太湖水環(huán)境綜合治理的實踐與思考

呂振霖

(江蘇省水利廳,江蘇南京 210093)

2007年5月,太湖因暴發(fā)藍藻生態(tài)危害,導致區(qū)域供水危機,引起中央和社會各界的廣泛關注.在2008年全國“兩會”(“全國人民代表大會”和“中國人民政治協(xié)商會議”)期間,胡錦濤總書記明確提出要“讓太湖這顆江南明珠重現(xiàn)碧波美景”;溫家寶總理同年在視察太湖水環(huán)境治理工作時,要求“把太湖治理作為中國生態(tài)環(huán)境建設的標志性工程”.當年,國務院批復了《太湖流域水環(huán)境綜合治理總體方案》[1](以下簡稱《總體方案》),明確了太湖流域水環(huán)境綜合治理的目標、任務和時序進度要求.江蘇省委、省政府根據國務院批復的《總體方案》,專門制定了《江蘇省太湖流域水環(huán)境綜合治理實施方案》[2](以下簡稱《實施方案》),建立太湖水環(huán)境綜合治理強有力的組織體系和工作體系,舉全省之力對太湖實施了以控源截污、藍藻治理、生態(tài)清淤、調水引流、河網生態(tài)建設為重點的大規(guī)模水環(huán)境綜合治理.5年來,太湖水環(huán)境綜合治理取得了積極成效,也引發(fā)了人們對深化太湖治理的進一步思考.

1 太湖治理的初步成效

5年來,在江蘇省委、省政府的領導下,太湖沿湖各地區(qū)和各有關部門認真落實國家的《總體方案》和江蘇省的《實施方案》,堅持鐵腕治污、科學治太;堅持標本兼治、綜合治理,持續(xù)推進水環(huán)境治理各項措施,不僅保證了太湖地區(qū)的供水安全,而且使太湖水生態(tài)惡化的趨勢得到有效扼制,增強了人們對太湖治理的希望和信心.

1.1 藍藻暴發(fā)強度持續(xù)降低

2008年以來,太湖藍藻大面積發(fā)生的時間逐年推遲,暴發(fā)強度和頻次也呈逐年下降趨勢[3].根據江蘇省水利科學研究院提供的衛(wèi)星圖片解讀數據,太湖藍藻水華首次大面積發(fā)生的時間2007年是4月4日,面積為65km2;2008年是4月3日,面積為40 km2;2009年是4月29日,面積接近 4 km2;2010年是 5月底,面積僅為 6 km2.2011年,在遭遇1949年以來最嚴重氣象干旱、太湖水位降至近10a最低的水文條件下,藍藻水華出現(xiàn)聚積生長的季節(jié)并沒有提前.在藍藻適宜生長的4—9月,藍藻水華聚積的累計面積也呈逐年下降趨勢,見圖1.

1.2 藍藻生物量和富營養(yǎng)指數下降趨勢明顯

根據太湖流域管理局多年監(jiān)測資料分析[4],2008年湖體葉綠素a質量濃度平均值為31.0g/L,2009年下降到24.3g/L,2010年進一步下降到23.6g/L,見圖2.湖體富營養(yǎng)化指數也逐年下降,根據省環(huán)保廳公布的數據,2010年太湖湖體綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數從2007年的62.3下降到58.5,從中度富營養(yǎng)改善為輕度富營養(yǎng),見圖3.

圖1 2008—2011年太湖藍藻水華聚積累計面積統(tǒng)計Fig.1 Cumulative area of blue-green algal blooms in Taihu Lake from 2008 to 2011

圖2 2007—2010年太湖湖體葉綠素a質量濃度Fig.2 Concentration of chlorophyll a in Taihu Lake from 2007 to2010

圖3 2007—2010年太湖富營養(yǎng)化指數Fig.3 Eutrophication index of Taihu Lakefrom 2007 to 2010

1.3 湖體水質及水源地水質明顯改善

2007年以來,太湖湖體主要的水質指標均呈逐年改善趨勢.太湖流域管理局提供的監(jiān)測數據表明:太湖湖體NH3-N,TP,TN,CODMn質量濃度較2007年分別下降60.4%,27.7%,4.6%和 2.2%,見圖 4.2007—2011年太湖水源地水質變化情況見圖5.

1.4 大面積湖泛現(xiàn)象基本消失

2007年5月下旬,在太湖無錫南泉水源地附近發(fā)生的湖泛面積達到10km2以上;2008年5月26日在西太湖發(fā)現(xiàn)的湖泛面積合計約16.5 km2[5];但自2009年以后,除了在西太湖岸邊偶爾出現(xiàn)狹長的帶狀劣質水體(面積不超過2 km2、出現(xiàn)時間1 d左右)外,再也沒有出現(xiàn)過大面積的湖泛生態(tài)危害.

1.5 入湖河流水質顯著改善

隨著太湖周邊河網水環(huán)境動力條件的改善,加上采取了控源截污和河道疏浚整治措施,有效改善太湖的入湖河流水質.15條主要入湖河流中劣Ⅴ類河流由2007年的12條減少到2011年的1條.

圖4 2007—2011年太湖湖體水質變化趨勢Fig.4 Change trend of water quality in Taihu Lake from 2007 to 2011

2 太湖污染治理采取的主要措施

2.1 控源治污

太湖水環(huán)境問題的表象在水里、根本在岸上.水污染治理的根本措施是控源治污,減少對湖泊的污染排放.自2007年以來,省委、省政府明確提出要“鐵腕治污”,倒逼經濟發(fā)展的轉型升級.江蘇省政府組織有關部門在太湖地區(qū)全面展開拉網式調查,制定污染源集中治理方案,建立嚴格的責任體系,組織開展大規(guī)?？卦粗挝坌袆?

a.集中治理工業(yè)污染.累計關閉淘汰高污染化工企業(yè)3 000多家,同時,提高太湖地區(qū)環(huán)境準入門檻,強力推進結構調整和產業(yè)升級;對重污染的八大行業(yè)中120余家企業(yè)進行節(jié)水減排技術改造,形成年節(jié)水能力1.7m3,減排COD污染1.5萬t,NH3-N污染1256 t,TP污染81t.

b.加快生活污染治理.到2010年底,江蘇省太湖地區(qū)累計建成污水處理廠235座,基本覆蓋該區(qū)域內的所有鄉(xiāng)鎮(zhèn),處理污水能力達到642萬m3/d.無錫、常州、蘇州的城市污水處理率分別達到了93.8%,88.5%和89.2%,太湖一級保護區(qū)內農村生活污水處理設施覆蓋率達到90%左右.

c.加強農業(yè)面源污染治理.對 250多處規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場進行綜合治理,拆除河湖圍網面積約1.83萬hm2(27.5萬畝),原有東太湖圍網養(yǎng)殖面積從 1.02萬 hm2(15.3萬畝)調整壓縮到 0.3萬 hm2(4.5萬畝).2011年江蘇省太湖地區(qū)農藥、氮肥的施用量比2005年分別降低了25%和18%左右.

d.建立區(qū)域生態(tài)補償機制.江蘇省率先在太湖地區(qū)按行政區(qū)域建立了污染排放監(jiān)測考核和生態(tài)補償機制,對超計劃排放污染的地區(qū)進行經濟處罰,對控源治污力度大、污染排放少的地區(qū)給予經濟補償.上述控源治污措施有效地扼制了太湖入湖污染大幅度增長的勢頭.

2.2 治理藍藻

藍藻大面積暴發(fā)并引發(fā)“湖泛”是太湖生態(tài)危害的主要表現(xiàn)形式.實施藍藻打撈和處理不僅可以直接防止因藍藻堆積死亡而引發(fā)的水質黑臭,而且可以通過藍藻打撈治理湖體的部分污染物質(藍藻生長過程吸收大量P和N等營養(yǎng)鹽物質)[6].但是,藍藻打撈和處理難度很大,沒有成熟的技術裝備和實踐經驗.2007年以來,在太湖區(qū)域地方黨委、政府和科研部門的有力支持下,經過不斷探索和實踐,太湖藍藻打撈從勺舀瓢取的人工打撈和對藻漿簡單填埋的原始處理方式,發(fā)展到今天“智能化預警、機械化打撈、工廠化處理、資源化利用”的產業(yè)化作業(yè)和智能化管理模式.沿湖周邊地區(qū)設立了58個固定打撈平臺和200多臺套吸藻機泵,投入106條專業(yè)機械打撈船,建設了9座固定式、8套移動式藻水分離站,打撈和處理藻漿能力分別達到2萬t和1.2萬t/d.經過分離處理的藻泥用于有機肥料生產,亦可作為沼氣發(fā)電廠原料,用藍藻制作生物柴油等技術也取得了突破,較好地解決了打撈藍藻的出路問題,避免可能發(fā)生的次生災害.2007年以來,江蘇省已累計打撈藍藻(漿)280萬t,相當于從湖體中清除TN和TP分別為1400t和280t.

2.3 生態(tài)清淤

經過觀測分析認為,太湖藍藻和“湖泛”生態(tài)危害的直接原因,除外部污染外,與湖體內源污染的大量釋放有很大關系,特別是藍藻的大面積堆積死亡和處于游離狀況的污染底泥,這2種物質是“湖泛”發(fā)生的物質基礎[7].減少湖體污染底泥的釋放和防止藍藻大面積堆積是防止“湖泛”最有效的措施.根據以往的試驗,在解決生態(tài)清淤施工設計、清淤機械選擇、清淤精度控制、水體生態(tài)保護、余水凈化處理、淤泥資源化利用、效果評估辦法等關鍵性技術后,從2008年冬開始組織實施了大規(guī)模的生態(tài)清淤工程.江蘇省政府下發(fā)了《關于加快實施太湖生態(tài)清淤工程的意見》,江蘇省水利廳編制了《太湖生態(tài)清淤工程實施方案》,計劃于2012年前基本完成太湖124km2、共計3500萬m3的生態(tài)清淤工程任務.目前已累計完成清淤面積約80km2、清出污染底泥2500萬m3.對清出的淤泥檢測化驗和相關研究結果表明,生態(tài)清淤的資源環(huán)境效益顯著[8].

a.清除了湖體的大量污染物質.污染底泥中COD質量濃度平均為1532.3mg/L,最大值為2700mg/L;TP質量濃度平均值為5.9mg/L,最大值為11.8mg/L;TN質量濃度平均為91.4mg/L,最大值為166mg/L,是湖區(qū)水體含量的26～400多倍.按照已經疏浚出來的污染底泥總量測算,可直接減少內源污染物有機質8.1萬t,TN 19792t,TP16458t.

圖5 2007—2011年太湖水源地水質變化趨勢Fig.5 Change trend of water quality in source area of Taihu Lake from 2007 to 2011

b.割斷了“湖泛”發(fā)生的生物鏈.生態(tài)清淤直接清除對水體污染有貢獻的游離狀污染底泥,削弱了“湖泛”的物質條件.2008年以來,太湖未再發(fā)生大面積“湖泛”生態(tài)危害,與大規(guī)模生態(tài)清淤的工程效益有直接關系.

c.抑制了藍藻暴發(fā).冬季實施生態(tài)清淤,同時也一并清除了部分沉積在淤泥表層的藍藻種源.據中國科學院南京地理與湖泊研究所專家檢測分析,清出的淤泥中葉綠素a質量分數為20～80g/t,以最低值計,每清除1t淤泥相當于打撈出0.6kg藍藻干物質,對抑制藍藻的發(fā)生強度具有重要作用.

d.降低了污染底泥對水體的污染.生態(tài)清淤工程實施后,明顯改善了底泥的厭氧環(huán)境,對底泥內源污染釋放有明顯的控制效果,中國科學院南京地理與湖泊研究所的研究成果表明:底泥中TN釋放強度由疏浚前的約300mg/(m2?d)降低至疏浚后的49.6mg/(m2?d);TP的釋放強度由疏浚前的2.3mg/(m2?d)降至疏浚后的負值水平(沉降).

2.4 調水引流

在實施引江調水之前,太湖水源除少部分(約20%)來自南部山區(qū)外,大量補充的水源來自湖西上游的數十條中小河流.這些河流補湖水源絕大多數為Ⅴ類、劣Ⅴ類水質,導致污染物在湖體大量積累,特別是西太湖和梅梁湖、竺山湖灣受其影響最為嚴重.要解決太湖地區(qū)的供水安全,必須改善太湖的水源結構.相關部門在總結多年引江濟太實踐經驗的基礎上,在水利部和流域機構的支持下,持續(xù)開展引江濟太、調水引流工作,并在實踐中不斷優(yōu)化調水方案,充分發(fā)揮調水引流的資源環(huán)境效益[9].自2007年以來,累計從望虞河引江調水105億m3,經望亭立交樞紐直接入太湖50億m3,并結合其他補充水源和雨洪資源利用,向下游地區(qū)供水73億m3.與此同時,為加快梅梁湖湖灣的水體交換,運用梅梁湖泵站常年抽排梅梁湖水體,累計抽出湖水29億m3.通過大規(guī)模引江調水、向下游供水和對部分湖灣區(qū)抽水出流,不僅改善了水質,而且增加了湖體的環(huán)境容量.調水引流所起主要作用如下:

a.優(yōu)化了湖體水源結構.通過持續(xù)實施大流量引江調水,大量優(yōu)質長江水源進入太湖,顯著減少了太湖西部中小河流的劣質水源入湖,明顯改善了太湖湖體水質,保證了太湖的供水安全.特別是2011上半年,長江中下游地區(qū)包括太湖地區(qū)遭遇1949年以來最為嚴重的氣象干旱,1—5月份降雨量比常年減少6%～7%,5月份太湖水位降至2.74m,為近10年來太湖最低水位,也是1954年以來同期第3低水位,河西中小河流不僅無法向太湖進流,相反地出現(xiàn)湖水普遍倒灌的情況.這個階段太湖的補充水源主要依靠大流量的引江調水,湖體水質不僅沒有變差,而且比往年同期有顯著提升(見表1).

b.削弱了藍藻暴發(fā)強度.經過持續(xù)觀測和分析,專家們普遍認為這幾年太湖水華發(fā)生推遲,生長強度減弱,與常年引江調水特別是在藍藻非生長季節(jié)的冬春季節(jié)高強度調水、改善湖體水質、改變藍藻生長環(huán)境有直接關系.

c.直接減少梅梁湖內源污染.梅梁湖泵站以平均20m3/s的流量常年抽排梅梁湖水體,不僅加快了梅梁湖的水體交換,而且把湖體內的污染物和藍藻物質大量排出.根據梅梁湖泵站進水口水質指標測算,4年來累計排水29億m3,相當于從梅梁湖湖體中帶走了COD5萬t,TN 6018t,TP 342t,NH3-N 1211t,相當于打撈藍藻藻漿341萬t,使梅梁湖的生態(tài)環(huán)境改善效果明顯好于其他湖灣.

d.促進了湖河良性互動.在引江調水的水量中,有50%左右通過望虞河兩岸口門進入太湖周邊河網,加大了河網的水流動力,促進了有序引排,增加了環(huán)境容量,加之這幾年持續(xù)推進控源截污、河道疏浚以及環(huán)境整治等措施,有效改善了河網水質,促進了河網水的良性循環(huán).

表1 2007—2011年5月太湖水質對比Table1 Comparison of water quality in Taihu Lake in May from 2007 to2011 mg/L

3 思考與啟示

淺水型湖泊的污染治理和生態(tài)修復是一個世界性難題.尤其是在太湖這樣一個經濟高度發(fā)達、人口高度密集、城市群高度集中的地區(qū),加之太湖屬于多湖灣的復雜湖型結構,在長期高強度污染排放的侵害下,形成的“藻型生境條件”很難在短期內改變.但是經過近幾年持續(xù)努力,太湖水環(huán)境治理取得了積極成效,也積累了許多實踐經驗,進一步理清了治理思路,增強了人們恢復太湖生態(tài)平衡的信心.

a.減少外源污染、治理內源污染、增加環(huán)境容量是恢復太湖生態(tài)平衡的基本治理思路.導致太湖健康生態(tài)受到嚴重創(chuàng)傷的主要原因是污染物長期無節(jié)制地排放,遠遠超出湖泊的生態(tài)修復能力,長此以往的惡性循環(huán),從量變到質變,最終導致湖泊的嚴重生態(tài)災害.因此,解決太湖問題的根本出路是減少湖體的污染.通過減少外源污染、治理內源污染,使湖體有效污染物呈減少之勢;通過調水引流,改變入湖水源結構,加快水體交換,增加湖泊的環(huán)境容量,使修復太湖生態(tài)平衡的目標逐步實現(xiàn).

b.轉變經濟發(fā)展方式是實現(xiàn)太湖治理目標的必由之路.太湖流域面積人口密度是全國平均值的14倍,經濟強度為全國平均水平的36倍.高密度的人口和高強度的經濟增長,加之粗放式的社會經濟發(fā)展方式,使太湖水環(huán)境不堪重負.據有關統(tǒng)計資料,2010年太湖流域城鎮(zhèn)生活和工業(yè)污水排放總量為63.2億t,污水與流域自然徑流的比例達到1∶2.2.即使所排放的廢污水體全部得到處理,尾水達到目前國家最嚴格的排放標準GB18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(一級A),進入水體的污染物排放總量COD,TN,TP仍然分別達到31.6萬t/a,9.6萬t/a,0.32萬t/a,明顯超過流域河湖的納污能力[10],其中TN已經超過河湖納污能力的2倍多(這里還沒有考慮面廣量大的農業(yè)面源污染和未接入管網處理的大量農村生活污水排放).由此可見,加快全流域轉變經濟發(fā)展方式,大力發(fā)展低碳經濟、循環(huán)經濟、綠色經濟,建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會,實現(xiàn)經濟增長由粗放型向集約、節(jié)約型轉變,是實現(xiàn)太湖環(huán)境根本好轉、修復太湖生態(tài)平衡、重現(xiàn)碧波美景的根本出路.

c.持續(xù)實施生態(tài)清淤是現(xiàn)階段太湖實現(xiàn)入湖污染負荷進出平衡的有效措施.根據出入湖河道監(jiān)測資料分析,太湖入湖污染負荷遠高于出湖污染負荷,其中年平均入湖TP是出湖量的3.4倍,TN是2.9倍,靜態(tài)估算每年滯留在湖區(qū)有0.13萬t和2.7萬t的TP和TN,成為太湖內源污染的主要來源.由于調整產業(yè)結構、轉變經濟發(fā)展方式是一個漫長的過程,太湖入湖污染負荷高于出湖負荷的情況將是一個較長期的過程.在現(xiàn)階段,要實現(xiàn)太湖水質持續(xù)好轉,保持污染物的進出平衡顯得尤為重要.生態(tài)清淤將表層的污染流泥清除出去,不僅可以切斷湖泛發(fā)生的生物鏈,改變藍藻生態(tài)環(huán)境,而且可以直接清除滯留在湖區(qū)的污染物,特別是TP,TN等營養(yǎng)鹽.根據測算,每年在湖西部地區(qū)維持約500萬m3的清淤量就基本可以實現(xiàn)總磷等主要污染物的進出湖平衡.因此,持續(xù)實施生態(tài)清淤,是改善太湖湖體水質、解決湖泊生態(tài)危害標本兼治的有效措施.

d.河湖良性互動是改善太湖水環(huán)境質量的必要途徑[11].太湖由若干湖灣組成,又處在一個碟盆式地形結構之中,復雜的湖型結構和特殊的地形環(huán)境導致湖體流速緩慢、流態(tài)復雜,湖泊環(huán)境容量低下.太湖擴大引江濟太工程,包括新孟河、新溝河工程(圖6)實施完成后,太湖湖水流動明顯加快,水環(huán)境容量顯著增加.根據計算模擬,其中TP的環(huán)境容量可以增加34.5%,TN的環(huán)境容量增加31.2%,即使在現(xiàn)狀排污狀況下太湖水質也將得到顯著改善.因此,利用太湖臨江靠海的水系優(yōu)勢,宜加快實施骨干引排水利工程建設,使長江、太湖和海洋之間實行大引大排、科學引排,促進各湖區(qū)水體加快流動交換,不僅能夠提升太湖流域水資源保護能力和防洪保安能力,而且能夠大幅度提升太湖水環(huán)境容量和生態(tài)修復能力.

e.把握湖泊的生命規(guī)律是提高太湖治理水平必須突破的課題.湖泊有其自身的生命特征和運動規(guī)律.要在太湖水環(huán)境綜合治理的實踐中不斷地總結經驗,加強課題研究,努力把握湖泊水體交換與環(huán)境容量之間的關系、湖體污染積累變化規(guī)律、河湖生態(tài)修復能力影響因素等,進一步提高太湖環(huán)境治理的科學水平,并為其他湖泊的管理與保護提供借鑒.

4 結 論

a.經過近5年的持續(xù)努力,太湖水環(huán)境治理已經取得了初步成效,藍藻暴發(fā)減弱,湖體水質得到改善,湖泛基本消失.

b.實踐證明,目前太湖治理采取的控源治污、打撈藍藻、生態(tài)清淤、調水引流措施是行之有效的.

c.對于太湖這樣的淺水型湖泊污染治理,控源是基本思路,轉變發(fā)展方式是必由之路,生態(tài)清淤是有效措施,促進河湖良性互動是必要途徑,正確把握湖泊的生命規(guī)律是重要課題.

d.雖然目前太湖治理已經取得了階段性成效,但是,由于其污染的長期積累,太湖已形成的“藻型生境條件”很難在短期內得到根本改變,加之現(xiàn)有的入湖污染仍遠超湖體允許的納污能力.一旦溫度、水流、光照等外部條件適宜,太湖藍藻生態(tài)危害仍然可能大規(guī)模暴發(fā),太湖水環(huán)境形勢依然嚴峻.實踐經驗表明,治理太湖需要增強信心,堅持科學發(fā)展觀,遵循水的自然規(guī)律,扎實推進科學的治污、治水方略,太湖重現(xiàn)碧波美景的目標一定能夠實現(xiàn).

圖6 擴大引江濟太水利工程示意圖Fig.6 Sketch map of expansion project of Water Diversion from Yangtze River to Taihu Lake

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