水利工程有序引排改善太湖流域水環境作用初步研究

陳 紅 戴晶晶

(太湖流域管理局水利發展研究中心 上海 200434)

太湖流域位于長江三角洲東南翼,是中國經濟最發達、大中城市最密集的地區之一。隨著流域經濟社會發展,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良的水體進入太湖,促進太湖與河網水體流動,不同程度改善了太湖及河網水質,有效保障了流域重要水源地的供水安全,受益地區面積達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、改善水環境的有效措施,國內有關學者針對太湖流域地區特點,研究提出上海市、江陰市等地區引清調水思路以及改善水環境的聯合調度方案等[5,6,7,8]。太湖流域屬典型平原河網地區,區域水體流動對相鄰區域水環境具有一定影響。本文首次以流域數學模型為手段,以水利分區為單元,全面分析流域及區域水利工程引排方案對水環境改善的效果及存在的影響,統籌防洪、供水與水環境改善,從太湖流域水環境改善整體效果出發,研究提出改善水環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,行政區劃分屬江蘇、浙江、上海和安徽三省一市。流域河網如織,湖泊棋布,是我國著名的平原河網區。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,河網尾閭受潮汐頂托影響,流向表現為往復流。

太湖流域是我國經濟最發達、大中城市最密集的地區之一。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,城鎮化率達72.6%。

隨著太湖流域經濟社會的快速發展,流域工業、生活污水排放量持續增長,而污水處理相對滯后,大量廢污水未經處理直接排入河網湖泊,加上流域水體流速緩慢,自凈能力低,流域呈現常年水質型缺水,流域水污染問題日益突出。流域現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劃方案》確定的治太骨干工程,現已全部完工,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,改善流域水環境等方面發揮了重要作用,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、生產和生態用水得到保障;改善了受水區水體水質,促進了流域河湖生態系統修復。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事件中發揮了重要作用。

2007年5月底,太湖藍藻暴發等原因,導致無錫市水源地水質污染,嚴重影響了當地近百萬群眾的正常生活。2008年5月,國務院批復了 《太湖流域水環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工程等的提高流域水環境容量 (納污能力)的引排工程。流域水環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,也為流域與區域骨干水利工程有序引排改善水環境創造了條件。

2 流域骨干水利工程有序引排對太湖水環境改善效果分析

現狀望虞河引江濟太效果表明,引江濟太對促進太湖、河網水體流動,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河網是太湖流域受污染最嚴重的區域之一。湖西地區位于流域上游,具備優越的自引條件,延伸拓浚新孟河,在湖西地區實施流域引江濟太第二通道,通過引清通道引長江優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境效果圖

經分析,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供水,可有效促進太湖與河網水體流動,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,現狀污染狀況下,竺山湖、貢湖灣CODCr全年期濃度較現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 區域骨干水利工程有序引排的水環境改善效果分析

根據流域地形地貌、河道水系分布及治理特點等,流域分成八個水利分區。

湖西區位于流域的西北部,引江能力和水力條件均較好。經分析,平枯水年,區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,區域河湖年平均水位將普遍抬高3～6cm;現狀污染狀況下,區域滆湖全年期各指標濃度降低5%～7%,湖西區入太湖河道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%。

武澄錫虞區位于太湖流域的北部,西與湖西區接壤;南與太湖湖區為鄰;東以望虞河東岸為界;北濱長江。區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,局部地區有小山分布。經分析,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,區域內橫林橋、查家橋、吳橋等河流水質將較現狀調水情況下的水質狀況出現好轉,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,區域內張家港河流斷面全年期CODCr、NH3-N、TP和TN濃度將較常規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%。

陽澄淀泖區位于太湖流域的東部,區域在實施七浦塘、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～淀泖區～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”等區域小范圍水體流動,區域河湖及蘇滬省界河流水質出現一定程度好轉。

杭嘉湖區通過環太湖、東苕溪導流東岸及太浦河沿線口門聯合調度,形成區域 “北引、中暢、南排”有序引排,合理增引優質水,擇機實施區域南排,促進區域河網水體流動。經分析,區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境初步設想與建議意見

4.1 水利工程有序引排改善水環境初步設想

根據模型計算成果分析,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;合理控制環太湖口門,進一步發揮太湖調蓄作用,提高統籌調配太湖水資源能力;通過太浦河及陽澄淀泖區、杭嘉湖區環湖溇港,增加向下游及周邊地區供水,促進太湖及平原河網水體流動。

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,實施區域引供水調度,合理控制枯水期區域從重要河湖引供水。

湖西區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→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合調控,減少武澄錫虞區運河以南地區倒流入湖西區水量,保護入太湖水質。

武澄錫虞區結合新溝河、走馬塘等,利用區域通長江河道形成 “長江→武澄錫虞區→長江”和必要時 “太湖→武澄錫虞區→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。

陽澄淀泖區主要通過通長江河道擴大區域引江能力,利用環湖口門、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,注意減小區域引排水對省界地區的不利影響,通過區域通長江、環太湖、太浦河北岸口門等聯合調控,保護太湖和太浦河供水水質。

杭嘉湖區進一步優化太湖、東苕溪、太浦河、錢塘江引水安排,通過環太湖、東苕溪導流東岸及太浦河沿線口門聯合調度,形成 “太湖、苕溪→杭嘉湖區→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,減小區域引排水對太浦河向下游供水水質和省界地區水質的影響。

4.2 建議意見

(1)水體有序引排需協調流域和區域關系,統籌防洪、供水和水環境改善。

太湖流域為典型的平原河網地區,水位陡漲陡落,易出現旱澇急轉,沿江口門集中引排后,部分河道高低水位變化明顯,將帶來流域和區域防洪與供水隱患。建議以保障流域和區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域防洪水位進行控制,骨干排水河道以區域供水水位控制。

(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域河網水質的良策。調水并不是權宜之計,隨著經濟社會的快速發展,水資源供需矛盾日趨尖銳,水環境亟待改善,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境問題。建議進一步深入研究流域及區域骨干工程防洪、水資源和水環境調度方案,加強流域及區域調度研究及實踐,確定適宜引排流量,有效保障流域及區域防洪、供水和水生態安全。

1 黃宣偉.太湖流域規劃與綜合治理.北京:中國水利電力出版社,2000年

2 林澤新.太湖流域水環境變化及緣由分析 [J].湖泊科學,2002年第14卷

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

4 吳浩云;周丹平;何佳;包存寬.引江濟太工程綜合效益的評估及方法探討[J].湖泊科學,2008年第20卷

5 李蓓;陳紅;何建兵;劉克強;張紅舉.太湖流域水資源綜合規劃數學模型系統及率定,水資源管理創新理論與實踐[M].北京:中國水利水電出版社,2006年

6 朱威.太湖流域水質型缺水問題和對策[J].湖泊科學,2003年第15卷

7 顏秉龍;林荷娟.杭嘉湖區域改善水環境調水方案研究[J].中國農村水利水電,2008年9月

8 徐貴泉;褚君達.上海市引清調水改善水環境探討[J].水資源保護,2001年第3期

9 趙小蘭;薛峰.水利工程調水對江陰市水環境改善研究[J].水資源保護,2008年第5期