（水利水电工程专业论文）引江济太水量水质联合调度研究.pdf

摘要 太湖流域雨量充沛，但是随着流域经济社会的飞速发展，用水需求增长迅 猛，目前，流域水资源的供给已无法满足流域经济社会发展对水资源的需求。 同时，由于工业的蓬勃发展，工业排废不断增长，但是流域治污水平却远远滞 后，流域水体遭到大面积污染，水质型缺水问题日益严重。“引江济太”旨在 通过现有水利工程，将长江优质水引入太湖流域，缓解流域缺水问题，保障居 民饮水安全，并在一定程度上改善流域水环境。 本文在2 0 0 2 2 0 0 3 年两年“引江济太”调水试验的基础上，全面分析了望 虞河东、西岸地区排污情况和相应的水质状况，以及太湖水域的水质状况，寻 找出适合于指导调度的调水区水质综合评价指标系统，并分析出引入长江优质 水与改善望虞河东、西岸及太湖水域水质之间的关系。以减少流域水资源供需 缺口为原则，对“引江济太”进行优化调度，不仅考虑使其从长江引入流域的 水量最多，还要保证引入太湖流域的水体水质，并从改善调水区水体水质的角 度出发，利用动态规划原理分析确定引入流域的长江优质水在各个地区的合理 分配，使引入流域的水不仅能够增加流域水资源的总量，而且还能更有效的改 善流域水体水质，发挥引水最大的作用。同时，调度过程中必须保证流域的防 洪安全。 研究结果表明，在太湖流域目前的治污水平下“引江济太”能够充分保 证流域居民的生活用水，还能有效的改善太湖水体水质，但是由于常熟水利枢 纽引水能力的限制，仅仅通过“引江济太”工程调水，尚不能完全填补流域的 水资源供需缺口，也不能将太湖流域的水体水质全部改善至地表水i i 一类水的 标准。要彻底解决太湖流域的缺水问题，改善太湖流域的水环境，其根本还在 于进一步的提高流域治污能力，使流域的治污水平跟上流域经济社会的发展， 同时，还要提高流域水资源的利用效率。 关键词：水资源短缺污染引江济太水量水质联合调度 a b s t r a c t t a i h ub a s i ni sr i c hi np r e c i p i t a t i o n b u ti ti sl a c ko fw a t e rr e s o u r c e ss u p p l yi n c o m p a r i s o n 、i t l lt h ei n c r e a s i n gw a t e rd e m a n d d u et ot h er a p i de c o n o m i c d e v e l o p m e n t m e a n w h i l e ，t h ew a t e rs c a r c i t ya r o u s e db yt h ep o o rw a t e rq u a l i t yi sb e c o m i n gs e r i o u s b e c a u s et h ew a s t ew a t e ri si n c r e a s i n gr a p i d l yw i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to f i n d u s t r y a n dt h ec a p a c i t yo fw a s t e r a t e rt r e a t m e n ti sn o ti m p r o v e dp a r a l l e l l y t h eo b j e c to f t h ep r o j e c to f d i v e r t i n gw a t e rf r o mt h ey a n g t z er i v e rt ot a i h ul a k ei st oi n c r e a s et h e w a t e rs u p p l yi nt a i h ub a s i nt oe a s eu pt h ew a t e rc r i s i s ，t oe 】s u r et h e s a f e t yo f p e o p l e sd e m a n d f o rw a t e ra n dt oi m p r o v et h ew a t e re n v i r o n m e n tt oac e r t a i ne x t e n t i nt h i st h e s i s ，t h ea n a l y s i so ft h ew a t e rs u p p l ya n dd e m a n di nt a i h ub a s i ni s m a d e ，w h i c hm a y s e r v et od e c i d et h er a t i o n a la m o u n to fw a t e rd i v e r t e df r o my a n g t z e r i v e r a l s o ，t h ea n a l y s i so ft h ew a t e rq u a l i t yi sc o n d u c t e d ，i no r d e rt of i n do u tt h e r e a s o n a b l em e t h o df o re v a l u a t i o no ft h ew a t e rq u a l i t y f u r t h e r , t h ea n a l y s i so ft h e r e l a t i o nb e t w e e nt h ea m o u n to ft h ew a t e rd i v e r t e di na n dt h ew a t e r q u a i l t y i m p r o v e m e n ti sc o n d u c t e do nt h eb a s i so f t h ee x p e r i m e n to fw a t e rr e g u l a t i o nw h i c h w a sc a r r i e do u ti n2 0 0 2a n d2 0 0 3 f o ro p t i m i z a t i o no ft h ew a t e rd i s t r i b u t i o nw i t lt h e s a f e t yi n f l o o dc o n t r o li nt h ea r e a t h er e s u l ts h o w si ti st h eb e s tw a yt od i s t r i b u t et h ew a t e rd i v e r t e df r o my a n g t s e r i v e ri n t ot h ee a s ta n dw e s ta r e a so fw a n g y ur i v e ra sw e l la si nt a i h ul a k e a c c o r d i n gt ot h er e l a t i o nb e t w e e nt h ea m o u n to f t h ew a t e rd i v e r t e di na n dt h ew a t e r q u a l i t yi m p r o v e m e n t b yt h ep r o j e c to fd i v e r t i n gw a t e rf r o mt h ey a n g t z er i v e r t o t a i h ub a s i n ，o n l yt h ed r i n k i n gw a t e rd e m a n do ft h ep e o p l ei nt a i h ub a s i n ，b u tn o ta l l w a t e rd e m a n d si nv a r i o u ss s e c t o r sm a yb eg a r e n t e e d ，a n dt h ew a t e rq u a l i t yi nt a t h u l a k em a yb et os o m ee x t e n t i m p r o v e d ，b u t t h i sp r o j e c ti sn o ta b l et oi m p r o v et h ew a t e r q u a l i t yo ft h ew h o l et a l h nb a s i nt oi i g r a d e sd u et o t h el i m i t e dc a p a c i t yo f d i v e r t i n gw a t e ri nc h a n g s h ub u m p o n l yi fu p g r a d et h et e c h n o l o g yo ft r e a t i n gw a s t e w a t e ra n du t i l i z et h ew a t e rr e s o u r c e sm o r ee f f i c i e n f l y ，t h ep r o b l e m so fw a t e rq u a l i t y a n dw a t e r d e f i c i e n c yc a n b es o l v e dc o m p l e t e l y k e y w o r d s ：w a t e rr e s o u r c e s s h o r t a g ep o l l u t i o n w a t e rd i v e r s i o nf r o m y a n g t z et ot a i h u w a t e ra m o u n tw a t e r q u a l i t y c o o r d i n a t e dr e g u l a t i o n 学位论文独创性声明： 本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同事对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。如不实，本人负全部责任。 论文作者( 签名) ： 2 0 0 5 年6 只f 毛b 学位论文使用授权说明 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊( 光盘 版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或电子文档，可以采用 影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容 相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅。论文全部或部 分内容的公布( 包括刊登) 授权河海大学研究生院办理。 论文作者( 签名) ： 髀 2 0 0 5 年匆月石日 ， 第一章绪论 1 1 我国水资源分布的特点 我国属于水资源短缺的国家，全国多年平均降水总量为6 2 x 1 0 4 亿m 3 ，折 合年平均降雨深为6 5 0 r a m ，比全球陆地平均水平低1 5 0 m m 。在全国年降雨总量 中，可通过水循环更新的地表水和地下水即水资源总量为2 8 x 1 0 4 亿m 3 ，人均 不足2 2 0 0 m 3 ，为世界平均水平的l 4 。 由于我国是主要受大陆性季风气候影响的国家，降雨分布极不均衡，全国 降雨量的空间分布的总趋势是由东南向西北递减。东南地区受夏季风影响的强 度强，时间长，水汽多，降雨量较多，而西北地区受夏季风影响的强度弱、时 间短，水汽少，降雨量也相应较少。以年降雨量为4 0 0 m m 的等值线可将我国降 雨状况划分为东南半壁( 湿润区) 和西北半壁( 干燥区) 。 我国降雨的季节分配差别也很大，夏季很多，冬季很少。我国降雨量主要 集中在夏季( 6 8 月) ，占全年5 3 。华北、东北夏季的降雨量占全年的6 0 7 0 ，内蒙7 月、西北7 8 月的降雨量占全年的7 0 8 0 ，南方各地夏季降雨 量一般占全年的4 0 5 0 ，雅鲁藏布江谷地占全年的7 5 8 0 。冬季( 1 2 月 次年2 月) 为我国降雨量最少季节，大部分地区只占全年的1 0 1 5 ，台湾东 北部冬季降雨最多，占全年降雨量的2 0 以上。 由于我国降雨空间分布不均，河川径流的地区分布也不均匀，北方水资源 匮乏，南方水资源较丰富，南北相差悬殊。长江流域及其以南地区国土面积只 占全国的3 6 5 ，其水资源量却占全国水资源总量的8 1 ，人均水资源量为 3 4 9 0 m 3 ；长江流域以北广大地区国土面积占全国的6 3 5 ，其水资源量仅占全 国水资源总量的1 9 ，人均水资源量为7 7 0 m 3 ，属于人多、地多，水资源短缺 的地区，其中黄淮海流域水资源短缺尤其突出。黄淮海流域的人均水资源量仅 为4 6 2 一，其中京、律两市所在的海河流域人均水资源量仅为2 9 2 m 3 ，不足全 国平均水平的1 7 。 我国水资源总量不足，地区分布不均，年际变化大，常常发生地区性、季 节性缺水。进入2 l 世纪，随着我国工农业经济的发展，对水资源的浪费和破坏 也日益严重，水资源供求矛盾更加突出。按正常需要和不超采地下水，年缺水 总量约为3 0 0 亿4 0 0 亿m 3 。每年农田受旱面积7 0 0 万2 0 0 0 万公顷。全国 1 6 6 9 座城市中有4 0 0 座供水不足，1 1 0 座严重缺水。除了以上提到的自然因素， 使我国水资源与耕地、人口的地区分布不相适应外，还有不少人为因素，加剧 了我国水质型水资源短缺的程度。在一些城市与工业集中的地区，集中供水量 超过当地的供水能力，地下水过度开采：污水治理不达标或者不加治理直接排 入河川径流，水源受到严重污染，水质型缺水问题突出，“守着江河没水 喝”。进行水量水质联合调度，合理利用水资源，缓解某些地区供水不足的矛 盾，提高水资源和水环境的承载能力，改善生态环境，维持社会、经济、生态 的可持续发展，已是一个刻不容缓的问题。 1 2 水量水质联合调度在国内外的研究动态 2 0 世纪4 0 8 0 年代，是世界范围内建设调水工程的高峰期，国外绝大多 数调水工程是在这个期间完成的。2 0 世纪8 0 年代后，发达国家调水工程的建 设速度显著放慢，而发展中国家仍在大力建设调水工程。我国自建国以来，跨 流域调水工程得到了长足发展。江苏省修建了江都江水北调工程，广东省修建 了东深引水工程，河北与天津修建了引滦工程，山东省修建了引黄济青工程， 甘肃省修建了引大入秦工程等。这些工程为当地经济、社会发展提供了必要的 水源保障。2 0 0 2 年我国南水北调工程正式开工，这是目前全世界正在实施的最 大规模的调水工程，也是我国实施跨流域调水的标志性工程。“十五”期间， 我国除已开工建设南水北调工程外，还规划建设九甸峡水库及引洮一期、喀腊 塑克水库及西水东引一期、包头市引黄入市生态环境建设引水工程、胶东供 水、大伙房水库输水工程、辽克引白一期、黔中引水工程和一批中小型蓄、 引、提工程等。 通过大量的引水调度研究和实践，国内进行水量调度的理论已经比较成 熟。无论是线性规划方法、还是动态规划方法，是多目标规划，还是单目标规 划，在解决实际调水问题的过程中，都得到一定程度的有效应用。算法和求解 技术多种多样，也比较成型。现在一般采用大系统分解协调技术对水量调度系 统进行概化，用动态规划方法建模，用逐次迭代逼近技术求解，对水量调度进 行优化。在此基础之上，还建立了不少仿真调度模型，计算结果与实际情况的 吻合效果也不错。我国的南水北调工程、黄河水资源调度、黑河流域水资源调 度等工程都采用了上面的方法做了大量的理论研究。到目前为止，对“引江济 太”水量调度的研究也基本基于上述理论。目前国内对调水工程的理论研究情 q 况大致如下： 水利部南京水资源研究所的张健云等人对南水北调东线工程优化调度【1 1 曾 进行研究，单纯考虑水量调度，调度线分两条：蓄水调度线和供水调度线，供 水调度线又细化为工业调度线和农业调度线。目标函数以抽水能耗少和系统缺 水量少两子目标构成总体目标，两子目标由平衡因子进行协调。优化计算选用 逐次迭代逼近技术，在每次迭代过程中，采用座标轮换法对被优化变量依次优 选。 河海大学、水利部南京水文水资源研究所和水利部长江水利委员会对南水 北调中线工程水量优化调度进行研究【2 】，应用大系统递阶分析的原理和方法， 建立了三层递阶水量优化调度模型，采用模拟技术与优化技术相结合的途径， 求解出满足系统整体供水目标下供水区水库的优化调度图，结果可为工程未来 运行提供科学依据。西安理工大学对南水北调中线工程水量仿真调度模型也进 行了研究，理论和方法基本相同。 西安理工大学和水利部黄河水利委员会的王煜、黄强等人研究了黄河干流 水量调配分解协调组合模型的构造1 3 1 。针对黄河干流水量调度工程的特点和管 理现状，提出了黄河干流工程非汛期水量调度和河段配水模型构造的原则、目 标和大系统分解协调方法，构建了包含上游予系统水库调度模型、三小子系统 水库调度模型、河段配水模型和多方案优选模型在内的组合模型。 中国科学院地理科学与资源研究所王劲峰等人对区际调水时空优化配置理 论模型【4 l 进行探讨。我国水资源供需平衡在空间上的巨大差异造成了区际调水 的需求。在决策中常遇到的问题是：是否确实需要调水、调多少水和如何分 水? 在扣除保障用水( 生活、生态、生产) 之后，这三个问题都决定于调水的 经济效益( 利润和回报期) 。为此，提出了水资源在时间、部门和空间上的三 维优化分配理论模型体系，包括含4 类经济目标的目标集、7 类变量组合的模 型集和6 种边际效益类型的边际效益集，由此可以组合成1 6 8 种优化问题。实 际问题可以从中挑选对应者进行求解。 针对多目标水资源系统优化运行问题，扬州大学、国家防汛抗旱总指挥部 办公室和河海大学的方红远、邓玉梅等阐述了多目标决策遗传算法的应用睁l 。 按遗传算法原理，采用浮点向量表达解的结构，并依据多目标决策协调规划法 定义适应度为任一目标点与理想点的距离构建模型进行求解。 黑河流域目前面临水资源、经济和生态三方面的问题，流域水资源调配层 3 次化结构体系以“模拟一配置一评价一调度”为基本环节，实现流域水资源的基 础模拟、宏观规划与日常调度，以及各环节之间的耦合和嵌套，进而通过流域 水资源调配管理信息系统的构建，为黑河流域水资源的规划配置和管理调度提 供了较为全面的技术支持【6 】o 综上所述，我国对水量调度的理论研究已经比较成熟，但是对水量水质联 合调度的研究尚处于起步阶段。在针对水库供应城市生产生活用水方面，已有 考虑针对水库随水层深度不同，水温水质也不同的特性，对水库的供水进行水 量水质联合调度研究的文献报道。如上世纪九十年代，西安理工大学樊尔兰等 老师在分析水库水温、水质与水库取水建筑物关系基础上，建立了分层型水库 水量水质综合优化调度动态确定性多目标非线性数学模型【7 1 ，多目标用权重系 数来构成一个总体目标，并运用逐次逼近的逐步优化法，以西安市黑河水库为 例，进行了求解与计算。结果表明，按优化方案调度可在保证水量供给前提下 大幅度提高水库的供水水质。在我国其它大规模的调水实践当中，可能也会考 虑水质的因素，但是作为理论的研究还不够成熟。 在国外，据有关资料统计，已有3 9 个国家建成了3 4 5 项调水工程，主要集 中在加拿大、印度、巴基斯坦、独联体和美国5 个国家，约占世界总调水量的 8 0 以上。从己建成的国外调水工程来看，主要以缓解调水区资源型缺水问题 为主。调水主要是从水资源空间配置角度出发，其目的主要是缓解调水区当地 水资源量不能满足用水需求的矛盾。虽然有的调水工程的供水目标中包含了一 部分生态环境用水，但大多仅出于对被挤占生态环境用水进行转换的考虑，直 接为解决水质型缺水为目的而兴建的调水工程还比较少见。如美国西部为典型 的荒漠缺水地区，属典型资源型缺水为此修建了中央河谷、加州调水、科罗 拉多水道和洛杉矶水道等长距离调水工程。国外调水工程建设更加注重水资源 的宏观配置，以缓解区域资源型缺水问题为主。由于跨流域调水工程一般成本 和运行费用较高，因此调水区特别强调外调水的宏观合理配置和高效利用，加 强外调水资源的科学管理，并充分运用水价、水市场等经济手段进行有效调控 哆l 。国外调水理论与实践研究成果主要体现在以下几个方面： 1 、动态规划 动态规划是解决多阶段决策过程最优化问题的一种方法。1 9 5 1 年，美国数 学家贝尔曼研究了一类多阶段决策问题的特征，提出了解决这类问题的基本原 理，在研究、解决了某些实际问题的基础上，于1 9 5 7 年发表了动态规划一 4 书。1 9 6 1 年。b u m s 和h a l l 首次将动态规划引入到地表水和地下水的联合运用 系统，建立了一个地表水和地下水联合运用模型。1 9 6 9 年，h e r m a n 和b u r a s 建 立的调水动态规划模型，考虑了水质因子。1 9 9 3 年，n a t h a n t 和b r u a s 在6 个流 域、2 个水库和一条河流组成的复杂水资源系统中，应用了地表水系统动态分 配的优化控制模型1 9 】。 2 、线性规划 1 9 8 7 年，w u l i s t l o l 应用线性规划方法求解了一个地表水库与四个地下水含 水单元构成的地表水地下水运行管理问题，目标为供水费用最小或当供水不足 时缺水损失最小，同时，用s u m t 法求解了一个水库与地下水含水层的联合管 理问题。 3 、大系统优化理论 1 9 8 0 年，j a m s l l i d i 应用分解协调技术解决g r a n d e 流域开发问题，首先将流 域按空间分解为多个子系统，然后再将每个子系统按时间分解，构成三级谱系 结构。在寻求每级子系统的最优求解的基础上进行合理调整，最后得到整体系 统的最优求解。1 9 9 2 年，j o y 1 将该理论用于加利福尼州m a d 流域的规划。 4 、随机优化技术 1 9 7 4 年，m a d o c k 提出一种随机用水需求下的流域系统的运行管理问题。 1 9 9 5 年，p e r a 、i m c a n f i l l e r 和t e r r y 在美国阿肯色流域东北部建立了地面水和地 下水模拟优化模型，目标为流域地下水、地表水总供水量最大，决策变量为各 时段、各单元地表水可供水量和地下水可供水量，优化方法采用连续静态优化 方法【9 1 。 如上所述，尽管采用的方法各异，目前对国内外调水工程的理论研究主要 部是为了解决区域资源型缺水问题。但是，目前我国出现了一类调水工程，在 调水目的上有着自身的特殊性，其调水区水资源比较丰富，主要是通过跨流域 调水来缓解调水区的水质型缺水问题，“引江济太”调水工程就是其中之一。 通过江苏省常熟水利枢纽从长江引水，流经望虞河，从望亭水利枢纽引水入太 湖。太湖流域水资源丰富，也是我国国民经济最为发达的地区之一，近年来随 着流域经济社会的发展，污染物的排放量逐年加大，加之河网地区特殊的水动 力学特性，致使太湖流域水污染问题越来越严重，水质型缺水问题目益突出a 通过引江济太调水工程的实施，希望能加快流域河网和湖泊水体的流动- 增加 流域优质水资源量，提高流域水资源有效供给能力，改善流域水质、水环境和 j 水生态。 1 3 本文研究内容 2 0 0 2 - 2 0 0 3 年，水利部太湖流域管理局组织实施了“引江济太“调水试验 工程，通过江苏省望虞河常熟水利枢纽从长江引水入太湖流域，增加流域的水 资源量，缓解流域水资源的供需矛盾，并改善流域的水环境，两年试验取得了 一定的效果。本文以两年试验的成功经验和失败教训为基础，统计望虞河东、 西岸地区排污量和相应的水质状态，以及太湖水域的水质状态，分析引入长江 水与改善望虞河东、西岸及太湖水域水质之间的关系，并以减少流域水资源供 需缺口为目的，对“引江济太”调水进行水量水质联合调度研究。使“引江济 太”不仅能引入流域的水量最多还要使引入流域的长江水水质能满足一定的 要求，并从改善调水区水体水质的角度确定引水在各个地区的合理分配，使引 入太湖流域的长江水能够最大限度地缓解流域缺水问题，改善流域水体水质， 使太湖流域增加的满足地表水i 类水标准的水体水量达到最大，切实保障流域 居民饮水安全，改善流域水环境。 论文研究的主要内容分为： 第一章：提出利用工程调水解决水质型缺水及实施水量水质联合调度的问 题，并介绍了目前国内外对该问题的研究现状： 第二章：介绍了太湖流域的基本概况，分析了太湖流域在平水代表年和枯 水代表年的供需水状况，并详细说明了太湖流域的水质情况，对“弓f 江济太” 水量水质联合调度研究作好准备； 第三章：建立“引江济太”水量水质联合调度模型。提出适宜于指导调度 的评价调水区水体水质的水质评价指标体系，根据太湖流域降雨的产汇流特点 和调水区排污状况，以及引入水水质状况，分析水量调度与水质改善之间的关 系。在此基础之上，以保证调水区防洪安全为前提，以引入水能够更好的增加 流域达标水资源量，有效改善流域水环境为目标，建立“引江济太”水量水质 联合调度模型。 第四章：用“引江济太“水量水质联合调度模型计算选定的太潮流域平水 代表年、枯水代表年的调度方案，并对计算结果进行分析。 第五章：提出论文的总结与展望。 第二章太湖流域基本情况分析 2 1 太湖流域概况 太湖流域位于长江三角洲，具体地理位置在东经1 1 9 。1 1 1 2 1 0 5 3 及北纬 3 0 0 2 8 3 2 。1 5 之间。三面临江滨海，一面环山，北抵长江、南滨钱塘江、东临 东海西以天日山、界岭、茅山等分别与钱塘江、水阳江、秦淮河等流域毗 邻。流域西高东低，自西向东从山丘区地形逐渐转变为平原河网地形，总面积 3 6 8 9 5 k m 2 ，其中，山区占1 6 ，水面占1 6 ，平原洼地占6 8 。流域地貌特点 为四周较高、中部低洼，形成一个以太湖为中心的碟形洼地平原。其问河港纵 横，湖荡棋布。流域地跨苏浙沪皖三省一市，流域面积中，江苏省占5 1 9 5 、 浙江省占3 3 2 、上海市占1 4 3 7 、安微省占0 4 8 。太湖流域水系见图2 1 。 太湖流域属中亚热带北部向北亚热带南部过渡的季风气候区，四季分明。 年平均气温1 5 1 6 c ，南高北低，无霜期约2 3 0 天左右。年平均降雨量为 1 1 8 0 m m ，自北向南渐增，西南部的天目山区年降雨量可达1 3 0 0 1 9 0 0 m m 。全 年降雨量分配不均，6 8 月雨量最多，约占总量的3 5 4 0 ；1 2 2 月雨量最 少，仅占总量的1 1 1 4 。 太潮流域为我国经济发达区域，除特大城市上海外，尚有苏她、无锡、常 州、镇江、杭州、嘉兴、湖州等七个大中型城市以及迅速发展的城镇乡村。流 域内七个大中型城市在1 9 9 0 1 9 9 9 年期间g d p 平均年增长率为2 1 8 3 ( 剔除 物价影响因素，按可比价计算为1 3 3 7 ) ，增长速度高出全国同期平均水平 1 9 9 7 ( 剔除物价影响因素按可比价计算为1 0 3 6 ) 的近2 3 个百分点。太 湖流域内g d p 占全国比重由1 9 9 0 年的8 3 增长到2 0 0 0 年的1 1 1 ，1 9 9 9 年 流域入均g d p 为2 4 2 7 8 元，是全国平均值的3 7 l 倍，2 0 0 0 年流域人均g d p 为 2 7 0 4 2 元，是全国平均值的3 9 倍。2 0 0 3 年太湖流域国内生产总值1 5 1 0 0 亿 元，占全国1 3 ，人均约4 9 0 0 美元，为全国平均的4 5 倍：财政收入4 1 2 3 亿 元，占全国1 9 。太湖地区已形成了一个包括大、中、，5 、城市羁众多乡镇的城 镇体系，大部分平原地区己逐步城市化，是我国经济最具活力的地区之一。 匦 髅 长 鲜 爆 彝 收 2 2 太湖流域供需水分析 太湖流域雨量丰沛，多年平均水资源总量为1 6 2 亿m 3 ，但因流域内人口密 集、经济社会发展水平较高，2 0 0 2 年用水量已经达到2 8 8 亿m 3 ( 2 0 0 2 年太湖 流域各地区需水量统计情况见表2 1 ) 。至2 0 0 2 年为止，环境用水量尚未列入 水资源公报中，但根据实际情况已有一部分水量用于水环境的改善，包括太浦 河向黄浦江供水，苏州市西塘河从望虞河引水等。2 0 0 2 年太浦闸向下游增供水 9 亿m 3 。2 0 0 3 年夏季流域遇特大干旱情况，太浦闸向下游增供水2 3 2 亿m 3 ， 其中包括因油污染事故太浦河泵站调水4 2 0 0 万m 3 。在一般平水年份，考虑到 环太湖其它区域，则一般环境需水量不小于2 0 亿m 3 ，如再考虑突发事故的需 水量，则估计不小于2 1 亿1 1 3 3 。由此可见，当前状况下太湖流域的需水量约为 3 0 9 亿m 3 ，其中，约7 5 由流域内河湖供给。 2 0 0 2 年太湖流域全年降雨量为1 3 5 0 m m ，汛期降雨量为7 3 1 6 m m ，汛期降 雨与常年的汛期降雨7 5 0 m m 相比略少，是流域比较典型的平水年。2 0 0 3 年太 湖流域全年降雨量为7 1 5 m m ，汛期降雨量为4 6 6 m m ，汛期降雨比常年偏少 4 0 ，小于1 9 7 1 年流域枯水年汛期降雨量( 6 4 3 m m ) ，大于1 9 7 8 年流域特枯 年份汛期降雨量( 3 6 6 m m ) ，是流域较典型的枯水年。本文将2 0 0 2 年、2 0 0 3 年分别取为流域的平水年代表年和枯水年代表年。 在流域平水年代表年2 0 0 2 年，流域自有水资源总量约为1 6 2 亿m 3 ，通过 常熟水利枢纽引水1 8 亿m 3 ，沿江其它闸泵引水量累计4 8 9 4 亿m 3 ，因此， 2 0 0 2 年太湖流域可利用的水资源量总计约为2 2 8 9 亿m 3 。2 0 0 3 年是流域枯水年 代表年，本地水资源严重不足，流域自有水资源总量约为1 1 0 6 亿m 3 。通过常 熟水利枢纽引水2 4 亿m 3 ，沿江其它闸泵引水量累计5 0 亿m 3 ，2 0 0 3 年流域可 利用水资源总量约为1 8 4 6 亿m 3 。2 0 0 2 、2 0 0 3 年工业废水和生活污水年排放量 均达5 0 亿m 3 ，使河网、湖泊水质污染严重，流域整体水环境质量恶化，水质 型缺水问题比较突出。 从以上分析可以看出，即使不考虑工业废水和生活污水造成的水质污染， 不考虑环境用水量，平水年代表年2 0 0 2 年太湖流域总缺水量约为5 9 1 亿m j 。 如果考虑环境用水量，2 0 0 2 年太湖流域水资源供需缺口将进一步增大，约为 8 0 1 亿m 3 。若不计“引江济太”引入水量，供需缺口约为9 8 1 亿n ，。再考虑 。 水质污染的情况，则仅考虑污水稀释的水量就非常可观。2 0 0 3 年流域用水需求 与2 0 0 2 年比较，由于时间相差不远，工业、工厂增长有限，用水需求的增长也 不会太大，仍然采用2 0 0 2 年的用水需求标准，约3 0 9 亿m 3 。因此，2 0 0 3 年太 湖流域总缺水量约为1 2 4 4 亿m 3 。若不计“引江济太”引入水量，供需缺口约 为1 4 8 4 亿i l l 3 。 表2 - 12 0 0 2 年太湖流域各地区需水量统计表单位：亿， 占流域总占流域总量占流域总 项目苏南量百分比杭嘉湖百分比上海市量百分比 太湖 ( )( )( ) 流域 生活 1 1 23 2 85 91 7 31 7 o4 9 93 4 1 农田4 2 34 3 83 6 03 7 31 8 31 9 09 6 5 林渔 6 o8 8 2o 81 1 8o06 8 工业6 4 、54 2 61 4 39 57 2 44 7 91 5 1 3 环境 ooooooo 小计 1 2 44 3 05 7 11 9 ，81 0 7 、73 7 32 8 8 7 2 3 太湖流域水质情况 1 、太湖流域整体水质演变历史 随着太湖流域社会经济的发展，流域内工业和生活污水年排放总量逐年升 高，水环境质量日益下降。总体水质平均每十年下降一个等级，污染范围由8 0 年代仞期的中心城镇及其附近河流扩散到几乎整个河网水体。符合地面水i i i 类的优质水河长比例逐年减少，至1 9 9 9 年符合i i i 类的优质水河长基本消 失。评价河长中超i 类的污染河长比例呈逐年上升趋势。1 9 9 8 年污染河长比例 为6 3 ，2 0 0 1 年增长为8 8 。河网区域主要超标污染物为氨氮( n h 3 一n ) 、高 锰酸盐指数( c o d m i i ) 、生化需氧量( b o d ) 、挥发酚、油等。 9 0 年代初期，太湖只有1 0 左右的水域水质超过【类水质标准，到2 0 0 0 年，水质超过地面水m 类标准的水域已达全湖水域的8 3 5 。 太湖湖泊水体的富营养化也呈恶化趋势。以营养状态评价，8 0 年代初期太 湖平均为中富营养水平，发展至2 0 0 0 年全年平均9 0 水域处于富营养化状态。 湖泊主要超标污染物为总氮( t n ) 、总磷( t p ) 和高锰酸盐指数( c o d m n ) 。 9 0 年代初期太湖t p 、t n 浓度持续上升，1 9 9 8 年以来，太湖t p 、t n 浓度虽然 得到一定控制，全湖平均t p 、t n 浓度分别为0 0 9 5 m g l 和2 m g l ，湖体平均浓 度仍远远高于湖泊发生富营养化的临界浓度( 湖泊富营养化发生的i 临界浓度为 t p ：o 0 2 m g l 、t n ：0 2 m g 1 ) 。 近年来，中央和地方各级政府加大了太湖流域水环境污染的防治力度，但 水质监测评价结果表明，太湖河网区域水环境污染没有得到有效控制，部分地 区还有恶化的趋势。尽管太湖t p 、1 n 浓度有所控制，但富营养化状态尚未得 到明显改善。淀山湖等其它湖泊富营养化也十分严重。 2 、太湖流域水体水质空间变化 太湖流域河网水体水质从流域内行政区划的空间分布分析，浙江的湖州地 区水质良好，主要水系苕溪水系1 9 9 8 年评价河长4 8 k m ，全年期水质为类， 是太湖流域清洁水的主要来源。太湖西北部的无锡、常州地区水质污染十分严 重，评价河长的水质全部为劣于v 类水，太湖湖体近9 0 污染源来自该地区。 太湖东部的苏州河网水系、杭嘉湖地区、上海地区水质污染也十分严重，1 9 9 8 年三地区评价河长中超过地表水类标准的河长比例分别为9 0 、8 0 和 l o o 。 太湖湖体水质空间分布极不均匀。靠近无锡的太湖北部湖湾梅梁湖、竺山 湖和五里湖常年水质为v 类、富营养化十分严重；太湖主要出水地区东太湖的 水质相对比较好，处于中富营养水平。 3 、实施“引江济太”工程前太湖流域水体水质 2 0 0 0 年是太湖水质达标年，国务院批准的太湖水污染防治“九五”计划 及2 0 1 0 年规划中明确规定：2 0 0 0 年集中式饮用水源地和出入湖主要河道水 质达到地表水i i i 类水标准，实现太湖水体变清。但是，2 0 0 0 年太湖流域汛期降 雨量仅为5 5 0 m m ，是常年汛期降雨量的7 3 ，明显偏少，导致太湖水位和地区 河网水位较低，整个流域旱情较重，太湖及环湖河道水质严重污染。7 月份太 湖蓝藻大规模爆发，黄浦江上游径流量减少，原来在上海杨树浦水厂和南市水 厂之间徘徊的污水带，以每天1 2 公里的速度不断上溯，影响到上海市集中式 取水口松浦大桥处水质。 2 0 0 0 年对太湖流域省界水体8 2 个监测断面( 其中跨省界河流断面2 0 个， 环太湖主要河流断面3 5 个，省界湖泊站点2 7 个) 进行了逐月水质全面监测。 全年期、汛期、非汛期水质评价表明：太湖流域污染严重。8 2 个断面中，全年 期仅1 5 未受污染，其余8 5 受到不同程度的污染，其中类占4 8 ，v 类占 1 4 ，劣于v 类占2 3 ；汛期8 9 受到不同程度的污染，其中类占5 1 ，v 1 1 类占1 1 t 劣于v 类占2 7 ；非汛期8 6 受到不同程度的污染，其中类占 4 5 ，v 类占2 0 0 , 6 ，劣于v 类占2 1 。主要为有机污染，主要超标项目为t p 、 c o d m 。、b o d 。 2 0 0 1 年1 9 月，太湖流域省界水体8 6 个监测断面中，有1 6 个达到或好于 地表水类水标准，7 0 个超过i 类水标准，超标率为8 1 4 0 。汛期i i 类5 个， 类9 个，类3 4 个，v 类1 4 个，劣于v 类2 4 个，超标率为8 3 7 ，与2 0 0 0 年同期相比减少5 3 ，水质有所改善。汛期太湖水体的水质总体评价为类， 达到富营养水平的湖区面积有7 0 7 ，其它为中营养水平，主要是东太湖、贡 湖、东部及南部沿岸带。2 0 0 1 年全年太湖水体水质情况见表2 2 。 表2 22 0 0 1 年太湖水质表 厂泌 监测站点受污染站点 类站点v 类站点劣于v 类 营养 比例比例站点比例 数比例( )水平 ( )( )( ) 12 4 7 56 3 4 8 i 22 4 8 46 7 4 1 3 富 32 4 7 56 7 o8 富 4 2 45 84 6o1 2富 52 47 95 8o2 l 富 一 62 4 8 36 3 81 2 昌 72 47 95 881 3 言 田 一 82 4 7 1 4 61 78 昌 6 92 4 6 6 5 484 晶 一 1 02 44 53 3 48 昌 1 12 42 98 4 1 7 一 1 22 45 13 5 41 2 昌 表2 _ 32 0 0 0 年和2 0 0 1 年太湖各湖区总体水质表 】湖区湖区面积( k m 2 12 0 0 0 年汛期2 0 0 1 年入汛前2 0 0 1 年汛期 l五里湖 5 6 v v 劣于v 梅梁湖 1 2 9 | 3 vv i竺山湖 5 6 7 劣丁i v 劣于v i贡湖 1 4 7 0 东太湖 1 5 6 7 mi i i 湖心区 1 2 7 4 2 东部沿岸带 2 2 9 3 i i i 西部沿岸带 1 8 7 8 南部沿岸带 1 5 】4 太湖水域面积较大，由于受不同区域来水及水流条件影响，水质情况各 异。针对太湖各区域的不同情况，将太湖划分为九个湖区，即五里湖、梅粱 湖、竺山湖、贡湖、东太湖、湖心区、东部沿岸带、西部沿岸带和南部沿岸 带。太湖整体分析评价代表值采用各区域的面积加权平均值。各湖区面积及 2 0 0 0 年和2 0 0 1 年太湖各湖区水质见表2 3 。 4 、“引江济太”调水试验期间太湖流域水质情况 2 0 0 2 年1 月3 0 日到2 0 0 3 年1 2 月3 0 日，太湖局组织了为期两年的“引江 济太”调水试验工程。两年通过望虞河共调引长江优质水入太湖流域4 2 亿 m 3 ，其中入太湖超过2 0 亿m 3 ，直接入望虞河东、西岸河网2 2 亿m 3 。“引江 济太”期间，为及时掌握流域重要河网和调水区水量水质变化情况，太湖局编 制了水量、水质及泥沙监测方案，在调水影响范围内的太湖及流域河网布设了 1 1 5 个水量、水质监测断面进行实时监测。两年调水试验期间太湖水体的水质 情况见表2 - 4 和表2 5 。 太湖主要水质指标年平均值对比见表2 6 。由表2 - 6 可见，通过“引江济 太”调水试验工程引长江优质水入太湖流域，太湖富营养化状态得到一定的改 善。富营养化关键性水质指标总磷( t p ) 和有机污染指标高锰酸盐指数 ( c o d m 。) 浓度的全湖年平均值对比( 按照面积加权平均) 表明，太湖富营养 化关键性水质指标总磷( t p ) 浓度已从2 0 0 0 年的0 1 0 n ：l g 1 降为2 0 0 3 年的 o 0 6 9 m g l ，下降3 1 ，太湖水质有机污染指标高锰酸盐指数( c o d m n ) 浓度已 从2 0 0 0 年的5 2 8 m g l 改善为2 0 0 3 年的4 3 0 m g 1 ，下降1 9 ，太湖满足饮用水 水源地i i i i i 类水质的水体面积增加了1 5 ，富营养化面积下降了1 3 。 2 0 0 0 - 2 0 0 3 年太湖c o d m n 和t p 年度变化趋势见图2 2 。 贡湖是“引江济太”的太湖入口，两年来的调水试验期间，贡湖湾水域的 高锰酸盐指数( c o d m 。) 和总磷( t p ) 浓度值明显低于2 0 0 0 年同期浓度值。 近年贡湖内沉水植物大量出现，贡湖湾的水生态环境在逐步改善。除贡湖外， 两年来的监测资料还表明梅梁湖等太湖北部湖区水质也有一定改善，太湖中 心和南部水域及东部水域水质保持稳定。 表2 - 42 0 0 2 年太湖水体水质表 姝厉 五里梅粱竺山 贯湖 东太湖心 东部西部南部 沿岸沿岸沿岸 第趴 湖湖湖湖区 区 水质类别 vvv i im l 营养水平富富富 由由 富中 击 富 水质类别 劣于 劣于 i ii i v i i 2vv 营养水平富富富富 由 富 由 富 由 水质类别 劣于劣于劣于 i ii l lm1 1 1 3vv v 营养水平富富富富 由 富富富富 劣于劣于 l l im4 水质类别 vv 营养水平 富 富 富富 由 富富富富 水质类别 劣于 v 劣于 i i1 1 i 5vv 营养水平富富富富中 富中富富 水质类别 劣于劣于劣于 r i ii i iv 6vvv 营养水平 富 富 富中富 由 富富 水质类别 劣于劣于劣于 o i f vt l ii fi 7vvv 营养水平富富富 由由 富 由 富 由 水质类别