辽河保护区河流健康修复与管理技术入库流程设计

穆映鸣，韩璐*，李丹，闫晓寒，段亮

1.环境基准与风险评估国家重点实验室，中国环境科学研究院 2.中国环境科学研究院水生态环境研究所

近40年我国投入了大量的财力、物力和人力，对多个重点流域进行污染治理，取得了丰硕的成果，研发出众多的河流治理修复与健康管理技术，将这些技术纳入技术库可以高效、有组织地存储技术信息，能更快、更便捷地管理数据，方便用户对技术进行有效的检索和访问，为流域的系统治理提供支撑。目前部分流域已经开展了技术库的设计和构建。如孙毛明等[1]综合考虑浙江省河流的物理、生物特征，引进北美学者提出的“基于生态功能的河流等级划分方法”，将浙江省河流划分为河源区、干流区和河口区3个单元，详细介绍了每个单元治理技术的侧重点和措施配置模式，形成了不同类型河流治理的技术框架体系，指导不同类型河区的水体修复与治理。甘肃省建立了黄河流域治理保护大数据库，主要包括总结黄河治理经验的“理论库”，涵盖国家层面、甘肃省及地方政府出台的“政策库”，国内治黄、治水先进技术的“技术库”，实现了各类数据库的集成，推动黄河流域的生态保护和高质量发展[2]。

经过“十一五”“十二五”“十三五”3个五年计划的科研攻关，国家水体污染控制与治理科技重大专项(简称“水专项”)产出了很多优秀的技术，但这些技术涉及单项技术、组合技术和集成技术等，技术的层级差异较大；另外，产出的技术涉及不同种类，如包括治理类、修复类、管理类技术，且每项技术的应用范围差异也较大。众多的技术是构建技术库的技术储备前提，技术入库前一般需建立技术架构，并对技术进行筛选，不同类型的技术库对技术入库前的筛选有不同的要求。由于缺少完善的技术支撑，目前对技术入库前的筛选与设计方面的研究还较少，使得一些数据库将可得的技术全部入库，加之数据库设计的功能较为单一，无法向用户展示可行技术的丰富信息。因此，非常有必要对技术成果进行梳理、评估后再入库。

辽河流域是我国七大流域之一，同时也是国家层面治理的重点流域，近年来在河流健康修复与管理方面产出大量的技术研究成果，但这些技术成果尚未经过系统地梳理后再纳入技术库。笔者基于对辽河保护区河流健康修复与管理技术的研究，提出河流健康修复与管理技术的入库流程设计，旨在为辽河保护区河流健康修复与管理技术库的构建提供技术支撑。

1 设计路线

通过查阅大量文献、书籍、期刊及网络信息，结合现场调研等方式对辽河保护区河流健康修复与管理的技术与方法进行收集与整理，形成原始数据库。按照技术性质将辽河保护区的技术分为修复类和管理类两大类[3]，再对这两大类技术进一步细分，对细分得到的每项技术分别从技术创新性、技术引领作用和技术就绪度[3]3个维度进行深入细致地评估，并将评估结果作为入库审核条件，对技术进行过滤筛选，形成入库技术清单。最终形成以技术就绪度为核心的入库审核条件及以技术评估为核心的技术入库流程体系。辽河保护区河流健康修复与管理技术入库流程的设计路线如图1所示。

图1 技术入库流程设计路线Fig.1 Design route for technology storage into database

2 技术收集与分类

2.1 技术来源

辽河保护区河流健康修复与管理技术来源于“十一五”“十二五”“十三五”3个五年计划期间“辽河流域水污染治理与水环境管理项目”产出的科研成果，通过查阅文献、期刊、书籍及“水专项”技术报告等多种方式，尽可能全面地收集技术的全部参数信息，如技术性质、技术研发投资比例、技术链条完整性、是否应用于示范工程等，为后续技术的分析和评估做好准备，同时为技术库的构建打好基础，保障技术库的查全率和查准率。

2.2 技术分类

首先将辽河保护区河流健康修复与管理技术分为修复类与管理类两大类。河流水体修复时，一般针对流域生态破坏现状及修复的技术需求，按照流域清水产流的理念与修复思路，通过外源污染控制技术、自然生境恢复技术、大型生态工程功能提升技术3个方面进行水体综合修复，支撑流域减负与增容。河流流域区域水环境管理一般包括以下几个层次内容：1)通过互联网和软硬件相结合的信息获取方式，了解水环境状况，为流域管理提供基础数据支撑；2)通过鉴别物质的理化性质，对环境问题成因进行识别与诊断，对已创建的方法和系统进行评估，以保证后续管理决策的正确性和准确性；3)根据“分区、分类、分级、分期”的管理要求，通过实施水生态功能分区、水环境质量基准、水环境质量评价等技术，科学确定水质目标，实现水环境质量的科学管理；4)构建流域水环境风险预警平台，形成突发和累积2种潜在风险的预防管理机制，减少水质目标的潜在风险。基于上述思路，将辽河保护区的修复类技术分为外源控制、生境修复、功能提升3类，将管理类技术分为信息集成、鉴别评估、质量管理、风险管理4类。将修复类技术和管理类技术分别按照上述逻辑再分类，形成完整的技术层级框架，以供使用者更方便、快速地检索信息。具体技术分类情况见图2。

图2 技术分类Fig.2 Technologies classification

2.3 不同类别技术的内涵

2.3.1修复类技术

修复类技术通过对被污染的环境采取物理、化学及生物学技术措施，对受损的水生态环境进行修复，使存在于环境中的各类污染物浓度减小或毒性降低甚至达到无害化，使得环境能够部分或全部恢复到无污染的初始状态，促进良性的生态演替[4]。由于所修复的水体是环境的一部分，不能与环境分离开来，所以必须要将环境因素融入技术中[5]。修复类技术包括工业源、城镇生活源及面源的减排技术，内源污染控制技术以及水体生物治理技术等，其往往有明确的工艺且可用具体的技术参数反映工艺的特性，但需要经过小试试验，中试试验甚至大型示范工程来验证技术的可推广性[3]。

辽河保护区河流修复类技术特点：1)外源控制技术是减少外源污染物尤其是营养物质、重金属和高耗氧物质进入河流，修复受损河流水体的关键措施，控制农业农村面源污染和城市生活污水排放是辽河保护区外源污染治理的重点，从污染源头进行截污减排是必要且高效的河流健康修复方法之一；2)生境恢复技术包括评估自然生境恢复现状、甄别影响因素的关键因子，及基于提升河岸带稳定功能、缓冲功能和生物多样性功能的自然生境恢复关键技术，在干、支流各明渠段，通过生境恢复技术恢复河岸带植被，充分发挥河岸带植被缓冲带功能和护坡效应，恢复与重建退化的河岸带生态系统，保护和提高生物多样性；3)功能提升主要指针对辽河保护区大型生态工程功能提升与稳定运行的技术需求，研发的大型湿地的生态需水保障、湿地水生植物群落人工诱导更新、定向恢复及其资源化利用、湿地功能提升与稳定化技术、大型流域湿地发育机制技术，以及集成的大型流域湿地重建与恢复关键技术等。

2.3.2管理类技术

管理类技术指依托于政策法规限制破坏水环境质量的人类活动、减少污染负荷、创造健康的水生态环境、实现环境保护的战略和方法。主要包括监控技术、管理方法、机制与制度、法律法规、政策与制度。管理类技术一般表现为相关的制度、政策或措施，有明确的法律法规约束，具有普遍适用性。制定技术实施方案后，往往需要形成指导方针、政策和管理办法的初稿，广泛征求意见后，在小范围内开展试点，批准后正式公布文件，并加以推广应用[3]。

辽河保护区河流管理类技术特点：1)信息集成主要通过互联网和软硬件相结合的方式，直接读取或计算获得所需的数据，如水质模型模拟或监测平台监测等，信息的获取和集成有助于管理者了解水环境状况，为进一步判断和决策提供基础数据支撑。2)鉴别评估以集成的信息为基础，对环境问题的成因进行识别与诊断，对已创建的方法和系统进行评估，保证后续管理决策的正确性和准确性。3)质量管理首先需基于流域水生态功能分区体系，识别并揭示不同地区水生态系统结构特征、水生生境类型特征和水生态功能[6]；其次要依托总量控制技术，核定区域的水污染负荷总量，在时间和空间上对水资源进行调度，有效解决困难区域的问题；实行划分单元、分区管理的政策，将复杂的流域系统性问题分解成相对独立的单元问题，通过对各控制单元水污染问题的逐一治理，实现流域总体水质目标。4)风险管理集成了突发事件应急处置技术、风险识别技术和风险预警技术，是生态环境保护体系健康运行的保障，风险管理技术的发展可以保障生态环境保护工作人员的人身安全，减少生态资源的浪费，节约环境修复成本，从而更好地进行流域水生态环境的修复和保护。

3 技术评估

通过技术创新性、技术引领作用和技术就绪度3个维度的评估，对技术进行筛选，将满足入库标准的技术进行数据转换、优化等处理，形成包括基本原理、工艺流程、技术就绪度以及实际应用案例等内容的技术清单[7]。

3.1 技术创新性和技术引领作用评估

层次分析法是指将复杂的多目标决策问题作为一个系统，将目标分解为多个目标或准则，进而分解为多指标(或准则、约束)的若干层次，通过定性指标模糊量化方法算出层次单排序(权数)和总排序，以作为目标(多指标)、多方案优化决策的系统方法。层次分析法比较适合于具有分层交错评价指标而且目标值又难于定量描述的决策问题。专家打分法是指通过匿名方式征询有关专家的意见，对专家意见进行统计、处理、分析和归纳，客观地综合多数专家经验与主观判断，对大量难以采用技术方法进行定量分析的因素做出合理估算，经过多轮意见征询、反馈和调整后，对目标问题进行分析的方法。本研究对技术创新性和技术引领作用的评估均采用层次分析法和专家打分法。

3.1.1指标选取

基于辽河流域水环境管理与水污染治理项目研究产出的河流修复类和管理类技术，参照GBT 22900—2009《科学技术研究项目评价通则》[8]中对科技成果成熟度划分的基本思路，选取技术创新性和技术引领作用进行评估。

表1 技术创新性指标

表2 技术引领作用指标

3.1.2指标权重与评估分值计算

指标权重(W)反映指标的重要程度，权重越大表示该指标越重要；权重越小，则表示该指标越不重要[10]。通过层次分析法确定指标权重，再计算技术创新性评估得分和技术引领作用评估得分。创建各因素对技术创新性影响的成对比较矩阵(A)：

A=(aij)n×naij>0，aji=1aij

(1)

式中：aij为技术创新性指标i与j比较的判断；n为技术创新性指标个数；aji为技术创新性指标j与i比较的判断。

创建各因素对技术引领作用影响的成对比较矩阵(B)：

B=(bxy)m×mbxy>0，byx=1bxy

(2)

式中：bxy为技术引领作用指标x与y比较的判断；m为技术引领作用指标个数；byx为技术引领作用指标y与x比较的判断。

通过计算成对比较矩阵，求得矩阵的最大特征根和特征向量，并作一致性检验，若通过检验，则特征向量为权向量(权重)，即可得到每项指标对应的权重。设定技术创新性技术引领作用评估总分为100分，每项指标的权重乘以100即得到每项指标的标准值；基于标准值，通过专家打分法给每项指标赋分，对每项技术各指标所得的分值求和，即得到每项技术的技术创新性技术引领作用评估得分(表3)。

表3 技术创新性技术引领作用评估分值计算

Table 3 Technical innovationtechnical leadership evaluation score calculation

表3 技术创新性技术引领作用评估分值计算

技术创新性∕技术引领作用指标权重指标标准值专家打分C1W1100×W1E1C2W2100×W2E2︙︙︙︙CkWk100×WkEk评估得分E1+E2+…+Ek

注：k为技术创新性技术引领作用指标序号。

3.1.3评估等级确定

应用平均分区方法[11]，对技术创新性和技术引领作用评估得分进行评价等级的分区划分(表4、表5)。

表4 技术创新性等级评估标准

表5 技术引领作用等级评估标准

3.2 技术就绪度评估

入库技术根据其颗粒度的不同一般分为单项技术和集成技术[3]。单项技术指不可再分解、具有独立的技术方案、研发完成后能独立发挥作用的技术，是追求单一问题的最优化解决方法。对于针对某一水环境问题进行治理并已在实际情况中应用的技术或技术整体，都可以看作是单项技术。集成技术是根据技术的属性、特点、使用环境等因素，将多个独立的单项技术集成到相互关联、统一协调的一个有机整体中所形成的技术，具有某种功能的集合效应。单项技术和集成技术使用不同的技术就绪度评估方法。

3.2.1单项技术就绪度评估

依据文献[3]中提出的评价标准及细则直接确定单项技术就绪度等级。该评价标准及细则提出根据科研项目的研发规律，将发现基本原理到实现产业化应用的研发过程划分为9个等级，对关键技术的成熟度进行定量评价。修复类技术就绪度分为9个等级：1)发现基本原理；2)形成技术方案；3)开展小试研究；4)开展中试研究；5)形成工艺包或产品、平台整体设计；6)工程示范或形成产品、平台；7)通过第三方评估或用户验证认可；8)规范化标准化；9)得到推广应用。管理类技术就绪度分为9个等级：1)发现基本原理；2)形成技术方案；3)技术方案可行性论证；4)形成技术指南、政策、管理办法初稿；5)通过管理示范；6)完成并发布技术指南、政策、管理办法的征求意见稿；7)得到相关政府认可；8)得到推广应用；9)形成规范化、标准化的技术成果。

3.2.2集成技术就绪度评估

集成技术就绪度评估是基于其包含的单项技术的就绪度评估等级计算出来的，常用的计算方法有平均值法、中间值法、线性权重法[12-14]。平均值法是通过计算所有涉及到的单项技术就绪度的平均值来确定集成技术的就绪度。中间值法是通过统计就绪度的中间值来确定集成技术的就绪度：将评估后的各单项技术就绪度数值以递增(或递减)的顺序依次排列，若单项技术的项数是奇数，取中间值；若是偶数，则取中间2个数值的平均值。线性权重法是通过累加各单项技术的评估值与对应的权重的乘积来确定集成技术的就绪度[15]。平均值法和中间值法操作简单，但适用范围均有一定局限性，当集成技术中单项技术的最大和最小技术就绪度等级差≤3时，适合采用这2种方法；线性权重法适用范围广，能较好地反映各单项技术所占的权重，但操作方法较复杂，且结果的准确度依赖于权重赋值的精确度，受人为因素影响较大，当集成技术中单项技术的最大和最小技术就绪度等级差>3时，适合采用此方法。

4 技术入库

确定以技术就绪度、技术创新性和技术引领作用等级为核心评判标准的入库审核条件。根据文献[3]提出的技术就绪度评价标准及细则，修复类技术只有形成示范工程或产品和平台，才有推广和利用的价值，所以要求修复类技术就绪度≥6级；而管理类技术只有形成技术指南，经正式颁布后才能发挥目标导向作用，所以要求管理类技术就绪度≥4级。

纳入技术库的技术需同时满足以下条件：技术就绪度≥6级(修复类技术)，技术就绪度≥4级(管理类技术)[3]；技术创新性评估得分>60分(等级为好或很好)；技术引领作用评估得分>50分(等级为前瞻引领或突破引领)。将同时满足这些条件的技术形成技术清单，纳入技术库，并将不满足条件的技术剔除。技术库包括技术名称、技术内容、技术适用范围、技术类型、技术创新性和先进性、技术就绪度以及示范工程等内容，便于用户了解技术的相关信息，且技术库会定期更新，达到较高的查全率和查准率[16]。随着技术的发展，越来越多的功能会融入技术库，如记忆功能[17]，其会对用户感兴趣的内容进行整理、归纳，并按由高到低的相关程度向用户推送。

5 结语

基于辽河保护区河流健康修复与管理技术的评估结果，筛选出同时满足技术就绪度为6级及以上的修复类技术、技术就绪度为4级及以上的管理类技术，技术创新性评估得分大于60分、技术引领作用评估得分大于50分的技术成果作为优势技术，用于辽河保护区水污染治理和水环境管理技术体系的凝练与优化集成。围绕水污染防治攻坚战对健康河流水质水量的要求，形成优化技术清单，推动辽河保护区产出技术的落地转化和优势技术的推广。

辽河保护区河流健康修复与管理技术库可以更好地辅助辽河保护区水环境治理工作。通过在技术库中输入关键词，可快速找到所需的技术方法，提升查阅资料的效率。未来技术库系统会对各技术的参数使用统一命名规则，并添加清晰易懂的注释信息。将重点内容做标记，同时使用信息可视化技术，通过动图或视频的方式展示技术原理等枯燥难懂的信息，方便使用者更清晰地理解相关技术信息，有更好的检索体验。辽河保护区河流健康修复与管理技术库的建立有望为生态环境从业者提供分区域、分行业的河流生态修复技术，为各级政府和生态环境部门的河流健康管理提供依据，为政府正确决策保驾护航。