湖泊水质目标风险管理研究出版

    “十三五”期间,我国的水环境治理与保护进入攻坚阶段。2015年国务院发布的《水污染防治行动计划》(“水十条”)、2017年环境保护部发布的《重点流域水污染防治规划(2016-2020年)》及2018年召开的全国生态环境大会中,均将改善水环境质量作为首要或重要目标。改善水环境质量是我国当前和未来水环境管理工作的重中之重,但其实施却面临挑战,流域总量减排与水环境质量改善间有关联,但其响应关系并不明确。水质目标管理是解决上述难题的关键;然而国内外实践表明,水质目标管理中具有水质改善预期与实际效果存在偏差的可能性;尤其是对于湖泊,由于存在累积性效应,水质改善的难度相对更大。如何识别和定量化上述偏差,成为能否顺利实现水质改善目标、提高水环境管理有效性的重要问题。


    多年来,本研究团队一直致力于湖泊水环境管理方面的研究,在滇池、异龙湖、邛海、抚仙湖等地进行了大量探索。在此过程中,我们逐渐发现水质改善预期与实际效果存在的偏差对于管理决策的有效性具有重要影响,应当纳入管理框架中。据此,我们将这种偏差存在的可能性定义为水质目标风险。综合多个已有的研究案例,我们于2013年11月在复旦大学举行的中国环境规划40年发展学术研讨会上首次系统地提出了水质目标风险的潜在来源,包括直接来源和间接来源两个类别。在此基础上,将水质目标风险纳入到水质目标管理的各个关键环节,并重点以湖泊为研究对象,在湖体层面提出了湖泊水质目标风险管理的概念,展开理论探讨;对各种来源风险的表现形式和识别方法进行了深入研究,就科学合理的风险来源识别 (包括识别风险来源是否存在以及定量表征)进行了方法探索和案例研究,以期提高我国水环境管理的有效性,更好地服务于国家水环境管理的战略需求。
    本书提出了湖泊水质目标风险管理的3个关键步骤,即水质达标评价、水质基准的建立、负荷削减决策,识别出其中的4个主要风险来源,即水质变量的不确定性、响应关系的动态性、响应关系的非线性、响应关系的时滞性。根据不同步骤中的风险来源,本书提出了湖泊水质目标风险来源的识别方法,并进行了案例研究。(1)在水质达标评价中,针对已有方法未纳入成本维度而不能为判定水质是否达标提供与成本相关的定量信息的问题,结合水质变量的不确定性,提出了面向管理的水质达标评价方法。(2)在营养盐基准的制定中,针对已有研究未考虑响应动态性或未对动态模型合理性进行验证的问题,通过设定动态模型和非动态模型并进行模型筛选,提出了基于模型选择的动态性识别方法。(3)在负荷削减决策中,针对情景分析无法将特定时段负荷削减效果定量化的问题,提出了基于模拟的扰动分析法,根据营养盐在湖体的迁移转化过程定义了3个表观通量指数,即表观输入率、表观效用率、表观循环率,用于定量表征外源负荷削减对湖体营养盐存量的影响。
    上述研究发现:(1)在湖泊水质达标评价中,应纳入成本维度,以期望损失最小进行达标决策;对于成本比值,可采用“范围→估算→核算”的思路进行,以提高方法的实用性;(2)统一的湖泊营养盐基准已不能满足湖泊水质目标管理的需求,建立营养盐基准时,应在大量湖泊长时间监测数据的基础上,首先确定合理的营养盐基准尺度;(3)在流域负荷削减决策中,湖泊水质对负荷削减具有明显的非线性和时滞性响应特征,建议注重对湖泊系统弹性的研究,以采取更有针对性的污染防治措施。
湖泊水质目标风险管理研究范围广且方法新,希望本书的工作能够推动我国在该领域的理论、方法与实证等方面广泛开展研究,并促进更多相关问题的提出、发掘、探讨与解决,从而更好地为国家水环境管理的决策服务。
在本书的研究与写作开展的过程中,得到了北京大学郭怀成教授、邹锐博士、张晓玲博士、中国环境科学研究院王丽婧研究员、美国托莱多大学Song S. Qian教授、 美国密歇根州立大学Patricia A. Soranno教授等的指导和协助。由衷地对他们的支持表示感谢!
本书是北京大学环境科学与工程学院流域科学实验室(Peking University Watershed Science Lab)的成果之一,敬请访问我们的主页http://www.pkuwsl.org/,以了解更多的内容及流域科学最新研究进展。由于作者的知识和经验有限,加之相关研究尚处于起步阶段,书中难免出现疏漏,殷切希望各位同行能不吝指正。
    本书出版得到了国家自然科学基金(51721006)、国家重点基础研究发展计划(973)青年专题项目(编号:2015CB458900)专项经费的资助。