水專項京津冀區域項目實施績效評估研究
——以北運河為例

宋玲玲，王兆蘇，武娟妮，王佳寧

（生態環境部環境規劃院環境保護投資績效管理中心，北京 100012）

“十一五”以來，為促進海河流域以及京津冀區域水環境質量改善，水體污染控制與治理科技重大專項（以下簡稱水專項）在海河流域及京津冀區域設立了眾多項目及課題，主要圍繞北運河、永定河和白洋淀-大清河等流域在水污染控制與水質改善技術集成與綜合示范方面開展了大量的技術研究與示范，且形成了一系列單項技術、工藝技術、示范工程、流域水質管理及調控技術等技術成果，然而目前對技術整體成效尚不清楚，對區域環境質量改善的支撐情況也不了解。為此，本文以北運河為例，通過梳理水專項京津冀板塊項目實施的科技產出、成果與效益，評估水專項實施對流域水生態環境質量改善的支撐情況。

1 評估對象與范圍

北運河是海河北系4 大河流之一，發源于燕山南麓，西界永定河，東臨潮白河，先后流經北京市海淀區、昌平區、順義區、通州區、河北省廊坊地區以及天津市武清區、北辰區和紅橋區。干流長143 km，流域面積6 166 km2。北京段主河道長89.4 km，流域面積4 293 km2，占北京市總面積的26%。

水專項在京津冀區域共計設立15 個項目，資金投入約7 億元。其中，“十一五”項目有2 個，分別是海河流域水污染綜合治理與水質改善技術與集成示范（2008ZX07209）、海河流域典型城市水環境整治技術研究與綜合示范（2008ZX07314）。前者針對北運河主要開展水系水環境實時管理決策支持系統研究與示范、水系水量水質聯合調度關鍵技術研究、上游典型污染區污染控制技術研究與示范、中游重污染河段水質改善技術研究與示范、中游段生態治理關鍵技術與示范和下游河灌區水污染防控與河道水質保持技術研究與示范等。后者針對北運河流經城市的水環境整治技術開展研究與示范，主要包括天津濱海工業園區產業布局優化與節水控源減排技術研究與工程示范、北方城市大型污水處理廠除磷脫氮和污泥減量化技術研究與工程示范、城市污水再生利用及水質安全保障技術開發與工程示范、華北缺水地區小城鎮水環境治理與水資源綜合利用技術研究與示范和北京城市再生水水質提高關鍵技術研究與集成示范等。

“十二五”期間水專項涉及北運河流域項目僅有1 個，即海河流域重污染河流水質改善成套整裝技術集成與綜合示范項目（2012ZX07203），主要開展北京段河流水質改善集成技術與綜合示范、天津段河流水質改善集成技術、河流生態完整性影響機制與恢復途徑研究。

“十三五”期間水專項在北運河流域設置項目5 個。北京段設置了北運河上游水環境治理與水生態修復綜合示范（2017ZX07102）、北京城市副中心高品質水生態建設綜合示范項目（2017ZX07103）和北京市智慧水務綜合管理平臺研究與建設項目（2017ZX07104）等3 個項目。北運河上游水環境治理與水生態修復綜合示范（2017ZX07102）主要開展北運河上游水環境治理與水生態修復綜合示范、沙河水庫水環境改善及水生態修復集成技術研究與示范、面向未來污水處理廠關鍵技術研發與工程示范、北運河上游分散生活污水治理技術模式與運營、監管機制研究示范等，確保北運河上游區域水生態環境得到顯著改善，進而有效推進北運河流域水生態環境綜合治理全方位系統實施。北京城市副中心高品質水生態建設綜合示范項目（2017ZX 07103）主要結合通州 “一河串聯”（北運河）的發展戰略，實現區域水環境質量提升，支撐實現區域水生態文明構建。北京市智慧水務綜合管理平臺研究與建設項目（2017ZX07104）主要以北京市水資源水環境安全保障為目標，通過水務大數據分析利用研究，構建北京市五大流域水環境預警和水量水質統一調度體系，為水環境預警及時準確，多水源的優化、智能、低耗調度提供智慧化服務，提升水務社會化綜合服務能力。北運河廊坊段設置了京津冀南部功能拓展區廊坊水環境綜合整治技術與綜合示范項目（2018ZX07105）1 個項目，重構廊坊區域生態水網，打造區域水生態綠色廊坊基本框架，實現多水源水質水量優化調控，實現區域水環境質量、水生態功能的提升。北運河天津段設置了天津海綿城市建設與海河干流水環境改善技術研究與示范項目（2017ZX07106），針對天津高地下水位、弱透水和鹽堿地域特點，構建海綿城市建設成套技術及水環境改善技術，研究北運河天津段點源與非點源污染削減、河道治理與景觀提升技術和城市污水氮磷深度去除技術等，支撐天津市海綿城市試點區建設與管理，支撐北運河河道水質達標與生態修復以及城市污水超高標準處理與再生利用。

2 評估內容與方法

根據現行科技評估管理要求，借鑒科技評估實踐以及文獻研究，并結合評估對象特點以及評估目的設計評估框架及內容。評估框架包括科技產出、成果與效益等兩方面?？萍籍a出包括示范工程、專利成果和技術規范/標準/指南等。成果與效益主要從水環境、水資源和水生態角度出發，評估污染物減排、水環境質量改善、再生水資源綜合利用、水資源變化和水生態變化等內容，見表1。

表1 水專項京津冀區域績效評估內容

本文充分借鑒國內科研項目績效評估經驗，綜合采用定量評估、半定量評估方法和定性評估方法。其中，產出以及成果中的污染物減排的評估主要利用數學統計方法、案例研究等定量評估和半定量評估方法；其他內容主要采用對比分析法、案例分析法等定性和半定量方法。

3 科技產出

3.1 示范工程

“十一五”以來，水專項在北運河流域開展的示范工程主要有城鎮污水處理功能提升、城鎮面源污染控制、水體水環境治理與水生態恢復、水資源調度、流域生態環境修復與治理、農村面源污染控制、農村污水處理和工業廢水處理等8 種類型，共計96 項。示范工程以水體水環境治理與水生態恢復、城鎮污水處理功能提升為主，分別為54 和15 項，合計占比72%，見表2。

表2 北運河流域示范工程項目分布

城鎮污水處理功能提升示范工程包括城市污水處理廠提升改造、城市污水深度處理，主要針對區域水體污染重、生態流量不足等問題，通過示范工程實現京津冀地區城鎮污水處理廠處理能力、排放標準的提升，污水處理廠尾水作為生態補水進入水體，從而提升水質。如，在海河北系（天津段）河流水質改善集成技術與綜合示范（2012ZX07203-002）支持下，依托天津市武清區河西務污水處理廠開展的城鎮污水與工業園區污水處理及高效利用技術示范工程，設計水量3 000 m3/d。原有排放標準是達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準：GB18918—2002》一級B 排放標準，為了滿足2015 年10 月1 日天津市發布的《城鎮污水處理廠污染物排放標準：DB12/599—2015)》要求，即自2018 年1 月1 日起，污水處理廠出水達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準：DB12/599—2015)》B 標要求。2016 年，在水專項支撐下開展了示范工程建設，原有工藝為“格柵-調節池-氣浮池-A2O+沉淀池-生物轉盤-濾池-消毒”，在原有A2O 工藝中加入組合填料，提高活性污泥系統的污泥濃度，沉淀池改造為MBR 池，改造后的工藝為“格柵-調節池-氣浮池-A2O+AO-MBR池-消毒”，改造總投資749.50 萬元。根據2019 年現場調查情況，示范工程建成以來一直能夠穩定運行，出水能夠穩定達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準：DB12/599—2015》的B 標準?；谑痉豆こ萄邪l的“兩級生化+MBR”工藝技術已在武清區下朱莊天和城污水處理廠得到應用，對于小城鎮污水處理廠改造具有廣闊的應用前景。

水體水環境治理與水生態恢復示范工程主要是為了提升河湖水道水質，實施工程內容包括河岸生態緩沖帶、濕地處理系統和污水處理系統等工程。典型案例有濕地生態系統重構及河灘地水質凈化與儲存研究與示范（2018ZX07105-004）支持的老龍河及龍河水環境綜合治理工程示范。示范工程位于廊坊市龍河流域，共有2 個示范地點：龍河濕地示范工程，位于廊坊市安次區東張務防洪閘下游，采用“高效預處理+人工濕地（潛流濕地+表流濕地）”的凈化工藝，處理規模3 萬m3/d，人工濕地占地面積30 hm2；老龍河濕地示范工程，位于104 國道落垡橋下游，工程示范涵蓋潛流-表流復合型人工濕地，總面積40 hm2，示范工程主要為潛流人工濕地及表流人工濕地，潛流人工濕地在功能定位上承接老龍河上游來水，承擔對上游水體的凈化處理，表流人工濕地作為潛流濕地的有益補充，保障下游出境市控斷面的穩定達標。根據示范工程第三方監測結果，龍河人工濕地示范工程實施后，龍河水體的COD、氨氮和總磷3 項指標值均有明顯提升，下游出境斷面的水質均滿足國控考核的地表水V 類水標準，老龍河示范工程運行狀態良好，出水穩定達標，有效保障了老龍河落垡橋市控斷面的穩定達標，并為遷徙水鳥創造覓食、棲息和繁殖的生態棲息場所。

3.2 專利成果

“十二五”期間水專項涉及北運河流域課題共計申請了170 項專利，其中發明專利124 項，實用新型專利46 項。通過對專利狀態的查詢，170 項專利狀態中，49%的專利處于專利權維持狀態（即有效狀態），失效專利69 項，占比41%，申請中、申請無效、被駁回、近失效的合計占比10%。

在有效的專利中，北京城市排水集團的發明專利《一種分散型村鎮污水強化脫氮除磷的一體化裝置與方法（2011100909006）》、北京環境保護科學院的發明專利《內循環生物濾池反應器及污水處理方法（2012103640797）》和北京建筑工程學院的實用新型專利《雨水處理和利用設施的設計方法（2010101957021）》等17 項專利實現了成果的有效推廣和轉化。

3.3 技術規范/標準/指南

水專項的實施支撐了一系列標準規范的編制與發布。涉及北運河流域的課題編制與發布了24 項技術規范/標準/指南，其中已正式發布21 項，以征求意見稿形式發布3 項。部分技術規范/標準/指南作為強制執行的地方標準被廣泛應用，如，《天津市污水綜合排放標準：DB12/356—2018》于2018 年2 月起作為天津市水污染排放控制地方標準實施，《水污染物綜合排放標準：DB11/307—2013》自2014 年1 月起作為北京市水污染控制地方標準實施，《河北省農村生活污水排放標準：DB13/2171—2015》自2015 年3 月起作為河北省農村生活污水處理設施的水污染物的排放管理的地方標準實施。此外，還形成了《循環冷卻水節水技術規范：GB/T 31329—2014》《水質有機磷農藥的測定氣相色譜法：HJ 768—2015》《水質揮發性有機物的測定吹掃捕集/氣相色譜法：HJ 686—2014》等國家標準和行業標準。

4 成果與效益評估

4.1 促進流域水環境質量改善

水專項實施對流域水環境質量的改善主要通過污染物減排實現，一是通過示范工程直接帶動流域污染物減排，二是基于示范工程編制形成了一系列技術標準等，通過標準實施間接促進流域污染物減排。根據96 項示范工程規模以及處理效率，核算各項示范工程主要污染物減排量，計算得到流域COD 減排量為2.02 萬t/ a，氨氮減排量0.14 萬t/a，總磷減排量為0.01 萬t/a。通過示范工程的實施，形成了城市污水處理廠升級改造及高品質再生水生產成套技術體系，在北京市、天津市率先支持制定了北京市《城鎮污水處理廠水污染物排放標準：DB11890—2012》、北京市《水污染物綜合排放標準：DB11307—2013》、天津市《城鎮污水處理廠水污染物排放標準：DB12/599—2015》等一系列技術標準文件，全面支撐了北京、天津污水處理廠提高污水處理廠排放標準。

以北京市為例，在地方排放標準的推動下，2012 年以來，北京市政府先后頒布了《北京市加快污水處理和再生水利用工作的意見》《北京市加快污水處理和再生水利用設施建設3 年行動方案(2013—2015 年》[1]，即“第一個3 年行動方案”等系列文件?！笆濉逼陂g，北京市進一步推進污水治理工作，2016 年，北京市政府印發《北京市進一步加快推進污水治理和再生水利用工作3 年行動方案(2016 年7 月—2019 年6 月》，即“第二個3 年行動方案”[2]。在水專項科技支撐以及北京市政府推動下，北京市污水處理量呈現逐年增長態勢，特別是“十三五”期間增長速度加大，2019 年北京市全市污水處理量已達到19.97 億m3，污水處理率達到94.5%[3]。污水處理的提升直接帶動了北運河水質的改善?！笆濉逼陂g北運河北京段劣V 類水體比例大幅度減少，從2015 年的75% 降至2019 年的16.8%，Ⅰ～Ⅲ類水體比例明顯增加，從2015 年的14%提升至2019 年的33.3%，見圖1。

圖1 2015、2018 和2019 年北京市北運河水質類別分布

2019 年，北運河王家擺斷面（北京市出境斷面）水質已提前達到2020 年國家考核要求，COD 濃度從2006 年69.57 下降到2019 年的35.8 mg/L，氨氮由12.08 降到0.88 mg/L，氨氮濃度遠低于4 mg/L的考核要求，見圖2。

圖2 北運河王家擺斷面2006～2019 年主要污染物年均濃度變化

4.2 促進區域再生水資源綜合利用

“十一五”期間，在北京城市再生水水質提高關鍵技術研究與集成示范（2008ZX07314-008）課題支持下，實施了清河再生水示范工程、盧溝橋再生水示范工程2 項再生水資源綜合利用示范工程，再生水處理規模為16.2 萬m3/d，每年可以向環境提供5 300 萬m3的再生水，占北京市“十一五”末再生水利用量的7.8%?！笆濉逼陂g，在海河北系（北京段）河流水質改善集成技術與綜合示范（2012ZX07203-001）課題支持下，又實施了趙全營鎮再生水廠示范工程、馬坡再生水廠示范工程2 項再生水資源綜合利用示范工程，再生水處理規模為5.3 m3/d，每年供應再生水約1 900 萬m3，水專項示范工程直接帶動的再生水資源利用量占北京市“十一五”末的7.6%。

在水專項科技支撐下，北京市編制印發了《城鎮污水處理廠水污染物排放標準：DB11890—2012》，全面支撐北京市再生水資源綜合利用工程的實施。2012 年以來，在2 個3 年行動方案支撐下，2019 年全市再生水資源利用量已達到11.52 億m3/a，相比2007 年，增長了1.3 倍，再生水主要用于河道補水、工業用水和市政雜用，已成為北京市穩定可靠的第二水源，2018 年再生水占供水總量的27.4%[4]，直接降低了地表水和地下水資源的開發利用，見圖3。

圖3 北京市2007～2019 年再生水資源利用量變化趨勢

4.3 促進流域水生態流量增加

在水專項課題支撐下，實施了北運河、龍河、天堂河、南水北調等與永定河水系連通示范工程、區域水網水系連通生態廊道構建成套技術集成與工程示范和天津海河-新開河-月牙河-海河河網聯動水循環凈化示范工程等示范工程，研究區域水資源優化配置與水質保障關鍵技術，確保了北運河生態流量的提升。根據水文站點監測數據，北運河近10 年來水流量呈增加趨勢，2017 年平均年徑流量為1.86 億m3/a，明顯高于2007 年水平，表明北運河河道水環境得到明顯改善，特別是2015 年北運河水量已經滿足最佳生態需水量（2.194 億m3/a）[5]的要求，見表3。

表3 北運河水流量變化

4.4 支撐流域水生態改善

水專項在北運河北京段實施了沙河水庫上游流域山水林田湖一體化生態修復綜合示范區、龍道河生態治理技術綜合集成示范工程和清河肖家河污水處理廠至奧林匹克森林公園北河段等生態修復示范工程；在天津市段實施了北運河下游水系河道水質保持與生態修復技術示范工程、七里海河道凈化器技術示范工程、半自然濕地結構功能優化技術示范工程、河道生態緩沖帶示范工程、河道岸邊帶生態修復技術示范工程、尾水再生利用的河岸緩沖帶凈化工程和北運河天津段村鎮污染控制與河道修復技術研究與示范等生態修復工程，直接促進了水生態系統功能的提升。

河北中科遙感信息技術有限公司利用美國陸地衛星Landsat的TM影像（分辨率為30 m）分析2013、2017 和2018 年夏季3 個時期北運河生態廊道范圍內（以河流邊界向外擴充2 km 作為監測區域）的植被覆蓋度情況[6-7]，根據其監測報告《三大廊道生態遙感監測報告(2013—2018)》《三大廊道生態遙感監測報告(2017—2018)》，北運河廊道綠地面積從2013 年的54.9 km2提升至2018 年的55.3 km2，說明受北運河治理保護的影響，廊道生態環境緩步上升。

根據高彩鳳[6]的調査結果，2009～2010 年，北運河底棲動物有17 種，其中寡毛類7 種，軟體動物7 種，均占41.18%，水生昆蟲3 種，主要優勢種為寡毛類和軟體動物的優勢種，2009～2010 年平均底棲動物生物多樣性指數為0.50，底棲動物的生物多樣性相對較低。顧曉昀等[7]研究發現，2015 年夏季北運河水系底棲動物有3 門6 目23 種，以水生昆蟲和軟體動物為主，分別占比43.5%和47.8%。根據王汨等[8]調查結論，2015 年，北運河水系底棲動物群落香濃維納指數平均值為0.88?？梢?，“十二五”期間，北運河底棲動物種類數有所增加，且群落組成呈現出水生昆蟲種類數增加，水體有機污染的重要指示物種的寡毛類種類數減少，生物多樣性得以提升。另外，根據北京市《2019 年全市水生態監測及健康評價報告》，2019 年北運河流域浮游植物優勢種群已逐漸由藍藻門向綠藻門、硅藻門轉變，而且密度逐年降低，浮游動物以原生動物、輪蟲為優勢種類，對水質敏感的枝角類、橈足類所占的比例上升，底棲動物和大型水生植物出現了中等耐污型生物，證明北運河水生態結構日益改善。

5 評估結論

“十一五”以來，水專項在北運河流域共計實施了96 項示范工程，形成170 項專利成果和24 項技術規范、標準以及指南等，對流域、區域水環境、水資源和水生態等的改善均發揮了有力的科技支撐作用。在水環境方面，全面支撐北京市、天津市提高污水處理廠排放標準，提升區域污水處理量，直接帶動了北運河水質的改善?！笆濉逼陂g，北運河北京段劣V 類水體比例大幅度減少，Ⅰ～Ⅲ類水體比例明顯增加。2019 年，北運河王家擺斷面（北京市出境斷面）水質已提前達到2020 年國家考核要求；在水資源方面，全面支撐區域再生水資源綜合利用工程的實施，2019 年北京市再生水資源利用量相比2007 年增長了1.3 倍，再生水已成為北京市穩定可靠的第二水源。另外，研究了區域水資源優化配置與水質保障關鍵技術，確保了北運河生態流量的提升；在水生態方面，“十二五”以來，北運河廊道綠地面積有所提升，底棲動物種類數有所增加，群落組成呈現出水生昆蟲種類數增加、寡毛類種類數減少的趨勢，生物多樣性得以提升。