南水北调东线工程南起长江中下游的扬州江都，利用京杭大运河及其平行河道输水至天津和胶东地区的烟台、威海。南水北调东线处于经济较发达的东部地区，2002年开工建设时，东线的湖泊和河道水污染相当严重。面对巨大的治污压力，国务院制定了《南水北调东线工程治污规划》，2003年，江苏省、山东省人民政府与国务院南水北调办公室签订了治污工作目标责任书。
　　
　　山东省结合当地实际，用循环经济理念，创造性地制定了中国第一个流域性水污染物综合排放标准，同时探索出了一条“治、用、保”的流域综合治理思路。山东省环保厅厅长张波介绍说：
　　
　　“治，就是一切排污单位按照流域排污标准达标排放。一个企业不是依据它处于哪个行业确定如何排污，而是依照它在流域中所处的位置，这样可以优化产业布局。用，就是建立区域再生水循环利用体系，减少废水排放。保，就是大力建设人工湿地水质净化工程，在排污单位下游，在支流入干流的地方，在干流入湖的地方建设人工湿地，建设沿河环湖的大生态带。”
　　
　　山东省创造性的“治、用、保”治理策略，使得位于南水北调东线工程山东省境内重要必经之地，中国北方大的淡水湖南四湖的水质得到明显改善，曾经绝迹多年的小银鱼、毛刀鱼等鱼种，以及白鹭、野鸭等又重现南四湖。
　　
　　江苏省过去十年的治污工作也取得了突破性进展。以地处山东与江苏省交界处、江苏省送出合格水的关键城市徐州为例，目前已全部完成33项南水北调治污工程，通过调整产业结构、增建污水处理厂、整合中小港口等举措推进治污工作。
　　
　　在管理机制方面，今年2月份，徐州市还创新性地建立了水环境质量补偿机制。按照水污染考核指标和标准，明确30万至200万元不同的补偿金额度，未达标的河流负责区县所缴的资金纳入环境保护专项资金统一管理。徐州市环保局副局长王斌透露，机制实行近半年来，已收缴近400万元补偿资金，有2个未达标的监测河水断面迅速进行了整改，方案达到了预期效果。
　　
　　据江苏省徐州市水利局局长、徐州市南水北调办公室主任冯正刚介绍，水质改善的背后，是徐州市在农业结构调整、工业产业集中、沿河码头拆迁等做了大量工作。“徐州是南水北调的一个重要河段，除了治理水污染，我们在农业产业结构调整、工业的产业集中化方面做了大量工作。过去，农民利用河岸滩面大量搞养殖、种植业，现在取消了，农民在这方面也是做出了巨大的牺牲。产业规划方面，小造纸厂、小化工厂坚决关闭，符合国家产业政策的企业集中至园区。目的就是确保在2013年6月，向北方输送合格水、放心水。”
　　
　　山东和江苏两省近十年的治污行动取得了显著成效。国务院南水北调办公室环境保护司司长石春先总结南水北调东线治污成果时说，经过治理，当地环保治污的硬件设施明显得到加强，水质持续改善。“第一，环保治污的硬件设施明显得到加强，426个治污工程项目，投资达到153亿元。第二，水质持续改善。从今年1-4月份对东线36个监测断面的监测结果看，达标率达90%。第三，治污理念得到创新和深化。东线治污正在逐步由工程治理向工程设施和生态建设结合这个理念转变。”
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