殷 鵬 華 萍 胡曉雨

(江蘇省水資源服務(wù)中心，江蘇 南京 210029)

引江濟(jì)太通過(guò)望虞河常熟水利樞紐引長(zhǎng)江水,由望亭水利樞紐入太湖,為增加流域水資源供給、保障水源地水質(zhì)安全發(fā)揮了重要作用[1-3]。近期,有專家提出“長(zhǎng)江總磷濃度要高于太湖湖體總磷濃度,引江濟(jì)太可能是造成2016年之后太湖總磷升高的原因之一”。本研究對(duì)2007—2020年引江濟(jì)太環(huán)境效益進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)研究,并分析了引江濟(jì)太工程調(diào)度管理中遇到的實(shí)際問(wèn)題,提出了工程優(yōu)化調(diào)度的建議,為更好地發(fā)揮引江濟(jì)太工程效益,提供技術(shù)支撐。

1 引江濟(jì)太及環(huán)湖入湖河流水質(zhì)變化趨勢(shì)分析

根據(jù)江蘇省水文水資源勘測(cè)局監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),統(tǒng)計(jì)了2007—2020年引江濟(jì)太期間望虞河入湖總磷、總氮濃度,并根據(jù)太湖流域管理局太湖健康狀況報(bào)告中入湖水量及入湖氮磷通量計(jì)算了太湖環(huán)湖入湖河流總磷、總氮平均濃度,結(jié)果見圖1和圖2。其中2007—2020年引江濟(jì)太期間,望虞河望亭立交入湖水質(zhì)總體穩(wěn)定,望虞河年均入湖總磷濃度在0.101～0.149mg/L之間波動(dòng),總體呈穩(wěn)定的趨勢(shì),均達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)河流Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn),平均濃度為0.131mg/L;年均入湖總氮濃度在1.91～2.74mg/L之間波動(dòng),平均濃度為2.36mg/L。太湖環(huán)湖入湖河流總磷平均濃度在0.138～0.275mg/L之間波動(dòng),為Ⅲ～Ⅳ類水水質(zhì),濃度總體呈下降趨勢(shì),平均濃度為0.193mg/L;年均入湖總氮濃度在5.67～2.85mg/L之間波動(dòng),平均濃度為4.12mg/L。

圖1 2007—2020年望虞河及環(huán)湖河流入湖總氮平均濃度

通過(guò)上述兩組數(shù)據(jù)比較分析,2007年以來(lái),歷年望虞河入湖氮、磷濃度均低于太湖環(huán)湖入湖河流入湖氮磷濃度,其中總磷低12.4%～53.8%,平均低32.1%;總氮低30.0%～57.4%,平均低42.7%。

圖2 2007—2020年望虞河及環(huán)湖河流入湖總磷平均濃度

2 太湖藍(lán)藻生物量及湖泛統(tǒng)計(jì)分析

根據(jù)江蘇省水文水資源勘測(cè)局太湖湖泛巡查數(shù)據(jù),統(tǒng)計(jì)了太湖湖泛情況,并根據(jù)水利部太湖流域管理局?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)了2007—2020年太湖逐月葉綠素a月均值,結(jié)果見圖3。結(jié)果顯示,2007年之后,太湖未發(fā)生大面積湖泛,但是共發(fā)生96次小范圍水質(zhì)異常(小范圍湖泛),集中分布在5—9月,其中5月16次,占16.7%,6月38次,占39.6%,7月27次,占28.1%,8月9次,占9.4%,9月6次,占6.3%;太湖5—10月,太湖葉綠素a濃度月均值均超過(guò)0.03mg/L,其余月份均低于0.03mg/L;5—10月,共有2個(gè)峰值,分別為5月(0.051mg/L)、8月(0.061mg/L)。

圖3 2007—2020年太湖葉綠素a平均濃度及湖泛發(fā)生次數(shù)

江蘇省政府印發(fā)了《江蘇省太湖藍(lán)藻暴發(fā)應(yīng)急預(yù)案》,根據(jù)藍(lán)藻水華面積、藻密度、葉綠素a濃度等指標(biāo),制定了Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)預(yù)警標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)江蘇省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)了2020年太湖藍(lán)藻預(yù)警觸發(fā)次數(shù),見表1。結(jié)果表明2020年太湖共觸發(fā)藍(lán)藻預(yù)警21次,其中觸發(fā)Ⅱ級(jí)預(yù)警條件6次,觸發(fā)Ⅲ級(jí)預(yù)警條件16次,分布在5—10月。

表1 2020年太湖藍(lán)藻預(yù)警觸發(fā)次數(shù)統(tǒng)計(jì)

通過(guò)上述3組數(shù)據(jù)分析,定義5—10月為太湖藍(lán)藻湖泛高發(fā)期,1—4月以及11月、12月為太湖藍(lán)藻湖泛非高發(fā)期。

3 引江濟(jì)太入湖水量統(tǒng)計(jì)分析

3.1 引江濟(jì)太調(diào)度管理要求變化情況

2011年8月,國(guó)家防汛抗旱總指揮部批復(fù)《太湖流域洪水與水量調(diào)度方案》,引入了調(diào)水限制水位的機(jī)制,調(diào)水限制水位與時(shí)間的關(guān)系見圖4,該機(jī)制主要目的是為了保障太湖防洪安全,在汛期來(lái)臨之前,提前預(yù)降太湖水位,規(guī)定除突發(fā)水污染、水質(zhì)惡化等事件外,原則上太湖水位超過(guò)調(diào)水限制水位后,不得實(shí)施引江濟(jì)太[4]。

圖4 不同時(shí)間太湖調(diào)水限制水位

3.2 引江濟(jì)太入湖水量年際變化

根據(jù)江蘇省水旱災(zāi)害防御調(diào)度指揮中心監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),統(tǒng)計(jì)了望虞河引江濟(jì)太入湖水量情況,見圖5。結(jié)果表明2007—2020年望虞河引江濟(jì)太累計(jì)入湖水量105.2億m3,年均引水入湖水量7.52億m3、年均引水入湖持續(xù)99.6d,引水入湖水量與引水入湖持續(xù)時(shí)間成良好的正相關(guān)關(guān)系,引水期間,平均每天入湖水量755萬(wàn)m3。

引江濟(jì)太入湖水量總體呈下降趨勢(shì),調(diào)水限制水位機(jī)制實(shí)行之前(2007—2011年),年均引江濟(jì)太入湖水量10.6億m3,調(diào)水限制水位機(jī)制實(shí)行之后(2012—2020年),年均入湖水量降至5.81億m3,較之前減少45.2%,其中2015—2020年,年均入湖水量進(jìn)一步下降至3.91億m3。

圖5 2007—2020年歷年望虞河引江入湖水量及引水入湖時(shí)間

3.3 太湖藍(lán)藻湖泛非高發(fā)期入湖水量年際變化

2007—2020年,太湖藍(lán)藻湖泛非高發(fā)期(1—4月以及11月、12月)累計(jì)引水60.5億m3,該段時(shí)間年均引水4.32億m3,其中2007—2011年年均引水4.45億m3,2012—2020年年均引水4.25億m3,歷年具體數(shù)據(jù)見圖6。調(diào)水限制水位機(jī)制實(shí)行之后,太湖藍(lán)藻、湖泛非高發(fā)期入湖水量?jī)H比之前低4.5%,主要是由于太湖藍(lán)藻、湖泛非高發(fā)期同時(shí)也是一年當(dāng)中的非汛期,這段時(shí)間太湖流域降雨偏少,水位偏低,調(diào)水限制水位的機(jī)制引入后,并沒(méi)有對(duì)該段時(shí)間的引水產(chǎn)生明顯影響。

圖6 2007—2020年歷年太湖藍(lán)藻湖泛非高發(fā)期引江濟(jì)太入湖水量

3.4 太湖藍(lán)藻湖泛高發(fā)期入湖水量年際變化

2007—2020年,太湖藍(lán)藻湖泛高發(fā)期(5—10月)累計(jì)引水44.8億m3,該段時(shí)間年均引水3.20億m3,其中2007—2011年年均引水6.14億m3,2012—2020年年均引水1.56億m3,歷年具體數(shù)據(jù)見圖7。調(diào)水限制水位機(jī)制實(shí)行之后,太湖藍(lán)藻湖泛高發(fā)期引水量較之前大幅度減少74.6%。主要原因是藍(lán)藻水華及湖泛高發(fā)期也是一年中的主汛期,加之這段時(shí)間太湖水位偏高,以及5月1日至7月19日這段時(shí)間太湖調(diào)水限制水位偏低,造成太湖調(diào)水限制水位機(jī)制引入后,藍(lán)藻水華及湖泛高發(fā)期引江入湖水量大幅度減少。

圖7 2007—2020年歷年太湖藍(lán)藻湖泛高發(fā)期引江濟(jì)太入湖水量

通過(guò)上述分析可以得出,調(diào)水限制水位機(jī)制實(shí)行之后,對(duì)太湖藍(lán)藻湖泛非高發(fā)期引江濟(jì)太沒(méi)有產(chǎn)生明顯影響,但是對(duì)太湖藍(lán)藻湖泛高發(fā)期影響制約明顯,調(diào)水限制水位機(jī)制實(shí)行前后引江濟(jì)太入湖水量對(duì)比情況見圖8。

圖8 調(diào)水限制水位機(jī)制實(shí)行前后引江濟(jì)太入湖水量變化

4 調(diào)水限制水位機(jī)制實(shí)行后水污染、水質(zhì)惡化等突發(fā)事件條款的實(shí)際運(yùn)用

《太湖流域洪水與水量調(diào)度方案》實(shí)行之前,2007—2011年,在藍(lán)藻水華高峰期,在調(diào)水入湖時(shí)段每年平均有62.8d太湖實(shí)際水位超過(guò)了之后規(guī)定的調(diào)水限制水位,2011年之后,在調(diào)水入湖時(shí)段每年平均只有3.5d出現(xiàn)太湖實(shí)際水位超過(guò)調(diào)水限制水位的情況[5-6]。

這些調(diào)水入湖的時(shí)段太湖實(shí)際水位超過(guò)調(diào)水限制水位的情況集中發(fā)生在2012年、2017年、2020年,其中2012年5月貢湖灣發(fā)生了3起小范圍水質(zhì)異常(小范圍湖泛),威脅水源地供水安全,期間引水16d,其中超調(diào)水限制水位3d;2020年5月、6月貢湖灣共發(fā)生2起小范圍水質(zhì)異常,期間調(diào)水13d,其中超調(diào)水限制水位7d;2017年為2007年以來(lái)藍(lán)藻水華最嚴(yán)重的一年,衛(wèi)片監(jiān)測(cè)到的藍(lán)藻水華總面積、最大面積都是2008年以來(lái)最大的一次,5—9月共發(fā)生小范圍水質(zhì)異常17次,遠(yuǎn)超年均發(fā)生次數(shù)(7.4次),期間調(diào)水38d,其中超調(diào)水限制水位25d,為2011年之后最多的一次[7-8]。

統(tǒng)計(jì)太湖藍(lán)藻湖泛高發(fā)期引江調(diào)水期間實(shí)際水位超調(diào)水限制水位最高高度情況,2011年之前最高為0.26m,發(fā)生在2009年;2011年之后最高為0.17m,發(fā)生在2017年。歷年具體情況見圖9。

圖9 太湖藍(lán)藻湖泛高發(fā)期超調(diào)水限制水位引水時(shí)間及最大高度

綜上分析,2011年《太湖流域洪水與水量調(diào)度方案》執(zhí)行之后,僅在貢湖灣發(fā)生小范圍水質(zhì)異常,嚴(yán)重威脅水源地供水安全的條件下,以及太湖藍(lán)藻水華及小范圍水質(zhì)異常(小范圍湖泛)異常嚴(yán)重的2017年,實(shí)施過(guò)超調(diào)水限制水位引江濟(jì)太入湖,時(shí)間總計(jì)只有35d。

5 引江濟(jì)太入湖水量與太湖水質(zhì)之間的關(guān)系

5.1 引江濟(jì)太入湖水量與太湖總磷濃度的關(guān)系

利用線性趨勢(shì)法分析了2007—2020年歷年藍(lán)藻湖泛高發(fā)期及非高發(fā)期引江濟(jì)太入湖水量與同時(shí)期太湖總磷濃度之間的關(guān)系,結(jié)果見圖10和圖11,結(jié)果表明藍(lán)藻湖泛高發(fā)期及非高發(fā)期引江濟(jì)太入湖水量的增加或降低均不會(huì)明顯影響太湖總磷濃度。

圖10 2007—2020年歷年太湖藍(lán)藻湖泛高發(fā)期引江濟(jì)太入湖水量與太湖總磷濃度的關(guān)系

圖11 2007—2020年歷年太湖藍(lán)藻湖泛非高發(fā)期引江濟(jì)太入湖水量與太湖總磷濃度的關(guān)系

5.2 引江濟(jì)太入湖水量與太湖葉綠素a濃度的關(guān)系

利用線性趨勢(shì)法分析了2007—2020年歷年藍(lán)藻湖泛高發(fā)期及非高發(fā)期引江濟(jì)太入湖水量與同時(shí)期太湖葉綠素a濃度之間的關(guān)系,見圖12和圖13,結(jié)果表明藍(lán)藻湖泛高發(fā)期及非高發(fā)期引江濟(jì)太入湖水量均與同時(shí)期太湖葉綠素a濃度成負(fù)相關(guān)關(guān)系。同時(shí)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn),得出藍(lán)藻湖泛高發(fā)期及非高發(fā)期引江濟(jì)太入湖水量與同時(shí)期太湖葉綠素a濃度之間,P值分別為0.00469和0.00012,均小于0.01,說(shuō)明2007—2020年歷年太湖藍(lán)藻湖泛非高發(fā)期引江濟(jì)太入湖水量與太湖葉綠素a濃度的關(guān)系高度顯著。

綜上分析說(shuō)明,增加引江濟(jì)太入湖水量有利于降低湖體藍(lán)藻生物量。

圖12 2007—2020年歷年太湖藍(lán)藻湖泛高發(fā)期引江濟(jì)太入湖水量與太湖葉綠素a濃度的關(guān)系

圖13 2007—2020年歷年太湖藍(lán)藻湖泛非高發(fā)期引江濟(jì)太入湖水量與太湖葉綠素a濃度的關(guān)系

6 結(jié) 論

a.2007—2020年,歷年望虞河引江入湖總磷、總氮濃度均低于當(dāng)年太湖入湖河流總磷、總氮平均濃度,其中總磷濃度均達(dá)到河流Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。

b.5—10月 為藍(lán)藻、湖泛高發(fā) 易 發(fā) 期,根 據(jù)2007—2020年數(shù)據(jù)分析,6月為小范圍水質(zhì)異常(小范圍湖泛)發(fā)生最多的月份,共計(jì)38次,8月為太湖平均葉綠素濃度最高的月份,平均濃度為0.061mg/L。

c.2007—2020年太湖引江濟(jì)太水量總體呈下降趨勢(shì),主要原因是2011年8月《太湖流域洪水與水量調(diào)度方案》執(zhí)行之后,藍(lán)藻、湖泛高發(fā)易發(fā)期(5—10月)引江濟(jì)太明顯受限,2012—2020年藍(lán)藻、湖泛高發(fā)易發(fā)期平均年引水1.56億m3,比2007—2011年年均引水量下降74.6%。

d.2012—2020年,歷年藍(lán)藻、湖泛高發(fā)易發(fā)期(5—10月),僅在發(fā)生小范圍水質(zhì)異常(小范圍湖泛)威脅水源地供水安全的情況下,實(shí)施了超調(diào)水限制水位引江濟(jì)太入湖,累計(jì)入湖時(shí)間僅為35d。

e.引江濟(jì)太水量增加并沒(méi)有增加太湖湖體總磷濃度,但有利于降低湖體藍(lán)藻生物量,可對(duì)確保太湖水源地水源安全發(fā)揮關(guān)鍵作用。

7 建 議

《太湖流域洪水與水量調(diào)度方案》確有提出在突發(fā)水污染、水質(zhì)惡化等事件時(shí),可以在超調(diào)水限制水位的條件下實(shí)施引江濟(jì)太,但是并沒(méi)有對(duì)何為水污染、水質(zhì)惡化突發(fā)事件進(jìn)行量化。2021年,生態(tài)環(huán)境部修訂了重點(diǎn)湖庫(kù)水華預(yù)警工作機(jī)制,明確了I級(jí)(紅色)、Ⅱ級(jí)(橙色)和Ⅲ級(jí)(黃色)預(yù)警標(biāo)準(zhǔn),建議參照該標(biāo)準(zhǔn),對(duì)《太湖流域洪水與水量調(diào)度方案》中“水污染、水質(zhì)惡化等突發(fā)事件”這一條款進(jìn)行量化明確,更好地發(fā)揮引江濟(jì)太在湖泛及藍(lán)藻水華防控方面的功能效益。