浙江省上虞市水资源分析及饮用水水源地水质现状评价研究

2010-01-29黄仲慰陆志波邓慧萍

四川环境 2010年4期

倪炯,黄仲慰,陆志波,张莲,邓慧萍

(1.上虞市自来水公司,浙江上虞 312300;2.同济大学环境科学与工程学院,上海 200092)

1 引言

水资源是一种有限的不可替代的自然资源,而不像有些人认为的天上降水,地下储水,水取之不尽,用之不竭。我国水资源量为 2.8万亿 m3,居世界第 6位[1]。以人均而论,我国是世界上的“缺水大国”,占有量 2250m3/年,仅为世界平均值的 1/4,排世界第 121位,被联合国列为 13个贫水国之一。由于我国水资源短缺,水资源的时空分布与社会经济系统、生态系统对水资源的需求不一致,水资源已经成了我国社会经济发展的严重制约因素。研究表明[2]：我国行政区划 30%以上地区区域发展与当地水资源量极不匹配,在我国实施水资源合理配置尤为重要。随着工农业发展和人们生活水平的提高,工农业废水和生活污水排放量急剧增加,由于受经济技术实力的限制,大量未经处理的污废水任意排放,造成了地表水甚至地下水的严重污染,进一步加剧了水资源的短缺。2003年度我国湖泊、水库水环境质量状况的总体评价为：普遍受到有机型污染,TN、TP超标,富营养化现象严重,水质恶化。监测的 28个重点湖库中,满足Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类、V类和劣 V类水质的湖库各占 3.6%、21.4%、25.0%、14.3%和 35.7%[3]。

当前,在我国水资源开发利用中存在着水资源数量匮乏、水质污染和水环境破坏严重以及洪灾威胁仍然存在等主要问题的情况下,如何尽量避免和减少各种负效应、对水资源合理规划与管理、实现水资源可持续利用是今后长期工作研究的重要任务。供水工程是城市基础设施的重要组成部分。预测城市规划年限的用水量,确定合理的供水工程规模,使城市供水工程与上虞市的发展总规模适应;选择可靠的城市供水水源,达到水源水的供需平衡,设置城市供水安全保障体系,对实现城市经济的可持续发展和人民群众生活质量的提高非常必要[4]。

随着杭州湾跨海大桥的建成,区位条件的改善,上虞市已纳入上海市 2小时交通圈,成为连接杭甬,贯通嘉兴、上海、台州、温州的陆域交通枢纽,也使得上虞市直接融入长江三角洲的核心范围。上虞市优越的区位和交通条件、相对低廉的低价和工资,都将极大地增加上虞市对国内外投资者的吸引力,推动各种产业向上虞市集聚[5～8]。2009年 6月,在国家“十一五”科技重大专项——水体污染控制与治理“典型村镇饮用水安全保障适用技术研究与示范”项目“华东河网地区县镇饮用水安全保障技术研究与示范”课题(2008ZX07425-007)的支持下,同济大学与上虞市自来水公司在上虞市上源闸自来水厂 (第二自来水厂)建立了研究示范基地,并开展了长期的水源地水质监测与评估工作,取得了阶段性的进展,填补了当地在水源地水量、水质现状资料掌握上的不足,为当地制定新一轮的城乡一体化水源地建设规划及供水规划提供了科学依据。

2 城市概况及用水需求分析

上虞市地处长江三角洲的南部,位于宁绍平原中部,曹娥江下游。市域位于东经 120°36′23″～12°10′69″,北纬 29°43′38″～30°16′17″之间,市域总面积 1427.5km2。其中：海域面积 212.3km2[9,10]。

2008年上虞市地区生产总值达到 348.34亿元,按可比价计算,比上年增长 8.6%。其中第一产业实现增加值 24.35亿元,增长 3.2%;第二产业实现增加值 212.36亿元,增长 8.5%,其中工业增加值 186.28亿元,增长 9.3%;第三产业实现增加值 111.63亿元,增长 10.2%。按户籍人口计算,人均生产总值达 45067元 (按年平均汇率折算为 6489美元)。

2008年末全市总户数 29.2万户,户籍总人口77.31万人,比上年末增加 219人,全市户籍人口中非农业人口 24.18万人,农业人口 53.13万人;男性人口 38.47万人,女性人口 38.84万人。按户籍人口计算的人口密度为 551人/km2。全年出生4749人,人口出生率为 6.14‰;死亡 5458人,人口死亡率为 7.06‰,人口自然增长率为 -0.92‰[11]。

2008年自来水供应量达 6887万m3,其中生活用水量 2002万m3,日供水综合生产能力达31万m3。

根据《上虞市域供水工程专项规划》 (2008年)[4],将城市用水需求量和生活饮用水 (优质水)可供总水量进行比较,2010年生活饮用水可供水量能基本满足城市用水需求,至 2020年生活饮用水可供水量将缺少 9.21万m3/d,这一缺水量中,尚未考虑因水源的地理位置、可供水量和用水地区的差异;也未考虑水厂自用水量及管网漏损水。否则,2020年城市供水水源优质水量的缺口将更大。据以上对城市供水水源的分析,为满足城市的可持续发展,为满足城市的用水需求,必须加强开源节流、优水优用基本国策的实施,进行城乡统筹一体化规划,积极保护城市现有优质水源地,合理开发利用县镇其他中小水源地,科学规划备用水源地,保证城市用水安全。

3 上虞市水资源概况及现有水源地空间分布

3.1 自然气候及水文特征

上虞市为亚热带季风气候,四季分明,气候温和雨量充沛,日照丰富。因地形复杂,光、温、水地域差别明显,灾害性天气较多,洪涝多于干旱。多年平均温度为 16.7℃,最冷一月,极端最低气温 -10.5℃ (1977年 1月 31日),最热七月份,极端最高气温 40.2℃ (1988年)。全年无霜期 248天。多年平均降水量为 1477.4mm,最大降水量2046.7mm(1989年),最小年降水量 976.3mm (1978年)。多年平均蒸发量 1462.9mm。常年主导风向为南风,夏季主导风向南风,冬季主导风向西北风。多年平均风速 2.8m/s,实测最大风速23.0m/s。

上虞市平均年入境水量约为 27.95亿 m3,是水资源总量的 3.33倍。地表水分属曹娥江、姚江两大水系,曹娥江水系境内全长 70km,流域面积649km2,姚江水系境内全长 8.8km。境内湖泊分布较广,主要分布在东关地区和虞北平原。全市地下水天然资源量 1.05亿m3,主要分布于曹娥江中游的河谷地带[12,13]。

市区所在地曹娥江段为感潮河段,最高潮平均水位 8.65m (黄海标高,下同),最低水位为2.61m,最大平均潮差 2.51m。曹娥江历年平均水位 3.55m,最低水位为 1.61m,百年一遇最高洪水位为 9.87m,50年一遇最高洪水位为 9.36m,20年一遇最高洪水位为 8.68m。

3.2 地下水资源概况

上虞市域地下水基本为浅层地下水,藏量不丰,根据上虞市人民政府编制的《上虞市水资源综合规划》[14],全市浅层地下多年平均水资源为1.9054亿m3。每年可开采量约 3896万m3。

浅层地下水水质采用国家标准《地下水质量标准》(GB/T14848-93)评价,地下水水质属Ⅲ～劣Ⅴ类水。浅层地下水水量、水质见表 1。

表1 浅层地下水水量水质Tab.1 Quantity and quality of shallow groundwater

3.3 地表水资源概况

上虞市江河溪湖分属曹娥江和姚江两大水系。

曹娥江水系除曹娥江干流外,包括南部低山丘陵和东关平原地区的溪涧河湖。山溪性河流主要有隐潭溪、下管溪、范洋江、小舜江。平原河道有萧曹运河以及整个关东河网。湖泊有前灶湖、断江湖、竹衕湖、菱湖、水沧湖、江湖、谢憩湖、漳汀湖、康家湖、贺家池等。

姚江水系包括丰惠盆地的虞北平原的溪涧河湖。平原河道有四十里河、十里河、十八里河、姚江、虞甬运河、百沥河、百松河、盖谢河、海涂各丘中心河、沿塘河以及整个虞北河网。湖泊有皂李湖、大泊、西溪湖、唇子湖、白马湖、小越湖、东泊西泊、破冈湖、孔家岙泊等。

(1)曹娥江

曹娥江是钱塘江下游主要支流之一。干流长197km,主河道平均坡降 3.0‰,流域面积6080km2(其中曹娥以上 4418 km2)。曹娥江东沙埠以上属山溪性河流,主流澄潭江发源于磐安市尚湖镇城塘坪长坞,流经新昌市镜岭、澄潭、嵊州市苍岩,至嵊州市区的下南田右纳新昌江后称曹娥江;再下行左纳长乐江,向北流约 4km后右纳黄泽江,流经三界,在上虞市龙浦进入上虞市,至章镇右纳隐潭溪和下管溪,至上浦左纳小舜江,流经蒿坝,至百官以北折向西北,在新三江闸下游15km处注入钱塘江。上虞市境内的曹娥江主要支流有隐潭溪、下管溪、小舜江等。

(2)隐潭溪

隐潭溪流域位于上虞南部山岗丘陵区的四明山余脉。隐溪潭发源于余姚市鹁鸪岩南坡,经岭南乡白龙潭村入境,于章镇镇南汇入曹娥江,属曹娥江水系,河道全长 34.6km,流域面积 97 km2,河道平均比降 25.3‰,隐潭溪市域内自岭南乡白龙潭村,至曹娥江汇入口,干流河道总长 23.4km,河道比降 13.6‰,流域面积 71.7 km2。市域内隐潭溪有杳坑溪、煮炼溪,朱村溪、章山溪、许岙溪、丁兴溪等支流。

(3)下管溪

下管溪属曹娥江下游支流。下管溪流域位于上虞南部山岗丘陵区的四明山余脉。下管溪位于上虞市东南,处于上虞、余姚交界处,紧靠四明山,发源于余姚市鹁鸪岩西坡,总流域面积 234.9km2,主流长 38.3km,天然河道比降 21.8‰。流域上游部分为四明山区,多年平均降水量超过 2000mm,为浙东南暴雨中心。下管溪自陈溪乡深弯桥村,至曹娥江汇入口在上虞市域内,干流河道总长29.69km,河道比降 4.35‰,流域面积 193.9km2。流域内主要支流为浪撞溪 (又称蟹坑溪)、生溪、背向溪 (又称陈溪)、干溪、双溪、东里村支流、沙墩村支流、齐岙溪、大溪 (又称前溪)、下大溪、张溪、巴弄溪。其中,齐岙溪、沙墩村支流及东里村支流两侧基本为山区林地,沿河道两侧有村庄分布。

(4)小舜江

小舜江源于嵊州竹溪乡,经浦川下村入境,于上浦镇小江口汇入曹娥江,江流全长 69.3km,流域面积 547.9km2。小舜江上现建有汤浦水库,自汤浦水库坝址至小江村 (曹娥江汇入口),河道长度 8.18km,河流比降 3.4‰,集雨面积 90 km2,占全流域面积的 16.4%,属常年性溪流。

小舜江主要支流有会湖溪、蒋村溪、长山溪、达郭溪、下漳溪等。其中会湖溪属蒋村溪支流河段,于长塘镇会湖村汇入蒋村溪;下漳、达郭两溪分别发源于绍兴龙潭岗和汤浦镇罗家尖于下漳村附近合并成长山溪,在长山头汇入蒋村溪,流入小舜江内。

(5)姚江水系

姚江是甬江的南源,主流四明山发源于余姚眠岗山,流经梁弄,出四明湖水库与通明江汇合(新江口),汇合后的江段称姚江。流经余姚后直抵宁波汇入甬江,全长 107km。通明江发源于本市梁岙山,流经丰惠通明闸,在新江口与四明江汇合,全长 19.2km。四十里河是通明江支流。位于上虞北部平原的虞甬运河上虞段、百沥河、百崧河、夏盖河等均为姚江支流,经余姚马渚、斗门汇入姚江。属于姚江水系的还有北部海涂围区内河道24条。沿塘河的底高程大多为 0.1～0.6m,边坡1∶3,河底宽度为 16～20m。排涝主干河道的宽度可达 25～36m。海涂围垦区各类河道总长度为180.9km。

3.4 水资源开发利用现状及饮用水水源地空间分布

从表 2中可见,现状条件上虞市多年平均水资源可利用总量为 38985万m3,可利用量占河川径流量的 42.7%[15]。

表2 上虞市多年平均水资源可利用总量Tab.2 An average quantity of available water resource formany years in Shangyu (万 m3)

浙江省上虞市南部地区作为上虞、绍兴乃至浙东重要的水源地之一,水资源应该在保护的基础上进行合理开发。其中,小舜江水源保护区 (含汤浦水库)为绍兴市越城区和上虞市区重要的集中饮用水源地保护区,水质执行《地表水环境质量标准》Ⅱ类标准[16];下管溪上虞保留区、上浦闸总干渠上虞市饮用水源区、隐潭溪上虞饮用和农业水源区、四十里河上虞饮用水源区,水质执行《地表水环境质量标准》Ⅲ类标准。上虞市现有水源地的空间分布如图 1所示。

4 饮用水水源地水质现状评估

图1 上虞市现有水源地空间分布Fig.1 Spatial distribution of existing water head sites in Shangyu

自 2009年 6月起,对上虞市城乡各水源地展开了定期连续监测,监测断面包括汤浦水库 (分上层、中层、下层 )、四明湖水库 (分上层、下层)、隐潭溪章镇水厂取水口断面、下管溪水厂取水口断面、下管溪连心桥村断面、总干渠上浦闸取水口闸内断面及总干渠上浦闸取水口闸外断面,饮用水水源地水质现状调查表明,上浦闸取水口水质呈现微污染,主要超标指标为高锰酸盐指数和浊度,汤浦水库、四明湖水库水质较好,隐潭溪、下管溪基本符合饮用水水源水质要求,各水源地典型水质指标变化趋势分析如下。

4.1 上虞市各水源地高锰酸盐指数变化趋势

2009年6月至 2009年10月的水质监测结果表明,所有监测断面的高锰酸盐指数平均值为 4.39 mg/L,基本达到国家地表水环境质量标准(GB3838-2002)中的Ⅱ类水体标准,高锰酸盐指数最低值为 1.24mg/L(下管溪水厂取水口断面,8月 13日),最高值为 9.82 mg/L(上浦闸闸内断面,7月 1日),各水源地水质按照高锰酸盐指数平均值由优到劣排序依次为汤浦水库、四明湖水库、下管溪、隐潭溪及总干渠,其中总干渠平均值为 6.2 mg/L,高于国家地表水环境质量标准(GB3838-2002)中的Ⅲ类水体标准,呈微污染特征 (见图2)。

图2 水源地高锰酸盐指数变化趋势Fig.2 The changing trends of per manganate index atwater head sites

4.2 上虞市各水源地氨氮浓度变化趋势

2009年6月至 2009年10月的水质监测结果表明,所有监测断面的氨氮浓度平均值为 0.12mg/L,总体达到国家地表水环境质量标准 (GB3838-2002)中的Ⅰ类水体标准,氨氮最低值为0.01mg/L(汤浦水库中层断面,9月 11日),最高值为 0.72mg/L (上浦闸闸内断面,7月 16日),各水源地水质按照氨氮浓度平均值由优到劣排序依次为汤浦水库、四明湖水库、下管溪、隐潭溪及总干渠,其中总干渠平均值为 0.29 mg/L,基本达到国家地表水环境质量标准 (GB3838-2002)中的Ⅱ类水体标准,夏季 7月份水质仅达到Ⅲ类水体标准 (见图 3)。

图3 水源地氨氮浓度变化趋势Fig.3 The changing trends of ammonium nitrogen in water head sites

4.3 上虞市各水源地总氮浓度变化趋势

图4 水源地总氮浓度变化趋势Fig.4 The changing trends of TN concentration in water head sites

2009年6月至2009年 10月的水质监测结果表明,所有监测断面的总氮浓度平均值为 1.62mg/L,超过国家地表水环境质量标准 (GB3838-2002)中的Ⅳ类水体标准,总氮最低值为 0.07mg/L(四明湖水库上层断面,8月 27日),最高值为 5.54mg/L (上浦闸闸外断面,7月 16日),各水源地水质按照总氮浓度平均值由优到劣排序依次为四明湖水库、下管溪、隐潭溪、汤浦水库及总干渠,其中总干渠平均值为 2.59 mg/L,超过国家地表水环境质量标准 (GB3838-2002)中的Ⅴ类水体标准,呈现明显有机污染特征 (见图 4)。

4.4 上虞市各水源地总磷浓度变化趋势

2009年6月至 2009年10月的水质监测结果表明,汤浦水库的总磷浓度平均值为 0.06mg/L,超过国家地表水环境质量标准 (GB3838-2002)中的Ⅲ类水体标准;四明湖水库的总磷浓度平均值为0.06mg/L,超过国家地表水环境质量标准(GB3838-2002)中的Ⅲ类水体标准;四明湖水库的总磷浓度平均值为 0.06mg/L,超过国家地表水环境质量标准 (GB3838-2002)中的Ⅲ类水体标准;隐潭溪章镇水厂取水口断面的总磷浓度平均值为 0.06mg/L,达到国家地表水环境质量标准(GB3838-2002)中的Ⅱ类水体标准;下管溪的总磷浓度平均值为 0.12mg/L,达到国家地表水环境质量标准 (GB3838-2002)中的Ⅲ类水体标准;总干渠的总磷浓度平均值为 0.59mg/L,超过国家地表水环境质量标准 (GB3838-2002)中的Ⅴ类水体标准。

总磷最低值为 0.01mg/L(汤浦水库上层断面, 8月 13日),最高值为 1.71mg/L (上浦闸闸外断面,7月 16日),各水源地水质按照总磷浓度平均值由优到劣排序依次为隐潭溪、下管溪、四明湖水库、汤浦水库及总干渠,其中总干渠平均值为0.59 mg/L,超过国家地表水环境质量标准(GB3838-2002)中的Ⅴ类水体标准,呈现明显有机污染特征。