境保護與修復重大科技項目;依托飲用水水源地排查整治行動，設立長江流域重點水源地土壤與地下水污染風險管控與修復重大科技項目等。根據長江流域生態環境治理能力現代化要求，建立長江大保護和水安全科技示范區。如為提升生態安全和生物多樣性保護水平，建立長江流域生態系統保護修復與生態空間智慧監管示范區等。此外，還應優化財政科技投入結構，每年按一定比例劃撥支持長江大保護和水安全科技創新，并逐漸增加。

4.4? 鼓勵企業利用科技成果轉化落地

企業是科技和經濟緊密結合的重要力量，應該成為技術創新決策、研發投入、科研組織、成果轉化的主體。要制定和落實鼓勵企業在長江大保護和水安全領域技術創新的各項政策，強化企業創新倒逼機制，引導企業加快發展研發力量。要加快完善水生態相關科技成果使用、處置、收益管理制度，發揮市場在資源配置中的決定性作用，形成推動長江大保護和水安全科技創新強大合力。要培育壯大流域生態環保產業，支持依托生態環保企業建設國家技術創新中心，培育有國際影響力的行業領軍企業。

5? 結語

經過多年的實踐與探索，長江經濟帶在水資源保障、水環境治理、水生態修復、水災害防治等方面已有了大量科技創新的成果，并取得了許多可喜的成效。而隨著長江流域經濟社會的飛速發展，長江流域水生態環境保護的發展形勢也在發生深刻變化。為更好地發揮科技創新對長江大保護和水安全的支撐引領作用，沿江省市必須不斷加大前沿基礎研究力度，突破“卡脖子”重大技術瓶頸，促進新時期科技創新供給，鼓勵更多科技成果轉化落地，為長江大保護與水安全事業提供更好更高質量的技術保障。

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"Four in One" Water Environment Treatment in the Yangtze River Economic Zone

Science and Technology Innovation Research

Ma Hui? Li Zhimeng

（Jiangxi Academy of Social Sciences，Nanchang 330077，China）

Abstract：In order to further improve the prevention and control of water disasters，water resources protection，water ecological restoration，and water environment governance，the "four-in-one" Yangtze River protection and water safety guarantee system has been formed. Innovative practice results and technical bottlenecks that need to be broken through，and relevant suggestions are put forward in terms of strengthening basic research，breaking through the major technical difficulties of "stuck necks"，and building a new era of scientific and technological innovation supply mechanism，which will further promote the ecology of the Yangtze River Basin during the "14th Five-Year Plan" period. Civilization construction and achieving high-quality development are of great significance.

Keywords：Yangtze River Economic Belt;Four in One;Water Environment Governance;Technological Innovation