城市河流水环境品质提升与生态健康维系 水环境品质提升与水生态安全保障丛书 高等学校环境科学与工程 市政工程等专业应用书籍

1.本书关注“后黑臭水体”时代我国当前的水环境品质提升的关键需求。
2.本书所介绍的技术强调生态系统的健康，注重健康生态系统的生境构建和长效维系。
3.本书理论与技术相结合，技术与工程实例相结合，内容具有较强的全面性。

本书以建立城市河流水环境品质提升与生态健康维系技术体系为主线，针对城市河流水环境治理的阶段特点与构建高品质水环境的需求，重点论述了城市水体感官愉悦度与生态健康评价、城市径流污染多维立体控制、城市河网流态联控联调、河流典型污染物快速去除与透明度提升、河道生态修复与健康维系等技术，进而介绍了各项技术在苏州中心城区范围内的示范验证情况；形成的城市水环境品质提升与水生态健康维系的集成技术体系及实践可支撑我国城市河流水环境治理，也为我国类似城市的水环境治理工作发挥积极的示范和引领作用。
本书内容丰富，体系完整，注重理论与实践结合、技术先进性与实用性结合，可供生态环境、城市水务、市政等领域的工程技术人员、科研人员和管理人员参考，也可供高等学校环境科学与工程、市政工程、生态工程及相关专业师生参阅。

贾海峰，清华大学环境学院教授，长期以来从事城市水环境规划与管理、城市径流控制与海绵城市、城市水环境修复、环境模拟、环境信息技术应用等方面的科研和教学工作。担任国家重大水专项苏州项目首席科学家、国家重大水专项标志性成果责任专家、住建部海绵城市建设技术指导专家委员会委员。

第1章 绪论 1
1.1 城市河流生态功能与问题 2
1.1.1 河流生态系统的组成 2
1.1.2 河流生态系统的生态功能 3
1.2 城市河流水环境现状与问题 4
1.2.1 城市河流水环境从污染到逐步改善的现状 4
1.2.2 城市化进程中城市河流普遍遇到的主要问题 4
1.2.3 水环境治理转型期城市河流品质提升面临的挑战 5
1.3 城市河流水环境品质提升技术路线图 8
参考文献 10

第2章 城市河流水环境品质调查与评价 12
2.1 城市河流水体水环境品质指标 12
2.1.1 水体感官相关指标 12
2.1.2 水质安全指标 13
2.1.3 水体流动性指标 18
2.1.4 水生态指标 19
2.2 城市河流水体感官愉悦度评价技术 20
2.2.1 水体感官愉悦度评价方法的建立 21
2.2.2 水体感官愉悦度评价方法的验证 26
2.2.3 城市水体感官愉悦度在线监测系统 27
2.3 城市河流水生态健康评价技术 29
2.3.1 城市河流水生态健康评价体系 29
2.3.2 城市河道生态健康评价指标和赋值 31
2.3.3 城市河道生态健康评价方法 37
2.3.4 苏州市城区河道生态健康评价 39
参考文献 43

第3章 城市径流污染多维立体控制 48
3.1 城市河流雨季污染特征 48
3.1.1 降雨径流样品采集与分析方法 49
3.1.2 降雨事件监测 50
3.1.3 瞬时样品水质特征分析 51
3.1.4 事件平均浓度计算 53
3.1.5 径流污染负荷评估和分析 55
3.2 降雨径流多维立体控制技术 59
3.2.1 LID-BMPs技术比选 59
3.2.2 淹没式自排系统径流污染过程控制技术 77
3.2.3 地表径流污染控制非工程措施研究 83
3.2.4 城市下垫面污染物累积-冲刷模型构建 88
3.3 城市区域径流多维立体控制工程案例 96
3.3.1 工程方案 96
3.3.2 工程实施效果 103
参考文献 108

第4章 城市河网流态联控联调 111
4.1 平原河网城市河网流态联控联调的技术思路 111
4.2 河网水动力-水质阈值确定技术 113
4.2.1 水动力-水质调控上限阈值研究 113
4.2.2 水动力-水质指标调控下限阈值研究 140
4.3 河网水系流动性调控关键技术 142
4.3.1 免底泥扰动的水动力调控技术 143
4.3.2 基于增阻减阻的河道水动力调控技术 148
4.4 以模型为核心的河网优化调度技术 151
4.4.1 模型原理 152
4.4.2 模型概化 157
4.4.3 模型校准 158
4.4.4 基于水动力-水质-水生态模型的调度方案计算 161
4.5 基于物联感知的自动监控技术和模型云技术 169
4.5.1 基于物联感知的自动监控技术 169
4.5.2 模型云技术 172
4.6 河网流态优化联控联调工程案例 182
4.6.1 工程方案 182
4.6.2 工程建设 188
4.6.3 工程实施效果 199
参考文献 201

第5章 河流典型污染物快速去除与透明度提升 206
5.1 河道水体典型感官污染物的特征解析 206
5.1.1 采样点及其区域特征 206
5.1.2 典型污染物含量分析 207
5.1.3 河道水体中悬浮物的粒径分布与其他指标间关联分析 209
5.2 城区上游来水典型污染物的去除技术 211
5.2.1 表面流人工湿地试验设计 212
5.2.2 不同工况下湿地运行效果分析 212
5.3 城区河道水体景观特征污染物快速去除技术 219
5.3.1 膜分离悬浮物快速去除技术研究 219
5.3.2 磁分离悬浮物快速去除技术研究 236
5.3.3 强化混凝-滤布滤池悬浮物快速去除技术研究 254
5.3.4 软质外壁可膨胀式弹性滤池过滤技术 264
5.3.5 絮凝剂投加对水生系统的生态影响研究 270
5.4 城区水体典型污染物快速去除与透明度提升工程案例 280
5.4.1 工程示范方案 280
5.4.2 水环境品质效果分析 282
参考文献 284

第6章 城市河道生态修复与健康维系 294
6.1 城市河道生态修复与健康维系技术思路 294
6.2 城市河道底质电化学原位修复技术 295
6.2.1 技术原理 295
6.2.2 电化学原位修复设备实验室研究 296
6.2.3 河道底质电化学原位修复示范研究 308
6.3 水草生境构建技术 319
6.3.1 浮动式生态坡岸改造技术 320
6.3.2 流动水体水下植被恢复技术 323
6.3.3 硬质底植被恢复技术 327
6.4 植物源化感抑藻技术 329
6.4.1 植物化感作用抑藻机理 330
6.4.2 植物抑藻凋落物的筛选 331
6.4.3 银杏浸提液抑藻效果和生态安全性研究 336
6.5 河流健康生物链构建技术 344
6.5.1 水生维管束植物时空优化配置技术 345
6.5.2 生态位动植物配置技术 349
6.6 河道水生态修复工程案例 353
6.6.1 工程方案 353
6.6.2 工程实施效果 358
参考文献 360

第7章 结语与展望 369
7.1 结语 369
7.2 展望 371

改革开放以来，工业化和城市化的不断推进及社会经济的高速发展，使我国面临严峻的水资源短缺、污染加剧和生态系统退化等问题，大自然敲响了生态环境保护的警钟，特别是20世纪90年代以来，我国河流湖泊水质不断恶化，生态和水环境问题积重难返，社会可持续发展及人民群众生产、生活和健康面临重大风险。面对污染治理、环境管理和饮用水安全的严峻挑战，2007年党中央国务院高瞻远瞩，做出了科技先行的英明决策和重大战略部署，启动了水体污染控制与治理科技重大专项（简称“水专项”），开启了新型举国体制科学治污的先河。“水专项”抓住科技创新这个牛鼻子，开展以问题和目标为导向的科技攻关，按照流域系统性与整体性治理理念，分控源减排、减负修复、综合调控三步走战略，重点突破重点行业、农业面源污染、城市污水、生态修复、饮用水安全保障以及监控预警六个领域关键技术，构建流域水污染治理、饮用水安全保障与水环境管理三大技术体系，开展工程示范，在典型流域和重点地区开展综合示范，通过科技创新、理念创新和体制机制创新，政产学研用深度融合，形成可复制可推广科技解决方案，为国家流域水环境综合整治和饮用水安全保障提供技术与经济可行的科技支撑，全面提升我国水生态环境治理体系和治理能力现代化水平。“水专项”实施以来，特别是“十三五”以来，紧密围绕国家战略和地方需求，聚焦水污染治理、饮用水安全保障、水环境管理三个重点领域，形成中央地方协同、政产学研用联合攻关模式和系统解决方案。针对三大重点领域，“水专项”建立了适合我国国情的流域水污染治理、饮用水安全保障和水环境管理技术体系，各有侧重、互为补充、形成合力，推动了复杂水环境问题的整体系统解决，减少了成果的碎片化，经过工程规模化应用和实践检验，已在水环境质量改善和饮用水安全保障中发挥了重要的科技支撑与示范引领作用。
针对我国经济发达地区城市水环境品质提升与水生态安全保障的需求，“十三五”期间水专项设置了“苏州区域水质提升与水生态安全保障技术及综合示范项目”。该项目由清华大学牵头，分别针对水设施功能提升与全系统调控、水源地生态环境安全保障、河道水环境品质提升与水生态健康维系技术开展了系统研究和工程示范。项目首席专家清华大学贾海峰教授组织编写的“水环境品质提升与水生态安全保障丛书”，凝聚了苏州“十三五”水专项研究成果的精华。该丛书由三部专著组成，是在总结国内外城市水环境治理经验和教训基础上，以苏州为研究案例，对城市水环境品质提升与水生态安全保障理论方法、技术体系和实践经验的系统总结和提升。其中，《水环境设施功能提升与水系统调控》以城市水系统安全高效运行和水设施精细化智能化管控技术体系构建为主线，选择印染废水处理厂、城市污水处理厂和城市管网等典型设施，系统介绍了设施排水的生态安全性评价与监控、印染废水处理厂毒害污染物与毒性控制、城市污水处理厂数字化全流程优化运行与节能降耗、城市排水系统多设施协同调控与雨季高效安全运行、城市污泥处理处置对水环境影响的综合评价、水环境设施效能动态评估6项核心技术。《湖湾型水源地水生态健康提升与水质保障》以湖湾型水源地水生态健康提升与水质保障技术体系构建为主线，围绕水源地水生态评价、陆域典型污染源综合防控和湖滨带水生植被优化管理等重点方向，全面介绍了湖湾型水源地水生态健康安全评价体系、特色农业水肥一体化精准施肥、山地生态种植与病虫害绿色防控、集中式污水处理厂优化运行与尾水深度净化、分散型农村生活污水处理设施长效维护管理、湖滨带水生植被群落优化调控和水生植物收割残体资源化7项核心技术。《城市河流水环境品质提升与生态健康维系》以建立城市河流水环境品质提升与生态健康维系技术体系为主线，针对城市构建高品质水环境的需求，整体介绍了城市水体感官愉悦度与生态健康评价、城市径流多维立体控制、城市河网流态联控联调、河流典型污染物快速去除与透明度提升、河流生态修复与健康维系5项核心技术。丛书还全面介绍了各项技术和技术模式在苏州中心城区范围内的验证、工程示范和成效情况。
该丛书体系完整，内容丰富，研究方法合理，技术先进实用，实践案例翔实，成效显著，创新性强，代表了当前我国城市水环境与水生态安全领域的最高研究水平，可为环保系统、城市建设、水利水务部门的技术人员和管理者以及相关专业的师生提供参考，相信也会对我国城市水环境管理有所帮助。

中国工程院院士
国家科技重大专项技术总师
中国环境学会 副理事长
吴丰昌
2023年2月