調(diào)水引流在太湖水環(huán)境綜合治理中發(fā)揮的作用分析

展永興

(江蘇省太湖水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司 江蘇蘇州 215128)

太湖流域是我國(guó)著名的魚(yú)米之鄉(xiāng),位于長(zhǎng)江三角洲南翼,經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口密集、城市集中,涉及江蘇、浙江、上海和安徽三省一市,流域面積3.69萬(wàn) km2。太湖位于流域中心,是流域內(nèi)重要的水源地和洪澇水調(diào)蓄中心。隨著流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展和水污染治理相對(duì)滯后,自 20世紀(jì) 80年代以來(lái),流域水環(huán)境污染日益嚴(yán)重,太湖水質(zhì)逐年惡化,現(xiàn)狀綜合評(píng)價(jià)劣于Ⅴ類(lèi),湖體呈富營(yíng)養(yǎng)化水平,湖區(qū)藍(lán)藻頻發(fā);河網(wǎng)水質(zhì)劣于Ⅲ類(lèi)的河長(zhǎng)占89.3%,劣于Ⅴ類(lèi)的達(dá) 61.3%。

水環(huán)境不斷惡化的趨勢(shì)及 2007年無(wú)錫供水危機(jī)事件,嚴(yán)重影響到流域廣大群眾的飲用水安全和流域可持續(xù)發(fā)展。為堅(jiān)決貫徹中央關(guān)于徹底治理太湖的重大決策,進(jìn)一步加大太湖治理力度,國(guó)家發(fā)展改革委會(huì)同有關(guān)部門(mén)編制了 《太湖流域水環(huán)境綜合治理總體方案》 (以下簡(jiǎn)稱 《總體方案》),2008年 5月國(guó)務(wù)院以國(guó)函 [2008]45號(hào)文批復(fù)同意?！犊傮w方案》確定太湖流域水環(huán)境綜合治理以污染物總量控制為核心,保障飲用水安全,采取污染源治理、提高太湖流域水環(huán)境容量 (納污能力)、生態(tài)修復(fù)及建設(shè)、節(jié)水減排建設(shè)、能力建設(shè)等保障措施,達(dá)到近期、遠(yuǎn)期治理的階段性目標(biāo)。其中提高太湖流域水環(huán)境容量 (納污能力)是太湖水環(huán)境綜合治理措施之一,遵循 “先治污,后調(diào)水”的原則,擴(kuò)大引江濟(jì)太調(diào)水規(guī)模,實(shí)施調(diào)水引流工程。

供水危機(jī)三年來(lái),充分利用現(xiàn)有望虞河 “引江濟(jì)太”等調(diào)水引流工程的實(shí)踐,進(jìn)行了系統(tǒng)化的水文、水質(zhì)監(jiān)測(cè),積累了大量珍貴的數(shù)據(jù),通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)說(shuō)明調(diào)水引流工程在應(yīng)急處理無(wú)錫供水危機(jī)和提高太湖水環(huán)境容量的作用。在此基礎(chǔ)上,分析污染源近遠(yuǎn)期治理效果,對(duì)照治理目標(biāo),并結(jié)合太湖流域河網(wǎng)特征提出進(jìn)一步擴(kuò)大調(diào)水引流工程的必要性,然后利用太湖二維水流水質(zhì)模型等分析調(diào)水引流工程實(shí)施后的效果,以期科學(xué)、客觀地反映調(diào)水引流工程在太湖流域水環(huán)境綜合治理中發(fā)揮的作用。

1 調(diào)水引流工程實(shí)踐作用分析

為優(yōu)化太湖流域水資源配置,改善太湖水環(huán)境,按照溫家寶總理 2001年在太湖水污染防治第三次工作會(huì)議上提出的 “以動(dòng)治靜、以清釋污、以豐補(bǔ)枯、改善水質(zhì)”方針,2002年起太湖流域?qū)嵤┩莺?“引江濟(jì)太”調(diào)水試驗(yàn)?！耙瓭?jì)太”工程有效提高了流域水資源保障能力和水環(huán)境承載能力,作用是顯著的,并在應(yīng)對(duì)無(wú)錫市供水危機(jī)時(shí)發(fā)揮了重要作用,保障了流域重要城市的供水安全。

1.1 引江濟(jì)太在應(yīng)對(duì)無(wú)錫市供水危機(jī)中發(fā)揮了重要作用

2007年 5月底,太湖西北部湖灣藍(lán)藻大規(guī)模爆發(fā),造成小灣里水廠、貢湖水廠等水源地水質(zhì)惡臭、發(fā)黑,引發(fā)無(wú)錫市飲用水水源地供水危機(jī)。為抑制貢湖、梅梁湖藍(lán)藻暴發(fā)趨勢(shì),緩解供水危機(jī),望虞河實(shí)行大流量調(diào)水,同時(shí)啟動(dòng)梅梁湖泵站抽水。調(diào)水引流后,水源地水質(zhì)得到明顯改善,貢湖高錳酸鹽指數(shù)、NH3—N、TP和 TN分別從引水前的6.9mg/L、1.06mg/L、0.161mg/L和 3.73mg/L下降到 4.3mg/L、0.39mg/L、 0.105mg/L和 1.93mg/L,減少了 38%、63%、35%和 48%;梅梁湖灣高錳酸鹽指數(shù)、NH3—N、TP和 TN也分別減少了30%、83%、24%和 68%。同時(shí),調(diào)水引流后,太湖水位基本維持在 3.00～3.25m之間,湖灣內(nèi)水體流動(dòng)明顯加快,藍(lán)藻生長(zhǎng)得到了一定的抑制,貢湖灣錫東水廠的葉綠素 a含量由調(diào)水前的 53μg/L逐步降低到 10.5μg/L。望虞河引江濟(jì)太等現(xiàn)有調(diào)水引流工程在應(yīng)對(duì)無(wú)錫供水危機(jī)的突發(fā)水污染事件中,發(fā)揮了不可替代的重要作用。

1.2 近年來(lái)調(diào)水引流工程對(duì)改善太湖水環(huán)境的作用

無(wú)錫供水危機(jī)以來(lái),按照太湖水環(huán)境綜合治理要求,水利部門(mén)制定科學(xué)調(diào)水引流方案,為改善太湖水環(huán)境治理作出了重要貢獻(xiàn),主要效益體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1)合理調(diào)控太湖水位,提高太湖水環(huán)境容量,有效抑制藍(lán)藻的暴發(fā)時(shí)間和暴發(fā)強(qiáng)度。供水危機(jī)以來(lái),望虞河抽引 56億 m3的長(zhǎng)江水進(jìn)入河道,其中經(jīng)望亭立交直接進(jìn)入太湖 27億 m3,經(jīng)望虞河沿線兩岸口門(mén)進(jìn)入太湖周邊河網(wǎng) 29億 m3;經(jīng)梅梁湖泵站抽水出流 21.5億 m3。通過(guò)調(diào)水引流工程的實(shí)施,使太湖置換周期從原來(lái)的 309d縮短至250d,加快了太湖水體的置換速度,太湖大部分時(shí)間保持 3.00～3.40m的適宜水位,增加了太湖水環(huán)境容量,對(duì)藍(lán)藻的發(fā)育生長(zhǎng)有明顯的抑制作用。2009年太湖水位比 2007年偏高 0.20m左右,使太湖藍(lán)藻大面積發(fā)生的時(shí)間推遲了近 1個(gè)月,且發(fā)生的強(qiáng)度也明顯降低。2007年太湖藍(lán)藻水華首次大面積生成時(shí)間是 4月 4日,面積為 65km2;2008年是 4月 3日,面積為 40km2;2009年首次出現(xiàn)藍(lán)藻水華聚集時(shí)間是 4月 26日,面積只有 4.5km2。藍(lán)藻暴發(fā)的次數(shù)和累計(jì)面積也呈逐年下降的趨勢(shì),根據(jù)衛(wèi)片資料分析 (4～7月),太湖藍(lán)藻水華大面積發(fā)生頻率 2007年是 40次,累計(jì)面積 7286km2;2008年是 37次,累計(jì)面積 6687km2;而 2009年是35次,累計(jì)面積 2771km2。

(2)改善入湖水質(zhì),促進(jìn)湖區(qū)水源地以及受益區(qū)河網(wǎng)水質(zhì)持續(xù)改善。實(shí)施大流量引江濟(jì)太,優(yōu)化了入湖水源結(jié)構(gòu),同時(shí)加快了貢湖至梅梁湖一帶、貢湖、大太湖至東太湖湖區(qū)水體置換,持續(xù)改善這部分湖區(qū)的水體質(zhì)量,保證了蘇州、無(wú)錫城市供水水源地以及東太湖往下游供水的水質(zhì)。據(jù)對(duì)太湖水源地水質(zhì)逐日檢測(cè)資料分析,這些水源地水質(zhì)溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮等指標(biāo)基本穩(wěn)定在Ⅰ～Ⅱ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),總磷指標(biāo)東太湖水源地穩(wěn)定在Ⅲ類(lèi),總氮指標(biāo)東太湖水源地穩(wěn)定在Ⅳ類(lèi)。水質(zhì)有了明顯的改善,過(guò)去水質(zhì)最差的梅梁湖的一些主要水質(zhì)指標(biāo)已與水質(zhì)較好的東太湖有接近的趨勢(shì)。望虞河引水進(jìn)入太湖周邊河網(wǎng)后,加大了水流動(dòng)力,促進(jìn)了有序引排,增加了環(huán)境容量,加之控源截污和河道疏浚整治措施,受益水體水質(zhì)得到明顯的改善。

(3)合理引排調(diào)度,可有效減少湖體內(nèi)內(nèi)源污染。通過(guò)梅梁湖泵站的排水,直接減少湖體中的內(nèi)源污染。供水危機(jī)后隨著望虞河引江濟(jì)太、梅梁湖泵站抽排,梅梁湖水體得到了有序流動(dòng),加快了梅梁湖的水體交換,還可把湖體內(nèi)源污染物質(zhì)大量排出。根據(jù)梅梁湖泵站進(jìn)水口水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)算,梅梁湖泵站排水 21.2億 m3,相當(dāng)于從梅梁湖湖體中帶走了化學(xué)需氧量 3.8萬(wàn) t,總氮 4480t,總磷252t,氨氮 900t。

(4)增加太湖水資源量,保障流域供水安全。太湖流域多年平均水資源總量 177億 m3,2004年用水量已達(dá) 320億 m3,流域水資源量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足用水需求。引江濟(jì)太增加了流域供水量,緩解了流域旱情,改善了水質(zhì)、水環(huán)境、水生態(tài),保證了重要水源地供水安全及工農(nóng)業(yè)供水需要。至2007年引江濟(jì)太共調(diào)引長(zhǎng)江水 105.6億 m3,相當(dāng)于兩個(gè)半太湖的水量,大大地提高了太湖流域水資源的承載能力。

2 擴(kuò)大調(diào)水引流工程的必要性

(1)調(diào)水引流是 《太湖流域水環(huán)境綜合治理總體方案》明確的重要措施之一。2007年 5月,太湖藍(lán)藻大暴發(fā)引發(fā)無(wú)錫市供水危機(jī)后,國(guó)務(wù)院批復(fù)同意了 《太湖流域水環(huán)境綜合治理總體方案》;江蘇省人民政府高度重視,也出臺(tái)了 《江蘇省太湖水污染綜合治理工作方案》 (以下簡(jiǎn)稱 《工作方案》)。根據(jù) 《總體方案》和 《工作方案》中對(duì)污染源治理的安排,江蘇太湖地區(qū)水污染治理措施包括:加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí),淘汰落后生產(chǎn)能力;加快城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施建設(shè),全面提高污水處理率和處理標(biāo)準(zhǔn);加大農(nóng)業(yè)面源污染治理力度等。按照上述污染源綜合治理措施,《總體方案》提出近期CODCr削減率為 16.4%,NH3—N削減率為23.6%;遠(yuǎn)期 CODCr削減率為 41.0%,NH3—N削減率為 58.9%,據(jù)此模擬計(jì)算分析污染治理后的水質(zhì)改善效果。

采用太湖二維水流水質(zhì)數(shù)學(xué)模型,根據(jù) 2005年實(shí)測(cè)環(huán)湖各支流出入湖水量資料,分別計(jì)算現(xiàn)狀工程條件下,區(qū)域現(xiàn)狀污染物排放和遠(yuǎn)期污染物達(dá)到允許排放量情況下,太湖主要水質(zhì)指標(biāo)變化情況。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 1。

表 1 現(xiàn)狀與污染治理后太湖西北部湖灣主要水質(zhì)指標(biāo)對(duì)比

由表 1可見(jiàn),江蘇太湖地區(qū)污染治理達(dá)到遠(yuǎn)期允許排放量后,太湖湖區(qū)的水環(huán)境雖然得到明顯改善,但主要水質(zhì)指標(biāo)類(lèi)別基本沒(méi)有改變,TP和 TN仍是主要超標(biāo)項(xiàng)目。因此,需在加強(qiáng)污染治理的同時(shí),進(jìn)一步實(shí)施擴(kuò)大引江濟(jì)太、合理調(diào)水引流、提高太湖水環(huán)境容量,滿足規(guī)劃水質(zhì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

(2)實(shí)踐證明調(diào)水引流工程是增強(qiáng)太湖流域河湖有序流動(dòng)、改善水環(huán)境的有效措施之一。中國(guó)有一句成語(yǔ) “流水不腐,戶樞不蠹”,即流動(dòng)的水不會(huì)發(fā)臭,經(jīng)常轉(zhuǎn)動(dòng)的門(mén)軸不會(huì)腐爛,比喻經(jīng)常運(yùn)動(dòng)的東西不易受侵蝕。而太湖流域是我國(guó)典型的平原水網(wǎng)地區(qū),流域內(nèi) 12萬(wàn) km長(zhǎng)的河道基本采用的是平底斷面,水面比降一般在 1∶100000,河網(wǎng)水體流動(dòng)極其困難。為增強(qiáng)太湖流域河網(wǎng)水體的有序流動(dòng),2002年開(kāi)始望虞河引江濟(jì)太調(diào)水工程試驗(yàn)。通過(guò)望虞河引江濟(jì)太調(diào)水試驗(yàn)、2007年無(wú)錫供水危機(jī)后實(shí)施望虞河引水、梅梁湖泵站排水聯(lián)合調(diào)度,應(yīng)急處理供水危機(jī)發(fā)揮的作用以及近年來(lái)調(diào)水引流工程實(shí)踐,通過(guò)實(shí)測(cè)水文水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),均說(shuō)明調(diào)水引流工程服務(wù)區(qū)內(nèi)的水質(zhì)得到明顯的改善,提高了受水區(qū)水體的稀釋能力,同時(shí)水體流速的提高增大了水體的自凈能力。

(3)實(shí)現(xiàn)江湖互動(dòng)、有序引排符合太湖流域河網(wǎng)水系特征的需要。太湖流域是我國(guó)典型的平原水網(wǎng)地區(qū) (河道基本為平底斷面,水面比降一般在 1∶100000),瀕臨長(zhǎng)江,通過(guò)沿江河道將河網(wǎng)與長(zhǎng)江緊密聯(lián)系起來(lái),在歷史上沿江口門(mén)未實(shí)施控制時(shí),與長(zhǎng)江實(shí)屬一個(gè)整體。為抵御長(zhǎng)江洪水的侵襲,經(jīng)多年的水利建設(shè),沿長(zhǎng)江控制線由堤防、沿江口門(mén)建筑物等組成的,既可擋潮御鹵、減少泥沙在太湖河網(wǎng)內(nèi)淤淀,又可根據(jù)內(nèi)部河網(wǎng)引水、排水需要,實(shí)現(xiàn)河網(wǎng)與長(zhǎng)江有序、有節(jié)制的互動(dòng)。

根據(jù)太湖流域沿江口門(mén)實(shí)測(cè)引排水量分析,不同時(shí)期排江水量 (1956～2006年平均和 2000～2006年平均,2000年后太湖流域加大沿江口門(mén)引排調(diào)度)對(duì)比分析,太湖流域年平均排江水量從47.57億 m3陡然減少到 38.56億 m3,特別是主汛期后 (9～12月)排江水量由多年平均的 15.69億m3明顯減少到 5.81億 m3。引江水量對(duì)比分析也可以看出,為改善流域、區(qū)域河網(wǎng)水環(huán)境,引水量猛增,太湖流域 1956～2006年系列多年平均主汛后 (9～12月)引江水量 14.72億 m3,而 2000～2006年系列多年平均主汛后引江水量 29.19億 m3。

綜上,太湖流域從水系體系看本是長(zhǎng)江的一部分,太湖河網(wǎng)通過(guò)通江河道形成河網(wǎng)與長(zhǎng)江有序的互動(dòng)是必然的,同時(shí)太湖流域河網(wǎng)應(yīng)充分利用瀕臨長(zhǎng)江這一得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì),進(jìn)一步加強(qiáng)太湖流域河網(wǎng)與長(zhǎng)江的溝通。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的迅猛發(fā)展,流域內(nèi)用水需求發(fā)生了明顯的變化,目前太湖流域沿江的引排呈現(xiàn)引水量增加而排水量逐年減少,特別是汛后排水量減少幅度較大。為形成太湖河網(wǎng)地區(qū)水的有序流動(dòng),提高水環(huán)境容量,加大引江水量的同時(shí),需更進(jìn)一步加大排江水量,實(shí)現(xiàn)河網(wǎng)與長(zhǎng)江引排關(guān)系的良性互動(dòng),達(dá)到引排合理調(diào)度的目標(biāo)。

3 進(jìn)一步實(shí)施調(diào)水引流工程作用分析

3.1 新增調(diào)水引流工程總體思路

太湖雖屬長(zhǎng)江水系,但與長(zhǎng)江的引排系統(tǒng)并不通暢,除望虞河外,長(zhǎng)期以來(lái)沒(méi)有主干河道溝通,長(zhǎng)江的優(yōu)質(zhì)水過(guò)不來(lái),區(qū)域內(nèi)的劣質(zhì)水排不出。為恢復(fù)長(zhǎng)江和太湖之間的暢引暢排,按照國(guó)家 《總體方案》的要求,在總結(jié)引江濟(jì)太實(shí)踐的基礎(chǔ)上,江蘇省太湖地區(qū)擬規(guī)劃實(shí)施 “三大調(diào)水循環(huán)”:① “長(zhǎng)江→望虞河→貢湖→太湖→太浦河”循環(huán)。通過(guò)望虞河調(diào)引長(zhǎng)江水入太湖,增加太湖水體流動(dòng)。② “長(zhǎng)江→望虞河→貢湖→梅梁湖→梁溪河→無(wú)錫城區(qū)河網(wǎng)→走馬塘→長(zhǎng)江”循環(huán)。利用望虞河引入的長(zhǎng)江水和大太湖水進(jìn)入梅梁湖,再用梅梁湖水改善運(yùn)河和無(wú)錫城區(qū)河網(wǎng)水體排入走馬塘入江。③ “長(zhǎng)江→新孟河→滆湖→太湖→梅梁湖→新溝河→長(zhǎng)江”循環(huán)。通過(guò)新孟河引長(zhǎng)江優(yōu)質(zhì)水資源入太湖,進(jìn)一步促進(jìn)太湖和梅梁湖、竺山湖水體流動(dòng),部分水量由新溝河排入長(zhǎng)江,大部分水量進(jìn)入大太湖并通過(guò)太浦閘下泄,提高太湖湖體流動(dòng)的范圍和強(qiáng)度。

3.2 分析方法簡(jiǎn)介

采用丹麥 Mike21軟件中平面二維數(shù)學(xué)模型進(jìn)行全太湖的水動(dòng)力與水質(zhì)模擬計(jì)算,Mike21模型是丹麥水力學(xué)研究所開(kāi)發(fā)的二維數(shù)學(xué)模擬軟件,廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外水動(dòng)力模擬當(dāng)中,取得了較好的效果,是目前國(guó)際上較為先進(jìn)的模型之一。該模型選用 2005年實(shí)測(cè)水質(zhì)進(jìn)行過(guò)率定,結(jié)果表明計(jì)算成果與實(shí)測(cè)成果基本接近,主要區(qū)域內(nèi)水質(zhì)濃度的最大偏差不超過(guò) 10%。計(jì)算范圍為整個(gè)全太湖,采用太湖 1∶50000水下地形資料,局部水域采用新的地形資料進(jìn)行修正。旁側(cè)入流采用環(huán)湖主要口門(mén)2005年的實(shí)測(cè)年平均入湖流量和入湖污染物量作為水流和水質(zhì)的控制條件,初始水位全太湖取3.11m,即太湖多年平均水位,風(fēng)速 4.0m/s的恒定風(fēng)速和 SE方向的恒定風(fēng)向。

3.3 進(jìn)一步實(shí)施調(diào)水引流工程改善太湖水環(huán)境效果的初步分析

經(jīng)計(jì)算,走馬塘等三項(xiàng)調(diào)水引流工程全面實(shí)施后,在現(xiàn)狀排污條件下,全太湖平均 CODMn、TP和TN濃度可下降35%、21%和 34%,梅梁湖、竺山湖下降幅度更大,其中梅梁湖平均 CODMn、TP和TN濃度可下降53%、44%和 58%;竺山湖平均CODMn、TP和 TN濃度可下降 66%、51%和 64%。在污染源削減條件下,全太湖平均 CODMn、TP和TN濃度可下降 41%、27%和 42%,水質(zhì)可以由現(xiàn)狀的劣Ⅴ類(lèi)提高到近Ⅳ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)論

通過(guò)以上分析,可以得出以下結(jié)論。

(1)太湖流域水環(huán)境綜合治理的首要任務(wù)是加強(qiáng)污染源治理,從源頭上加強(qiáng)污染防控和治理,切實(shí)控污減排,是太湖水環(huán)境改善的基礎(chǔ)。

(2)調(diào)水引流實(shí)踐證明,為增強(qiáng)太湖流域平原水網(wǎng)河湖水體的有序流動(dòng),提高水環(huán)境容量,科學(xué)合理的調(diào)水引流是一項(xiàng)必要且十分有效的措施。

(3)太湖流域水環(huán)境治理是一項(xiàng)綜合性任務(wù),需要實(shí)施污染源治理、調(diào)水引流提高水環(huán)境容量等綜合治理措施,才能實(shí)現(xiàn)太湖流域水環(huán)境的治理目標(biāo)。

(4)進(jìn)一步擴(kuò)大調(diào)水引流工程,進(jìn)行科學(xué)合理調(diào)度,改善太湖、梅梁湖、竺山湖水環(huán)境效果明顯。