快速城鎮化背景下太湖流域重大水利問題和科技需求

諸發文，伍永年，姚淑君

（水利部太湖流域管理局，200434，上海）

一、太湖流域水資源概述

太湖是中國第三大淡水湖泊，水域面積2 338 km2。太湖流域地處長江三角洲南翼，流域面積36 895 km2，行政區劃分屬江蘇、浙江、上海和安徽三省一市，是我國大中城市最密集、經濟最具活力的地區。2012年，太湖流域總人口達5 920萬人，約占全國總人口的4.4%；流域人口密度約1 600人/km2，城鎮化率達77.6%，流域GDP 5.42萬億元，占全國總量的10.4%，人均約9.2萬元，是全國人均水平的2.4倍。太湖流域城市、人口和財富高度集中，對流域綜合治理提出了更高的要求。

太湖流域多年平均本地水資源量為176.0億m3，人均、畝均本地水資源占有量僅為全國平均的1/5和1/2。2012年流域用水總量達354.8億m3，遠遠大于本地水資源量，引長江水和上下游重復利用成為彌補本地水資源不足的主要方式。流域水資源調控能力不足，遇枯水年和特枯水年缺水量達30.6億～42.3億m3。隨著流域人口、經濟的持續增長，需水量持續增加，社會各方對保障供水安全更加重視，水資源供需矛盾將更加突出。

2013年全流域380個監測的水功能區達標率為36.8%，其中101個重點水功能區達標率為33.7%。2013年太湖水質總體評價為Ⅴ類。全年期太湖為中度富營養水平。現狀流域污染物排放總量遠超水體納污能力，2013年流域廢污水排放量64.7億t，污徑比達1∶2.2，COD、NH3-N、TP入河量為流域水功能區納污能力的2～3倍。

平原河網特性為流域經濟社會發展提供了良好水利條件，也決定了流域防洪、水資源、水環境、水生態等問題的復雜性、艱巨性和長期性。

二、已開展的流域水利科研情況

“科技治太”是太湖流域治理的重要手段，也是流域經濟社會發展的必然要求。近年，太湖流域水利科技投入不斷增加，流域管理機構、地方水利部門及水利科研單位開展了大量的水利科學研究。例如2011年以來，水利部太湖流域管理局組織開展了平原河網地區水資源調度與管理、大型淺水湖泊及河網受損水生態修復、太湖流域水文和水質實時模擬技術、太湖河網水環境安全調控與決策業務化平臺等方面的科研工作，通過科研攻關，取得了一批科研成果，在太湖流域綜合治理與管理、流域水環境綜合治理工作中得到了應用。“平原河網水文水動力實時模擬預報關鍵技術”項目實現了水文水動力模型的自動實時模擬預報計算，提升預報精度，為流域防洪決策管理提供技術支撐；“太湖受損水生態系統表征與對策研究”項目針對太湖水華、湖泛等水生態問題，確定了湖泛發生關鍵因子的閾值，提出了湖泛預測方法，完善了Eco-taihu生態模型，提出了藍藻水華、湖泛發生的應對措施；“基于總量控制的平原河網區農業節水技術研究”項目通過小區試驗和大田試驗研究，構建了灌區 “渠道—稻田—生態溝—濕地”水稻節水控污灌排系統模式，初步形成了適用于平原河網區的水稻節水灌溉技術集成體系。隨著科研工作的推進，可用于解決流域綜合治理和管理的科研成果將不斷涌現。

三、快速城鎮化背景下的太湖流域重大水利科技需求

1.快速城鎮化背景下的太湖流域防洪關鍵問題研究

太湖流域是我國重要的 “錢莊”和“糧倉”,是淹不得、淹不起的黃金寶地。流域水情、工情復雜,圩區眾多，湖泊棋布，河道如織,水流速度慢,且流向不定,一旦發生大水,將形成大面積的洪澇災害。因此,太湖流域防洪問題的研究對保障太湖流域地區人民生命和財產安全具有重要的意義。

改革開放以來，太湖流域城鎮化發展迅猛，城市和圩區規模迅速擴大。各地開展了大量的城市包圍工程和聯圩并圩建設等，排澇動力大幅度提高，全流域總排澇動力相應增至1.71萬m3/s，并仍有增大趨勢。然而，流域沿江沿杭州灣閘泵總外排設計流量僅為0.8萬m3/s，尚不足圩區排澇動力的一半，遠不能滿足流域泄洪要求。城市包圍工程和圩區建設在提高城市中心區和廣大低洼地區防洪除澇標準的同時，也切斷了與湖蕩通連的河道，削弱了洪水調蓄能力，加大了流域骨干河道及圩外河道的防洪壓力，也加大了各城鎮、圩區自身的設防壓力，使洪澇矛盾加劇惡化。同時，流域建設用地大幅度增加，水域面積總體減少，因土地利用方式的改變而造成了匯水過程加快、洪峰增大，流域整體調蓄能力趨于降低，進一步增大了流域洪澇風險。

江南運河及沿線地區防洪安全問題凸顯。近年，由于江南運河沿線蘇州、無錫、常州等城市排澇動力的增強，以及原有排澇通道受阻等問題逐漸改善，運河兩岸排水量加大，一直以航運為主要任務的運河漸漸成為兩岸地區的主要排澇通道，而江南運河江蘇段工程現狀沿線防洪標準僅為20年一遇，江南運河已經成為流域內新的防洪薄弱環節。據統計，運河沿線已建和在建泵站總排澇動力已超過1500m3/s，其中常州、無錫、蘇州三大城市在城市防洪工程建設過程中都將江南運河或運河改線段作為其中心城區行洪和排水的主要通道，三大城市中心城區沿運河總排澇動力達到290m3/s。2007年太湖藍藻暴發后，為改善太湖水質，無錫市環太湖口門長期關閉，主要澇水出路受阻，轉而向運河排澇，直接導致上游常州段運河水位壅高、下游蘇州段運河洪水量增加。如此一旦遭遇強降雨，運河水位迅速上漲，且長期居高不下，給江南運河沿線區域及上下游各大城市防洪排澇帶來巨大壓力。

流域內社情、工情變化的同時，流域極端暴雨及與臺風、高潮位遭遇等極端天氣情況多有發生，進一步加劇了流域洪澇矛盾和蓄泄矛盾，增大了洪澇風險。

為此，有必要研究流域、區域、城市、圩區防洪除澇標準和工程布局及調度等防洪格局要素的協調性，探索提出流域—區域—城市相互協調的防洪格局構建方案建議；分析城市、區域發展現狀及對流域骨干防洪工程的新需求，研究新形勢下流域骨干防洪工程的功能定位，探索提出流域骨干防洪工程功能定位可能的調整方案；研究江南運河及沿線地區防洪現狀、存在問題，并提出緩解運河及沿線地區防洪問題的措施建議；研究符合太湖流域特點的極端天氣條件組合情景，以及相應極端天氣情景下的流域防洪安全問題，提出相應的應對措施，為保障流域防洪安全提供技術支撐。

2.太湖流域綜合調度及河湖水體有序流動關鍵問題研究

太湖流域是典型平原河網地區，河湖有序流動對于合理調控洪澇水，特別是改善水資源、水環境條件意義重大。近年流域初步開展了以保障防洪與供水安全、兼顧水環境改善為目標的綜合調度，但按照“科學調度、精細調度”的要求，現有調度還存在不少薄弱環節。一是對流域生態調度目標及控制要求的認識不足，流域現行綜合調度難以充分考慮水生態環境改善的需求。二是由于水文氣象中長期預報準確性有待進一步提高，流域調度統籌兼顧防洪、供水、生態三個安全難度較大；流域與區域、區域與區域之間往往需求不同，同一時期各對象調度目標存在差異，統籌協調難度大。三是流域水利工程缺乏流域性統一管理和完善的運行體制，流域與區域工程體系尚未實現聯合調度。

太湖流域雖已開展了多項引排通道工程建設和調水實踐，但流域河網水體有序流動及其對水量水質的響應關系尚缺乏系統性研究。太湖流域上下游、左右岸關系復雜，太湖作為流域防洪及水資源調蓄的核心，既受湖西區、浙西區等上游來水的影響，也是下游地區供水和水環境改善的重要保障，是流域水體有序流動的關鍵節點；望虞河、太浦河、江南運河等流域骨干河道，是流域水體有序流動的重要通道；區域部分水利工程，如梅梁湖泵站、走馬塘拓浚延伸工程、西塘河引水工程等，都位于太湖及流域骨干引水河道周邊，其建設與運用可影響流域與部分區域的水體流動格局，對流域防洪、供水和區域下游水環境均產生一定影響。河湖有序流動關鍵技術的深入研究，將有利于流域綜合調度的需求分析、目標制定及方案研究。

為此，需從流域層面進一步統籌多目標、多對象的不同要求，研究提出太湖流域綜合調度目標和指標體系，重點提出太湖水環境改善調度目標；研究太湖與出入湖河道水體有序流動的聯動效應，建立平原河網有序流動的水量水質響應關系；研究提出太湖水生態環境調度多指標控制要求，優化太湖現有的防洪與調水控制線；分析進一步加強流域骨干河道聯合調度的可行性及效果，研究流域與區域工程體系聯合調度的可行性及效果，評價太湖流域綜合調度的效果。

3.太湖流域水資源水環境承載力與經濟社會發展適應性研究

太湖流域是我國著名的平原河網地區，流域因水而起、因水而興，水資源作為生產之基和生態之要，在支撐和保障流域經濟社會可持續發展中發揮了重要作用。目前，流域處于快速工業化、城鎮化期間，也是經濟增長與資源、環境矛盾集中爆發期。總體情況是流域本地水資源短缺，水資源開發利用率已達82%。2001—2012年，流域國內生產總值由1.1萬億元增至5.4萬億元，人口由3666萬人增至5920萬人，城鎮化率也由56.5%提高到77.6%。與之相應，流域用水總量也總體呈現增長趨勢。由2001年的298.6億m3攀升到2007年最高峰，用水量達372.7億m3，凈增74.1億m3。至2012年，流域用水總量基本穩定在350億m3左右。流域人口和城鎮化率的不斷提高，對流域水資源承載能力提出了嚴峻的挑戰。

同時傳統的經濟發展方式造成了大量的廢污水排放，加之水污染治理措施相對滯后，并由于流域自身水體流速緩慢，自凈能力低，導致流域呈現常年水質型缺水。盡管近年太湖流域水環境綜合治理取得很大成效，太湖水質得到一定改善，富營養化趨勢得到有效遏制，但由于太湖流域水污染問題由來已久，太湖水體總體評價為Ⅴ類，仍然處于中度富營養化水平，水資源保護任務十分艱巨。未來太湖流域的經濟還將保持10%左右的發展速度,水環境污染在短期內還有加重的可能，流域水資源水環境的承載能力面臨經濟社會快速發展的嚴峻挑戰。

根據國內外經濟社會發展的經驗，解決太湖流域水資源水環境承載能力不足的問題，除了加強水污染治理外，流域產業結構優化調整也是重要出路。目前太湖流域仍以第二產業用水為主，占總生產用水的66.8%。第二產業中，紡織、化工、冶金等重污染行業的污染物排放量仍然偏高，經濟發展與環境保護的矛盾依然尖銳。

為此，迫切需要根據流域產業發展的特點，在評價水資源、水環境承載能力的基礎上，分析太湖流域水資源水環境承載力與經濟社會發展的適應性，提出流域重點區域相應的節水指標要求，提出區域經濟結構調整建議，從資源性、結構性、技術性三方面提出提高太湖流域水資源水環境承載能力的措施和方法，為建立健全太湖流域水資源水環境倒逼機制提供技術和政策支持。

4.太湖及入湖河道氮磷營養鹽控制研究

大型淺水湖泊所面臨的藍藻水華、富營養化、生態系統退化等，是我國目前一個亟須解決的重大水環境問題。引江濟太是改善河網以及太湖水質的重要措施，但由于近年長江氮、磷濃度的升高，引水帶入太湖的氮、磷負荷對太湖水質的作用也引起了社會關注。此外，太湖水體中各種形態的氮、磷等污染物的來源，通過河道輸入的氮、磷營養鹽的負荷對湖體中的貢獻率，水文過程對氮、磷營養鹽的入湖通量及其時空分布格局和影響，氮、磷營養鹽在湖體中的蓄積通量，湖體中氮、磷營養鹽的輸出途徑和通量，水體中氮、磷營養鹽的循環途徑及速率，水體中不同形態氮、磷營養鹽的時空分布格局及其對太湖富營養化和藍藻水華的貢獻等問題，需要進一步研究。

無論是對湖泊富營養化的治理，還是對藍藻水華的控制，核定上游地區氮、磷營養鹽允許入湖總量，明確太湖上游地區營養鹽削減量，減少進入太湖的營養鹽總量是最根本的策略。然而，由于太湖地處長江中下游平原的河網地區，其本身的營養鹽背景值就較高，加之流域的土地利用狀況極其復雜，水文過程也非常復雜，導致氮、磷營養鹽的入湖途徑、通量及其時空分布特征，在湖體內的滯留、蓄積、轉化及輸出途徑、通量，在湖體中的空間分異格局及其對富營養化、藍藻水華過程的影響等，一直都是個較難弄清的問題，這也成為太湖富營養化、藍藻水華營養鹽控制對策制訂的難點。

針對上述問題，非常有必要對輸入太湖的氮、磷等污染物的來源、污染特征、對水體中營養鹽的貢獻等問題進行深入研究。通過對太湖地區主要入湖河道斷面、不同區域湖體、大氣沉降等高頻率的監測，結合模型計算，明確太湖湖體中氮、磷營養鹽的輸入、輸出途徑和通量，以及遷移轉化途徑、速率，明晰藍藻顆粒等有機物的遷移、積聚與分解所導致的營養鹽再分配過程，及其在水體中滯留、蓄積的負荷，氮、磷營養鹽負荷對藍藻水華的影響機制等。在此基礎上，提出入湖河道氮、磷營養鹽濃度控制要求，明確上游河網地區營養鹽削減總量與控制方案，為政府減排的決策及太湖湖泊生態系統的修復提供理論指導和技術支撐。

5.太湖流域生態水利建設關鍵技術研究

加強水生態文明建設，是促進人水和諧、推動生態文明建設的重要實踐，是實現黨的十八大提出的“四化同步發展”、建設美麗中國的重要基礎和支撐。推進太湖流域生態水利建設不僅是一個重大的發展問題，也是一個重大民生問題，并已成為流域水生態系統修復的發展趨勢和流域水利工程建設的必然要求。

水利工程的建設能促進河湖水體流動，改善連通狀況，從而在一定程度上改善生境條件，但現階段流域水利工程主要滿足防洪、除澇、供水、航運等要求，較少考慮水生態功能的要求。部分水利工程如攔河建壩（閘）、河道裁彎取直、圍湖造田（養殖）等造成河道渠化和堤防的白化、硬質化，對水生態系統產生了一定影響。

縱觀太湖流域現有的水生態修復措施和技術研究，還存在以下主要問題：一是已有研究多是側重微觀尺度，未將太湖及其流域河湖作為一個完整的生態系統來對待，區域之間協調性不夠。對水生態系統進行的研究也大多處于分散式研究階段，沒有形成全面的生態水利建設關鍵技術體系。二是現有的修復水生態功能方案更多的是試圖人為重建河湖的群落構建（高等水生植物、底棲動物、魚類）等，缺乏對水利工程措施在滿足流域水生態功能需求中的作用和具體措施的系統研究。三是太湖流域尚未形成覆蓋全流域的水生態監測網絡，水生態監測信息比較缺乏。四是河湖水生態系統修復的機理研究不夠，修復目標及總體布局不明確，如對藍藻水華和營養鹽濃度應該控制到什么程度，太湖不同湖區之間以及河網、湖蕩之間是什么關系，水利工程調度如何促進水生態系統健康，等等。對這些問題，還需進一步關注和探索研究。

為此，需要在系統收集與分析流域河湖水文、水質、水生態資料的基礎上，開展太湖湖泊生態系統與流域河網、湖蕩生態系統的關系研究，識別流域各類水體水生態系統關鍵脅迫因子；以流域水生態現狀評價結果為基礎，初步確定太湖流域水生態功能分區。從水利工程的角度出發，提出流域水生態系統保護和修復總體布局；從流域水生態系統總體要求及生態水利建設需求出發，研究提出河湖水域生境改善和修復的目標；基本明確流域典型水體水生態功能對河流湖泊形態、微地形、水力條件及水質等要素的適應性和需求，提出水利工程生境構建關鍵技術和太湖流域生態水利建設模式。

四、結論與建議

綜合前述，得出以下結論和建議：

（1）太湖流域經濟社會將在相當長的時期內保持持續快速發展，相應對流域水利工作提出了更高的要求。但是與經濟社會發展的要求相比，流域水利還存在明顯的不協調、不適應，防洪減災能力不足、流域水污染嚴重、飲用水水源地安全問題突出、水資源配置與調度能力不足、水生態系統脆弱等問題并存，已成為制約經濟社會可持續發展的重要因素。

（2）實踐證明，太湖流域已有的水利科研成果在流域綜合治理、引江濟太、水環境治理等領域發揮了重要作用。為解決太湖流域面臨的水利問題，太湖流域未來幾年急需開展城鎮化快速發展背景下的太湖流域防洪關鍵問題研究、太湖流域綜合調度及河湖水體有序流動關鍵問題研究、太湖流域水資源水環境承載力與經濟社會發展適應性研究、太湖及入湖河道氮磷營養鹽控制研究、基于水利工程的太湖流域河湖水生態功能構建研究等，為太湖流域的綜合治理和管理提供技術基礎。

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