太湖东部地区利用太湖建设应急备用水库思考

   2013-01-04 中国农村水利水电胡伟22490
核心提示:应急水源地建设是城市水安全的物质支撑,是太湖东部城市多水源、多目标和多层次的复合系统的重要组成部分,在常规水厂水源地发生水污染等紧急情况下启用,关闭库堤上的口门控制建筑物,阻断库区水体与太湖水体的联系,使库区成为封闭独立水体,能保障正常供水区内一定时间内不间断供水的需要。鉴于其是以“湖中库”的方式在太湖原位建立,具有使用频率低,换水周期长,大部分时间处于备用状态等特点,水库规模、水质维护及防洪影响等问题显得至关重要,规划建设及管理过程中需综合考虑水源地类型、原水条件、水质自净维护、防洪蓄涝、联合调度可能性

21世纪以来,太湖蓝藻几乎每年都大面积暴发,饮用水源问题的紧迫性和重要性使得水源地日趋成为政府与公众关注的焦点。面对突发性城市水安全事件的威胁,虽然可以通过管理手段减少此类事件的发生,但从客观上来说,要保证绝对的城市水安全并不现实。因此,在加强科学管理提高供水安全保障率的同时,太湖内建立应急备用水库工程能有效缓解太湖周边地区水源地发生水华、湖泛等突发性水污染事件造成的不利影响,为及时处理、控制事态恶化、减少损失提供应急供水。

应急水源地建设是城市水安全的物质支撑,是太湖东部城市多水源、多目标和多层次的复合系统的重要组成部分,在常规水厂水源地发生水污染等紧急情况下启用,关闭库堤上的口门控制建筑物,阻断库区水体与太湖水体的联系,使库区成为封闭独立水体,能保障正常供水区内一定时间内不间断供水的需要。鉴于其是以“湖中库”的方式在太湖原位建立,具有使用频率低,换水周期长,大部分时间处于备用状态等特点,水库规模、水质维护及防洪影响等问题显得至关重要,规划建设及管理过程中需综合考虑水源地类型、原水条件、水质自净维护、防洪蓄涝、联合调度可能性、土地利用可获得性、工程经济性及地方迫切需要程度等因素。

1 太湖东部地区建立应急备用水源地的必要性

太湖水源地源水既易受风浪及藻类污染影响,又受太湖蓄洪、水资源配置等制约。太湖东部地区经济发达、人口稠密、土地利用程度高,区域经济快速发展与城市饮用水源保护冲突现象明显,源于水质型缺水的水源地严峻形势已经成为影响区域生态安全和可持续发展能力的重要限制因子[1]。一方面体现在以第二产业为主导的经济发展模式与周边水环境之间的冲突;另一方面体现在区域日益增加的水资源需求与水源供给之间的冲突。据初步统计,位于太湖东部湖湾(梅梁湖、贡湖、胥湖及东太湖)的取水口有16个,现状供水量约为263万t/d,规划供水为508万t/d,有较大的缺口。根据《江苏省太湖水污染防治条例》,太湖流域实行分级保护。划分三级保护区在一定程度上缓解了外来污染对源水水质的影响,但受流域来水水质、污染事故等影响,太湖东部地区供水水源不安全因素仍不断增多,区域经济发展与城市饮用水源的内在冲突表现越发明显,非常供水及突发性水环境事件的高发态势仍将存在。2007年夏,无锡太湖水源地突遭蓝藻污染,70%的居民饮用水出现困难,对当地社会产生了极大的不良影响,事件的发生给所有实施集中式供水的城镇一个警示:集中式供水的区域应当通过建设应急备用水源或其他方法,来保证发生突发性水污染事故及自然灾害时的应急供水。

2008年5月国务院批复的《太湖流域水环境综合治理总体方案》中明确提出,“太湖流域水环境综合治理是一项艰巨的任务,需要长期不懈努力才能实现,但是饮用水安全是关系人民健康的大事,任何时候都要保证安全。当前保障饮用水安全,让人民喝上放心水是最紧迫的任务”,“鉴于太湖蓝藻从上世纪90年代就有大规模暴发,短期内仍难以杜绝,为防止蓝藻暴发影响城乡饮用水安全,需要采取多种措施”[2]。江苏省建设厅强制要求全省所有县以上城市供水都必须开辟备用水源,重点督促城市供水水源易受污染的市、县加快建设备用水源或多个取水口。由此,太湖东部地区利用太湖建设备用水库是现状条件下解决太湖蓝藻水华及污水团时应急供水的有效措施之一,是贯彻执行国务院及江苏省有关文件精神、保障饮用水安全的具体体现,对提高太湖东部地区城市供水保障程度、促进经济又好又快发展和维护社会稳定具有重大意义。

2 太湖作为应急备用水源建设的可行性与科学性

通过建立“湖中库”的方式在太湖原位进行备用水源地建设是条新思路,与城市常规集中供水水源地及陆域建设备用水库相比,存在较强的特异性,需科学论证,合理抉择。

(1)太湖水质的时空差异为应急备用水库建设提供了充足的源水基础。太湖在常水位3m时湖面面积为2 250km2,整体水质呈现出典型的时空分布差异。时间上表现为汛期水质较非汛期好;空间上表现为南部沿岸带、东部沿岸带和东太湖水质最好,其次为湖心区,西部沿岸带和贡湖稍次于湖心区,竺山湖、五里湖、梅梁湖水质污染物指标浓度明显高于湖心区,但同时也受入湖水流影响呈现出局部差异。通过建设堤防与太湖相隔离形成备用水库,外部水质良好时引优质水入库,外部水质较差时关闭进水口门,避免影响库内水质。协同库内水生态系统恢复构建,发挥水质净化功能,能保障备用水库中水质达到饮用水源地水质标准。目前已开展及正在进行的太湖引排水工程能逐步改善太湖水环境,进一步提高了东部湖区建设备用水库可靠源水的保障率。

(2)不占陆域用地、合理利用围垦遗留物可大大降低应急备用水库建设的经济成本。利用陆域用地建设备用水库,一方面需占用大量的农田、林地、坑塘等,而太湖东部无锡、苏州等地土地利用强度大,土地资源十分稀缺,人口较密集,拆迁及移民工程量大,投资费用高;另一方面,由于水源来源只能为周边河网地区,水质也未必能有所保障,若间接或直接从长江引水,则经济成本较高。太湖地区有大量的围湖历史遗留物,据李新国等[3]统计1950-1985年间太湖流域围垦建圩498座,东太湖两侧以及北部的竺山湖、梅梁湖及五里湖两侧的围垦面积83.21km2,建圩70座,均为《中华人民共和国防洪法》颁布前围湖利用的“非法”遗留物。结合退垦还湖整治规划,利用围湖造田或围垦造地后形成的、能与大太湖水面有阻隔的鱼塘等土地建设备用水库,不涉及移民拆迁等其他问题,能大幅节省投资,同时充分利用围垦土地,不会对现状防洪造成重大影响,且与《防洪法》中的“有计划退垦还湖(湿)”等相关条款相吻合。

(3)水体生态自净功能、调度管理是应急备用水库水质维持与提高的自然支撑条件。建立在太湖中备用水库没有直接的陆域污染源进入,仅受湖区水质及干湿沉降影响,库区水流不畅区加上长时间闲置不用,部分区域存在富营养化发生的可能性,构建良性水生态系统,发挥包括水质净化、竞争、捕食控藻等在内的多重生态功能,一定程度上能维持、提高库区水质。根据水质、水文等特点,灵活开启或关闭备用水库闸门能有效改变库区流场流速、增强水体自净能力。两者有机结合一方面可贯彻“优水先用”策略,人为缩短备用水库的换水周期,有计划逐步置换库内源水,保障供应优良水质的同时持续刺激、发挥库内水生生态系统的活力,通过“促静为动,转闲为用”防止富营养化发生;另一方面对整个太湖水环境也能起到一定的促进与提高作用。

3 应急备用水库规划建设及运行管理中应关注问题

(1)备用水库用地管理。太湖东部地区利用太湖中建立“湖中库”备用水源地基本不涉及陆域用地,根据相应法规及条例,湖面利用需经太湖流域管理局行政审批。流域涉水行业规划中应统筹考虑区域饮用水安全需求,结合备用水库建设所需水质等确定用地条件,划定并预留应急水源备用区,合理确定及调整备用水库周边的湖面利用,且制定相应用地审批流程及明确因用地造成的调蓄库容变化等损失的补偿措施。

(2)备用水库应急供水规模合理确定。备用水库应急供水规模目前尚无现成规范可供借鉴。与正常供水相比,应急供水应充分考虑突发性水污染事件的特点、应急状况下供水范围和用水要求,应充分考虑太湖东部地区迅速城市化进程新增用水量、工业聚集效应导致的非线性增长工业用水量,且结合太湖地区蓝藻、污水团的爆发-消亡机理性研究成果合理确定应急供水规模。

规模确定后,水库库底及堤顶高程决定占用湖区水面面积。其规模越大,对防洪、生态产生的不利影响越大,一定程度的挖深可缩减库区平面占用面积,受平原浅水湖泊的本底高程及水生态构建适宜水深限制,不宜太深。堤顶过低,备用水库与大太湖水体交换频繁或在蓝藻水华发生时拦挡不利。堤顶过高能安全保护库内水质,受口门或闸门宽度限制影响与大太湖的水流交换及调洪过程曲线。水库规模论证、审批中应关注水资源论证、湖面占补平衡、湖流改变及防洪影响,可给出远期限定值,实际建设根据地方经济发展、城市规划及应急预案等级可合理调整。

(3)备用水库在湖区的位置及进、退水口确定。备用水库选址主要考虑水源地水质、外源污染控制难易及水库工程建设可行性等因素,原则上倾向利用退垦还湖土地。首先需选择太湖水质良好区域,如东部湖湾及南太湖区域,其常年水质均优于北湖湖湾及湖心区;其次考虑工程建设对太湖行洪及湖流的影响,选择在湖面相对较宽、过流能力相对较大水域或在湖区底高程最低区域建设备用水库能减免过流、出流影响;充分利用太湖内现有围垦圩堤,不涉及拆迁和移民且能节省投资;避开靠近航道区域,减少意外事故造成外来污染源输入及引发的供水风险。

备用水库与大太湖水体交换靠建立在堤坝上的进、退水口门,其方位、大小及布局与湖流、风向及备用水库的规模密切相关,同时也影响库内水流形态和水质维护效果。进、退水口设置考应虑水质状况、藻类运动路径和排水等需要,使引水水质优良,引排方便。经验表明:为减少工程对行洪的影响,加强非应急常规情况下蓄水区内外的水流沟通,顺堤设置进、退水口的效果最好。

据统计,太湖水质好的地段,其水生态现状亦较好,工程建设施工必然会对水生态产生一定影响。规划建设及审批管理中应关注此类不利影响,结合周边生态敏感点考察、必选备用水库选址,制订可操作的生态保护、修复及补充方案或措施,并明确相应的责任主体。

(4)应急备用水库湖流、防洪的影响及减免措施。在太湖水域中建立相对独立的备用水库,必须通过建立堤防与太湖大水体进行隔离。这种隔离在洪水期间对湖体水位没有明显影响,但会对水下的湖流产生显著的影响。同时,人为控制进退水口门建筑物开闭也会影响备用水库与太湖之间的水体交换,对正常湖流产生一定影响。湖流与水动力条件、水体营养物质、水生动植物的时空分布等方面关系较为显著,湖流的改变会对局部的生态系统、洪水的通行造成相应影响。

备用水库对防洪蓄涝影响在一定程度上与建设规模、堤顶高程、堤顶防浪墙设置存在线性关系。影响主要体现在:备用水库建设占了大太湖水域面积,口门布置、堤顶高程影响调蓄过程曲线。规划设计及管理中平衡水质维护效果与防洪蓄涝、生态影响之间的利弊,合理的水位选择至关重要,需关注的水位有太湖3.5m的防汛警戒水位及100年一遇4.8m的防洪设计校核水位。参照《河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则》要求,明确备用水库建设应列单章分析项目建设对泄洪的影响、对堤防、护岸及其他水利工程和设施的影响并提出相应有效的防治与补救措施。

(5)应急备用水库水质维护技术。应急备用水库建设于太湖之中,水质维护技术包括内源污染控制、外源污染控制及水体本身营养盐的操控。外源污染源主要来自太湖来水及库区范围内的降尘,内源污染主要来自于底泥中营养盐的释放,且库内存在一定的滞留区,会致使部分区域存在水华爆发的可能性,故备用水库的水质维护技术主要应集中在对富营养化水体的防治与控制上。影响富营养化的四个主要因素中除温度不受设计控制外,营养元素、光照及水动力条件在一定程度上均可控,根据这一思路,确立备用水库水质维护方针为:结合工程设计控制库区光照、水动力条件,构建良性水生生态系统、控制外源污染的输入。随着人们对水体富营养化过程及其内在机理认识的深入,全面恢复水生植被(尤其是沉水植被)、调控浮游动物、食鱼性或食浮游生物鱼类及微生物制剂等新兴的水生态构建及维护技术会逐步成为确保备用水库水安全的主导技术。受水源地的特殊性限制,管理中应关注生态科技前沿技术在库区水质维护、水生态系统恢复中应用及作用,防止不适用水源特性的常规水质维护技术、对水质及生态有害物种及材料参与水库水质维护。

(6)备用水库运行调度及管理。备用水库联合调度既能缩短水库的换水周期、防止库区富营养化发生,发挥提高区域供水能力,有效利用优质水、降低水厂的处理成本。应综合考虑备用水库湖流及风速导致与大太湖日均交换水量、库内水生态系统的日净化能力、水库内外水位差、太湖历史水文条件下洪水期日水位变幅等因素合理制定常规、洪水期及与应急运行调度等多情形水库运行调度方案,充分挖掘及发挥备用水库非应急期的潜力。

应急备用水源地为新建工程,应增设应急水源地管理站,在服从太湖流域管理局的统一管理的前提下,具体由地方水利局管理,负责备用水源地日常的工程维护等。运行管理中应加强库区及进水口水质监测,制定预防水华、富营养化水质调度管理方案;洪水期应根据不同来水水质、超标准行洪、洪水与应急两碰头等情形制定相应调度管理方案,关闭围堤上的口门控制建筑物,需通报太湖流域管理局,保障防洪安全。

参考文献:

[1]刘昌明,王红瑞.浅析水资源与人口经济和社会环境的关系[J].自然资源学报,2003,18(5):635-644.

[2]中国国际工程咨询公司.太湖流域水环境综合治理总体方案[M].2008.

[3]李新国,江南,朱晓华,等.近三十年来太湖流域主要湖泊的水域变化研究[J].海洋沼泽通报,2006,(4):17-23.

作者简介:胡伟(1971-),男,博士,主要从事水环境治理及水生态修复研究。

 
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