水利工程有序引排改善太湖流域水環(huán)境作用初步研究

陳 紅 戴晶晶

(太湖流域管理局水利發(fā)展研究中心 上海 200434)

太湖流域位于長江三角洲東南翼,是中國經(jīng)濟最發(fā)達、大中城市最密集的地區(qū)之一。隨著流域經(jīng)濟社會發(fā)展,流域污染物排放量劇增,但污染治理滯后,流域水污染狀況嚴重[1,2]。2002年起,太湖流域實施 “引江濟太”調水,利用流域骨干水利工程望虞河從長江調引水質相對優(yōu)良的水體進入太湖,促進太湖與河網(wǎng)水體流動,不同程度改善了太湖及河網(wǎng)水質,有效保障了流域重要水源地的供水安全,受益地區(qū)面積達2萬多 km2[3,4]。近年來,國內外學者研究認為調水是緩解水質性缺水、改善水環(huán)境的有效措施,國內有關學者針對太湖流域地區(qū)特點,研究提出上海市、江陰市等地區(qū)引清調水思路以及改善水環(huán)境的聯(lián)合調度方案等[5,6,7,8]。太湖流域屬典型平原河網(wǎng)地區(qū),區(qū)域水體流動對相鄰區(qū)域水環(huán)境具有一定影響。本文首次以流域數(shù)學模型為手段,以水利分區(qū)為單元,全面分析流域及區(qū)域水利工程引排方案對水環(huán)境改善的效果及存在的影響,統(tǒng)籌防洪、供水與水環(huán)境改善,從太湖流域水環(huán)境改善整體效果出發(fā),研究提出改善水環(huán)境的水利工程有序引排方案及建議意見,對流域水資源調度管理具有重要意義。

1 流域概況

太湖流域面積36895km2,約占全國0.4%的國土面積,行政區(qū)劃分屬江蘇、浙江、上海和安徽三省一市。流域河網(wǎng)如織,湖泊棋布,是我國著名的平原河網(wǎng)區(qū)。流域水域面積5551km2,水面率為15%;河道總長度約12萬km,河道密度達3.3km/km2;流域河道水面比降小,水流流速緩慢,河網(wǎng)尾閭受潮汐頂托影響,流向表現(xiàn)為往復流。

太湖流域是我國經(jīng)濟最發(fā)達、大中城市最密集的地區(qū)之一。2008年太湖流域總人口達5007萬人,占全國總人口的 3.8%;國內生產總值(GDP)達 33109億元,占全國 GDP的 11.0%;人均GDP約為6.6萬元,是全國人均GDP的2.9倍。流域內分布有特大城市上海、杭州,大中城市蘇州、無錫、常州、嘉興、湖州等,城鎮(zhèn)化率達72.6%。

隨著太湖流域經(jīng)濟社會的快速發(fā)展,流域工業(yè)、生活污水排放量持續(xù)增長,而污水處理相對滯后,大量廢污水未經(jīng)處理直接排入河網(wǎng)湖泊,加上流域水體流速緩慢,自凈能力低,流域呈現(xiàn)常年水質型缺水,流域水污染問題日益突出。流域現(xiàn)狀點源廢污水排放量已達63.0億t,主要污染物化學需氧量 (CODCr)、氨氮 (NH3-N)現(xiàn)狀入河量分別為102.7萬t/a和9.47萬t/a,遠超過流域水功能區(qū)納污能力 (54.70萬t/a、3.74萬t/a),污徑比達1∶3.3。2008年,流域3028.7km評價河長中,全年期僅有14.8%的評價河長水質達到或優(yōu)于Ⅲ類,85.2%的評價河長水質為Ⅳ類～劣于Ⅴ類。受河湖水體污染影響,流域飲用水水源地水質問題十分突出,流域飲用水水源地安全受到嚴重威脅。

經(jīng)過多年水利建設,特別是1991年大水后,國務院決定實施 《太湖流域綜合治理總體規(guī)劃方案》確定的治太骨干工程,現(xiàn)已全部完工,流域初步形成防洪與水資源調控工程體系。2002年起,流域實施以望虞河為骨干引水河道的 “引江濟太”水資源調度。引江濟太在增加流域水資源總量,保障流域供水安全,改善流域水環(huán)境等方面發(fā)揮了重要作用,促進了河湖水體流動,明顯加快了河湖水體交換速度;增加了流域河湖水體水環(huán)境容量,使得流域河湖主要污染指標顯著下降;增加了流域水資源的有效供給,使得生活、生產和生態(tài)用水得到保障;改善了受水區(qū)水體水質,促進了流域河湖生態(tài)系統(tǒng)修復。截止2008年底,從望虞河累計調引長江水135億m3,其中入太湖61億m3,在2003年黃浦江上游油污染事故、2003年和2004年流域嚴重旱情以及2007年無錫市供水危機等突發(fā)事件中發(fā)揮了重要作用。

2007年5月底,太湖藍藻暴發(fā)等原因,導致無錫市水源地水質污染,嚴重影響了當?shù)亟偃f群眾的正常生活。2008年5月,國務院批復了 《太湖流域水環(huán)境綜合治理總體方案》,安排實施包括新孟河延伸拓浚工程、走馬塘拓浚延伸工程和望虞河西岸控制工程、太嘉河工程、新溝河延伸拓浚工程和望虞河后續(xù)工程等的提高流域水環(huán)境容量 (納污能力)的引排工程。流域水環(huán)境綜合治理引排工程的實施,將進一步提高流域防洪和水資源調控能力,也為流域與區(qū)域骨干水利工程有序引排改善水環(huán)境創(chuàng)造了條件。

2 流域骨干水利工程有序引排對太湖水環(huán)境改善效果分析

現(xiàn)狀望虞河引江濟太效果表明,引江濟太對促進太湖、河網(wǎng)水體流動,改善太湖,特別是太湖北部貢湖灣的水質具有明顯作用。但由于現(xiàn)狀望虞河西岸支河缺乏有效控制,尚未形成清水通道,引江濟太引水入湖效率僅有45%左右。因此,流域將進一步拓浚擴大望虞河,對望虞河西岸支河口門實施有效控制,形成望虞河引江清水通道,實現(xiàn)望虞河 “引江濟太”期間引排分開、清污分流,保證望虞河引江入湖水質。

太湖竺山湖等西北部湖灣和上游湖西地區(qū)河網(wǎng)是太湖流域受污染最嚴重的區(qū)域之一。湖西地區(qū)位于流域上游,具備優(yōu)越的自引條件,延伸拓浚新孟河,在湖西地區(qū)實施流域引江濟太第二通道,通過引清通道引長江優(yōu)質水從太湖西北部入太湖,調活太湖特別是西北部湖灣水體,改善太湖西部沿岸及西北部湖灣水流條件,增強太湖全湖水體流動和縮短換水周期。

圖1 太湖流域水利工程引排路線圖

圖2 流域水利工程有序引排改善太湖水環(huán)境效果圖

經(jīng)分析,在望虞河、新孟河引江能力進一步提高前提下,平枯水期,利用望虞河、新孟河引水,通過太浦河向下游地區(qū)供水,可有效促進太湖與河網(wǎng)水體流動,改善太湖水質。在望虞河引長江水入太湖水量增至39億m3,新孟河引江入太湖水量增加22.5億m3后,現(xiàn)狀污染狀況下,竺山湖、貢湖灣CODCr全年期濃度較現(xiàn)狀調水情況下的水質濃度降低24.2%～36.9%,NH3-N降低44.7%～61.9%,TP降低25.0%～37.5%,TN降低37.8%～46.0%。新孟河工程入湖河道分水河定類指標NH3-N全年期濃度由現(xiàn)狀3.56mg/L降低至1.65mg/L,降幅達53.7%;望虞河沿線主要斷面各水質指標改善28.7%～69.2%。太浦河工程向流域中下游區(qū)域年供水量增加3.8億m3,太浦河沿線河流斷面CODCr、NH3-N、TP、TN全年期濃度平均降低6%、15.8%、16.5%、13.6%。

3 區(qū)域骨干水利工程有序引排的水環(huán)境改善效果分析

根據(jù)流域地形地貌、河道水系分布及治理特點等,流域分成八個水利分區(qū)。

湖西區(qū)位于流域的西北部,引江能力和水力條件均較好。經(jīng)分析,平枯水年,區(qū)域如在基本滿足流域整體水資源配置基礎上,再利用新孟河等骨干水利工程,增加年引江水量5.0億m3、增加入湖水量3.5億m3的情況下,區(qū)域河湖年平均水位將普遍抬高3～6cm;現(xiàn)狀污染狀況下,區(qū)域滆湖全年期各指標濃度降低5%～7%,湖西區(qū)入太湖河道CODCr、NH3-N、TP和TN全年期濃度分別平均降低5.0%、7.1%、6.9%和5.1%,竺山湖水質也出現(xiàn)好轉,全年期CODCr、NH3-N和TN濃度分別降低5.2%、3.4%和2.4%。

武澄錫虞區(qū)位于太湖流域的北部,西與湖西區(qū)接壤;南與太湖湖區(qū)為鄰;東以望虞河東岸為界;北濱長江。區(qū)域以白屈港為界分為高、低兩片,該河以西地勢低洼呈盆地狀,該河以東地勢高亢,局部地區(qū)有小山分布。經(jīng)分析,武澄錫低片在新溝河延伸拓浚工程實施后,如利用澡港、白屈港引水,新溝河和錫澄運河排水,枯水年,區(qū)域內橫林橋、查家橋、吳橋等河流水質將較現(xiàn)狀調水情況下的水質狀況出現(xiàn)好轉,全年期CODCr濃度降低6.9%～11.3%、NH3-N全年期濃度降低6.0%～17.4%,TP降低1.1%～10.3%,TN降低2.6%～13.7%。澄錫虞高片在走馬塘拓浚延伸工程實施后,如利用張家港和錫十一圩引水,利用七干河排水,區(qū)域內張家港河流斷面全年期CODCr、NH3-N、TP和TN濃度將較常規(guī)調水情況下的水質濃度降低33.0%、37.9%、33.5%和35.6%;九里河沿程CODCr、NH3-N、TP和 TN全年期濃度降低 6.6%～14.8%、7.3%～15.3%、6.2%～9.9%、7.9%～11.8%。

陽澄淀泖區(qū)位于太湖流域的東部,區(qū)域在實施七浦塘、楊林塘綜合整治工程后,如利用沿江瀏河、七浦、楊林塘等河道引水,形成 “長江～陽澄區(qū)～淀泖區(qū)～攔路港”引排,枯水年,陽澄湖、淀山湖全年期CODCr、NH3-N、TP和 TN濃度將較常規(guī)調水情況下的水質濃度平均降低6.2%、12.5%、9.7%和14.2%;蘇滬省界珠砂港、吳淞江等河流斷面水質狀況出現(xiàn)好轉,鄰近瀏河的黃渡、元和塘水質改善最為明顯,全年期CODCr、NH3-N、TP和 TN濃度平均降低 19.3%、35.0%,22.0%,29.3%;區(qū)域攔路港、斜塘等主要下泄河道水質也有所好轉,全年期CODCr、NH3-N、T P和 TN濃度分別平均降低 4.8%、10.8%、8.3%和9.8%。

陽澄淀泖區(qū)如利用滸浦閘引水、白茆閘排水,形成 “滸浦～昆承湖、尚湖～白茆”等區(qū)域小范圍水體流動,枯水年,全年期昆承湖CODCr、NH3-N、TP和TN濃度可較常規(guī)調水情況下的水質濃度降低35.7%、91.6%、51.4%和72.1%;如利用瀏河閘引水、楊林、七浦閘排水,形成 “瀏河～陽澄湖～楊林、七浦”等區(qū)域小范圍水體流動,區(qū)域河湖及蘇滬省界河流水質出現(xiàn)一定程度好轉。

杭嘉湖區(qū)通過環(huán)太湖、東苕溪導流東岸及太浦河沿線口門聯(lián)合調度,形成區(qū)域 “北引、中暢、南排”有序引排,合理增引優(yōu)質水,擇機實施區(qū)域南排,促進區(qū)域河網(wǎng)水體流動。經(jīng)分析,區(qū)域在基本滿足流域整體水資源配置基礎上,如增加自東導流、太湖的引水,增加南排杭州灣水量后,區(qū)域新塍塘、白米塘、永興港等河道定類指標NH3-N和TP全年期濃度可較常規(guī)調水情況下的水質濃度平均降低2.3%和2.2%。

4 水利工程有序引排改善流域水環(huán)境初步設想與建議意見

4.1 水利工程有序引排改善水環(huán)境初步設想

根據(jù)模型計算成果分析,流域水利工程有序引排是改善太湖流域河湖水質的有效途徑。通過流域水利工程調度,合理安排北引長江、太湖調蓄、下游供水。平枯水年,利用望虞河及新孟河等工程增加引江入湖水量,增加流域水資源供給;合理控制環(huán)太湖口門,進一步發(fā)揮太湖調蓄作用,提高統(tǒng)籌調配太湖水資源能力;通過太浦河及陽澄淀泖區(qū)、杭嘉湖區(qū)環(huán)湖溇港,增加向下游及周邊地區(qū)供水,促進太湖及平原河網(wǎng)水體流動。

按照流域水資源配置總體安排,以及保障流域重要河湖供水水量、水質的要求,實施區(qū)域引供水調度,合理控制枯水期區(qū)域從重要河湖引供水。

湖西區(qū)利用新孟河及其他引江河道增加引江和入太湖水量,形成 “長江→湖西區(qū)→太湖”的水體有序流動,加強新孟河兩岸口門有效調控。同時,通過武澄錫西控制線聯(lián)合調控,減少武澄錫虞區(qū)運河以南地區(qū)倒流入湖西區(qū)水量,保護入太湖水質。

武澄錫虞區(qū)結合新溝河、走馬塘等,利用區(qū)域通長江河道形成 “長江→武澄錫虞區(qū)→長江”和必要時 “太湖→武澄錫虞區(qū)→長江”的水體有序流動,控制向太湖和望虞河排水,減少入太湖污染負荷,保護太湖和望虞河引水入湖水質。

陽澄淀泖區(qū)主要通過通長江河道擴大區(qū)域引江能力,利用環(huán)湖口門、望虞河東岸口門控制等輔助從太湖、望虞河東岸引水;進一步發(fā)揮陽澄湖、淀山湖等湖泊調蓄能力,形成 “長江→陽澄片→長江”、“長江→陽澄片→淀泖片→攔路港”等水體流動。同時,注意減小區(qū)域引排水對省界地區(qū)的不利影響,通過區(qū)域通長江、環(huán)太湖、太浦河北岸口門等聯(lián)合調控,保護太湖和太浦河供水水質。

杭嘉湖區(qū)進一步優(yōu)化太湖、東苕溪、太浦河、錢塘江引水安排,通過環(huán)太湖、東苕溪導流東岸及太浦河沿線口門聯(lián)合調度,形成 “太湖、苕溪→杭嘉湖區(qū)→杭州灣”的水體流動,合理引太湖水,適時實施南排,促進河湖水體流動。同時,結合太浦閘及太浦河南岸口門調度,減小區(qū)域引排水對太浦河向下游供水水質和省界地區(qū)水質的影響。

4.2 建議意見

(1)水體有序引排需協(xié)調流域和區(qū)域關系,統(tǒng)籌防洪、供水和水環(huán)境改善。

太湖流域為典型的平原河網(wǎng)地區(qū),水位陡漲陡落,易出現(xiàn)旱澇急轉,沿江口門集中引排后,部分河道高低水位變化明顯,將帶來流域和區(qū)域防洪與供水隱患。建議以保障流域和區(qū)域防洪與供水安全為前提實施水利工程有序引排,骨干引水河道調度以區(qū)域防洪水位進行控制,骨干排水河道以區(qū)域供水水位控制。

(2)加強引排調度實踐與適宜引排流量研究。

研究和實踐證明,在污染源沒有完全控制的情況下,利用水利工程進行有序調度,不失為改善流域和區(qū)域河網(wǎng)水質的良策。調水并不是權宜之計,隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展,水資源供需矛盾日趨尖銳,水環(huán)境亟待改善,只有通過有效的調度,才能有效緩解流域日益突出的水資源和水環(huán)境問題。建議進一步深入研究流域及區(qū)域骨干工程防洪、水資源和水環(huán)境調度方案,加強流域及區(qū)域調度研究及實踐,確定適宜引排流量,有效保障流域及區(qū)域防洪、供水和水生態(tài)安全。

1 黃宣偉.太湖流域規(guī)劃與綜合治理.北京:中國水利電力出版社,2000年

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3 高怡;毛新偉;徐衛(wèi)東.“引江濟太”工程對太湖及周邊地區(qū)的影響分析[J].水文.2006年第1期

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