第1章 绪论

1.1 研究背景

水是生命之源、生产之要、生态之基。饮用水安全对人的生命和健康至关重要，是人民群众最关心最直接最现实的水利问题。当前，村镇面源污染以及生活污水、工业废水的污染日益严重，直接威胁村镇饮用水水源安全。在南方水资源相对丰富的农村地区，也出现了兴建饮水安全工程难以找到合格水源、被迫进行污染水深度处理的现象。村镇饮用水安全的核心是饮用水源的保护。党和国家领导人多次对饮水安全工作做出重要批示，明确提出要把切实保护好饮用水源，让群众喝上放心水作为首要任务。

2005年以来，中央一号文件指出要高度重视农村饮水安全，增加农村饮水安全工程建设投入，加强饮水水源保护，让农民尽快喝上放心水。《中共中央 国务院关于加快水利改革发展的决定》（中发〔2011〕1号）和水利部《贯彻落实2011年中央一号文件深入推进水利工程建设领域突出问题专项治理工作的实施方案》（水建管〔2011〕125号）均明确把“整治流域水环境，解决农村饮水安全，抓好农村水环境综合治理问题”列为未来十年水利工作的重点。在随后召开的全国农村水利工作会议（2011年3月28日）上，陈雷部长关于《认真贯彻落实中央一号文件精神全面开创农村水利工作新局面》的讲话中，将“全面解决农村饮水安全问题和开展农村水环境整治”分别列为“十二五”期间农村水利发展十大目标之一。强调“依托农村水利重点项目建设，开展农村水系治理和水污染防治等农村水环境综合整治，把农村饮水安全和水环境整治摆在更加突出的位置”。

虽然按照饮用水源保护区污染防治管理规定，各地出台了实施细则，但实施差异较大。规模较大的供水工程多数建立了水源保护区，但是，面广量大的小型供水工程，特别是村镇供水工程，水源保护措施很难落实。村镇饮用水源保护工作涉及面广、解决难度大、保护措施复杂，受水源保护技术和财力状况等因素制约，研究提出符合我国村镇实际的饮用水源保护和污染防治技术，采取更有效的措施加强饮用水源保护具有十分重要的现实意义。

村镇饮用水源总体上可分为地表水和地下水两大类。其中地表水主要包括江河水、湖泊水、水库水、塘堰水、水窖水等，它们的特点是含矿物质少、硬度低、受污染的威胁大，有机污染物、无机污染物、浑浊度和微生物含量高，不易进行卫生防护。地下水包括浅层地下水和深层地下水，村镇饮用水源多采用深层地下水。深层地下水的特点是矿物质含量较高、硬度较大、直接受污染威胁小、浑浊度低、微生物含量少、取水点相对易进行卫生防护。

水源水质的监测指标主要包括感官性状、化学、毒理学、微生物学四大类指标。对于这些指标，国家生活饮用水卫生标准中都规定了具体的监测方法，而且根据监测条件与设备的不同，每种监测指标通常会对应一种以上的监测方法。目前，我国相关水质标准规定的饮用水源地水质监测指标很多，水质监测方法也比较完善，但是我国村镇目前监测水平与经济能力还有限，难以采用与城市饮用水源相同的监测方案及监测设备。而且，不同地区村镇饮用水源水质特点不同，水质监测的要求及硬件设施也不尽相同。如何根据不同类型的村镇饮用水源地，提出实用性强、经济、高效的水质监测技术，开发和筛选适用于村镇饮用水源地监测的技术与设备仍是现今亟待解决的问题。

随着经济的发展和人民生活水平的提高，人民群众对生活质量的要求越来越高，但同时又由于经济发展和资源过度开发，导致了饮用水源污染和水资源枯竭问题。这些问题正日益威胁到人民的身体健康，尤其是在收入相对较低、基础建设相对薄弱的广大农村地区，情况更为严重。各种研究和统计资料表明，我国大部分村镇饮用水源没有相应的保护措施，受到化肥、农药、养殖畜禽粪便、生活垃圾和塑料制品废弃物等污染，饮用水源水质恶化，严重影响村镇饮水安全。而在国外发达国家，尤其是相对发达的北美和欧洲，由于城乡差距小，农村饮水安全保障设施十分完善，从水源地保护政策的制定、水质实时监测、水污染防控到饮用水的处理工艺等各个管理层面和技术层面都已经比较完善，实现了从水源地到用户水质全过程控制，保证了居民的饮水安全。与之相比，我国村镇地区供水基础建设相对薄弱，饮用水源污染防控技术体系与国外发达国家相比还十分落后，亟须开展这些方面的攻关研究，建立村镇水源地生态防控工程技术体系，污染水域生物生态修复技术体系，为村镇饮用水源保护和污染防治提供强有力的技术支撑。

基于上述背景和现实需求，本书研究重点着力于以下四个方面：

（1）开展村镇饮用水源类型及水质调查研究，开发村镇饮用水源类型及污染物分布地理信息系统，研究典型村镇饮用水源污染特征及形成机理；研究村镇不同类型饮用水源的主要污染因子，筛选村镇饮用水源水质监测设备；根据村镇饮用水源水质监测的特点，开发经济实用的新型水质传感器；研究建立村镇饮用水源水质监测指标、监测技术，以及各类村镇饮用水源安全评估指标体系，提出水质预测及水源地安全度评估技术；研究村镇饮用水源水质自动监测、评价及预警方法，开发村镇饮用水源水质自动监测及预警系统；集成示范水质监测新型设备、水质自动监测技术及预警技术，形成具有现实应用前景的村镇饮用水源自动监测及预警预报技术模式。

（2）针对不同类型村镇饮用水源特征，以及影响水源水质的主要因子，开发各类村镇饮用水源保护模式模拟系统，模拟不同保护模式对水源水质的影响；针对不同村镇饮用水源地的降雨径流过程，研发颗粒态污染物去除装置；基于水文产汇流及污染物运移理论，以试验研究为基础，构建不同类型村镇饮用水源保护模式；通过工程示范，优化各种技术参数和指标，构建不同类型的村镇饮用水源保护的集成优化模式。

（3）针对村镇饮用水源近岸空间格局，构筑近岸空间水体保护的坚固防线。研发水源地近岸村镇暴雨径流污染净化技术及装置，解决村镇水源污染“大户”；研究近岸村镇地表水源缓冲带建设技术，以形成水体有效保护屏障；以增氧、有机碳源为主要内容，研发地下水源污染防控技术及装置；针对近岸村镇生活污水中氮磷污染负荷问题，开发高效深度净化控制技术；研发近岸水体增氧、生态护岸技术及产品，强化近岸生态保护功能；开发取水口区域藻体控制技术与装置，减轻村镇水厂进水藻类污染物负荷。在此基础上，通过构建水源保护与近岸污染防控系统示范工程，集成应用各项技术，形成具有广泛推广应用前景的技术设备与产品。

（4）针对村镇污染水源，以典型污染河流、湖泊或水库水源为修复对象，以污染水源中氮、磷、有机物和藻类等典型污染物满足村镇饮用水水源水质标准为目标，开发经济适用的村镇污染水源生物生态修复关键技术及装置，重点研发自然增氧多段生物快滤池——反硝化除磷淹水湿地河道旁路修复技术、闸口复合型无动力固定床生物修复装置、多介质潮汐流生态湿地技术、功能微生物定向增殖及原位富集技术、生态演替式人工浮岛技术，以及无动力或微动力造流增氧、生物激活和仿生水草联合修复技术；研究考察不同类型关键技术修复污染水源的效能，深入揭示集成技术模式脱氮、除磷、降解有机物和除藻的耦联协作分子机制及技术原理；通过试点示范，系统评价生物生态修复关键技术和集成模式的技术经济可行性，形成具有广泛应用前景的污染水源生物生态修复集成技术模式。