水利工程有序引排改善太湖流域水环境作用初步研究

陈 红 戴晶晶

(太湖流域管理局水利发展研究中心 上海 200434)

太湖流域位于长江三角洲东南翼,是中国经济最发达、大中城市最密集的地区之一。随着流域经济社会发展,流域污染物排放量剧增,但污染治理滞后,流域水污染状况严重[1,2]。2002年起,太湖流域实施 “引江济太”调水,利用流域骨干水利工程望虞河从长江调引水质相对优良的水体进入太湖,促进太湖与河网水体流动,不同程度改善了太湖及河网水质,有效保障了流域重要水源地的供水安全,受益地区面积达2万多 km2[3,4]。近年来,国内外学者研究认为调水是缓解水质性缺水、改善水环境的有效措施,国内有关学者针对太湖流域地区特点,研究提出上海市、江阴市等地区引清调水思路以及改善水环境的联合调度方案等[5,6,7,8]。太湖流域属典型平原河网地区,区域水体流动对相邻区域水环境具有一定影响。本文首次以流域数学模型为手段,以水利分区为单元,全面分析流域及区域水利工程引排方案对水环境改善的效果及存在的影响,统筹防洪、供水与水环境改善,从太湖流域水环境改善整体效果出发,研究提出改善水环境的水利工程有序引排方案及建议意见,对流域水资源调度管理具有重要意义。

1 流域概况

太湖流域面积36895km2,约占全国0.4%的国土面积,行政区划分属江苏、浙江、上海和安徽三省一市。流域河网如织,湖泊棋布,是我国著名的平原河网区。流域水域面积5551km2,水面率为15%;河道总长度约12万km,河道密度达3.3km/km2;流域河道水面比降小,水流流速缓慢,河网尾闾受潮汐顶托影响,流向表现为往复流。

太湖流域是我国经济最发达、大中城市最密集的地区之一。2008年太湖流域总人口达5007万人,占全国总人口的 3.8%;国内生产总值(GDP)达 33109亿元,占全国 GDP的 11.0%;人均GDP约为6.6万元,是全国人均GDP的2.9倍。流域内分布有特大城市上海、杭州,大中城市苏州、无锡、常州、嘉兴、湖州等,城镇化率达72.6%。

随着太湖流域经济社会的快速发展,流域工业、生活污水排放量持续增长,而污水处理相对滞后,大量废污水未经处理直接排入河网湖泊,加上流域水体流速缓慢,自净能力低,流域呈现常年水质型缺水,流域水污染问题日益突出。流域现状点源废污水排放量已达63.0亿t,主要污染物化学需氧量 (CODCr)、氨氮 (NH3-N)现状入河量分别为102.7万t/a和9.47万t/a,远超过流域水功能区纳污能力 (54.70万t/a、3.74万t/a),污径比达1∶3.3。2008年,流域3028.7km评价河长中,全年期仅有14.8%的评价河长水质达到或优于Ⅲ类,85.2%的评价河长水质为Ⅳ类～劣于Ⅴ类。受河湖水体污染影响,流域饮用水水源地水质问题十分突出,流域饮用水水源地安全受到严重威胁。

经过多年水利建设,特别是1991年大水后,国务院决定实施 《太湖流域综合治理总体规划方案》确定的治太骨干工程,现已全部完工,流域初步形成防洪与水资源调控工程体系。2002年起,流域实施以望虞河为骨干引水河道的 “引江济太”水资源调度。引江济太在增加流域水资源总量,保障流域供水安全,改善流域水环境等方面发挥了重要作用,促进了河湖水体流动,明显加快了河湖水体交换速度;增加了流域河湖水体水环境容量,使得流域河湖主要污染指标显著下降;增加了流域水资源的有效供给,使得生活、生产和生态用水得到保障;改善了受水区水体水质,促进了流域河湖生态系统修复。截止2008年底,从望虞河累计调引长江水135亿m3,其中入太湖61亿m3,在2003年黄浦江上游油污染事故、2003年和2004年流域严重旱情以及2007年无锡市供水危机等突发事件中发挥了重要作用。

2007年5月底,太湖蓝藻暴发等原因,导致无锡市水源地水质污染,严重影响了当地近百万群众的正常生活。2008年5月,国务院批复了 《太湖流域水环境综合治理总体方案》,安排实施包括新孟河延伸拓浚工程、走马塘拓浚延伸工程和望虞河西岸控制工程、太嘉河工程、新沟河延伸拓浚工程和望虞河后续工程等的提高流域水环境容量 (纳污能力)的引排工程。流域水环境综合治理引排工程的实施,将进一步提高流域防洪和水资源调控能力,也为流域与区域骨干水利工程有序引排改善水环境创造了条件。

2 流域骨干水利工程有序引排对太湖水环境改善效果分析

现状望虞河引江济太效果表明,引江济太对促进太湖、河网水体流动,改善太湖,特别是太湖北部贡湖湾的水质具有明显作用。但由于现状望虞河西岸支河缺乏有效控制,尚未形成清水通道,引江济太引水入湖效率仅有45%左右。因此,流域将进一步拓浚扩大望虞河,对望虞河西岸支河口门实施有效控制,形成望虞河引江清水通道,实现望虞河 “引江济太”期间引排分开、清污分流,保证望虞河引江入湖水质。

太湖竺山湖等西北部湖湾和上游湖西地区河网是太湖流域受污染最严重的区域之一。湖西地区位于流域上游,具备优越的自引条件,延伸拓浚新孟河,在湖西地区实施流域引江济太第二通道,通过引清通道引长江优质水从太湖西北部入太湖,调活太湖特别是西北部湖湾水体,改善太湖西部沿岸及西北部湖湾水流条件,增强太湖全湖水体流动和缩短换水周期。

图1 太湖流域水利工程引排路线图

图2 流域水利工程有序引排改善太湖水环境效果图

经分析,在望虞河、新孟河引江能力进一步提高前提下,平枯水期,利用望虞河、新孟河引水,通过太浦河向下游地区供水,可有效促进太湖与河网水体流动,改善太湖水质。在望虞河引长江水入太湖水量增至39亿m3,新孟河引江入太湖水量增加22.5亿m3后,现状污染状况下,竺山湖、贡湖湾CODCr全年期浓度较现状调水情况下的水质浓度降低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类指标NH3-N全年期浓度由现状3.56mg/L降低至1.65mg/L,降幅达53.7%;望虞河沿线主要断面各水质指标改善28.7%～69.2%。太浦河工程向流域中下游区域年供水量增加3.8亿m3,太浦河沿线河流断面CODCr、NH3-N、TP、TN全年期浓度平均降低6%、15.8%、16.5%、13.6%。

3 区域骨干水利工程有序引排的水环境改善效果分析

根据流域地形地貌、河道水系分布及治理特点等,流域分成八个水利分区。

湖西区位于流域的西北部,引江能力和水力条件均较好。经分析,平枯水年,区域如在基本满足流域整体水资源配置基础上,再利用新孟河等骨干水利工程,增加年引江水量5.0亿m3、增加入湖水量3.5亿m3的情况下,区域河湖年平均水位将普遍抬高3～6cm;现状污染状况下,区域滆湖全年期各指标浓度降低5%～7%,湖西区入太湖河道CODCr、NH3-N、TP和TN全年期浓度分别平均降低5.0%、7.1%、6.9%和5.1%,竺山湖水质也出现好转,全年期CODCr、NH3-N和TN浓度分别降低5.2%、3.4%和2.4%。

武澄锡虞区位于太湖流域的北部,西与湖西区接壤;南与太湖湖区为邻;东以望虞河东岸为界;北滨长江。区域以白屈港为界分为高、低两片,该河以西地势低洼呈盆地状,该河以东地势高亢,局部地区有小山分布。经分析,武澄锡低片在新沟河延伸拓浚工程实施后,如利用澡港、白屈港引水,新沟河和锡澄运河排水,枯水年,区域内横林桥、查家桥、吴桥等河流水质将较现状调水情况下的水质状况出现好转,全年期CODCr浓度降低6.9%～11.3%、NH3-N全年期浓度降低6.0%～17.4%,TP降低1.1%～10.3%,TN降低2.6%～13.7%。澄锡虞高片在走马塘拓浚延伸工程实施后,如利用张家港和锡十一圩引水,利用七干河排水,区域内张家港河流断面全年期CODCr、NH3-N、TP和TN浓度将较常规调水情况下的水质浓度降低33.0%、37.9%、33.5%和35.6%;九里河沿程CODCr、NH3-N、TP和 TN全年期浓度降低 6.6%～14.8%、7.3%～15.3%、6.2%～9.9%、7.9%～11.8%。

阳澄淀泖区位于太湖流域的东部,区域在实施七浦塘、杨林塘综合整治工程后,如利用沿江浏河、七浦、杨林塘等河道引水,形成 “长江～阳澄区～淀泖区～拦路港”引排,枯水年,阳澄湖、淀山湖全年期CODCr、NH3-N、TP和 TN浓度将较常规调水情况下的水质浓度平均降低6.2%、12.5%、9.7%和14.2%;苏沪省界珠砂港、吴淞江等河流断面水质状况出现好转,邻近浏河的黄渡、元和塘水质改善最为明显,全年期CODCr、NH3-N、TP和 TN浓度平均降低 19.3%、35.0%,22.0%,29.3%;区域拦路港、斜塘等主要下泄河道水质也有所好转,全年期CODCr、NH3-N、T P和 TN浓度分别平均降低 4.8%、10.8%、8.3%和9.8%。

阳澄淀泖区如利用浒浦闸引水、白茆闸排水,形成 “浒浦～昆承湖、尚湖～白茆”等区域小范围水体流动,枯水年,全年期昆承湖CODCr、NH3-N、TP和TN浓度可较常规调水情况下的水质浓度降低35.7%、91.6%、51.4%和72.1%;如利用浏河闸引水、杨林、七浦闸排水,形成 “浏河～阳澄湖～杨林、七浦”等区域小范围水体流动,区域河湖及苏沪省界河流水质出现一定程度好转。

杭嘉湖区通过环太湖、东苕溪导流东岸及太浦河沿线口门联合调度,形成区域 “北引、中畅、南排”有序引排,合理增引优质水,择机实施区域南排,促进区域河网水体流动。经分析,区域在基本满足流域整体水资源配置基础上,如增加自东导流、太湖的引水,增加南排杭州湾水量后,区域新塍塘、白米塘、永兴港等河道定类指标NH3-N和TP全年期浓度可较常规调水情况下的水质浓度平均降低2.3%和2.2%。

4 水利工程有序引排改善流域水环境初步设想与建议意见

4.1 水利工程有序引排改善水环境初步设想

根据模型计算成果分析,流域水利工程有序引排是改善太湖流域河湖水质的有效途径。通过流域水利工程调度,合理安排北引长江、太湖调蓄、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,增加流域水资源供给;合理控制环太湖口门,进一步发挥太湖调蓄作用,提高统筹调配太湖水资源能力;通过太浦河及阳澄淀泖区、杭嘉湖区环湖溇港,增加向下游及周边地区供水,促进太湖及平原河网水体流动。

按照流域水资源配置总体安排,以及保障流域重要河湖供水水量、水质的要求,实施区域引供水调度,合理控制枯水期区域从重要河湖引供水。

湖西区利用新孟河及其他引江河道增加引江和入太湖水量,形成 “长江→湖西区→太湖”的水体有序流动,加强新孟河两岸口门有效调控。同时,通过武澄锡西控制线联合调控,减少武澄锡虞区运河以南地区倒流入湖西区水量,保护入太湖水质。

武澄锡虞区结合新沟河、走马塘等,利用区域通长江河道形成 “长江→武澄锡虞区→长江”和必要时 “太湖→武澄锡虞区→长江”的水体有序流动,控制向太湖和望虞河排水,减少入太湖污染负荷,保护太湖和望虞河引水入湖水质。

阳澄淀泖区主要通过通长江河道扩大区域引江能力,利用环湖口门、望虞河东岸口门控制等辅助从太湖、望虞河东岸引水;进一步发挥阳澄湖、淀山湖等湖泊调蓄能力,形成 “长江→阳澄片→长江”、“长江→阳澄片→淀泖片→拦路港”等水体流动。同时,注意减小区域引排水对省界地区的不利影响,通过区域通长江、环太湖、太浦河北岸口门等联合调控,保护太湖和太浦河供水水质。

杭嘉湖区进一步优化太湖、东苕溪、太浦河、钱塘江引水安排,通过环太湖、东苕溪导流东岸及太浦河沿线口门联合调度,形成 “太湖、苕溪→杭嘉湖区→杭州湾”的水体流动,合理引太湖水,适时实施南排,促进河湖水体流动。同时,结合太浦闸及太浦河南岸口门调度,减小区域引排水对太浦河向下游供水水质和省界地区水质的影响。

4.2 建议意见

(1)水体有序引排需协调流域和区域关系,统筹防洪、供水和水环境改善。

太湖流域为典型的平原河网地区,水位陡涨陡落,易出现旱涝急转,沿江口门集中引排后,部分河道高低水位变化明显,将带来流域和区域防洪与供水隐患。建议以保障流域和区域防洪与供水安全为前提实施水利工程有序引排,骨干引水河道调度以区域防洪水位进行控制,骨干排水河道以区域供水水位控制。

(2)加强引排调度实践与适宜引排流量研究。

研究和实践证明,在污染源没有完全控制的情况下,利用水利工程进行有序调度,不失为改善流域和区域河网水质的良策。调水并不是权宜之计,随着经济社会的快速发展,水资源供需矛盾日趋尖锐,水环境亟待改善,只有通过有效的调度,才能有效缓解流域日益突出的水资源和水环境问题。建议进一步深入研究流域及区域骨干工程防洪、水资源和水环境调度方案,加强流域及区域调度研究及实践,确定适宜引排流量,有效保障流域及区域防洪、供水和水生态安全。

1 黄宣伟.太湖流域规划与综合治理.北京:中国水利电力出版社,2000年

2 林泽新.太湖流域水环境变化及缘由分析 [J].湖泊科学,2002年第14卷

3 高怡;毛新伟;徐卫东.“引江济太”工程对太湖及周边地区的影响分析[J].水文.2006年第1期

4 吴浩云;周丹平;何佳;包存宽.引江济太工程综合效益的评估及方法探讨[J].湖泊科学,2008年第20卷

5 李蓓;陈红;何建兵;刘克强;张红举.太湖流域水资源综合规划数学模型系统及率定,水资源管理创新理论与实践[M].北京:中国水利水电出版社,2006年

6 朱威.太湖流域水质型缺水问题和对策[J].湖泊科学,2003年第15卷

7 颜秉龙;林荷娟.杭嘉湖区域改善水环境调水方案研究[J].中国农村水利水电,2008年9月

8 徐贵泉;褚君达.上海市引清调水改善水环境探讨[J].水资源保护,2001年第3期

9 赵小兰;薛峰.水利工程调水对江阴市水环境改善研究[J].水资源保护,2008年第5期