第1章 背景与意义
1.1 研究背景与意义
1.1.1 研究背景
我国水环境管理可以追溯到20世纪70年代末期，经过40多年的发展，形成了环境标准、环境监测、总量控制、环境影响评价、排污许可申报、流域规划、目标考核、区域限批、风险预防、排污收费、损害评估、生态补偿等水环境管理技术，在社会经济发展过程中，这些方法在缓解水环境质量压力方面发挥了作用。然而，我国水环境管理仍然粗放，与欧美先进管理技术仍然存在差异，如美国和欧盟都发展了水生态系统保护管理技术，我国水环境管理还停留在污染防治阶段，而且污染减排要求又与水环境质量改善相脱节，尚未形成面向水质目标的管理体系，难以满足国家对水生态环境质量改善的迫切需求。
随着生态文明意识的逐步普及，国家对环境质量改善的要求日益迫切，精准化的环境管理方法研究成为当务之急。2015年国务院颁布的《水污染防治行动计划》（简称“水十条”），提出以改善水环境质量为核心，按照“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”原则，贯彻“安全、清洁、健康”方针，强化源头控制，水陆统筹、河海兼顾，对江河湖海实施分流域、分区域、分阶段科学治理，系统推进水污染防治、水生态保护和水资源管理。《重点流域水生态环境保护“十四五”规划编制技术大纲》，提出了“三水统筹”、水生态完整性保护等目标要求。因此，亟待研发现代管理技术体系，支撑我国水环境管理模式的战略转型。
为了支撑我国水环境管理技术的升级换代，国家水体污染控制与治理科技重大专项（简称水专项）提出了构建“我国流域水质目标技术体系”的工作任务，要求针对我国水环境保护阈值不清、环境质量改善与污染控制相脱节、水环境风险管理能力不足和“水资源、水环境、水生态和水风险”（简称“四水”）统筹管理薄弱等关键技术问题，开展技术攻关和突破，为我国水环境管理技术体系构建提供支撑。其中，水专项提出的流域水质目标管理技术主要包括水环境基准标准、总量控制与排污许可管理、*佳可行技术（BAT）评估、水环境风险管控、水生态健康保护等技术内容。“十一五”至“十三五”期间，水专项围绕“流域水质目标管理及监控预警技术标志性成果”设置多个项目，以太湖等流域为重点示范区，开展关键技术突破，力图突破水质目标管理基本理论，实现关键技术的标准化、规范化和业务化，形成整装成套水质目标管理技术体系，提出我国水环境基准标准本土化阈值，制定示范流域控制单元水质目标管理方案、排污许可管理方案和水环境风险管控方案，搭建流域水质目标管理业务化平台并实现业务化运行，为我国水质目标管理体系的建立奠定科学基础。当然水质目标管理技术体系的构建不是一蹴而就的，需要结合国家需求通过长期的研究、技术攻关和示范，*终才能取得成功。
1.1.2 水质目标管理的必要性和迫切性
（1）水生态完整性保护对水环境管理提出了更高的要求
近半个世纪以来，随着经济社会的快速发展，以及工业化和城市化的深入推进，水资源的需求量、污染物排放量大增，水生态系统功能受到严重破坏。在此背景下，欧美发达国家或组织环境管理目标逐渐从单一的水化学指标向多要素的水生态指标转变，如美国《清洁水法》提出了物理、化学和生物完整性保护要求，欧盟则是将良好生态状况作为管理追求目标。我国水环境管理仍然偏重于水质管理，强调水体使用功能的保护，尚未提出水生态完整性保护的要求，造成水资源管理、水污染防治与水生态保护相脱节等问题。生态文明建设新时期下，生态完整性成为环境管理的重要目标。水生态完整性保护技术涉及监测、评价、目标制定、模拟预测和优化调控等关键技术，这些技术当前尚未实现规范化和标准化。因此，需要以水生态功能分区技术成果为基础，研发水质目标向水生态目标转化、土地开发水生态影响和水生态承载力调控等关键技术，建立面向水生态系统健康保护的水质目标管理技术模式。
（2）水环境基准“本土化”制定是水质目标管理的坚实基础
水环境基准是制定水环境标准的科学基础。水环境基准研究与制定技术体系及管理工作在美国、加拿大、澳大利亚、欧盟等发达国家和地区已相对成熟。由于地域和国情的差异，照搬国外基准，难以制定出符合我国水体特征的水环境标准，无法保证我国水环境管理的科学性，如通过应对2005年松花江硝基苯污染事件，暴露出我国作为一个国际大国在水环境基准标准研究方面的严重不足。至今，我国开展了水环境基准制定方法技术的研发，提出了一系列相关的基准建议值，总体而言水环境基准研究基础仍然薄弱。因此，促使水环境基准方法技术系列化、规范化、本土化，制定适合我国国情的本土化水质基准标准已经十分紧迫，这对于实现我国环境管理战略目标具有重要作用。
（3）亟须形成以环境质量改善为核心的水质目标管理技术体系
亟须围绕生态文明建设、“水十条”实施和水环境管理模式转变等国家需求，从技术突破方面开展技术对管理的支撑研究，亟须突破流域水系统耦合模拟、水环境容量总量控制、水环境风险评估、水质-水量-水生态综合调控等关键技术，建立污染源减排与环境质量响应关系，解决水环境质量改善与水陆一体化管理、排污许可制、水环境风险管理、重点行业污染管理等的衔接关系，形成流域水质目标管理的成套技术体系和管理机制，按照系统化、规范化和标准化的要求，全面促进关键技术的衔接和融合，集成流域水质目标管理技术体系，实现水质管理技术对国家战略的支撑作用。
1.2 水质目标管理的概念与体系
1.2.1 概念与内涵
当前我国新老水问题交织，水生态系统健康面临巨大威胁。针对水专项启动之初我国水环境管理面临的“重水化学、轻水生态”“污染控制与水环境质量改善相脱节”“风险管控以被动响应为主”等问题，水专项通过深入剖析水生态环境质量组成及气候变化、污染减排、水资源利用、土地开发和社会经济发展对其影响机制，提出了水质目标管理的概念，即以“四水”多维目标保护为核心，以适合本土的水环境基准标准为控制阈值，以流域环境压力与水环境质量响应关系为依据，以多过程耦合的流域水系统调控为主要措施的水环境管理技术系统。
水质目标管理从生态完整性理论发展而来（图1-1）。生态完整性，即生态系统结构和功能的完整性，是生态系统维持各生态因子相互关系并达到*佳状态的自然特性，生态完整性也可以理解为生态系统的健康程度，广义上包括生态系统生物、物理、化学完整性。其中，生物完整性指标主要由不同生物群落的完整性指数和丰富度指数构成，物理完整性指标则由定性生境评价指数和物理生境指数构成，化学完整性指标主要包括大部分的水质指标。大量的研究证明，单纯从水化学角度来实施流域水环境管理系统，并不能达到良好的生态效果，只有维持水生态系统结构和功能的完整性，图1-1流域水生态环境系统逻辑关系
即具有健康的水生生物群落和良好的物理化学生境，才能实现河流湖泊的真正健康。
水质目标管理体现了流域水生态环境系统协同控制要求。水生态环境系统健康状况受到流域、区域、河段等多尺度人类胁迫压力的影响（图1-1），需要从流域系统性、整体性角度进行诊断与保护。流域水生态环境系统实质是以水循环为纽带的物理过程(水量变化)、水生生物及生物地球化学过程(水质-水生态)和人类活动调控为一体的水系统。
1.2.2 水质目标管理技术体系
水质目标管理包括水环境基准标准、控制单元容量总量控制、固定源排污许可管理、水环境风险管控、水生态健康管控、水质目标管理业务化平台构建等技术内容（图1-2）。
图1-2 水质目标管理技术体系示意
水质目标指标体系由生态流量、水体理化、风险污染物、生物完整性指数等指标构成。水环境基准标准是水生态环境目标确定的依据。
基于水环境基准标准，开展水生态环境退化诊断和关键胁迫因子识别，针对不同环境问题实施不同的管理措施：①针对水质超标问题，计算控制单元水环境容量总量，开展污染源*大日排放负荷分配，实施固定源排污许可管理制度；②针对突发性、累积性水环境潜在风险问题，建立以水环境风险评估、风险污染物识别、水环境风险预警和应急管控等为核心的水环境管控技术体系；③针对生态流量不足、水生境退化等非化学胁迫问题，实施生态流量保障、水生态空间管控和水生态承载力调控等技术手段，恢复流域水生态健康状态。
*后，制定流域水质目标管理方案，通过建设水生态环境监测体系和水质目标管理业务化平台，实现“四水”协同管控。
因此，水质目标管理技术体系作为近年来新发展的技术模式，具有三个方面的特点：一是强调水生态完整性保护，强调生态流量目标、水体理化目标、水风险管控目标、生物完整性目标的共同保护；二是强调以流域压力-水生态环境的响应关系为基础，针对性实施适用性管理措施；三是强调“四水”的协同管控，不仅是过去的水污染管控，根据流域环境问题需求，还要综合实施水环境风险管控、生态流量保障和水生态承载力调控等管理手段。
1.3 水质目标管理关键技术的发展历程
1.3.1 水环境质量基准发展历程
水环境质量基准，简称水环境基准或水质基准，是指为保护水环境的特定用途，对水体中某物质存在水平的客观定量或定性限制；通常表述为水环境中某物质对特定对象不产生有害影响的*大剂量（或无作用剂量）或浓度水平，主要考虑自然生态特征，并主要基于毒理学及污染生态学试验的客观记录和科学推论，是制定水环境质量标准的科学依据，不具有法律效力。水环境质量标准，简称水环境标准或水质标准，是以水质基准为依据，在考虑自然环境和国家或地区的社会、经济及技术等因素的基础上，经过综合分析，由国家相关管理部门颁布的具有法律效力的限值，是进行环境评价、环境监控等环境管理的执法依据，具有法律强制性。水质基准和水质标准共同组成了水环境管理的重要尺度。
19世纪末，卫生学家尼基京斯基研究了石油制品对鱼类的影响，提出环境质量基准的概念。美国在国际上*早开展水质基准相关实验研究，目前基准方法体系建设相对较完善，目前大多数国家主要以美国的基准/标准体系为准则。欧美等发达国家或组织常以国家层面［如美国国家环境保护局（United States Environment Protection Agency，USEPA）］颁布的优控污染物水质基准推荐值为主要依据，以保护水体中水生生物的正常生长和发展以及人群可安全利用水体（通常的生产、生活用水）与水生生物食物资源（可食用的水生生物等）的安全，国家内部各州或部落等相关部门再依据国家基准推荐值，颁布可执行的水质标准限值；除一些地方的特殊需求应科学说明并调整国家基准推荐值外，大多数情况是地方部门直接采用国家基准推荐值作为本地区水环境质量标准值来使用。
现今国际环境基准的主流定值方法主要是依据生物物种对目标物质的毒性响应特征、生态完整性保护要求及人体健康风险阈值要求制定的，方法主要包括三类：①基于毒理学风险评估的经验性“评估因子法”；②基于物种敏感度分布(species sensitivity distributions，SSD)统计的“数理推导法”；③基于生物或生态暴露效应模型分析的“模型推导法”。该三类方法都需要生物学代表性强、毒理学终点明确的有效性生物种测试数据。其中，评估因子法更依赖于敏感生物种的毒性数据，较多应用于工业化学品的毒性风险评估管理；数理推导法主要基于本土生态物种敏感度分布理论，依赖于获得生态系统中大部分生物（保护95%的生物）的毒性数据，有时为校正方法的不确定性，也可用评估因子给予补充；模型推导法目前在理论方法及实际应用技术上都还有待发展，如USEPA发布了仅采用生物配体模型并只用于金属铜的水生生物基准值的推导文件。该三类方法中，以基于本土生物种的毒理学试验数据，用SSD法经数理推导获得的基准值*常用。
当前在水环境基准基础研究方面，主要缺乏种群、群落和生态系统等尺度上对污染物的生态学暴露数据及基准数据推导转换的方法学研究，尤其在复合污染条件下，目标污染物在多个环境介质中迁移转
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