一、工作背景
2021年12月，中共北京市委生态文明建设委员会印发《北京市密云水库流域水生态保护与发展规划（2021年—2035年）》，明确指出加快推进氮污染来源分析与控制、水生态安全健康系统化评价及调控专题研究，完善生态保护补偿机制。因此以优化密云水库水生态系统结构，提升水生态功能为目标，通过实施同位素示踪、水质指纹溯源、水量调度模拟调控、环境DNA物种预警、总氮削减流域生态补偿等技术研究，摸清密云水库流域总氮源头分布的时空特征，优化库区水生态系统结构功能，形成水库生态风险防控关键技术并示范，提出基于总氮削减的流域生态保护补偿政策建议，保障新形势下密云水库的水生态安全。
二、工作成效
该项目由北京市水科学技术研究院、清华大学、中关村海绵城市工程研究院有限公司共同承担。通过项目实施，摸清了生源要素（氮）在密云水库流域时空变化特征，对密云水库及上游流域总氮浓度、通量的时空分布情况进行监测，采用氮氧同位素技术进行总氮溯源解析，明确不同污染源的贡献比例。同时定量获取了大气沉降和土壤总氮输出的形态和数量。尝试了水质指纹溯源技术在密云水库典型流域的应用，建立了污染源水质指纹数据库并进行溯源分析。通过同位素技术、水生态模型的综合研究与应用，构建了密云水库以水生态食物网为主线的物质循环和能量流结构图，给出食物网的物质循环速率区间值和能量传递效率区间值，摸清密云水库物质循环和能量流动特征，并评估了水库增殖放流对碳氮磷的去除效果。同时，对密云水库上游以典型流域为单元提出一套集坡地总氮截留、缓冲带修复、沟-塘生态增容、河流分布式近自然多生境修复等多项技术为一体的成套流域山水林田湖草综合保育修复技术体系，建立总氮防控和生态修复综合示范区，同时针对密云水库提出了基于环境DNA的外来物种识别与风险预警技术，有力支撑密云水库生态风险综合防控。研究成果为密云水库的水生态安全及最大限度地发挥生态效益提供了技术保障，主要研究内容和关键技术具有较好的技术实用性，可为具有同类问题的区域提供关键技术支撑。
三、成果转化
一是总氮溯源技术的推广和应用。采用氮氧同位素溯源技术，并进行了端元数据本地化，形成了密云水库流域水系与行政区叠加单元总氮污染源时空分布图，明确了包括主要河流总氮的5 类污染源（大气沉降、人畜粪便与生活污水、土壤、氨肥和硝肥）的贡献比例。探索研究了水质指纹技术在总氮溯源解析中的应用。建立密云水库上游典型流域的生活污水点源、土壤面源、植物面源、地下水源等不同污染源的水质指纹数据库。
2023年密云水库流域水系与行政区叠加单元总氮污染源时空分布图
二是牤牛河流域总氮削减综合示范区的建设。以密云水库上游牤牛河流域为典型流域，开展全过程总氮监测、模型构建与模拟、技术研发和示范建设与效果评估，形成了一套基于总氮削减的流域山水林田湖草综合保育修复技术。提出基于土地利用、地形和地表覆盖优化的坡地总氮截留技术，给出土地利用的调整类型、地形优化方式和植被配置技术要点。提出河滨缓冲带修复技术，对缓冲带宽度、植被配置和缓冲带管理推荐了技术参数。提出沟-塘生态增容技术，给出了沟-塘系统的措施布局方式，对生态塘的水力停留时间、水深、植物生长提出了技术参数。提出了河流分布式近自然多生境修复技术，建立了适合密云水库上游的河流生境分类体系，给出了近自然多生境修复的目标和路径。建立了密云水库上游牤牛河流域总氮防控和生态修复综合示范区，包括坡面、村庄、河道防控等3类技术示范点共4 处，实现中到大雨条件下，坡面技术示范点总氮削减率32~64%、平均47%，村庄技术示范点总氮削减率17~86%、平均57%，河道示范点生境类型增加3~4种、生物多样性由均值1.8增加至2.6。
示范工程前
示范工程后
三是密云水库流域生态保护补偿政策的制定。提出基于总氮指标的行政区单元生态补偿资金分配办法，编制了密云水库流域生态保护补偿相关办法政策1项，并于2023年5月发布。