“引江济太”20年: 工程实践、成效和未来挑战

过去几十年太湖流域经济社会快速发展,但由于经济增长方式尚未根本转变,流域水循环系统遭到无序干扰和破坏,太湖水污染问题严重,水质型缺水问题突出,流域水安全面临巨大挑战. “引江济太”作为太湖流域水安全保障的关键措施和流域水环境综合治理的重要举措,自2002年启动实施以来,以丰补枯,增加流域水资源供给;以动治静,抑制太湖蓝藻大规模暴发,改善流域区域水环境;科学应对,保障突发水污染事件和重大活动期间供水安全,取得了显著的综合效益,社会各界予以了广泛关注. 本文基于监测数据和大量文献,在综述“引江济太”实践背景、过程和成效的基础上,重点围绕“引江济太”调度模式、水量水质保障、洪旱风险管控、调水事件驱动等进行了研究. 结果表明,“引江济太”通过试验探索回答了流域治理管理的一些关键科学问题,已经成为提升流域水资源和水环境承载能力的重要手段. 面对极端气候变化、流域水循环格局变化、保障长三角一体化高质量发展水安全新需求和挑战,建议“引江济太”实践中,探索多目标统筹协调调度、开展数字孪生太湖调水、促进流域骨干水网建设,实现”引江济太”综合效益最大化.     

引江济太工程综合效益的评估及方法探讨

引江济太调水工程自2002年实施以来,不仅发挥了防洪除涝的巨大作用,而且给太湖流域带来了显著的社会、经济和环境效益.探讨评估引江济太工程综合效益的综合指数法与价值估算法,利用层次分析法确定评价因子权重,计算了城镇自来水厂的直接经济效益.通过公众与专家调查确定因子值,然后计算得到综合效益得分为U=77,表明引江济太调水对阳澄淀泖区的经济、社会和环境的综合效益明显,在保障流域河道水位、水环境功能达标、水资源需求满足率,降低人体健康风险,促进水资源综合利用,提高人居环境舒适度、水产养殖效益、水厂效益、工业供水及农业效益等方面效益明显.此外,在提供就业、促进地区文化以及旅游、房地产、航运等方面也有一定的效益.2002-2005年常规调水改善阳澄淀泖区城市自来水厂降低成本的年度效益分别为993万元、2926万元、3617万元、3507万元,合计11043万元.根据水厂效益在综合效益中的贡献比例,可得引江济太产生的经济效益约为4.8亿元,综合效益为53亿元.     

“引江济太”水系有色溶解有机质的特征与来源

在"引江济太"水系的调查基础上,分析了有色溶解有机质(CDOM)的吸收光谱、荧光特性及其主要来源,探讨了CDOM与pH、DO、叶绿素a等水质指标的关系。结果表明:水体吸收系数a(355)与CDOM浓度呈显著正相关,均具有明显的空间差异,它们在河道出入湖口及开阔湖区较低,而在望虞河和太浦河中游较高,这显然与中游河道受纳了两岸污水有关,S值也表明望虞河受外源输入影响最大。通过三维荧光激发-发射矩阵(EEM)分析,发现了5种荧光团,包括2种类蛋白荧光团和3种类腐殖质荧光团,其中类蛋白荧光(特别是T峰)明显强于类腐殖质荧光。研究发现,水体DO浓度、pH值均随CDOM浓度呈指数函数递减。荧光指数(FI)明显偏向生物来源(约1.9),因此,"引江济太"水系CDOM以生物的本地生产为主,河道局部污染水体中的类腐殖质荧光可能来源于污水微生物对藻类产生的溶解有机质的转化,在局部河道中也有一定的外源输入。     

特大洪水对浅水湖泊磷的影响:以2016年太湖为例

2016年太湖发生特大洪水,水位达到历史第二,入湖水量比平均年多60.8亿m3而从2016年开始太湖磷指标改变了2010年以来平缓下降的趋势出现回升,也就是出现所谓"磷反弹"的问题为了研究磷反弹和特大洪水之间的关系,本研究从2016年入湖水量、水质、磷通量、水中磷存量以及磷在太湖中的迁移过程出发,对大洪水前后太湖磷的变化进行分析结果表明:洪水期间入湖河道带来大量的磷是引起磷反弹的主要原因由于洪水的影响,2016年磷净入湖通量比往年平均水平多出579.2 t,约达到1683.0 t其中,两次洪水贡献极大,约占全年水平的50%(6 7月和10月的洪水分别带入580.5和268.2 t磷)磷反弹的另一个原因在于太湖存在较高的磷滞留率,磷在入湖后很难经由出湖河道排出从入湖后磷的归趋上看,洪水过程中高磷浓度水块尽管存在由太湖西北部向东、南部迁移的过程,但途中水体磷浓度出现显著降低(即滞留现象),导致高磷浓度水块未能到达出湖排泄区(太浦港、望虞河等)全年净入湖磷通量中仅有小部分(205.3 t)直接引起水体磷浓度上升,而其余的大部分则滞留于底泥之中,明显高于往年水平2016年滞留在太湖内的磷很可能...     

2009年环太湖入出湖河流水量及污染负荷通量

通过对2009年环太湖水文巡测及同步水质监测数据整理,得到2009年环太湖河流入出湖水量以及污染负荷,并将之与前期文献资料数据进行对比.结果表明,2009年环太湖河道入出湖水量分别为88.40×108 m3、93.27×108m3.入湖水量超过5×108m3的依次为陈东港、大浦港、梁溪河、太滆运河、望虞河.出湖水量最大...     

“引江济星”工程及风场环境影响广东肇庆星湖水龄分布特征

目前大量景观类湖泊在人工布局下呈现形状不规整的特点,容易造成湖湾水体滞留形成死水区,水质恶化问题日益突出,本文以星湖为研究区域,建立基于环境流体生态动力学(EFDC)模型的星湖水动力—风场耦合模型,以水龄作为衡量水体交换速率的指标,设计12种工况模拟计算不同出入湖通道布局及流量配比、"引江济星"工程和风场对星湖水龄时空分布的影响.结果表明:星湖水龄存在季节性和空间性分布差异,春季主导风向与湖体流动主方向互斥,抑制了波海湖水体交换,导致水龄在春季较长,而秋季南西南季风促进中心湖等水体交换,致使水龄偏短,也反映出风向的影响存在湖区空间异质性,风向为南东南时星湖整体水龄最小;入湖口通道布局及流量配比对湖区水体交换速率存在影响,以外坑为波海湖入湖口且波海湖、中心湖、仙女湖入流比为4∶3∶3时,星湖整体水龄最小,拟建的青莲湖出水口和仙女湖出水口能有效加快青莲湖东北部和仙女湖东南部的水体交换速率;综合考虑调水引流效益、经济投资、生态开发和占地的成本,方案二为最优调水引流方案.本研究强调入湖口布局、流量大小和比例、及风场等因素对城市内湖水体置换的影响,为人为干扰下的景观湖泊的治理和管控提供科学支撑.     

引水工程出水路线的优化对太湖总磷格局的影响——基于新孟河工程的思考

“新孟河引水”作为“二引三排”格局的关键组成,将长江水直接引入太湖的竺山湖区,在新的引排格局下,“新孟河引水”对太湖水环境尤其是总磷会有怎样的影响？针对“新孟河引水”工程,如何设计出水路线才能趋利避弊,改善太湖总磷？本文实测并收集了2007—2020年太湖的水文水质数据为基础,模拟了不同路线对太湖分湖区总磷的影响,力求将“新孟河引水”对太湖的影响进行一个清晰的分析,并为形成最为合理的出水路线提供支撑.结果表明:太湖不同湖区对出水路线的响应不同.从单一出水路线的角度来看,新孟河引水后,太浦闸增加出水会使得太湖西北部浊水加快来到太湖东南部,对太湖东南部有不利的影响.而梁溪河或新沟河出水的西北小循环是“新孟河引水”工程优化出水路线,在降低竺山湖、梅梁湖总磷的同时,没有恶化太湖东南部水质,对太湖总磷也有降低的效果.在应用中可以组合各种出水路线,形成联动方案.从物料平衡的角度看,太湖底泥目前仍是磷汇.引水后4种出水路线年均滞留量为1435 t,其中出水河道设置在东太湖(太浦闸)磷滞留量最大,年滞留1513 t;出水河道设置在梅梁湖(新沟河、梁溪河)磷滞留量最小,年滞留1404 t左右.     

太湖水龄分布特征及“引江济太”工程对其的影响

太湖作为典型的风生流湖泊,风场对水体运输和交换的过程起着重要的作用.基于环境水动力学模型EFDC源程序建立了染色剂模型以及水龄模型,借助水龄研究太湖水体的长期输运过程和更新速率特征,从而为太湖的调水工程管理提供科学依据.本文在研究春、夏、秋、冬季不同风场作用下太湖的水龄季节性分布特征的基础上,结合太湖实测风速、流量数据及"引江济太"工程调水运行的现状,着重分析了望虞河枢纽调水运行以及新沟河工程对太湖水龄分布的影响.数值试验的模拟结果表明:太湖水体交换受季风影响明显,春、夏季的水龄相对较大、水体交换较差;靠近湖流入口处的地方水龄较小,远离入口的地方水龄较大;水流流向与风向一致时水龄减小,水循环加快,反之则减慢.望虞河引水引工程能够减小贡湖及湖心区的水龄,加快贡湖湖区及湖心区的水循环;新沟河工程引水能够减小梅梁湖区的水龄,改善该湖区的水质.引水工程的实施对加快整个太湖的水循环做出重要贡献.     

“引江济淮”工程对安徽菜子湖水龄分布的影响

菜子湖是"引江济淮"工程的重要输水通道,其水体输运和物质交换将因输水工程发生改变.本文基于环境流体水动力学模型（EFDC）建立了菜子湖水龄模型,在将模型与实测水文数据验证满足精度的前提下,设计14种方案计算菜子湖在季风影响下的水龄,工程实施期间菜子湖在丰、平、枯季的水龄与流场,以及枯水季调水情景下同风速8种风向和强风向3种风速时的水龄.数值试验的模拟结果表明：菜子湖湖体水龄分布具有时空差异性,无风条件下,春、夏、秋、冬季的湖体的平均水龄分别为120.93、33.19、92.92、101.48 d,而在季风影响下,春、夏、秋、冬季平均水龄分别为75.23、32.45、81.80、66.16 d;西部L2湖水龄较长,东部L1湖和南部L3湖水龄较短;输水工程将改变L1和L3湖的流场,对L2湖流场几乎无影响;输水工程实施后,菜子湖水龄分布主要受风场及输水影响,不同风向对菜子湖各湖区影响不同,西南风有助于L1湖水体交换,北风有助于L2湖水体交换,东风有助于L3湖水体交换,而当风向为东北风时,3个湖区水龄均较小;枯水季调水有利于L1湖和L3湖水体交换,但对L2湖水体交换作用不明显.     

不同典型年“引江济巢”工程对巢湖水质的影响

“引江济巢”作为引江济淮的起始段工程,承担着改善巢湖水质的重要任务,调水路线的选取对水质改善效果有关键影响.本文基于MIKE21模型构建了巢湖水动力水质模型,分别模拟了丰水年、平水年和枯水年情景下巢湖流场和总氮、总磷浓度时空分布特征,以及不同调水路线在各典型年对巢湖水质的影响.结果显示巢湖流场和水质分布有明显的空间差异性,受入湖负荷和流量影响,巢湖在丰水年水质较差,整体来说东湖区水质优于西湖区.相比其他年份,丰水年调水对湖区水质的改善作用最明显;不同调水路线中,自白石天河入流相较兆河入流对巢湖,尤其是西湖区水质改善明显.     

望虞河引长江水入太湖水体的总磷、总氮分析

太湖流域实施的调水引流,提高了流域水资源和水环境承载能力,发挥了水利工程在改善水环境方面的综合效益,支撑了流域经济社会的可持续发展.本文在分析近年来望虞河引江水量与入湖水量及入湖水体流经太湖湖湾水体水质变化情势的基础上,分析比较了2007年以来的调水引流期间,望虞河入太湖水体总磷、总氮浓度值与太湖贡湖湾、梅梁湾、湖西及江苏省其它主要入太湖河道的总磷、总氮浓度值,并通过监测结果分析了入太湖水体总磷、可溶性总磷的衰减趋势,从而得出,长江是优质水源,调引长江水为增加太湖水环境容量、改善太湖及区域水环境状况起到了积极作用.     

2015-2016年环太湖河道进出湖总磷负荷量计算及太湖总磷波动分析

太湖流域水环境综合治理力度空前,太湖总磷浓度却于2015、2016年重回升势,蓝藻大面积暴发情况也未得到有效遏制.本文从2015和2016年环太湖河道的进出太湖水量、总磷负荷量计算入手,结合雨情、水情、太湖调蓄以及人为影响等各方面因素,分别开展水量和总磷负荷质量的平衡分析.在此基础上,结合2010-2017年环太湖河流多年平均进出太湖总磷负荷量对比,分析太湖总磷的外源、内源变化趋势及来源,探讨2015和2016年太湖总磷升高的原因及控制重点方向.结果表明,2015和2016年为太湖流域丰水年,尤其是2016年发生特大洪水,太湖年内最高水位达4.87-m,仅次于1999年的4.97-m的历史最高水位.2015和2016年大量外源总磷负荷进入太湖,其中环太湖河道带入的总磷负荷量占年度太湖总磷负荷总量的66.8%和74.2%,成为进入太湖的总磷负荷的主要外源;加之,2015年太湖水生植物收割造成当年沉水植物面积较上年同期下降88.7%,水生植物骤减导致对磷的吸收转化能力下降,滞留在湖体中的总磷负荷量占年度太湖总磷负荷总量的21.5%和27.5%,成为影响太湖水体总磷浓度的重要内源.太湖总磷浓...     

夏季短期调水对太湖贡湖湾湖区水质及藻类的影响

贡湖湾作为"引江济太"工程长江来水进入太湖的第一站,湖湾水体生态环境的变化是对调水工程净水效果的最好响应,因此本文针对贡湖湾一次夏季短期调水展开调查研究,分别取2013年7月24日(调水前)和2013年8月18日(短期调水后)两次监测水样的水体理化指标和浮游藻类群落数据进行了对比分析,并对浮游藻类群落与环境因子做了相关性分析.结果表明:受来水影响,短期调水后监测区水体的p H略有下降,溶解氧、浊度、硝态氮、总氮、总磷以及高锰酸盐指数等水体理化指标浓度均较调水前有所升高;其中受调水影响最为显著的区域为望虞河的入湖口区、湾心区.两次监测调水前后湖区水体优势藻种属未发生变化,仍以微囊藻为主,但蓝藻种属比例有所下降,绿藻和硅藻等种属比例则有所上升.望虞河入湖口区和贡湖湾湾心区的Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数受调水的影响升高.同时,浮游藻类群落结构与受水水体理化参数的冗余分析结果表明,此次监测的短期调水后,太湖贡湖湾监测湖区水体p H、溶解氧、硝态氮、总氮、总磷、高锰酸盐指数等环境因子与浮游藻类的群落分布呈显著相关,是影响受水水体中藻类群落的主要环境因子.     

环太湖江苏段入湖河道污染物通量与湖区水质的响应关系

基于2008-2018年环太湖江苏段入湖河道污染物通量及湖区水质数据,从时空变化及相关关系两个方面探讨了入湖污染物通量与湖区水质的响应关系,并分析了污染物进入湖体影响水质的主要因子.结果表明:太湖污染减排已见成效,氨氮、总氮、高锰酸盐指数和化学需氧量入湖污染物通量整体呈下降趋势,年均下降率分别为8.0%、2.0%、1.6%和2.2%,湖体氨氮和总氮时间格局响应较好,年均下降率分别为2.1%和2.3%.湖体氨氮、总氮、总磷、高锰酸盐指数和化学需氧量与入湖污染物通量整体由西北部、西部湖区向东南部、东部湖区递减,空间格局上响应基本一致.全湖区年尺度总氮、氨氮浓度与入湖河道污染物通量分别呈显著正相关、极显著正相关关系;影响湖区总氮、氨氮的主要因子为入湖河道的总氮、氨氮浓度,其次为入湖河道浓度与原湖区水质差值,因此亟需加强入湖河道水质浓度的控制.     

1980年以来太湖总磷变化特征及其驱动因子分析

磷是湖泊生态系统物质和能量循环的重要组成部分,是湖泊富营养化防治的重要控制性指标.为分析太湖富营养化与人类活动的关系,掌握总磷(TP)的时空变化规律及驱动因子,本文收集整理了1980-2020年太湖TP浓度数据并分析了TP的时序、时空和年内变化特征.结果 表明,1980s经济社会快速发展之初,伴随着工业和三产用水量激增...     

通过望虞河引长江水济太湖的生态意义

Taihu Lake is the third largest fresh water lake in China, locating in Yangtze Delta as the richest area of China. At present, eutrophication problem is severe in Taihu Lake. This paper, in view of ecological system, presents analysis of the composition structural characteristics of Taihu Lake environment regarded as a whole ecological system, energy and substances circulation between ecological factors. The Taihu Lake ecological environment is proceeding a lake evolution period, i.e. middle-eutrophic to eutrophic. Therefore the diversion water''from Yangtze River to Taihu Lake through the Wangyu River acts to change external agent function for Taihu ecological system, i.e. increasing water quantity of Taihu Lake may rise water level and speed up flow exchanging. Moreover, with harnessing measures for pollution sources to reduce input of nutrients, natural evolution procedure of Taihu ecological environment may slow down to subsequently improve Taihu ecological environment.