水专项京津冀区域项目实施绩效评估研究——以北运河为例

宋玲玲，王兆苏，武娟妮，王佳宁

（生态环境部环境规划院环境保护投资绩效管理中心，北京 100012）

“十一五”以来，为促进海河流域以及京津冀区域水环境质量改善，水体污染控制与治理科技重大专项（以下简称水专项）在海河流域及京津冀区域设立了众多项目及课题，主要围绕北运河、永定河和白洋淀-大清河等流域在水污染控制与水质改善技术集成与综合示范方面开展了大量的技术研究与示范，且形成了一系列单项技术、工艺技术、示范工程、流域水质管理及调控技术等技术成果，然而目前对技术整体成效尚不清楚，对区域环境质量改善的支撑情况也不了解。为此，本文以北运河为例，通过梳理水专项京津冀板块项目实施的科技产出、成果与效益，评估水专项实施对流域水生态环境质量改善的支撑情况。

1 评估对象与范围

北运河是海河北系4 大河流之一，发源于燕山南麓，西界永定河，东临潮白河，先后流经北京市海淀区、昌平区、顺义区、通州区、河北省廊坊地区以及天津市武清区、北辰区和红桥区。干流长143 km，流域面积6 166 km2。北京段主河道长89.4 km，流域面积4 293 km2，占北京市总面积的26%。

水专项在京津冀区域共计设立15 个项目，资金投入约7 亿元。其中，“十一五”项目有2 个，分别是海河流域水污染综合治理与水质改善技术与集成示范（2008ZX07209）、海河流域典型城市水环境整治技术研究与综合示范（2008ZX07314）。前者针对北运河主要开展水系水环境实时管理决策支持系统研究与示范、水系水量水质联合调度关键技术研究、上游典型污染区污染控制技术研究与示范、中游重污染河段水质改善技术研究与示范、中游段生态治理关键技术与示范和下游河灌区水污染防控与河道水质保持技术研究与示范等。后者针对北运河流经城市的水环境整治技术开展研究与示范，主要包括天津滨海工业园区产业布局优化与节水控源减排技术研究与工程示范、北方城市大型污水处理厂除磷脱氮和污泥减量化技术研究与工程示范、城市污水再生利用及水质安全保障技术开发与工程示范、华北缺水地区小城镇水环境治理与水资源综合利用技术研究与示范和北京城市再生水水质提高关键技术研究与集成示范等。

“十二五”期间水专项涉及北运河流域项目仅有1 个，即海河流域重污染河流水质改善成套整装技术集成与综合示范项目（2012ZX07203），主要开展北京段河流水质改善集成技术与综合示范、天津段河流水质改善集成技术、河流生态完整性影响机制与恢复途径研究。

“十三五”期间水专项在北运河流域设置项目5 个。北京段设置了北运河上游水环境治理与水生态修复综合示范（2017ZX07102）、北京城市副中心高品质水生态建设综合示范项目（2017ZX07103）和北京市智慧水务综合管理平台研究与建设项目（2017ZX07104）等3 个项目。北运河上游水环境治理与水生态修复综合示范（2017ZX07102）主要开展北运河上游水环境治理与水生态修复综合示范、沙河水库水环境改善及水生态修复集成技术研究与示范、面向未来污水处理厂关键技术研发与工程示范、北运河上游分散生活污水治理技术模式与运营、监管机制研究示范等，确保北运河上游区域水生态环境得到显著改善，进而有效推进北运河流域水生态环境综合治理全方位系统实施。北京城市副中心高品质水生态建设综合示范项目（2017ZX 07103）主要结合通州 “一河串联”（北运河）的发展战略，实现区域水环境质量提升，支撑实现区域水生态文明构建。北京市智慧水务综合管理平台研究与建设项目（2017ZX07104）主要以北京市水资源水环境安全保障为目标，通过水务大数据分析利用研究，构建北京市五大流域水环境预警和水量水质统一调度体系，为水环境预警及时准确，多水源的优化、智能、低耗调度提供智慧化服务，提升水务社会化综合服务能力。北运河廊坊段设置了京津冀南部功能拓展区廊坊水环境综合整治技术与综合示范项目（2018ZX07105）1 个项目，重构廊坊区域生态水网，打造区域水生态绿色廊坊基本框架，实现多水源水质水量优化调控，实现区域水环境质量、水生态功能的提升。北运河天津段设置了天津海绵城市建设与海河干流水环境改善技术研究与示范项目（2017ZX07106），针对天津高地下水位、弱透水和盐碱地域特点，构建海绵城市建设成套技术及水环境改善技术，研究北运河天津段点源与非点源污染削减、河道治理与景观提升技术和城市污水氮磷深度去除技术等，支撑天津市海绵城市试点区建设与管理，支撑北运河河道水质达标与生态修复以及城市污水超高标准处理与再生利用。

2 评估内容与方法

根据现行科技评估管理要求，借鉴科技评估实践以及文献研究，并结合评估对象特点以及评估目的设计评估框架及内容。评估框架包括科技产出、成果与效益等两方面。科技产出包括示范工程、专利成果和技术规范/标准/指南等。成果与效益主要从水环境、水资源和水生态角度出发，评估污染物减排、水环境质量改善、再生水资源综合利用、水资源变化和水生态变化等内容，见表1。

表1 水专项京津冀区域绩效评估内容

本文充分借鉴国内科研项目绩效评估经验，综合采用定量评估、半定量评估方法和定性评估方法。其中，产出以及成果中的污染物减排的评估主要利用数学统计方法、案例研究等定量评估和半定量评估方法；其他内容主要采用对比分析法、案例分析法等定性和半定量方法。

3 科技产出

3.1 示范工程

“十一五”以来，水专项在北运河流域开展的示范工程主要有城镇污水处理功能提升、城镇面源污染控制、水体水环境治理与水生态恢复、水资源调度、流域生态环境修复与治理、农村面源污染控制、农村污水处理和工业废水处理等8 种类型，共计96 项。示范工程以水体水环境治理与水生态恢复、城镇污水处理功能提升为主，分别为54 和15 项，合计占比72%，见表2。

表2 北运河流域示范工程项目分布

城镇污水处理功能提升示范工程包括城市污水处理厂提升改造、城市污水深度处理，主要针对区域水体污染重、生态流量不足等问题，通过示范工程实现京津冀地区城镇污水处理厂处理能力、排放标准的提升，污水处理厂尾水作为生态补水进入水体，从而提升水质。如，在海河北系（天津段）河流水质改善集成技术与综合示范（2012ZX07203-002）支持下，依托天津市武清区河西务污水处理厂开展的城镇污水与工业园区污水处理及高效利用技术示范工程，设计水量3 000 m3/d。原有排放标准是达到《城镇污水处理厂污染物排放标准：GB18918—2002》一级B 排放标准，为了满足2015 年10 月1 日天津市发布的《城镇污水处理厂污染物排放标准：DB12/599—2015)》要求，即自2018 年1 月1 日起，污水处理厂出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准：DB12/599—2015)》B 标要求。2016 年，在水专项支撑下开展了示范工程建设，原有工艺为“格栅-调节池-气浮池-A2O+沉淀池-生物转盘-滤池-消毒”，在原有A2O 工艺中加入组合填料，提高活性污泥系统的污泥浓度，沉淀池改造为MBR 池，改造后的工艺为“格栅-调节池-气浮池-A2O+AO-MBR池-消毒”，改造总投资749.50 万元。根据2019 年现场调查情况，示范工程建成以来一直能够稳定运行，出水能够稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准：DB12/599—2015》的B 标准。基于示范工程研发的“两级生化+MBR”工艺技术已在武清区下朱庄天和城污水处理厂得到应用，对于小城镇污水处理厂改造具有广阔的应用前景。

水体水环境治理与水生态恢复示范工程主要是为了提升河湖水道水质，实施工程内容包括河岸生态缓冲带、湿地处理系统和污水处理系统等工程。典型案例有湿地生态系统重构及河滩地水质净化与储存研究与示范（2018ZX07105-004）支持的老龙河及龙河水环境综合治理工程示范。示范工程位于廊坊市龙河流域，共有2 个示范地点：龙河湿地示范工程，位于廊坊市安次区东张务防洪闸下游，采用“高效预处理+人工湿地（潜流湿地+表流湿地）”的净化工艺，处理规模3 万m3/d，人工湿地占地面积30 hm2；老龙河湿地示范工程，位于104 国道落垡桥下游，工程示范涵盖潜流-表流复合型人工湿地，总面积40 hm2，示范工程主要为潜流人工湿地及表流人工湿地，潜流人工湿地在功能定位上承接老龙河上游来水，承担对上游水体的净化处理，表流人工湿地作为潜流湿地的有益补充，保障下游出境市控断面的稳定达标。根据示范工程第三方监测结果，龙河人工湿地示范工程实施后，龙河水体的COD、氨氮和总磷3 项指标值均有明显提升，下游出境断面的水质均满足国控考核的地表水V 类水标准，老龙河示范工程运行状态良好，出水稳定达标，有效保障了老龙河落垡桥市控断面的稳定达标，并为迁徙水鸟创造觅食、栖息和繁殖的生态栖息场所。

3.2 专利成果

“十二五”期间水专项涉及北运河流域课题共计申请了170 项专利，其中发明专利124 项，实用新型专利46 项。通过对专利状态的查询，170 项专利状态中，49%的专利处于专利权维持状态（即有效状态），失效专利69 项，占比41%，申请中、申请无效、被驳回、近失效的合计占比10%。

在有效的专利中，北京城市排水集团的发明专利《一种分散型村镇污水强化脱氮除磷的一体化装置与方法（2011100909006）》、北京环境保护科学院的发明专利《内循环生物滤池反应器及污水处理方法（2012103640797）》和北京建筑工程学院的实用新型专利《雨水处理和利用设施的设计方法（2010101957021）》等17 项专利实现了成果的有效推广和转化。

3.3 技术规范/标准/指南

水专项的实施支撑了一系列标准规范的编制与发布。涉及北运河流域的课题编制与发布了24 项技术规范/标准/指南，其中已正式发布21 项，以征求意见稿形式发布3 项。部分技术规范/标准/指南作为强制执行的地方标准被广泛应用，如，《天津市污水综合排放标准：DB12/356—2018》于2018 年2 月起作为天津市水污染排放控制地方标准实施，《水污染物综合排放标准：DB11/307—2013》自2014 年1 月起作为北京市水污染控制地方标准实施，《河北省农村生活污水排放标准：DB13/2171—2015》自2015 年3 月起作为河北省农村生活污水处理设施的水污染物的排放管理的地方标准实施。此外，还形成了《循环冷却水节水技术规范：GB/T 31329—2014》《水质有机磷农药的测定气相色谱法：HJ 768—2015》《水质挥发性有机物的测定吹扫捕集/气相色谱法：HJ 686—2014》等国家标准和行业标准。

4 成果与效益评估

4.1 促进流域水环境质量改善

水专项实施对流域水环境质量的改善主要通过污染物减排实现，一是通过示范工程直接带动流域污染物减排，二是基于示范工程编制形成了一系列技术标准等，通过标准实施间接促进流域污染物减排。根据96 项示范工程规模以及处理效率，核算各项示范工程主要污染物减排量，计算得到流域COD 减排量为2.02 万t/ a，氨氮减排量0.14 万t/a，总磷减排量为0.01 万t/a。通过示范工程的实施，形成了城市污水处理厂升级改造及高品质再生水生产成套技术体系，在北京市、天津市率先支持制定了北京市《城镇污水处理厂水污染物排放标准：DB11890—2012》、北京市《水污染物综合排放标准：DB11307—2013》、天津市《城镇污水处理厂水污染物排放标准：DB12/599—2015》等一系列技术标准文件，全面支撑了北京、天津污水处理厂提高污水处理厂排放标准。

以北京市为例，在地方排放标准的推动下，2012 年以来，北京市政府先后颁布了《北京市加快污水处理和再生水利用工作的意见》《北京市加快污水处理和再生水利用设施建设3 年行动方案(2013—2015 年》[1]，即“第一个3 年行动方案”等系列文件。“十三五”期间，北京市进一步推进污水治理工作，2016 年，北京市政府印发《北京市进一步加快推进污水治理和再生水利用工作3 年行动方案(2016 年7 月—2019 年6 月》，即“第二个3 年行动方案”[2]。在水专项科技支撑以及北京市政府推动下，北京市污水处理量呈现逐年增长态势，特别是“十三五”期间增长速度加大，2019 年北京市全市污水处理量已达到19.97 亿m3，污水处理率达到94.5%[3]。污水处理的提升直接带动了北运河水质的改善。“十三五”期间北运河北京段劣V 类水体比例大幅度减少，从2015 年的75% 降至2019 年的16.8%，Ⅰ～Ⅲ类水体比例明显增加，从2015 年的14%提升至2019 年的33.3%，见图1。

图1 2015、2018 和2019 年北京市北运河水质类别分布

2019 年，北运河王家摆断面（北京市出境断面）水质已提前达到2020 年国家考核要求，COD 浓度从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，氨氮浓度远低于4 mg/L的考核要求，见图2。

图2 北运河王家摆断面2006～2019 年主要污染物年均浓度变化

4.2 促进区域再生水资源综合利用

“十一五”期间，在北京城市再生水水质提高关键技术研究与集成示范（2008ZX07314-008）课题支持下，实施了清河再生水示范工程、卢沟桥再生水示范工程2 项再生水资源综合利用示范工程，再生水处理规模为16.2 万m3/d，每年可以向环境提供5 300 万m3的再生水，占北京市“十一五”末再生水利用量的7.8%。“十二五”期间，在海河北系（北京段）河流水质改善集成技术与综合示范（2012ZX07203-001）课题支持下，又实施了赵全营镇再生水厂示范工程、马坡再生水厂示范工程2 项再生水资源综合利用示范工程，再生水处理规模为5.3 m3/d，每年供应再生水约1 900 万m3，水专项示范工程直接带动的再生水资源利用量占北京市“十一五”末的7.6%。

在水专项科技支撑下，北京市编制印发了《城镇污水处理厂水污染物排放标准：DB11890—2012》，全面支撑北京市再生水资源综合利用工程的实施。2012 年以来，在2 个3 年行动方案支撑下，2019 年全市再生水资源利用量已达到11.52 亿m3/a，相比2007 年，增长了1.3 倍，再生水主要用于河道补水、工业用水和市政杂用，已成为北京市稳定可靠的第二水源，2018 年再生水占供水总量的27.4%[4]，直接降低了地表水和地下水资源的开发利用，见图3。

图3 北京市2007～2019 年再生水资源利用量变化趋势

4.3 促进流域水生态流量增加

在水专项课题支撑下，实施了北运河、龙河、天堂河、南水北调等与永定河水系连通示范工程、区域水网水系连通生态廊道构建成套技术集成与工程示范和天津海河-新开河-月牙河-海河河网联动水循环净化示范工程等示范工程，研究区域水资源优化配置与水质保障关键技术，确保了北运河生态流量的提升。根据水文站点监测数据，北运河近10 年来水流量呈增加趋势，2017 年平均年径流量为1.86 亿m3/a，明显高于2007 年水平，表明北运河河道水环境得到明显改善，特别是2015 年北运河水量已经满足最佳生态需水量（2.194 亿m3/a）[5]的要求，见表3。

表3 北运河水流量变化

4.4 支撑流域水生态改善

水专项在北运河北京段实施了沙河水库上游流域山水林田湖一体化生态修复综合示范区、龙道河生态治理技术综合集成示范工程和清河肖家河污水处理厂至奥林匹克森林公园北河段等生态修复示范工程；在天津市段实施了北运河下游水系河道水质保持与生态修复技术示范工程、七里海河道净化器技术示范工程、半自然湿地结构功能优化技术示范工程、河道生态缓冲带示范工程、河道岸边带生态修复技术示范工程、尾水再生利用的河岸缓冲带净化工程和北运河天津段村镇污染控制与河道修复技术研究与示范等生态修复工程，直接促进了水生态系统功能的提升。

河北中科遥感信息技术有限公司利用美国陆地卫星Landsat的TM影像（分辨率为30 m）分析2013、2017 和2018 年夏季3 个时期北运河生态廊道范围内（以河流边界向外扩充2 km 作为监测区域）的植被覆盖度情况[6-7]，根据其监测报告《三大廊道生态遥感监测报告(2013—2018)》《三大廊道生态遥感监测报告(2017—2018)》，北运河廊道绿地面积从2013 年的54.9 km2提升至2018 年的55.3 km2，说明受北运河治理保护的影响，廊道生态环境缓步上升。

根据高彩凤[6]的调査结果，2009～2010 年，北运河底栖动物有17 种，其中寡毛类7 种，软体动物7 种，均占41.18%，水生昆虫3 种，主要优势种为寡毛类和软体动物的优势种，2009～2010 年平均底栖动物生物多样性指数为0.50，底栖动物的生物多样性相对较低。顾晓昀等[7]研究发现，2015 年夏季北运河水系底栖动物有3 门6 目23 种，以水生昆虫和软体动物为主，分别占比43.5%和47.8%。根据王汨等[8]调查结论，2015 年，北运河水系底栖动物群落香浓维纳指数平均值为0.88。可见，“十二五”期间，北运河底栖动物种类数有所增加，且群落组成呈现出水生昆虫种类数增加，水体有机污染的重要指示物种的寡毛类种类数减少，生物多样性得以提升。另外，根据北京市《2019 年全市水生态监测及健康评价报告》，2019 年北运河流域浮游植物优势种群已逐渐由蓝藻门向绿藻门、硅藻门转变，而且密度逐年降低，浮游动物以原生动物、轮虫为优势种类，对水质敏感的枝角类、桡足类所占的比例上升，底栖动物和大型水生植物出现了中等耐污型生物，证明北运河水生态结构日益改善。

5 评估结论

“十一五”以来，水专项在北运河流域共计实施了96 项示范工程，形成170 项专利成果和24 项技术规范、标准以及指南等，对流域、区域水环境、水资源和水生态等的改善均发挥了有力的科技支撑作用。在水环境方面，全面支撑北京市、天津市提高污水处理厂排放标准，提升区域污水处理量，直接带动了北运河水质的改善。“十三五”期间，北运河北京段劣V 类水体比例大幅度减少，Ⅰ～Ⅲ类水体比例明显增加。2019 年，北运河王家摆断面（北京市出境断面）水质已提前达到2020 年国家考核要求；在水资源方面，全面支撑区域再生水资源综合利用工程的实施，2019 年北京市再生水资源利用量相比2007 年增长了1.3 倍，再生水已成为北京市稳定可靠的第二水源。另外，研究了区域水资源优化配置与水质保障关键技术，确保了北运河生态流量的提升；在水生态方面，“十二五”以来，北运河廊道绿地面积有所提升，底栖动物种类数有所增加，群落组成呈现出水生昆虫种类数增加、寡毛类种类数减少的趋势，生物多样性得以提升。