上海市引清调度的形成机制研究样本

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。上海市引清调度的形成机制研究(阮仁良)时间:-05-2011:09:00来源:太湖网放大缩小打印

摘要:引清调度是上海市利用水利工程调度改进河网水质的一种水资源调度方式,作者从自然地理分析和经济技术分析的角度,对上海市引清调度的形成机制进行系统剖析,构建了上海市引清调度的五个基本要素:长期自然演变和人工治理形成的平原河网是开展引清调度的基础;14个水利控制片的治理格局和周边的控制性水闸工程为开展引清调度提供了条件;河网水质污染严重是引清调度的需求;外部水域水资源丰沛为区域引清调度提供了可能;现有的社会经济条件和治污的艰巨性使引清调度成为现阶段治污的必要手段。关键词:引清调度条件研究上海市水是自然界的重要组成物质,也是最活跃的环境因子之一,水对地理环境和生态系统的形成与演变具有重大的作用。水的时空分布不均引起的洪涝灾害,大规模的人类活动污染的水体,均严重地影响着区域社会经济的发展。利用水利工程调度改进河网水质的上海市引清调度实践证明,这种水资源调度方式顺应了上海地区过境水资源丰沛、调度工程设施齐全、社会经济尚不发达、河网水动力条件较差、非点源污染负荷巨大的地区的环境需求。作者从自然、环境、经济和社会等诸多方面对上海市引清调度的形成机制进行了长期研究,构建了上海市引清调度的五个基本要素,为其它地区开展流域和区域性引清调度提供借鉴。一、引清调度的基本概念及其形成水资源调度,又称水利调度(waterprojectoperation),《中国大百科全书》定义其为”运用水利工程的蓄、泄和挡水等功能,对河流水流在时间、空间上按需要重新分配或调节江河湖泊水位。”其目的在于保证水利工程安全,满足国民经济各部门对除害兴利、综合利用水资源的要求。其主要形式有防洪调度、供水调度和环境调度等三类。随着人们对生态环境的重视和环境问题的日益严重,充分利用流域或区域外部水环境容量开展河道水质和生态环境改进的水资源调度工作,日益受到人们的重视。上海从20世纪80年代中期开始利用水利工程进行引清调度的实践,开创了中国利用水利工程调度改进水质的先例,随后福州、苏州、南京、杭州、昆明和太湖流域等地则陆续开展了各类利用水资源调度改进水质的区域性试验研究和实践。上海市在长期的实践中创造性地将这种水资源调度方式称之为”引清调度”,并以法规的形式将之固定下来。引清调度是指在保证防汛安全,生产、生活用水,航运及重要区域水环境的前提下,充分利用外河潮汐动力和清水资源,经过水闸、泵站等工程设施的调度,使河网内主要河道水体定向、有序流动,加快水体更新速度,改进内河水质的一种水资源调度方式。引清调度的主要目的是经过改变现有水利工程或拟建水利工程的调度运行方式,发挥水利工程兴利避害的综合功能和综合效益,达到充分利用现有水资源,改进河道水质,实现水生态、水环境和水景观的修复、改进和保护,以确保以水资源的可持续利用保障社会经济的可持续发展。作者认为引清调度是提高现有河网水环境承载能力的一种重要手段,也是国际上流行的最佳实用环境方案(BPEO)在中国的最佳实践,是对最佳可用控制技术这种严格的污染治理政策在现阶段的政策调整,符合中国社会经济发展和环境改进目标的双重要求。二、上海市引清调度的实践上海作为平原感潮河网地区,滨江临海,水量充沛,但在长期的经济发展过程中,因城市污水处理能力严重不足,不得不大量排入河道,而在潮汐的影响下不能及时排出,导致河网水质严重污染,乃至黑臭。上海市自1984年开展水资源调度以来,已有近20年的历史,并逐步由单片调度向联合调度发展,调度周期从一周、半月向几个月,甚至日常调度方向发展,调度目的从改进效果向机理探讨方向发展,并取得了许多丰富的资料。同时,自八十年代中期起,松江、闵行、嘉定、宝山、崇明、杨浦、浦东新区等区县水利部门在当地政府的支持下,也多次进行了改进水质的应急调水,取得了一定的效果。实践证明,在污染源没有完全控制的情况下,利用水利工程进行有序的调度,不失为改进区域水质的一项良策。当前,许多区县已将引清调度作为常规的水质改进措施来实施,在一般条件下,在上海地区,乘潮引进清水,落潮抢排污水,定期置换水体,每调度一次,可降低污染物浓度10～20%,局部地区甚至改进一个等级,并维持3-6d。三、上海市平原河网的形成过程及其地形地貌特征平原河网是一种十分特殊的地貌形态,往往出现于大河的三角洲地区,其形成主要受河口沉积作用影响,网状河流作为一种特征的河型也受到地貌学家、水利学家和沉积学家的关注。从国内外平原河网的研究分析,平原河网地区自然条件优越,社会经济较为发达,人口相对较多,水往往孕育了区域的文明,也对区域的社会和经济发展形成较大的影响。其主要表现在:1)水动力是平原河网的主要成因,但人类活动大大改变了平原河网的形态;2)洪涝灾害易发,水资源的治理以防洪为主导;3)区域社会经济发达,环境和生态问题容易引发。1、主要水道的变迁和河网的形成上海市地处太湖蝶形盆地的东部,历史上就是一片水网稠密地区,其西部当前还有湖沼群和沼泽低地存在。从汉代、三国、东晋、南朝、唐代和吴越时期,这一流域开始由初级的筑堤围田,逐步发展到有规格的塘浦圩田系统,并有一套比较完整的治水治田相结合的管理养护制度。到了宋代,水利失修,水旱灾害频繁。由范仲庵提出的”疏河、修圩、筑闸”三项治水措施,有效地减轻了灾害损失。太湖排水入海,原有三条主要水道,北为娄江,即现在的浏河;中为松江,即现在的吴淞江(苏州河);南为东江,就是黄浦江的前身。《禹贡》称”三江既入,震泽底定”。明代夏原吉开挖、疏浚了范家浜,形成了现在黄浦江下游段,而吴淞江便成了黄浦江的支流。在岗身西部的湖沼群和沼泽低地,为了灌溉和排水,曾疏浚大量的塘浦,形成”五里一纵浦,十里一横塘”的棋盘式圩田系统。经过河网水系的不断疏浚和治理,基本形成今日上海水系格局和河网形态。可见,上海市平原河网的形成,一方面由于地势低平,形成江南水乡泽国,另一方面由于长期以来广大劳动人民发展灌溉事业、整治疏浚河道的结果。2、地貌特征和平原河网结构形态上海地区属长江河口三角州冲积平原,地处以太湖为中心的蝶形洼地东缘,全境除西南部有天马山(海拔99.83m(吴淞高程,以下同),为上海陆最高点)、佘山等少数孤丘外,整个大陆部分和三个岛屿均地势低平坦荡,起伏变化和缓。陆域地形为东高西低,似向西倾斜的半个碟子。上海地区地面高程在3.93m,以岗身为界,西部平原地势较低,高程一般在2.5～3m左右,最低点不足2m;岗身以东,由于受海潮倒灌影响,地面较以西部分为高,高程一般在4～5m左右。上海市河网水系现有各类河道2.38万条,总长2.23×104km,各类湖泊21个,总面积91km2。河网密度3.41km/1km2。本市河道(湖泊)面积为532.47km2,水面积为405.54km2,河道(湖泊)面积率为8.4%,水面率为6.4%。与80年相比,河道(湖泊)面积率下降了约2.7个百分点,若不包括黄浦江、苏州河等外河,各区(县)河道面积率一般在5～7%,尤以市区最低,不到2.5%。水面积下降加剧了城市热岛效应和暴雨积水灾害。为防治洪涝灾害,上海市开展了河道分片综合治理,确保了人民生命财产的安全。现有治理片外的河道实测高潮位高于沿岸地面1.0～2.0m,以市区黄浦公园为例,其多年平均高潮位为4.47m,每年都在4.0m以上,而市中心人民广场地面高程仅3.0m,位于苏州河沿岸的静安、黄浦区地段地面高程最低处仅2.3m。可见,上海的水利分片控制对保障城市安全具有十分重要作用。四、水利分片控制及其功能分析1、水利控制片的规划和形成过程1977年开始,上海市水利建设进入了统一规划、全面开展时期。从六十年代的水网区建设逐渐向大控制片转化,初步提出了”分片控制,洪、涝、潮、渍、旱、盐、污综合治理”的建议。1980年,市水利局编制了《上海郊区水利建设规划(1981年-1990年)》草案,正式提出14个片综合治理格局。其后,有关部门在实施过程中也制定了一系列区域性实施规划。至今14个片已有9个片完成了全线的控制工程,形成了8个可调度控制片,从而为全市开展区域性水资源引清调度提供基础环境。14个水利分片合计面积为6158.62km2,控制全市总面积的97.1%。其中商塌片及浦南西片根据流域规划,确定为流域行洪排涝通道不建大控制工程。2、控制片主要调度水闸水利控制片引清调度和排涝的水利设施,主要为水利控制片外围的水闸、泵站(或水利枢纽)。70年代初期,沿江沿海主要支流河口,陆续修建起一批规模较大的挡潮排涝节制闸、船闸和水利枢纽工程。上海市当前共有各类水闸1826座,主要分布在西部低洼地区,松江、金山、青浦三个区共有水闸1434座,占总数的78.1％。从水利控制片来看,青松片水闸数量最多,有691座,占37.8%。一般而言,并非所有水闸均参与日常的控制片引清调度,作者对大陆地区能够进行调度的5个水利控制片水闸进行全面研究,认为仅有93座水利控制片外围水闸参与了日常调度(见表1),而其它水闸对区域调度不起作用,主要是对圩区小包围内的调度起作用。表1主要水利控制片外围主要调度水利设施数量3、”水利控制片”功能的分析与评估上海市水利分片综合治理的总体格局,是在配合太湖流域水利规划的前提下形成的。其结合上海市的自然特性,开展区域性的综合治理,既要服从全流域的总体安排,又要确保本地区防洪(潮)、排水、水资源保护与调度,改进内河航运,适应城市的扩大与发展等,系统地考虑城市水利、农田水利与水资源保护与合理开发利用等诸多因素。经对各水利片长期的管理运行数据分析,作者认为水利分片综合治理现阶段的功能排序为:区域排涝、防洪挡潮、农田灌溉、内河航运、环境改进。各主要功能的目标及其实现情况如下:水利分片治理的第一目标是区域排涝。上海市充分利用河网的调蓄作用,实现区域排水和小区排水相结合。区域性排水,按二十年一遇的24hr雨量与相应的实测潮位过程组合(1963年),实现二级控制、二级排水,达到”排得出、降得下、不受涝”的目标,控制雨强为24h200mm。[,]城市小区排水,一般按照一年一遇小时暴雨强度36mm进行控制。据计算分析,郊区1116座排涝泵站中,达到20年一遇排涝标准的有715座,占64.1％;市区175座市政泵站,排水能力为1379.55m3/s。水利分片治理的第二目标是防洪挡潮。根据不同区域,可分为四种类型标准:(1)国家主海塘、江堤。防御50年至1一遇高潮位加11级至12级风力的正面袭击。主要为508.27km海塘护岸。(2)城市防汛墙。分片外围,防御千年一遇的高潮位,系指吴淞口至千步泾、女儿泾的黄浦江干流段两岸及其支流的闸外河段,总长208km。(3)黄浦江上游干流段及流域排水通道地区。按50年一遇的高潮位设计。(4)圩堤,敞开片为50年一遇的高潮位,控制片内为规划最高水位。圩区排涝泵站排涝能力达到20年一遇以上标准的有224个,占58.2%,低于20年一遇排涝标准的圩区有161个,占41.8%。水利分片治理的第三目标是农田灌溉。灌溉保证率95%以上。当前,全市共有灌溉泵站6883座,配置水泵9139台,水泵总流量2163.6m3/s,有效灌溉面积375.23万亩,占所在区(县)耕地总面积的96％。治理的主要任务就是确保灌溉泵站取水口的最低取水水位。水利分片治理的第四目标是内河航运。当前全市共有内河航道210条,通航里程2100km(约占全市河道总长的5.4%),其中VI级(100t级)以上航道451km,仅占航道里程的21.5%,60%以上的航道仅能通航50t级以下的船舶。当前中心城区为进一步加强水域的景观建设,逐步实施禁航要求。对各水利片内河航运实施归并,以形成”一环十射”的V级以上干线航道规划控制格局为建设目标。水利分片治理的第五目标是环境改进。水利分片为合理调度水资源和改进区域水环境提供了条件。根据治理要求,片内水源地V水质不低于地表水III类标准;环境水质不低于地表水IV类标准;农田灌溉水质符合GB5084－85标准。并提出了”外挡、内控、引清、调活”的调度运行原则,即防止区域外部污染源入侵,严格控制和治理内部的污染,引进比较清洁的水源,调活片内河网水体,促进河网及水体的良性循环,依此作为水利控制片区域水环境的保障措施,以最大限度地发挥工程设施的综合效益。长期以来,由于平原河网地势低下,洪涝灾害首当其冲,治河的工程设施主要为防洪排涝功能所主导,压抑了区域水利工程对河网环境保护等其它功能的发挥。九十年代以来,随着社会经济的高速发展,城镇化进程的加快,水环境改进的呼声越来越高。经过长期的实践和调度运行,利用水利工程引清调度,改进水利综合治理片的内河河网水质,已成为与污水处理厂的建设和污水截流外排、河道综合整治并存的三大水污染治理和水环境的改进措施之一,特别是在当前的社会经济条件下,对于缓和河道黑臭状态,改进近期河道水环境质量具有十分重要的意义。当前,浦东片、淀北片、嘉宝北片、蕴南片、青松片以及江中三岛的控制建筑物已建成,初步形成了水资源可控制和调度的格局。这些控制片的形成和不断配套完善,达到了缩短防汛战线,控制内河河网水位,提高除涝抗渍能力,防止外围污水或咸潮入侵,又有利于灌溉、航运、给水等兴利的发展目标。同时,可利用现有水工程设施进行闸群联合调度,引清冲污,改进内河水质,提高河道的水环境容量,为分片控制和治理污染源创造了有利的条件。五、上海市水资源的基本状况1、水资源数量的构成及其特征上海市水资源分为本地水资源和过境水资源,本地水资源量为25.57×108m3,其中地表径流为24.15×108m3,承压地下水1.42×108m3;过境水资源9441.6×108m3,其中太湖流域来水量为106.6×108m3,长江干流过境水量为9335×108m3。上述水资源的构成形成一种以客水为主体的水资源特征:1)过境水量在水资源总量中占有举足轻重的比重,导致本市水资源的年际变化相对较为稳定,丰水年与特枯年之比为1.5:1;2)过境水量比重大,占总量的99.7%,导致本市水资源的量、质易受流域来水的影响,而广大河网的水量补给较少。这两大特征为本市水资源的调度创造了条件,但也增加了许多难度和不可预见因素。据粗略统计,在自然引排水条件下,除地面径流外,进入内河的水资源量不会超过总量的2～5％,全年清水引进量较少,因此,经过综合引清调水,充分利用上海地区水资源的潜力极大。2、河道的水质污染及其特点根据作者对上海市水环境监测中心历年水质监测资料分析,黄浦江、苏州河等主要河道水质自1996年以来虽有所改进,但全市水环境质量仍不容乐观。为真实反映各类河道水质污染状况,作者对全市2903个水质控制断面资料(控制河长占全市河道总长的1/3)分析表明,本市河道水质仍以有机污染为主,河道中属Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类和劣于Ⅴ类的长度分别占控制河道总长的0.1%、0.9%、10.3%、20.1%、68.6%。而且全市村镇管河道污染远较市管和区管河道污染严重。市管河道劣于V类的仅占38.3%,而面广量大的村镇管河道76%劣于V劣。历年《上海市水资源公报》对全市10条主要河道(478.4km)评价结果表明,优于Ⅲ类水质的水体比例一般在5～10%,进一步说明全市骨干河道因水域较大、流动性较强、水体便于更新,水质优于小水体河道。为此,上海市已被列为全国36个水质型缺水城市之一。同时其水质污染特征还表现为:1)以有机污染型为主,其中NH3—N是上海地区最具代表性的有机污染指标物。2)以污水回荡及上溯为表征的水质污染物的迁移和积累,尤以黄浦江中下游和苏州河下游污染带最为典型。3)上海水质污染形成以夏季(汛期)为峰值的特点。4)污染源逐步由点源向非点源转移,使广大的内河河网水体的改进难度增大,水环境状况恶化。而与上述河网水质明显不同的是,长江口水量丰沛,水质良好。长江口徐六泾段水质均达到Ⅱ类水质标准,吴淞口下3km,北港水域也基本为Ｉ类和II类水质,但南港水域出现Ⅲ类和Ⅳ类水质,在吴淞口下23km断面也出现IV类水质的现象。当然,每年从12月至次年3月枯水期因长江入海水量减少,长江口会出现不同程度的咸潮现象,影响长江口水源地的安全。六、区域性水资源调度任务的提出1、经济发展水平与环境需求分析环境问题是经济发展到一定程度的产物,也需要一定的经济能力才能进行治理。”先污染,后治理”的程序一般难以回避,无非这个治理的时间早还是晚。日本是在人均4000美元开始大规模的污染治理,且经过了二、三十年的努力才达到今天的水环境状况。美国更是在人均GDP高达11000美元条件下才开始污染治理的。上海当前的人均GDP为4500美元(相当于日本60年代),就已经开始大规模的治理,近几年,上海环保投入占GDP的比重达到3%,是70、80年代的10倍以上,但与发达国家的巨额投入和中国污染治理的实际需要而言,是大大偏低的。在水环境治理中,污染源的控制和治理,即建设公共下水道系统和集中处理污水、污泥的工厂,需要巨额的投入和长期的治理。据发达国家的实践,从严重污染到水质变清,英国泰晤士河花了100a时间,而且几经重复;日本东京都的隅田川花了30a时间。日本横滨市,从60年代水质严重恶化到90年代水变清,不但整整花了30a,而且耗资2.57兆日元(按当前外汇价折合人民币1800亿元),还不包括每年几百亿日元的防洪工程建设。一个面积434km2,人口336万的城市,花那么多钱用于水环境的整治,可见治本之艰巨。在传统的水环境整治中,以城市污水处理厂的建设和污水管网的建设投资最为巨大,美国每吨污水的常规处理费用为400美元,进行生物二级处理为800美元;德国为满足现有的水质标准,需投资3000亿美元,并按当前高强度的投资水平,需40a才能完成;中国当前一般的污水厂治理投资为元/t,尚未包括污水收集管网投资,根据上海地区测算,一般污水收集干管的投入为元/t,支管和街坊管的投资在1000-3000元/t,即1t污水完全进行收集处理,投资成本在6000元/t。中国城镇污水排放量227.7×108t(),折合为每天6238×104t,按建设部统计的现状污水处理率计算,全国尚需投入2380亿元用于城镇污水厂的建设。根据建设部和国家环保总局要求,到建制镇污水处理率要达到70％。这是一个十分艰巨的任务。而河道整治由于其流域性、系统性、整体性、复杂性,治理任务更是十分艰巨。上海市在河道治理中,提出了”截污、治污、疏浚、治岸、调水”等多种措施,上海市委、市政府提出要用三～五个”三年行动计划”将苏州河治理好,也充分认识到治水的艰巨性。而随着上海经济的高速发展,特别是道路、交通、住房、供水等基本居住、生活条件解决后,人民对提高生活质量、改进水环境面貌的呼声越来越高。根据上海市政府工作报告,上海到人均GDP将达到10000美元,这也是人们从关注生存条件向关注生存环境的一个重要指标。而上海世博会的举办,更需要上海有一个优美的水环境。据有关方面的调查,伦敦的泰晤士河和巴黎的赛纳河在50年代比上海的黄浦江水质差,与苏州河一样水质黑臭,但经过30年的不解努力,到80年代成为著名的旅游观光河道。可见上海要彻底解决水环境问题,也需要同样的努力,在时间上急不得,在投入上少不得,在形势上等不得。苏州河综合整治一期工程的建设给我们提供了一个良好的范例,即经过水资源引清调度达到基本消除黑臭的目标,提高广大人民治水的积极性,展现治水的美好前景,以便进一步采取综合措施有效地、全面地改进水质。2、环境治理的任务和目标上海过境水资源丰沛,但河网水质污染严重,在向现代化国际大都市迈进的过程中,水环境问题已成为严重阻碍上海经济社会可持续发展的重要因素之一。水作为基础性的自然资源和战略性的经济资源,水面积、水资源、水环境、水景观、水生态、水文化息息相关,水问题受到了上海市政府的高度重视。为此,上海市水务局在《上海市水资源综合规划纲要》中提出,水环境治理规划应以水功能区划为依据,以”一江一湖十二河”(黄浦江、淀山湖和全市骨干河道)为重点,以”六大片区”(石洞口、竹园、白龙港、杭州湾、嘉定和黄浦江上游、长江三岛)污水处理骨干设施为基础,统筹兼顾城乡河网的内河航运、城市景观、生态环境等综合功能,形成污水收集处理、长期调水、定期清淤和长效管理机制相结合的水环境保护体系。其主要目标为:到,中心城区河道基本消除黑臭,面上水环境明显改进,并因地制宜建成一批水质改进型、滨河景观型和生态环境型样板段;基本形成中心城区”三线三厂”污水收集、输送、处理格局,设施利用率达到90%,污水和污泥处理率达到70%,污水处理等级明显提高。到2020年,全面完成城市化地区河道整治和郊区骨干河道整治,形成长效运行管理机制,实现水清、岸绿、景美,基本恢复河网生态的良性循环;污水治理形成以”六大片区”集中处理为主和分散处理相结合的格局,污水和污泥处理率达到90%以上。可见,在上述目标的实现过程中,引清调度既作为近期改进河网水质的一项重要措施,又作为恢复和维护河网生态系统良性循环的重要保障。七、结束语引清调度是一种特殊的水资源调度方式,上海市利用这种方式改进河网水质具有其特殊的自然地理条件和社会经济特征,并非所有地区均能采用这种模式,需要水情和工情相匹配,自然和社会条件相匹配。作者经对其形成机制进行分析,认为其形成可归纳为五个基本的要素:长期自然演变和人工治理形成的平原河网是开展引清调度的基础;14个水利控制片的治理格局和周边的控制性水闸工程为开展引清调度提供了条件;河网水质污染严重是