调水引流在太湖水环境综合治理中发挥的作用分析

展永兴

(江苏省太湖水利规划设计研究院有限公司 江苏苏州 215128)

太湖流域是我国著名的鱼米之乡,位于长江三角洲南翼,经济发达、人口密集、城市集中,涉及江苏、浙江、上海和安徽三省一市,流域面积3.69万 km2。太湖位于流域中心,是流域内重要的水源地和洪涝水调蓄中心。随着流域经济社会快速发展和水污染治理相对滞后,自 20世纪 80年代以来,流域水环境污染日益严重,太湖水质逐年恶化,现状综合评价劣于Ⅴ类,湖体呈富营养化水平,湖区蓝藻频发;河网水质劣于Ⅲ类的河长占89.3%,劣于Ⅴ类的达 61.3%。

水环境不断恶化的趋势及 2007年无锡供水危机事件,严重影响到流域广大群众的饮用水安全和流域可持续发展。为坚决贯彻中央关于彻底治理太湖的重大决策,进一步加大太湖治理力度,国家发展改革委会同有关部门编制了 《太湖流域水环境综合治理总体方案》 (以下简称 《总体方案》),2008年 5月国务院以国函 [2008]45号文批复同意。《总体方案》确定太湖流域水环境综合治理以污染物总量控制为核心,保障饮用水安全,采取污染源治理、提高太湖流域水环境容量 (纳污能力)、生态修复及建设、节水减排建设、能力建设等保障措施,达到近期、远期治理的阶段性目标。其中提高太湖流域水环境容量 (纳污能力)是太湖水环境综合治理措施之一,遵循 “先治污,后调水”的原则,扩大引江济太调水规模,实施调水引流工程。

供水危机三年来,充分利用现有望虞河 “引江济太”等调水引流工程的实践,进行了系统化的水文、水质监测,积累了大量珍贵的数据,通过实测数据说明调水引流工程在应急处理无锡供水危机和提高太湖水环境容量的作用。在此基础上,分析污染源近远期治理效果,对照治理目标,并结合太湖流域河网特征提出进一步扩大调水引流工程的必要性,然后利用太湖二维水流水质模型等分析调水引流工程实施后的效果,以期科学、客观地反映调水引流工程在太湖流域水环境综合治理中发挥的作用。

1 调水引流工程实践作用分析

为优化太湖流域水资源配置,改善太湖水环境,按照温家宝总理 2001年在太湖水污染防治第三次工作会议上提出的 “以动治静、以清释污、以丰补枯、改善水质”方针,2002年起太湖流域实施望虞河 “引江济太”调水试验。“引江济太”工程有效提高了流域水资源保障能力和水环境承载能力,作用是显著的,并在应对无锡市供水危机时发挥了重要作用,保障了流域重要城市的供水安全。

1.1 引江济太在应对无锡市供水危机中发挥了重要作用

2007年 5月底,太湖西北部湖湾蓝藻大规模爆发,造成小湾里水厂、贡湖水厂等水源地水质恶臭、发黑,引发无锡市饮用水水源地供水危机。为抑制贡湖、梅梁湖蓝藻暴发趋势,缓解供水危机,望虞河实行大流量调水,同时启动梅梁湖泵站抽水。调水引流后,水源地水质得到明显改善,贡湖高锰酸盐指数、NH3—N、TP和 TN分别从引水前的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,减少了 38%、63%、35%和 48%;梅梁湖湾高锰酸盐指数、NH3—N、TP和 TN也分别减少了30%、83%、24%和 68%。同时,调水引流后,太湖水位基本维持在 3.00～3.25m之间,湖湾内水体流动明显加快,蓝藻生长得到了一定的抑制,贡湖湾锡东水厂的叶绿素 a含量由调水前的 53μg/L逐步降低到 10.5μg/L。望虞河引江济太等现有调水引流工程在应对无锡供水危机的突发水污染事件中,发挥了不可替代的重要作用。

1.2 近年来调水引流工程对改善太湖水环境的作用

无锡供水危机以来,按照太湖水环境综合治理要求,水利部门制定科学调水引流方案,为改善太湖水环境治理作出了重要贡献,主要效益体现在以下几个方面。

(1)合理调控太湖水位,提高太湖水环境容量,有效抑制蓝藻的暴发时间和暴发强度。供水危机以来,望虞河抽引 56亿 m3的长江水进入河道,其中经望亭立交直接进入太湖 27亿 m3,经望虞河沿线两岸口门进入太湖周边河网 29亿 m3;经梅梁湖泵站抽水出流 21.5亿 m3。通过调水引流工程的实施,使太湖置换周期从原来的 309d缩短至250d,加快了太湖水体的置换速度,太湖大部分时间保持 3.00～3.40m的适宜水位,增加了太湖水环境容量,对蓝藻的发育生长有明显的抑制作用。2009年太湖水位比 2007年偏高 0.20m左右,使太湖蓝藻大面积发生的时间推迟了近 1个月,且发生的强度也明显降低。2007年太湖蓝藻水华首次大面积生成时间是 4月 4日,面积为 65km2;2008年是 4月 3日,面积为 40km2;2009年首次出现蓝藻水华聚集时间是 4月 26日,面积只有 4.5km2。蓝藻暴发的次数和累计面积也呈逐年下降的趋势,根据卫片资料分析 (4～7月),太湖蓝藻水华大面积发生频率 2007年是 40次,累计面积 7286km2;2008年是 37次,累计面积 6687km2;而 2009年是35次,累计面积 2771km2。

(2)改善入湖水质,促进湖区水源地以及受益区河网水质持续改善。实施大流量引江济太,优化了入湖水源结构,同时加快了贡湖至梅梁湖一带、贡湖、大太湖至东太湖湖区水体置换,持续改善这部分湖区的水体质量,保证了苏州、无锡城市供水水源地以及东太湖往下游供水的水质。据对太湖水源地水质逐日检测资料分析,这些水源地水质溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮等指标基本稳定在Ⅰ～Ⅱ类标准,总磷指标东太湖水源地稳定在Ⅲ类,总氮指标东太湖水源地稳定在Ⅳ类。水质有了明显的改善,过去水质最差的梅梁湖的一些主要水质指标已与水质较好的东太湖有接近的趋势。望虞河引水进入太湖周边河网后,加大了水流动力,促进了有序引排,增加了环境容量,加之控源截污和河道疏浚整治措施,受益水体水质得到明显的改善。

(3)合理引排调度,可有效减少湖体内内源污染。通过梅梁湖泵站的排水,直接减少湖体中的内源污染。供水危机后随着望虞河引江济太、梅梁湖泵站抽排,梅梁湖水体得到了有序流动,加快了梅梁湖的水体交换,还可把湖体内源污染物质大量排出。根据梅梁湖泵站进水口水质指标进行测算,梅梁湖泵站排水 21.2亿 m3,相当于从梅梁湖湖体中带走了化学需氧量 3.8万 t,总氮 4480t,总磷252t,氨氮 900t。

(4)增加太湖水资源量,保障流域供水安全。太湖流域多年平均水资源总量 177亿 m3,2004年用水量已达 320亿 m3,流域水资源量已远远不能满足用水需求。引江济太增加了流域供水量,缓解了流域旱情,改善了水质、水环境、水生态,保证了重要水源地供水安全及工农业供水需要。至2007年引江济太共调引长江水 105.6亿 m3,相当于两个半太湖的水量,大大地提高了太湖流域水资源的承载能力。

2 扩大调水引流工程的必要性

(1)调水引流是 《太湖流域水环境综合治理总体方案》明确的重要措施之一。2007年 5月,太湖蓝藻大暴发引发无锡市供水危机后,国务院批复同意了 《太湖流域水环境综合治理总体方案》;江苏省人民政府高度重视,也出台了 《江苏省太湖水污染综合治理工作方案》 (以下简称 《工作方案》)。根据 《总体方案》和 《工作方案》中对污染源治理的安排,江苏太湖地区水污染治理措施包括:加快产业结构优化升级,淘汰落后生产能力;加快城镇污水处理设施建设,全面提高污水处理率和处理标准;加大农业面源污染治理力度等。按照上述污染源综合治理措施,《总体方案》提出近期CODCr削减率为 16.4%,NH3—N削减率为23.6%;远期 CODCr削减率为 41.0%,NH3—N削减率为 58.9%,据此模拟计算分析污染治理后的水质改善效果。

采用太湖二维水流水质数学模型,根据 2005年实测环湖各支流出入湖水量资料,分别计算现状工程条件下,区域现状污染物排放和远期污染物达到允许排放量情况下,太湖主要水质指标变化情况。计算结果见表 1。

表 1 现状与污染治理后太湖西北部湖湾主要水质指标对比

由表 1可见,江苏太湖地区污染治理达到远期允许排放量后,太湖湖区的水环境虽然得到明显改善,但主要水质指标类别基本没有改变,TP和 TN仍是主要超标项目。因此,需在加强污染治理的同时,进一步实施扩大引江济太、合理调水引流、提高太湖水环境容量,满足规划水质目标的实现。

(2)实践证明调水引流工程是增强太湖流域河湖有序流动、改善水环境的有效措施之一。中国有一句成语 “流水不腐,户枢不蠹”,即流动的水不会发臭,经常转动的门轴不会腐烂,比喻经常运动的东西不易受侵蚀。而太湖流域是我国典型的平原水网地区,流域内 12万 km长的河道基本采用的是平底断面,水面比降一般在 1∶100000,河网水体流动极其困难。为增强太湖流域河网水体的有序流动,2002年开始望虞河引江济太调水工程试验。通过望虞河引江济太调水试验、2007年无锡供水危机后实施望虞河引水、梅梁湖泵站排水联合调度,应急处理供水危机发挥的作用以及近年来调水引流工程实践,通过实测水文水质监测数据,均说明调水引流工程服务区内的水质得到明显的改善,提高了受水区水体的稀释能力,同时水体流速的提高增大了水体的自净能力。

(3)实现江湖互动、有序引排符合太湖流域河网水系特征的需要。太湖流域是我国典型的平原水网地区 (河道基本为平底断面,水面比降一般在 1∶100000),濒临长江,通过沿江河道将河网与长江紧密联系起来,在历史上沿江口门未实施控制时,与长江实属一个整体。为抵御长江洪水的侵袭,经多年的水利建设,沿长江控制线由堤防、沿江口门建筑物等组成的,既可挡潮御卤、减少泥沙在太湖河网内淤淀,又可根据内部河网引水、排水需要,实现河网与长江有序、有节制的互动。

根据太湖流域沿江口门实测引排水量分析,不同时期排江水量 (1956～2006年平均和 2000～2006年平均,2000年后太湖流域加大沿江口门引排调度)对比分析,太湖流域年平均排江水量从47.57亿 m3陡然减少到 38.56亿 m3,特别是主汛期后 (9～12月)排江水量由多年平均的 15.69亿m3明显减少到 5.81亿 m3。引江水量对比分析也可以看出,为改善流域、区域河网水环境,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 14.72亿 m3,而 2000～2006年系列多年平均主汛后引江水量 29.19亿 m3。

综上,太湖流域从水系体系看本是长江的一部分,太湖河网通过通江河道形成河网与长江有序的互动是必然的,同时太湖流域河网应充分利用濒临长江这一得天独厚的优势,进一步加强太湖流域河网与长江的沟通。随着经济社会的迅猛发展,流域内用水需求发生了明显的变化,目前太湖流域沿江的引排呈现引水量增加而排水量逐年减少,特别是汛后排水量减少幅度较大。为形成太湖河网地区水的有序流动,提高水环境容量,加大引江水量的同时,需更进一步加大排江水量,实现河网与长江引排关系的良性互动,达到引排合理调度的目标。

3 进一步实施调水引流工程作用分析

3.1 新增调水引流工程总体思路

太湖虽属长江水系,但与长江的引排系统并不通畅,除望虞河外,长期以来没有主干河道沟通,长江的优质水过不来,区域内的劣质水排不出。为恢复长江和太湖之间的畅引畅排,按照国家 《总体方案》的要求,在总结引江济太实践的基础上,江苏省太湖地区拟规划实施 “三大调水循环”:① “长江→望虞河→贡湖→太湖→太浦河”循环。通过望虞河调引长江水入太湖,增加太湖水体流动。② “长江→望虞河→贡湖→梅梁湖→梁溪河→无锡城区河网→走马塘→长江”循环。利用望虞河引入的长江水和大太湖水进入梅梁湖,再用梅梁湖水改善运河和无锡城区河网水体排入走马塘入江。③ “长江→新孟河→滆湖→太湖→梅梁湖→新沟河→长江”循环。通过新孟河引长江优质水资源入太湖,进一步促进太湖和梅梁湖、竺山湖水体流动,部分水量由新沟河排入长江,大部分水量进入大太湖并通过太浦闸下泄,提高太湖湖体流动的范围和强度。

3.2 分析方法简介

采用丹麦 Mike21软件中平面二维数学模型进行全太湖的水动力与水质模拟计算,Mike21模型是丹麦水力学研究所开发的二维数学模拟软件,广泛应用于国内外水动力模拟当中,取得了较好的效果,是目前国际上较为先进的模型之一。该模型选用 2005年实测水质进行过率定,结果表明计算成果与实测成果基本接近,主要区域内水质浓度的最大偏差不超过 10%。计算范围为整个全太湖,采用太湖 1∶50000水下地形资料,局部水域采用新的地形资料进行修正。旁侧入流采用环湖主要口门2005年的实测年平均入湖流量和入湖污染物量作为水流和水质的控制条件,初始水位全太湖取3.11m,即太湖多年平均水位,风速 4.0m/s的恒定风速和 SE方向的恒定风向。

3.3 进一步实施调水引流工程改善太湖水环境效果的初步分析

经计算,走马塘等三项调水引流工程全面实施后,在现状排污条件下,全太湖平均 CODMn、TP和TN浓度可下降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浓度可下降53%、44%和 58%;竺山湖平均CODMn、TP和 TN浓度可下降 66%、51%和 64%。在污染源削减条件下,全太湖平均 CODMn、TP和TN浓度可下降 41%、27%和 42%,水质可以由现状的劣Ⅴ类提高到近Ⅳ类标准。

4 结论

通过以上分析,可以得出以下结论。

(1)太湖流域水环境综合治理的首要任务是加强污染源治理,从源头上加强污染防控和治理,切实控污减排,是太湖水环境改善的基础。

(2)调水引流实践证明,为增强太湖流域平原水网河湖水体的有序流动,提高水环境容量,科学合理的调水引流是一项必要且十分有效的措施。

(3)太湖流域水环境治理是一项综合性任务,需要实施污染源治理、调水引流提高水环境容量等综合治理措施,才能实现太湖流域水环境的治理目标。

(4)进一步扩大调水引流工程,进行科学合理调度,改善太湖、梅梁湖、竺山湖水环境效果明显。