5.3.2“十二五”水专项的四大技术体系与实践
“十二五”期间研发40项关键技术，形成4大板块技术集成体系：高原湖泊污染源系统（城市—农村—农业—泥藻）减排集成技术、高原重污染湖泊草型清水生态修复集成技术、 “湖体—水系—流域—区域”水资源四级优化配置集成技术、水环境综合管理支撑集成技术，形成标准、规范指南29项，作为云南省地方发布的标准3项；已授权专利59项，其中发明专利27项；获得软件著作权36项；发表论文专著373篇（部）。
图5-9 四大版块的高原重污染湖泊富营养化治理技术（见彩图17）
（1）高原湖泊污染源系统（城市—农村—农业—泥藻）减排集成技术
①突破点、面源联合高效截污技术
A.揭示了城中村明渠、分流制雨水管、合流制主干管及支管的具有初期冲刷效应，探明电导率与初期雨水营养物氨氮、TN具有快速响应显著线性关系，研发了可实现任意时间点位截流的初期雨水高效截流技术并完成标准化高效截流构筑物设计，优于《室外排水设计规范》推荐的“跳跃堰” “溢流堰”截污效率6%～21%。通过15年降雨模型研究，探明采用区域多点不同TN阈值和区域多点相同TN阈值的初期雨水截流效率基本一致，不同的截流目标，不同降雨重现期，同一阈值确定的高效截流井阀门关闭顺序相同，从而片区众多截流井可以优化为首末两座监控截流井，降低了环湖高效截流井数量，一方面提高了智能化控制平台内置模型的运算速度，减少模型运算时间，使得实时快速截流得以实现，另一方面，投资降低，使其具有工程化推广价值。
B.基于城市雨水干管管长与出口各污染物指标浓度峰出现时间相关性显著、管道出口水质水量峰值存在时间差的汇流特征，研发了以TN、SS污染物浓度阈值/干渠液位—污染物通量联合控制调蓄的环湖截污干渠水质水量双错峰/削峰高效截流技术。在设计降雨重现期，雨水干渠水量削峰11%～15%，各污染物指标截留率提高20%～88%，干渠出口浓度平均提高10%～30%。应用CFD（计算流体力学）优化构筑物设计，开发了适宜工程推广应用和干渠配套的旋流式弃流/截流雨污切换井标准化设施。
C.针对农村面源污水来源于农村生活污水、垃圾、回归水、设施农业大棚水，探明滇池农村面源雨季沟渠具有一定的初期效应，旱雨季各沟渠浓度排序具有较高的相似性。在不同降雨重现期下，各污染物累积平均浓度最大值均出现在径流产生的80～120min，由于下垫面及区域经济活动不同，沟渠之间水质差异大，在旱雨季各沟渠浓度排序具有较高的相似性，研发了基于旱雨季序位优先与液位—时间控制耦合的农村面源电控调流阀高效截留技术。在示范区各污染累积负荷截留率均高于水量负荷2%～15%。
D.针对“粗放式”截污导致的洛龙河污水处理厂、混合污水净化厂进水浓度低，碳源严重不足，难处理的技术难点，提出雨污水厂多因子综合调控达标方案，采用丹麦DHI公司west软件模拟优化，研发了以生物池污泥浓度、好氧区溶解氧浓度、混合液回流比、污泥回流比、预缺氧区和缺氧区污泥分配比、化学除磷六项因子综合调控技术，获得优化运行调控参数。通过连续6个月的第三方监测，污水厂、混合污水净化厂的处理规模均大于1万m³/d，达到业务化运行，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）的一级A标。
②提出滇池不同区域内截污治污体系联合运行优化调度实施方案
针对汇水区超设计区约一倍的“粗放式”截污及传统“抽清（水）排污（水）”灌溉模式，编制完成滇池不同区域内截污治污体系联合运行优化调度实施方案，提出近期“完善截污层次、利用近远期干渠设计不同径流量余量、二次分流、提质入渠”方案，中远期应用课题研发的全体系滇池环湖截污治污联合应用技术，以海绵城市建设为抓手降低径流，通过智能化控制平台调度，实施“精细化截污”、二次分流，提升工程设计截留目标。编制完成的《滇池环湖截污治污体系联合应用技术指南》被地方政府采纳，解决工程规划设计城市雨水高效截流、农村农业污水的高效截流、环湖截污干渠水质水量双错峰高效截流、智能化控制平台的技术集成及运行控制、工程目标的模型验证、低污染水交互运行设计等技术难点。
③开发完成混合污水截污工程优化设计规划软件包
可分别适用于规划和设计尺度的高效智能混合污水截污工程优化设计规划软件包，为云南其他高原湖泊和国内类似湖泊环湖截污规划设计积累经验和提供设计方法，解决了环湖截污工程规划设计最优化方案海选，提高设计水平及效率，形成环湖截污优化设计方法，该软件包内置应用于优化调控智能化控制平台。
④构建都市农业面源污染防控技术体系
A.提出大面积连片、多类型种植业镶嵌的农田面源控污减排技术模式，研发和集成了农田水肥联控一体化、减污种植、农田径流收集与再利用等综合防控手段。根据滇池流域连片农田的地形、作物布局、灌排系统和面源污染物产生输移特点，将大面积连片农田按自然径流分成不同的小汇水区；以小汇水区为控制单元研发“减肥节水—集水控蚀—蓄废削污”面源污染削减和控制手段，实现汇水区内面源污染源头削减和输出过程阻断及拦截，显著降低连片农田面源污染负荷输出强度。重点通过如下两个技术环节进行整合：
a.通过农田水肥联控一体化降低农田化肥使用量和营养污染输出量。研发兼顾土壤调理和控制氮流失功能的生物炭基尿素及分层包膜技术，提高氮肥使用效率、减少使用量；针对流域富磷区的特点，通过筛选获得的高效解磷真菌草酸青霉菌株（Penicillium oxalicum Mo-Po）研发解磷微肥，显著降低磷肥的使用量；通过水肥一体化同步解决作物生长的水肥需求，减少化肥用量和漫灌引起的污染输出。
b.在农田减污种植中削减生产过程的营养物质产生量和输出量。通过扩大露地蔬菜生产大田覆盖，收集自然降水并利用节水措施进行补灌，这种露地农田集水控蚀种植技术，既有效减少了径流和污染物的输出，又缓解农田生产中的阶段性干旱；针对设施农田，主要根据作物不同生育期的需水和需肥规律进行水肥调控，确定作物各生育期最适肥料品种（缓释肥、控释肥、水溶性复合肥）及肥料精确施用数量与方法，通过这种节水减肥种植技术显著降低花卉蔬菜的农田水肥用量。还针对不同农田随径流排放污染物的特点，开发出坡耕地径流污染拦蓄与资源化利用技术和农田废水收集与再处理技术。
c.建立综合示范区面积达到13000亩，其中建设生态渠道15580m，生态集水潭77个，集水窖390个，田间堆沤池450个，改善了农田基础设施条件，并为多项技术的集成应用创造了支撑条件。第三方监测与农户调查结果表明：该技术体系在示范区的应用中，面源污染CODcr、TN、TP去除率为39%、56%、72%，农业废弃物资源化和无害化处理利用率达到92.5%以上，农田水土资源的综合利用效率提高26%，降低肥料施用量25%～35%，提高蔬菜产量35%～78%，农田综合收益提高15%。
B.突破了立体配置、种养结合、水肥封闭循环利用等关键环节，构建了光热水肥高效利用、高收益少排放的都市农业污染防控新模式。
a.针对苗圃基地，在固土控蚀立体复合种植模式的基础上，以集水控污和节肥省药减污为关键，构建成纳污消污的都市苗圃降污少排放技术；筛选不同种属的苗圃植物，调整苗圃物种布局，形成立体、带状交错和镶嵌结构，提高都市苗圃水肥利用效率，有效防治苗圃病虫害；增强地表覆被，增加降雨截留、入渗，减少水土流失；采用暴雨径流收集与节灌组合，配置完善的排水系统，将径流引入生态沟渠沟至生物塘（蓄水池），对收集的径流进行处理和回用。
b.针对都市果园，按照果园土壤的养分空间变异特点、土壤养分的供给规律以及果园生长期间的养分需求特性，在充分考虑利用葡萄园光热资源和水资源的基础上，构建面源防控立体复合种植模式（间套白菜；间套欧洲茴香；间套黑麦草；间套草莓；间套西葫芦）、高效施肥减污技术和病虫害多种防控策略，构建都市果园降污少排放技术。
c.构建新型都市农业及其面源污染零排放模式。立体化空间布局，上下层分别进行种植养殖，通过各生产环节可控、养分和水分封闭循环，除植物蒸腾作用的耗水外，不向系统外排放任何污水，实现真正意义上的“全拦截、无渗漏、零排放”。以上技术综合应用后，示范大棚内减污少排成套技术使肥料施用量减少35%以上，设施农田径流TN、TP、NH4+-N、CODcr分别降低41.14%、40.47%、43.21%、36.3%。
C.突破了浅层地下水和地表水净化、污染削减型植物群落构建等技术手段，形成了削减湖滨退耕区土壤存量污染的群落构建技术模式。
以解决退耕区土壤氮磷高残留、流失直接入湖问题为核心，以构筑湖滨面源污染最后防线为重点，开发了湖滨退耕区浅层地下水净化、地表水净化、污染削减型植物群落构建等关键技术，主要包括：一是通过整地缩短坡长，降低暴雨径流冲刷；二是遵循湖岸植被演替和分布规律采用“乔—灌—草”结构修复植被，促进植物群落自我恢复演替；三是选择优先采用乡土树种，将草本植物作为先锋植物优先引入促进自然恢复演替；四是优化沟渠塘系统，对径流、浅层地下水和地表水进行汇集和净化后入湖。良好的结构设计和物种配置，可以在一年内全面绿化，径流污染物总氮浓度降低35%以上，总磷25%以上。
对以上技术集成整装，进行了2个示范工程，其中在海东片区690亩，径流中单位面积污染物输出量COD，TP，TN分别降低85.04%、92.1%、90.4%；捞鱼河片区控制面积3000亩，径流中单位面积污染物输出量COD、TP、TN分别降低85.4%、74.1%、79.8%。捞鱼河沟渠塘系统连测6个月进出水水质COD去除率41.2％，TN去除率为65.6%，TP去除率为42.9%。
D.突破了封山育林与植被优化、造林困难地区植被重建、垦殖区农—林—草复合群落构建、 “五采区”及其废弃地生态防护等关键环节研发面山植被恢复、源流系统优化、水土流失削减等防控手段，形成了山地水源涵养与生态修复模式。
面山虽然单位面积污染强度低，但面山范围大，成为面源污染不可忽视的重要区域。按照涵养水源、减少侵蚀、降低污染的思路开展工作：对于具有通过次生演替可以进行恢复的山地，以封山育林作为主要措施；对立地条件优良的区域进行林分改造、植被优化，提高水源涵养能力；对造林困难地带，采取人工重建植被措施；对“五采区”，采取地形改造和植被恢复工程措施；对垦殖区，采取农—林—草复合群落构建技术措施；对冲沟采取拦沙、沉淀措施。开发了“面山造林困难地植被重建技术” “废弃采石场高陡边坡固土与植物配置技术” “梯级净水过滤技术”等技术。
通过多措并举，逐级控制，对以上技术集成应用，实施了示范工程10596亩，削减地表径流量5.73×104m3，削减COD量11.17t，削减TN量0.81t，削减TP量0.23t。面山生态修复示范区植物覆盖率提高39.54%，水源涵养能力提高37.16%，TN、TP、COD输出量分别降低37.79%、30.61%、31.72%。
E.提出了以小流域（汇水区）为单元，并根据水资源优化配置、水质优化提升进行整体设计，为滇池流域都市清洁农业和水源涵养林保护的长效运行管理提供了方案保障。
滇池流域的地貌可分为山地、台地和湖滨，相应地在土地利用和生产功能上分别形成了山地水源涵养区、台地过渡区、湖滨退耕区，其中面积最大是山地区，面积为占全流域面积的52％；其次为台地，占流域面积的26.1％，湖滨占流域面积的11.40％。台地区农业已基本转变为设施农业，复种指数由前几年的4～5茬已上升到7～8茬。部分农田由种植粮食作物转变成为种植果树、苗木。湖滨区退耕后改为湖滨湿地，坡耕地正在转变成为设施农业区。还出现了观光农业、休闲农业等新型农业。面源污染的区域分布、污染强度、污染类型出现了新的变化。
滇池流域面源污染控制，需要针对不同圈层，制定不同的对策，针对不同的土地利用方式，需要采取不同的措施。根据新形势下流域农田及面山污染特征与水源涵养能力，针对农田及面山污染防控与水源涵养林分区恢复和污染防控，提出“结构减污、源头控制、过程削减、循环利用”的流域农田面源污染整体优化防控的技术体系和路线图，着重根据不同区域承担的生态功能及其面临的问题进行技术布设，着重围绕源强削减、过程控制、汇水改善进行技术链接，着重按照不同区域农田和山地生态特征进行技术整装，实现小流域及汇水区面源污染整体化综合解决。
围绕经济效益、环境效益和水资源占有三个方面对滇池流域种植业、养殖业、农产品加工业、休闲观光农业四大类别13种农业发展的适宜性进行了评价分析，针对不同地带的农业的综合效能提出了发展建议，为流域农业结构调整提出了具体思路。围绕形成防控技术体系，分析技术实现的支撑条件，初步完成了覆盖滇池流域农田和面山面源污染防控的系列技术规程或导则（草案），开发形成了面向管理者、管理对象的APP网络应用平台，编写了《滇池流域都市清洁农业和水源涵养林保护的长效运行管理方案》。
⑤提出《滇池流域都市清洁农业和水源涵养林保护的长效运行管理方案》
从流域安全的角度，构建了滇池流域环境安全管理策略及综合监管体制和机制，从法律法规体系法律法规体系、农业产业政策、土地政策体系、农业—环境管理体系、激励机制，以及社会支持政策体系等6方面支撑滇池流域农业面源污染控制的长效监管。
⑥提出4项农业面源污染治理技术规范
完成《滇池流域大田肥料科学施用指南（初稿）》《滇池流域生物碳基尿素科学施用指南（初稿）》《设施农业面源污染防控少排放技术规程（初稿）》《滇池流域面山次生林植物群落构建技术规范（初稿）》，为推广应用提供技术支撑。
⑦提出高原重污染河流清水修复技术模式.
针对河流城区、城郊及河口不同区段存在的雨污溢流污染、冲击性面源污染、回补水低污染等问题，集成稳定固相反硝化脱氮技术、城郊冲击性负荷雨季联动调蓄和旱季旁路净化技术、城区“三面光”河道沿程沿岸拦截减污技术、河口旁路沟—塘—表湿地净化技术等，构建了城郊城区及河口全过程减污及清水修复治理技术体系。
图5-10 高原重污染河流清水修复技术体系
A.稳定经济的固相反硝化脱氮材料及成套关键技术，固相反硝化工艺是将液体碳源反硝化工艺中的惰性载体换为了水不溶性可生物降解生物质碳源。将生物质固相碳源与水处理技术相结合，利用固相反硝化原理将生物质碳源引入生态工程，如多级土壤渗滤系统（Multi soil layering system，MSL系统）、人工湿地系统，来强化水处理技术单元的脱氮效率，是水处理技术的一次重大突破，可有效降低受污染河流、景观水环境、污水处理厂尾水的氮素指标以及水质的综合改善。与传统的异养反硝化不同的是，研发的固相碳源既为反硝化微生物的附着载体，同时又可以在微生物酶的作用下进行生物降解，为反硝化作用提供碳源。该项技术研发的核心瓶颈与技术难点是研发技术、经济可行的新型固相碳源以及适宜于不同污染水质特征对象的净化工艺，以及要从固相碳源材料研发与水处理单元工艺两个方面进行优化调控研究。
图5-11 固相反硝化碳源开发、脱氮原理示意图（见彩图18）
B.城郊型旱季旁路净化和雨季调蓄治理冲击性负荷集成关键技术，滇池流域旱雨季明显，流域内截污管道设置截流倍数，在一定雨水强度下会产生雨污水溢流的情况。针对雨污溢流排水的产生量、输汇特征以及高氮磷、有机污染相对较低的水质特征开展本技术研究。利用溢流口附近的有效空间，包括河道堤岸、绿化带、低洼塘等，建设调蓄沉淀、强化脱氮除磷的生态净化工程，如人工湿地处理系统、改良型多级土壤渗滤系统、人工快渗系统、生物塘系统等。通过生态净化工程的调蓄、拦截、净化作用，减少了溢流口黑水直接进入河道，确保了雨季河流水质在多数的降雨情况下，依旧可以达标。本技术首次采用湿地、调蓄池、管网和污水处理厂进行联动，可对滇池流域雨季75%的降雨情况下产生的入河雨污溢流冲击负荷进行有效控制和削减，并能够在旱季对上游来水进行水质改善。
图5-12 湿地—调蓄池—管网—污水厂联运示意与示范工程的位置、实景图（见彩图19）
C.城市型河流沿岸拦截及沿程减污集成关键技术，城市区段的河流都存在生态空间被挤占、河床修建三面光、自然生物群落遭破坏、水体受到不同程度的污染等情况。本技术利用河岸狭窄空间和河床空间，对不健康的河道生态系统进行治理，技术主体包括沿岸立体拦截技术和沿程梯级减污净化技术。沿岸立体拦截的作用是充分利用河岸的所有空间，包括道路边的绿化表层空间、河道的缓坡驳岸空间、河岸的下层空间，以及硬化直立驳岸空间，并结合适宜的岸带拦截技术最大程度的减少污染物入河；沿程梯级减污是利用河床空间并结合适宜的三面光河床生境改造技术，提升河道的自净能力使得污染物浓度在河床内逐步降低。因城区河道位于人口密集区，具有较高的社会环境影响，对区域景观具有更高的需求。因此，本技术体系不但注重了河道治理工程与自然环境的协调性，而且也注重了与社会环境、区域景观的协调性。
图5-13 城区段沿岸沿程减污情况（见彩图20）
D.河口沟—塘—表生态湿地构建技术，滇池流域旱季、雨季河流水量差异显著，旱季水质水量较为稳定，为确保入湖河流水质达标需要强化脱氮；雨季在降雨的影响下，导致河水水量增大，形成冲击性负荷，造成短时大量污染负荷入湖，需要挖掘河口空间进行滞留调蓄。河口湿地是河流入湖的最后一道生态屏障，以河口及湖滨滩涂等为治理空间，针对入湖河流旱季和雨季不同水质特征，提出人工强化的湿地构建技术。利用河口“四退三还”的空间，构建河口调蓄滞留净化区，组合集成生态沟渠—生态塘库—湿地—土壤渗滤等相关的生态工程技术，优化提升其净化效率，开发形成集滞洪调蓄、高效净化、生态恢复、适度景观等多重功能于一体的生态工程集成技术。
图5-14 湿地示范工程情况（见彩图21）
⑧提出3项重污染河流清水修复技术规范
《高原湖泊城市河道初期雨水拦截技术规范》（DB 53/T 950—2019）、 《高原湖泊入湖河流旁路治理技术规范》（DB 53/T 951—2019）和《云南省高原湖泊主要水生生物类群采样及观测技术规范》（DB 53/T 952—2019）已由云南省质量技术监督局以云南省地方标准的形式发布，为云南省河道治理的设计、管理与维护提供技术支撑。
⑨形成高原重污染浅水湖泊内负荷综合控制集成技术
图5-15 高原重污染湖泊内负荷综合控制技术体系（见彩图22）
A.突破了典型水域蓝藻拦截导流高效富集技术，该技术通过消浪—滞藻—阻隔—导流—富集等技术环节，突破了水华早期控制和暴发后高效富集技术瓶颈，实现了富营养化水体藻华聚集区和生态敏感区等典型水域藻类高效富集的目的，大大提升了藻源内负荷控制效率，对控制藻源内负荷发挥了关键作用。(https://www.daowen.com)
该关键技术由漂浮植物安全控养减污、漂浮植物蓝藻拦截及风浪削减、蓝藻物理阻截与导流、蓝藻高效富集技术等技术点组成，包括三个技术单元，其一是漂浮植物蓝藻拦截及风浪削减技术单元，漂浮植物安全控养减污技术点通过构建双排管架挂网围栏结构，大风浪条件下，可低成本实现开阔水域漂浮植物安全控养，使其在特定水域发挥作用，相比挺水和沉水植物修复，氮磷削减效率提高20%～30%，建设成本＜50元/m2，远低于常规生态浮床成本；其次是漂浮植物蓝藻拦截及风浪削减技术点，规模化控养漂浮植物拦截蓝藻，削减风浪，漂浮植物带宽度＞150m，蓝藻拦截率达70%以上，风浪削减率90%以上。
蓝藻物理阻截与导流技术单元，基于水流和风向的柔性围隔布设技术，通过蓝藻拦挡、导流、混合、清除、置换等技术途径，实施藻类高效阻截与导流，为藻类高效富集创造条件，处理1t富藻水投资约为0.15元，可持续提高水体透明度20cm以上，削减藻源内负荷20%以上，水体氮磷去除率可提高50%以上。
蓝藻高效富集技术单元，纳藻门宽度10m左右，拱形挡藻导流带长度小于150m，导流门、挡藻裙体垂直宽度为常年最大水深1.3～1.5倍，辐射范围面积比＞100，富集内/外蓝藻密度比可达60倍，叶绿素a含量比可达100倍以上；早期藻类增殖阶段应用有利于低浓度蓝藻富集清除，水华暴发后应用可大幅度提高机械清除效率。技术就绪度由4级提高到7级。
图5-16 典型水域蓝藻拦截导流高效富集技术示意图（见彩图23）
B.突破典型水域立体协同生态空间构建关键技术，该技术通过竞争—抑制—净化—捕食—减负等技术环节，竞争藻类生长所需营养盐与生存空间等，并提供微生物附着和浮游动物栖息空间，发挥表层、中层与底层的空间协同作用，突破藻源泥源内负荷协同高效控制技术瓶颈，有效控制藻源泥源内负荷，改善水质，对有效控制藻源泥源内负荷发挥了重要作用。
该技术由表层生态浮床藻源内负荷控制、亚表层生态水母藻源内负荷控制与底层生态覆膜泥源内负荷控制及同时涉及中上层和底层的食藻动物投放与保育等技术点组成，包括三个技术单元，其一是表层藻源内负荷控制技术单元，漂浮植物安全控养减污技术点漂浮植物盖度25%，构建双排管架挂网围栏结构，为表层藻源内负荷控制创造条件；其次是表层生态浮床藻源内负荷控制技术单元，生态浮床种植篮密度9个/m2，种植篮基质厚度30cm，覆盖系数最大30%，浮床间隔2～3m，通过蜂巢式浮体拼装，可适应50～80cm浪高，成本比常规低25%～30%，氮磷去除率达到15%～20%，减少藻源内负荷15%以上。
是亚表层生态水母藻源内负荷控制技术单元，生态水母单体半径15m，整体覆盖系数最大10%；通过可升降种植承台，调控入水深度，升降区高度2m，以适应沉水植物生长的光照需求，促进沉水植物恢复，通过植物叶片捕获及根系化感等作用增加水体透明度，60d内累积悬浮物去除率超过30%，透明度提高率10cm以上，成本小于200元/m2；投放和保育食藻水生动物，构建捕食浮游藻类的生物操纵系统，重点区域集中投放鲢鳙、螺蚌类及肉食性鱼类等滤食浮游藻类水生动物，协同发挥内负荷控制及水质改善作用。
底层生态覆膜泥源内负荷控制技术，正方形网格间隔铺设，单个生态覆膜覆盖面积200m2，整体覆盖系数最大50%；利用5层膜结构方解石改性陶粒、沸石改性砾石等吸附、阻隔功能控制泥源内负荷，减少沉积物再悬浮污染；网格状排布避免满覆盖度所造成生态系统影响，增加微生物附着表面和膜复合剥离强度；有效控制泥源负荷，悬浮物去除率达70%，泥源内负荷控制率超过25%。
图5-17 典型水域立体协同生态空间构建技术示意图（见彩图24）
（2）高原重污染湖泊草型清水生态修复集成技术
①针对滇池草海生境条件制约沉水植被恢复的现状，在技术研发上聚焦于解除规模化修复的主要限制因子，突破制约瓶颈。研发了“拓植湖滨、除藻促清、草复水净、浊清转换、长效运行” 系列核心技术，集成了湖滨带稳定与植被扩增、水生植被处理低污染水、草型清水态构建维持3项关键技术，其中包括开发微滤除藻设备一套，形成了“生境改善—水草恢复—浊清转换”成套技术体系，支撑草海实现规模化生态修复，开创了高原浅水富营养化湖泊规模化修复新模式。
修复新模式重点体现在规模化。一是生境改善的规模化：a.湖滨带稳定与植被扩增技术可以满足防洪要求，能有效提升湖滨带功能，可以规模化实施；b.水生植被处理低污染水技术能有效净化污水处理厂尾水，可在河道、入湖河口湿地及湖区规模化实施；c.微滤除藻与生物控藻联用能快速提高水体透明度，可规模化实施（单台3万m3/d 微滤除藻设备 可恢复面积达0.3 km2）；d.引水换水和水位调控条件具备时，可优先作为规模化措施。二 是沉水植被恢复的规模化：在主湖区，适宜的透明度和生态水位可以激活种子库，促进沉水植被的规模化自然恢复；在种子库缺乏的局部区域，进行人工引种（适宜种群规模：在可恢复区域引种面积10%～20%），实现沉水植被的规模化人工恢复。三是规模化实现浊清转换：在草型清水态构建阶段，采用可规模化实施的菹草石芽播种技术和沉水植物定植技术，在不同水深和透明度梯度上恢复不同的沉水植被类型，构建适宜种群类型，优化群落结构。当沉水植被盖度达 40%以上时，可以促使草海由藻型浊水态向草型清水态的转变。在草型清水态维持阶段，重点是管控沉水植被盖度至40%～70%，沉水植被盖度控制与丝状绿藻控制可规模化同步实施，再辅之以规模化重建大型底栖动物群落结构，提高生物多样性，实现草型清水态的长效运行。
②通过中试工程研究，阐明了高营养负荷条件下沉水植被恢复的阈值及草型清水生态系统维持机制，为实现水体透明度快速提高、蓝藻水华高效控制、沉水植被迅速恢复等，研发了多项相关技术及为滇池规模化生态修复提供了科学依据。
③提交了滇池草海水生态调查、诊断及评估报告、滇池草海生态修复方案，滇池蓝藻绿藻生长机理和影响要素研究报告等；形成了“生境改善—水草恢复—浊清转换”成套技术体系，支撑草海实现规模化生态修复。
④形成湖滨带扩增保育技术规范2项： 《受损湖滨带防浪堤生态化处置及基底修复技术规范》和《湖滨带湿生乔木湿地构建技术规范》，其中《受损湖滨带防浪堤生态化处置及基底修复技术规范》已列入云南省质量监督局2017年度云南省地方标准制修订计划。
图5-18 高原重污染湖泊清水生态修复技术体系
（3） “湖体—水系—流域—区域”四级水资源优化配置集成技术
针对补水工程实施后流域自然、社会水循环所发生的快速和复杂变化，研发并集成构建了流域水资源综合调度改善湖体水质的关键技术体系，完成了已有单项分析技术无法实现的对复杂水文条件变化下的区域、流域和湖体的多尺度综合影响评估，突破了传统分配、调度技术在计算效率、精度、多目标优化等方面存在的瓶颈，为实现滇池流域水资源系统的平衡、滇池水质持续改善和水量—水质的科学调度提供了科学支撑。主要的技术突破与创新如下：
①突破牛栏江补水的湖体水质改善关键技术
针对牛栏江补水丰平枯变化大、来水水质波动显著且不达标以及仅通过补水难以实现全湖水质的整体显著改善等现状问题，课题开发并集成了牛栏江补水的湖体水质改善关键技术体系，涵盖复杂模拟条件下动态调度优化的增强学习（RL）技术、高精度湖体水动力—水质—藻类模型、湖泊营养物质循环过程的高精度通量核算技术和补水工程区水量水质动态监控调度技术。依托并行计算技术，将计算时间减少2/3；水位波动精度97%，较为精确描述了水动力、水质的空间变化。
②提出流域水资源系统水质—水量时空优化调控关键技术
水系尺度的多通道生态替代调有助于滇池北部重点区域的水质改善，但流域水资源配置的根本在于提升滇池的整体水质，却面临多用途、多目标、不确定性的挑战。课题研发了具有响应快速、低系统误差等优势的流域水文—水动力—水质过程多情景模拟预测技术，充分考虑了外流域调水、水库下泄水、再生水、天然产流等水源水量以及入湖河流生态用水和污染负荷的时空变化，实现了陆面—湖体全过程的流域水文—水质模拟；开发了滇池流域水资源时空分质优化调控技术，突破了流域多源水资源联合调度改善湖泊水质在配置系统的多目标、计算成本、调度方案准确性等方面的技术瓶颈，最大程度地实现了调水区与受水区、引水与防灾、外海与草海、流域内与外、上游与下游、昆明缺水与生态基流、再生水利用与滇池水质改善之间的动态平衡；开发了贝叶斯递归回归树算法（BRRT v2.0），制定了丰、平、枯年型的调度规则，实现了流域水资源优化配置、德泽水库—滇池联合优化调度、入湖河流水质—水量合理调度及滇池水位运行与调度。其中，在流域水文、湖体水动力和模拟—优化等关键技术具有自主知识产权，水位模拟误差5%，TN和TP模拟平均误差15%，Chl-a模拟平均误差25%，其精度不低于国内外同类技术。
③突出流域再生水跨区域综合优化调度关键技术
流域尺度的水质—水量时空优化促进了滇池整体水质的持续提升，但仍然存在部分点位和时间不达标的风险。针对滇池主要入湖负荷为城市排放的特点，且滇池流域现有及规划年集中式再生水在不同行业用户间用水矛盾突出、近期“用不了”而远期“不够用”的供需不平衡等现实问题，开发了逐步时空分解精细优化决策技术，构建了基于网格尺度的滇池区域集中式再生水的时—空动态多目标优化配置技术，以循环、减负、改善滇池水质为目标，突破了再生水在城市多空间与多行业联动的动态调度优化难点。在时间尺度上，对非劣解进行结构聚类分析，制定具有时间适应性与规划连续性的再生水资源行业分配方案；在空间尺度上，进行“区域—行业—网格”降尺度弹性化精细配置，以保障方案落地，实现了不同行业优先度保障、再生水循环及滇池入湖负荷减负的目标。该技术的计算准确度可达91%以上，比国际主流算法平均提高约6%。通过对再生水资源的跨区域优化调度，可实现2020年COD、氨氮、TN、TP入湖量分别削减6685.4t、314.7t、6310.7t、116.0t，2030年可分别削减7600.8t、357.8t、7174.8t、131.9t。
④提交牛栏江—滇池补水工程生态补水量中远期分配方案、流域生态用水替代调度和自然水循环恢复方案、滇池流域本区水源工程和跨流域调水工程统一调度可行性方案至云南省水利厅并被采用。提交流域再生水跨区域优化调度与综合利用关键技术研究至昆明市水务局并被采用。提交流域再生水跨区域优化调度与综合利用关键技术研究至昆明市环境保护局并被采用。提交流域水资源系统水质—水量时空优化调控关键技术、滇池流域社会经济水循环系统和区域配置优化方案、改善滇池流域水质的水量—水质联合调度优化方案至昆明市环保局并被采用。提交牛栏江补水改善草海水质的补水水量方案、滇池补水湖内水质改善关键技术至昆明排水设施管理有限责任公司并被采用。
图5-19 水资源高效配置技术体系图（见彩图25）
（4）水环境综合管理支撑技术体系
①构建了以数据中心—业务系统—信息发布为主线的滇池流域水环境综合管理技术支撑平台并业务化运行，实现水环境信息数字化、专家支持多元化、环境管理智能化。以水环境数据中心为支撑，以水环境信息系统与水环境专家决策支持系统为平台核心部分，以研发的水环境信息发布系统为共享交换媒介，组装调试并经过两年多的业务化运行效果良好。
A.数据中心。制定数据采集、传输、存储、交换、整合的标准和流程，建立部门间数据交换机制，接入水环境质量数据、水质自动监测、饮用水源地、水污染源、蓝藻监测、知识模型方法数据，交换水文、气象、土地利用以及涉滇基础数据，实现异构数据的分级管理和交换共享，形成了滇池流域不同部门、不同单位、不同来源数据的流域水环境中心。包含1987年至今的监测数据，监测因子覆盖了相关环境标准要求；课题研究之初的流域内入湖河流水文数据和土地利用等；研究之时的涉滇基础和气象数据等，数据量达140G，每年新增35G。
B.业务系统。滇池流域水质监控预警系统负责地表水自动监测数据的管理，包括数据采集入库，数据自动、人工审核，数据综合查询，数据图表分析，统计报表生成，数据报警预警，数据导入导出等主要功能。
滇池流域蓝藻天地一体化监测系统（平台）。滇池流域蓝藻天地一体化监测平台主要功能包括手工数据录入，浮标站数据采集，卫星遥感数据入库，数据综合查询，数据图形对比，数据统计分析，每周简报生成，蓝藻GIS演示等。
滇池流域水环境信息系统将两个系统和水质常规监测子系统合并组装并业务化运行，可实时说清滇池流域水环境质量、开展滇池蓝藻水华监测与预警。其中的水质常规监测子系统用于管理滇池流域地表水及饮用水源地手工监测数据，主要功能包括数据填报上传，数据审核入库，数据浏览查询，数据综合分析，数据图形对比，例行报表生成，临时报表生成，数据导入导出等功能。
C.信息发布系统。信息发布系统可为不同的涉滇部门提供数据、信息、功能共享，共享的主要内容包括：a.流域水质发布信息，包括水质常规月报，水质自动月报，河长月报等；b.污染源在线监控信息，包括污染源月报等；c.流域入湖污染物动态总量监控信息，包括来自于滇池陆域河网染物总量模型运用系统的流域入湖河道污染物总量模拟计算、污染物排放量动态监控和基于容量的总量控制管理等功能模块的计算成果；d.流域水环境预测预报信息，包括来自于滇池三维水质水动力模型运用系统的滇池流域水环境现状评价、滇池三维水质短期和中长期预测预报、滇池突发水环境事故水质预测预报、湖泊水环境容量计算等功能模块的计算成果；e.流域污染物治理项目评估信息，包括来自于对滇池污染治理项目进行监管和分析的数理统计分析评价系统的污染治理项目建设的全过程指标分析和效率评估的成果。
D.业务化示范应用。滇池流域水环境综合管理技术支撑平台在构建过程中，形成了由蓝藻天地一体化监测支撑的滇池湖泊蓝藻监测示范工程和由关键技术支撑的滇池流域水环境综合管理技术支撑平台示范工程，两个示范工程分别设置在昆明市环境监测中心及昆明市环境监控中心并已业务化运行。
“滇池流域的水环境综合管理技术支撑平台”打破了长期困扰滇池流域水环境信息 “信息数据分散在多个部门和单位，存在信息孤岛”的现象，实现了流域水环境信息的实时共享。平台还将项目其他课题相关研究成果业务化，集成了滇池流域污染源与水质动态实时监控、入湖通量与污染物总量、水质预测预报、治理项目评估、应急决策管理等成果，形成专家支持系统的推理机制。平台的业务化运行为昆明市环保局及涉滇监管部门每年提交150余份等各类报告、报表，并与监察部门形成联动监管机制；达到了国内同行业集成创新应用水平的前列，整体的理念、规范和设计技术在滇池流域首次使用，对今后我国流域水环境信息综合管理、决策支持平台建设具有极大参考指导价值，其中技术和数据方面的标准、规范草稿可上升为行业甚至国家标准规范。
“滇池蓝藻天地一体化监测”业务化运行每年生成滇池蓝藻水华监测周26期，数据报表26期，分别向昆明市人民政府、云南省“九湖办”、云南省气候中心、中国环境监测总站等部门报送。为说清滇池蓝藻水华发生情况和水华程度的变化趋势提供了科学的监测数据，同时建立了滇池蓝藻水华监测与气象遥感监测合作的工作模式，为滇池蓝藻水华监测与预警提供了有力支持。
图5-20 滇池流域水环境综合管理技术支撑平台结构图（见彩图26）
②突破水环境表征指标筛选、监测与评估技术，构建监测技术体系和评价体系，有效提升了水环境监测数据的完整性和时空代表性。
A.滇池流域水环境监测网络的综合布局优化。首次对流域所有控制级别的监测点位采用加密监测数据结果与历史数据相结合的方式，开展快速聚类及层次聚类分析，将空间聚类分析、判断分析、时间聚类分析、F检验等方法与环境管理的实际需要相结合，对滇池湖体、出入湖河流、流域湖库的85个监测断面进行筛选、判别，分别提出了保留、新增、调整的意见，优化了滇池流域水环境监测网络，全面客观地反映滇池流域水环境质量状况，增强了监测数据的代表性，为实际监测业务工作提供参考，为流域水环境综合治理和管理决策提供科学支持。
B.滇池流域关键特征指标优选。针对流域内同一条河流中的国控、省控和市控断面因功能要求不同，监测断面的监测指标不统一，各属性监测断面水质无法用统一标准进行比较分析的问题，采用多元逐步回归优化模型，以综合污染指数、WQI（水质指数）、富营养化指数等为多目标参数，优选出7项滇池流域污染的特征指标和10项流域内湖库污染的特征指标，更能代表流域特征污染状况，有利于对河流间、湖库间的水质情况进行对比分析，对于管理部门的污染控制与治理具有指导作用。研究同时回顾了1960年代以来滇池水环境变化与浮游藻类的群落变化，探讨了水环境变化与浮游藻类群落变化的对应关系，明确提出了适用于表征滇池蓝藻水华不同发生阶段的生物表征指标。
C.构建滇池流域水环境监测技术体系。基于目前现行有效的水环境监测技术标准规范，梳理了国内外水环境监测分析方法现状。补充完善藻密度测定方法，研究并验证了《水质 藻密度的测定 对角线法》，获得了完整的实验室内和实验室间的技术指标，该方法已在国家环境保护标准制修订项目中立项；开拓研究了藻密度自动检测技术，研发了藻密度自动检测仪样机并获得两项发明专利；研究建立适合滇池水体的蓝藻荧光快速检测法，并把该方法应用于整个滇池水体的例行及应急监测。以流域为单元，优化断面为基础，人工采样/实验室分析为主，现场快速应急检测为辅，从例行、仲裁、服务、应急等四个方面构建了滇池流域水环境监测技术体系。
D.建立滇池流域多层次水环境评价体系。针对目前滇池流域水质评价方法的单一、缺乏沉积物和生物等评价方法等问题，根据滇池湖体、出入湖河流、流域内湖库的不同特点及污染特征，确定了评价指标分级标准，提出以滇池综合水质指数为主的水质评价方法和以潜在生态风险指数为主的水体中沉积物评价方法以及基于AHP（层次分析法）的水环境综合评价方法，基于水质营养化等常规评价指标、重金属、有机物等毒理性等指标和水生生物指标，将水环境和沉积物这两个既相互独立又相互联系的体系纳入到同一个评价体系，建立了包括水质、沉积物及整个水体生态环境多层次水环境评价体系，符合高原重污染湖泊水环境综合评价的管理需求。
③突破滇池流域水环境多元数据采集传输、融合共享及动态表征技术，构建了滇池流域水环境信息系统，实现了流域水环境信息数字化，为滇池流域水环境统一监管提供信息支持。
A.针对滇池流域水环境信息分散、采集重复、缺乏有效的数据传输通道等问题，研究采用TUXEDO/Q消息传递机制、SAX（用于处理XML事件驱动的“推”模型）文档解析标准、XML（可扩展标记语言）中间件和数据仓库挖掘等技术，提取多元异构数据并转化为标准XML数据，实现了滇池流域不同来源的水环境数据信息的采集。通过规范化的VPN（虚拟专用网）和环保局政务网传输，完成流域多元环境数据可靠传输和异构数据库无缝连接，完成了分布异构数据源系统的流域各类多元数据采集与传输。
B.针对滇池流域水环境信息分散于多部门而形成数据孤岛、缺乏统一高效的环境信息共享平台等问题，在整合滇池流域水环境多元数据基础上，建立兼顾在多个部门、多个单位安全性、时效性、操作灵活性和访问效率的异构数据交换系统并业务化交换，可实现不同部门（环保、统计、国土、规划、水文、水利、城建、农业等）多种类、多格式、多标准的水环境质量、水质自动监测、饮用水源地、水污染源、蓝藻监测、知识模型方法、水文、气象、土地利用以及涉滇基础数据的交换与共享。
C.针对水环境信息表征单一、不直观、信息利用程度低等问题，研究采用在传统数据库基础上的融合空间信息、信息仿真和模拟及GIS（地理信息系统）表征技术，搭建基于WebGIS（网络地理信息系统）的流域水环境质量和污染源的实时监控、入湖污染物总量动态监控、水环境质量预测预报、污染治理项目评估的滇池流域水环境综合管理技术支撑平台，实现了涉滇基础信息、点位信息、水环境质量及污染源、水质预测预报、应急事故模拟分析及预测等内容的动态展示，为滇池流域水环境综合管理提供可视化决策依据。
④突破高原湖泊流域多目标复杂环境综合管理决策控制技术，构建滇池流域水环境综合管理专家支持系统，实现流域水环境管理智能化，为流域水环境管理供科学、全面和综合的决策支持。
基于包括HSPF（流域水文水质模拟软件）模型与EFDC（环境流体动力学代码）模型的一体化集成技术、HSPF和EFDC模型数据XML标准化中间件技术、基于GIS的EFDC模型可视化界面设计技术，突破高原湖泊流域多目标复杂环境综合管理决策控制技术。集成现有的文献知识和专家判断形成知识、模型、方法库，研发滇池流域污染源与水质动态实时监控、入湖通量与污染物总量、水质预测预报、治理项目评估、应急决策管理等模块，形成专家支持系统的推理机制，构建了流域水环境综合管理专家支持系统，实现了流域水环境信息的自动采集、动态监测、系统分析、整合及虚拟再现等多层次和多目标的复杂环境综合管理决策。
A.高原湖泊流域多目标复杂环境综合管理决策控制技术。基于耦合HSPF模型和EFDC模型的一体化集成技术，在数据流和信息流支撑下通过模型驱动，完成从总量控制到湖体水质预测的流域水环境管理控制技术集成，实现流域污染物从源头产生量、途中输送迁移到入湖水质响应的全过程数值模拟计算，实现29条主要入湖河流各监测断面的总磷、总氮等特征污染物通量和入湖总量计算，实现滇池湖体总磷、总氮、叶绿素a等迁移、沉积、营养化与生化过程模拟，实现滇池入湖河流和湖体短时间水质预测、长时间水质模拟、突发事故水质预测。基于HSPF、EFDC模型数据XML标准化中间件技术，实现多元环境数据的HSPF和EFDC模型数据远程可靠传输和异构数据库无缝连接，实现分布异构数据源系统的流域水环境预测预报各类多元数据整合共享。基于GIS的EFDC模型可视化界面设计技术，在水质预测预报模块实现了EFDC模型与GIS系统在C/S（客户/服务器模式）体系中嵌入与对接。通过Windows和Arcgis系统开发EFDC模型的前处理和后处理计算机图形界面，实现EFDC各个子模型模块、大量输入和输出数据的可视化功能。
B.滇池流域水环境专家决策支持系统。整合已有滇池水环境和相关基础信息，集成现有的文献知识和专家判断，形成流域水环境综合管理知识、模型、方法库；构建滇池流域污染源与水质动态实时监控模块，实现滇池流域水环境监测数据超标监控、监测设备运行情况监控、污染治理设施运行情况监控、历史监测数据查询、对比分析、报表制作等在线监控的统一管理；采用功能集成方法设计系统的推理机制，构建滇池流域入湖通量与污染物总量监控模块，实现河道总量模拟、流域排放量监控和总量控制；构建滇池流域水环境预测预报模块，实现滇池流域水环境污染物短期预测、中长期预测和突发预测；构建滇池流域应急决策模块，实现预测预报系统分析结果的应急决策、流域水环境突发事件的动态模拟和仿真以及突发事件的应急决策和处置；构建滇池流域水污染治理项目评估模块，完成“十二五”重点流域水污染防治专项规划30个项目的评估，实现规划项目执行情况、规划目标与考核指标实现情况、规划任务落实情况、监督管理、保障措施落实五个方面的评估；构建滇池流域专家评估模块，实现滇池流域水污染治理项目的结果结论、报表分析、项目基础信息、水质指标计算、总量指标计算、项目完成指标计算、项目投资计算、监督保障指标计算和项目信息管理等的评估；在此基础上，设计人机交互界面以服务于实际水环境管理决策需求，建成了滇池流域水环境专家决策支持系统（见图5-21），实现流域水环境的总量管理、预测预报、水污染治理项目评估模块和应急决策等功能，为滇池流域水污染控制提供必要的技术支撑。
图5-21 滇池流域水环境专家决策支持系统组成示意图（见彩图27）
