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流域水环境基准及标准制定方法技术研究新进展

作者:中国环境报  来源:中国环境报 
评论: 更新日期:2020年04月06日

课题背景

环境基准是制定环境标准的科学基础,是环境管理的基石。国家水专项“流域水环境基准及标准制定方法技术集成”课题针对我国环境保护对环境基准理论技术的重大需求,围绕我国水环境基准及标准制定的技术难题,系统研究探索流域水环境基准方法体系相关的关键技术。基于我国流域水环境特征和人群暴露参数,基本构建了包括水环境基准制定、流域区域基准校验及基准向标准转化等过程的流域水环境基准“制定-校验-转化”方法体系框架,初步提出了具有我国特色的保护流域水生生物、水生态系统完整性、底泥沉积物及人体健康等四类水环境基准技术方法,为建立完善我国流域水质基准与标准体系提供了技术支持。

课题还进一步研究构建了流域水环境基准研发试验技术平台,基本提出了4类30余项适合我国实际的水质基准阈值,并在部分重点流域校验应用,初步研究提出相关标准规范15项,积极支持了我国《地表水环境质量标准》和新环境保护法的修订工作,并应用于太湖、辽河和鄱阳湖等流域的水环境管理,得到地方生态环境部门认可。

我国水环境基准研究基础相对薄弱,尚未对水环境标准的制修订形成全面支撑,水质基准向水质标准转化研究处于创新探索阶段

我国系统的水环境基准研究较发达国家晚起步约30年~50年,基础相对薄弱,且环境标准与基准之间的管理运行机制在我国尚未明确,还需相关管理部门与科研人员一起结合国情特色,借鉴国际经验,考虑将环境基准纳入环境标准体系,科学制定环境质量基准转化为环境标准的管理条例,现阶段我国水质基准向水质标准转化的研究处于创新探索阶段,尚未对水环境质量标准的制修订形成全面支撑,我国现行水质标准主要参照发达国家的水环境基准或标准成果制定,对我国水环境生态系统及饮用水水源安全保护的科学性有一定限制。针对新时期我国环境保护对环境基准的重大需求,约在“十一五”期间国家制定了“科学确定基准”的国家战略,启动了我国流域水环境基准理论方法与应用技术的系统研究。

环境标准是环境管理的依据,同时也是环境质量评价、环境风险控制、应急事故管理及整个环境管理体系的基础,是国家环境保护和环境管理的基石与根本。水质基准是制订水环境质量标准的基础,水质基准制定后,需开展水质基准向水质标准的转化研究,才能更好地为环境管理提供技术支撑。

近年来,国家相关部门重视环境基准研究,在2005年《关于落实科学发展观加强环境保护的决定(国发〔2005〕39号)》中明确提出了“科学确定基准”的国家战略目标。环境基准按照环境介质的不同可分为水环境基准、土壤环境基准和空气环境基准。其中,水环境质量基准按照保护对象的不同可以分为保护水生态系统完整性和保护人体健康水质基准等,它们构成了水环境质量基准的核心。考虑到我国国情,水质基准转化为水质标准才具有法律效力。水质基准是制订水环境质量标准的科学依据,水质标准是水环境质量评价、环境风险评价、环境损害鉴定评估、水环境管理和相关政策、法律法规的重要依据。

我国现行的地表水环境质量标准(GB3838-2002)采取的是高功能水质标准严于低功能水质标准的原则,便于操作管理,但由于保护对象较多且不够明确,在实际情况下不同功能的水质标准并不能完全相互涵盖。如地表水环境质量标准和渔业水质标准各自侧重于对自然保护区、饮用水水源地、工业、农业和渔业用水等多类水功能的保护,对水生态系统的安全保护不足,尚未系统体现对水生生物的保护目标。

据了解,我国近年来已开展了一系列关于水质基准方面的研究,如国家水专项课题“流域水质基准与标准技术研究”、“重点流域优控污染物水环境质量基准研究”、973计划项目“湖泊水环境质量演变与水环境基准研究”、环保公益项目“我国环境基准技术框架与典型案例预研究”等。基于研究成果,我国于2017年9月颁布了《淡水水生生物水质基准制定技术指南》《人体健康水质基准制定技术指南》《湖泊营养物基准制定技术指南》等,对我国的淡水水生生物水质基准、水体沉积物基准、水生态学(含营养物)基准和人体健康水质基准的制定工作起到了很好的指导作用。相对于水质基准取得的成果,我国在水质基准向水质标准转化方面的研究仍然处于创新探索阶段。水质基准主要从科学角度给出了保护水生生物、水生态系统、水体沉积物和人体健康等的数值,对于实施该数值的社会经济影响尚未全面考虑。

课题组在借鉴其他国家保护水生生物、水生态、水体沉积物和人体健康水质基准或标准体系的基础上,基于本土实际国情,综合考虑社会经济及技术等因素,研究提出基准向标准转化的方法技术。

针对我国新时期水环境保护对水环境基准的重大需求,课题提出“国家-流域-区域”三级水环境质量基准制定方案,为促进我国水环境基准制定技术的跨越式发展提供技术支持

课题组负责人刘征涛介绍说,现阶段,我国水环境管理正从目标总量控制向容量总量及质量控制转变,从单纯的化学污染控制向水生态系统保护的方向转变。

由于我国地域广阔、自然条件区域差异显著,水生生物分布特征也有明显区别,依此形成各种不同的水生态环境。由于不同流域及水生态功能区的地域生态异质性,国家或区域性水环境基准制定需要根据实际流域水生态特征,课题建议地表水水质基准按照生态分区(河流、湖泊、河口等)、污染物分类(无机物、有机物、混合物及营养物)、阈值分级、行动分期的原则予以确定和应用。水环境基准阈值可根据目标控制级别在不同管理层面分别应用,由国家发布国家层面的水质基准阈值,流域管理机构应用流域水质基准阈值,市县区域水环境管理机构应用水生态功能区基准阈值。

为促进水环境基准应用于流域水环境的精细化管理,需针对不同流域制定不同的水环境基准。污染物理化特性不同,对水环境基准阈值定值的影响也不同,应针对不同的污染物制定不同的流域层面水环境基准制定方案。我国流域南北差异大,不少流域都存在本土特色物种,在流域层面上制定水环境基准,重要目的之一是保护流域本土特色物种。课题提出建议主要步骤为:(1)搜集筛选流域特色物种的毒性数据,针对性补充开展室内毒性测试,建立流域特色物种的毒性数据集;(2)将流域特色物种的毒性数据与其他本地物种的毒性数据整合,建立流域本地物种目标污染物毒性数据库;(3)应用物种敏感度分布等拟合方法,结合污染物理化特性,确定目标污染物的水环境基准阈值;(4)将获得的水环境基准阈值与特色物种或本土其他重要物种的毒性数据进行比较,确认水环境基准阈值对特色或重要物种的保护,必要时适当调整水环境基准阈值。

水环境基准体系主要包括水生生物基准、水生态学基准、沉积物基准和人体健康水质基准等。课题针对我国环境管理对本土水环境基准的重大需求,基本研究构建了“国家-流域-区域”三级水环境质量基准制定方案,在国家、流域和水生态功能区3个层面上提出水环境基准制定和实施的技术路线和具体方法,涵盖了水环境基准阈值最少生物物种需求(MTDR)“三门六科”、“本土基准物种筛选”、“基准阈值生物效应比(BER)”、“流域-区域水质基准校验技术”、“生态毒性-水质参数响应关系”和“流域水环境优控污染物筛选”等成套关键技术,推动水环境基准应用于水环境管理实践。课题筛选确定了我国流域水环境优控污染物名单与本土基准受试生物名单,确定了适用于我国流域的水环境基准本土关键参数,研发了适合我国实际的重金属、常规污染物、有毒有机物等国家、流域、区域水环境基准阈值4类30余项,为促进我国水环境基准制定技术的跨越式发展提供技术支持。

针对我国水环境质量标准缺乏水环境质量基准支撑的现状,重点探索研究了流域水环境基准向标准转化技术,积极为我国水环境标准制修订提供基准科学支撑

水环境质量基准(简称水质基准)是确定水环境管理标准的科学基础,也是开展水环境风险监控及评估管理的科学依据。水质基准与标准共同构成水环境管理的重要准绳。我国水环境基准研究基础薄弱,现行环境质量标准基本参照国外基准或标准制定。如何依据我国国情特色将本土的水环境基准转化为水环境管理标准?课题开展了原创性调查研究。在借鉴发达国家保护水生生物、水生态完整性、水体沉积物和人体健康水质基准或标准技术体系的基础上,综合考虑我国社会管理、经济技术等国情特色,课题以水环境质量基准方法技术体系中的四类水质基准为研究对象,开展水生生物基准、水体沉积物基准、水生态学基准及人体健康水质基准向标准转化的原理和方法技术研究,提出了适合我国的流域水环境质量基准向标准转化的基本原理方法。

水环境质量基准所确定的主要是受控污染物与特定水环境保护对象之间的剂量(浓度)-效应(作用)关系的客观阈值,是以保护接触水体的人群健康和水生态系统安全为目的,用正确的科学数据资料表示的水环境中各种污染物质的无害作用的浓度水平,它可用来说明当某一受控物质或因素不超过一定的浓度或水平限值时,可以保护水生生物或水生态系统的特定功能用途。

环境质量标准是基于环境质量基准,结合考虑社会经济水平、技术能力等现状,以保护环境质量为目标,确定环境中有害物质或因素的限制浓度或强度水平。国外经验,基准值通常等同于标准值,但由于我国国情特色与国外不同,不能照搬国外做法,还需创新探索基准向标准转化办法,具体管理上标准还可分级、分类、分区、分期来实施。现阶段环境标准具有法律效力,环境基准本身不具备法律效力,但是可以客观地为环境污染防治及环境管理提供依据。

据了解,当前我国水环境基准向环境标准转化主要遵循的原则有:一是严格遵守我国相关法律、法规和标准。以《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国水污染防治法》《水污染防治行动计划》,以及现行的环境保护法律法规、政策、条例、标准的相关规定和要求为主要依据,对国内外水质基准/标准现状、法律法规、工作机制、技术现状和发展趋势等进行调研和对比分析,使我国的水质基准/标准工作能够适应我国政策法规的相关要求和发展趋势,充分体现科学适用性。

二是借鉴国内外相关标准和技术指南的经验开拓创新。如借鉴美国《推导保护水生生物及其用途的定量化国家水质基准的指南》、欧盟《水框架指令》、荷兰《关于推导环境风险限值的指导指南》等发达国家先进经验及我国环境保护、农业、海洋等相关部门现有技术标准和导则,总结经验教训,在标准制定过程中充分借鉴国内外的最新成果,对于较为成熟的共性技术直接引进或等效采用,对于原理方法不明或数据资料不全的加强研究,补充验证后应用。

三是围绕环境管理体制改革转型需要,服务水环境质量改善的总体目标,明确标准制定的工作程序,保障水质基准/标准制定工作应有较长期的实际研究检验和必要的本土校验数据支持,不断完善形成环境基准与标准方法技术。

四是充分吸收我国相关水环境质量基准及标准研究领域系统性研究成果,兼顾经济、技术发展水平和标准的合理性和可实施性,建立健全我国水环境质量标准技术体系。基于考虑我国水质基准研究现状及与现行《地表水环境质量标准》的衔接等因素,结合研究水质基准向标准转化的技术方法进展状况,现阶段初步研究提出国家及流域区域性水环境质量标准推荐值12项,包括氨氮、总磷、重金属镉、铬及有机物硝基苯、农药等水环境优控污染物,努力为我国地表水环境质量标准制修订提供科学支持。

针对我国水环境基准缺乏研发系统和试验技术平台的现状,研究构建了流域水环境基准试验技术平台,较好提升了我国流域水环境基准的研发试验技术水平

课题研究建立了我国流域水环境基准研发试验技术平台,实现对本土基准受试生物的实验室驯养与基准阈值的研发测试试验,包括本土淡水鱼类、两栖类、浮游类及底栖甲壳类、软体动物、水生昆虫类等水生态系统代表性物种,研究提出我国典型基准受试物种的驯养与测试规范8项,促进了我国本土水质基准毒性数据产出的科学规范化。

同时,自主研发了水生态微宇宙食物链生物风险测试系统,筛选出适宜于水生态微宇宙体系构建的环境条件及水生物种营养级条件,在此基础上成功构建水生态微宇宙模拟测试平台,为水质基准阈值的模拟试验与校验提供科学的实验技术支持。

构建了具有流域水生态及污染物特征因子查询、水质基准阈值计算与比对、水环境风险评估分析等功能的水环境基准数据库网络系统,用于我国水环境基准制定的试验研究及对水环境基准阈值的评估、模拟分析、应急风险监管等的服务支持。

相关成果共获授权发明专利 8 项及软件著作权 6 项,系统提升了我国流域水环境基准的研发技术水平。

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