科学调控 提升流域水环境安全

　　水环境安全现状急需科技支撑

　　平台业务化成为子课题成果应用载体

　　讨论太湖流域的水环境安全，首先要面临的就是太湖的水量安全问题。“太湖流域本地水量存在较大的缺口，离不开过境水补充，流域水环境安全缺乏保障”相关负责人介绍说。

　　太湖流域是我国水资源较丰富的区域之一，但2000年流域用水量达到290亿m3，已超过当地产水量，需要大量过境水补充，而且在未来用水量还将持续增加，据测算，在50%保证率下2020年流域用水量将达325亿m3，过境水补充量需不断增加。

　　另一方面，尽管“十一五”期间国家和地方政府加大了太湖流域水污染的防治力度，但流域重点水功能区达标率仍未全部达标。与此同时，流域内的湖滨湿地、河滨湿地等自然生态系统则不断受到破坏，抵御外界干扰冲击的能力不断降低，生态日益脆弱。两种因素的共同作用，导致太湖流域的累积性水环境安全隐患水平不断升高，水质改善速度缓慢，水体富营养化仍较严重，蓝藻水华暴发规模未显著缩减，覆盖范围在特殊年份依然较大，严重危害流域水环境安全。

　　此外，水利工程大规模兴建、快速城市化、城镇化改变了流域下垫面和河网格局，对水环境安全造成影响，也是太湖流域不可回避的问题。

　　“河流及其水系分布格局的变化，硬质不透水面不断扩大，降雨产流汇流时间缩短，洪涝灾害形成时间短，可能导致区域地表水文生态格局的紊乱，降低流域有效水资源量，也是区域水资源及水环境问题产生的根源之一。”负责人说。

　　与诸多现实问题相对应的，是我国水量多目标调度刚起步，流域和区域统筹缺乏，科学调度方案尚未形成。据了解，长时间以来太湖流域内水工程主要是“蓄泄兼筹、以泄为主”的防洪调度方式，对枯水期的水量调度未形成统一协调的调度目标体系，各行政区仅考虑自身需求开展局部工程调度。而流域水资源优化调度决策支持平台缺乏，更是影响了决策的时效性与针对性。

　　“当时面临的形势急需太湖河网水环境安全调控的科技支撑。”负责人回忆课题立项之初时的情形表示，在流域水利工程建设新的格局条件下，提高水环境调控效果和效益，降低其风险，保障供水安全，改善流域河湖水环境质量，满足流域生态要求，缩短决策时间，提高决策时效迫在眉睫。

　　太湖是我国五大淡水湖之一。流域面积3.65万平方公里，总人口占全国3.8%、GDP占全国11%左右的太湖流域是我国人口密度最大、工农业生产发达、国民经济产值和人均收入增长幅度最快的地区之一。

　　随着社会经济的快速发展和人口数量的集聚增加，太湖流域正面临着洪涝形成时段短、退水时间长与流域水资源短缺并存、改善水环境生态调水洪涝风险大、水体功能区水质不达标、太湖水体富营养化严重、藻类水华频发、水生植被退化及其多样性指数下降、流域河流锑污染及有机污染突发等水环境安全问题，制约了流域经济社会的可持续健康发展。

　　“十二五”期间“水专项”“太湖项目”的“太湖河网水环境安全调控与决策业务化平台”课题针对太湖河网水质超标、水生态退化等问题，构建了太湖河网水环境安全的评估方法，提出了河网格局、水流、水量和水位等优化调控模式和调度准则；在已有防洪调度、引江济太、太湖水华预警等平台系统的基础上，建立了流域水环境安全调控决策业务化平台，通过太湖河网水环境安全调控，实现了不同类型水资源时空的合理分配、水生态系统的自我恢复与污染物净化的能力提升，改善了流域河网-湖泊水质水生态和太湖河网的水环境安全。

　　河网调控保障太湖水环境安全

　　基于“十一五”期间存在的问题以及国家和地方的科技需求，国家“十二五”水专项《太湖富营养化控制与治理技术及工程示范》项目“太湖河网水环境安全调控与决策业务化平台”课题开展了太湖河网水环境安全调控技术研发。

　　课题突破了太湖-河网水环境安全调控方案分析计算与遴选技术，集成技术包括：①以多层次指标分析系统为手段的太湖河网水环境安全评估诊断方法，②以洪水安全为约束条件，基于平原区水文产汇流模型、太湖流域河网水量水质模型和人工神经网络智能模型的流域河网水环境安全调控方案分析计算与遴选技术，③基于Ecotaihu模型，以水生植物分布面积和生物量增加/藻类分布面积缩减/水体总氮总磷下降为准则的太湖水环境安全调控方案分析计算与遴选技术。形成了基于流域及区域防洪/供水/水环境/水生态安全程度的综合调度指标体系、流域及区域骨干水利工程的调度规则、平原型流域水量-水质-水生态多要素安全的联合调控技术，提出不同水情年、水质类别、水华等级条件下太湖、河网水环境安全调控方案，制定了太湖-河网联合调控风险应对策略和太湖流域水环境安全的调控运行准则。

　　课题建成太湖河网水环境基础信息数据库1套，包含基础空间、实时水文气象水质以及水环境数据等。数据条数10万余条。基于此数据库，采用面向服务的体系架构及WebService接口技术，集成了太湖-河网水环境安全调控方案分析计算与遴选技术和平原型流域水量、水质、水生态多要素安全的联合调控技术，并直接驱动模型进行水环境安全调控计算，开发了太湖河网水环境安全调控业务化平台。平台包括综合监视、遴选方案调控模拟、成果展示、决策支持、信息共享、系统管理六大功能模块，实现了基于“一张图”的实时信息监视、调控方案动态模拟、成果可视化展示、多方案的对比分析、信息共享的管理。第三方评测显示，平台运行可靠、稳定，数据冗余度<20%，所有功能均满足课题考核要求，平台已在太湖流域防汛抗旱办公室进行业务化运行。

　　跨行政区水体上下游之间的水环境安全管理一直是困扰上下游省市的难题。从全流域层面对跨行政区的水环境安全实施有效管理与协调已成为流域当前亟待解决的主要问题之一。

　　高效的流域水环境管理和协调离不开强有力的技术支撑，同样也需要全流域的综合管理和处置系统，使流域内行政区之间、上下游之间、左右岸之间协调互动。

　　“太湖流域水环境安全调控决策平台是课题各子课题研究成果业务化的应用载体。”子课题“河网-湖泊水环境安全调控决策业务化平台建设与应用”负责人林荷娟研究员说。

　　从以往的情况来看，流域内缺乏水环境安全多目标优化调度平台系统，特别是缺乏流域—区域—城市协调、防洪—供水—水生态—水环境协调、流域尺度水体大循环—圩内圩外区域尺度循环—圩内以及城市尺度小循环协调的水资源优化调度平台，不利于统筹流域及区域，难以作出兼顾防洪、水资源、水环境、水生态改善的水环境安全调控快速决策。

　　“以太湖流域河网及太湖的水质、水量、水生态安全调控管理与决策为对象，建立水环境安全管理、评估与调控数据库，实现水环境安全调控模型系统集成，建成河网-湖泊水环境安全调控决策业务化平台，实现业务化运行，可为太湖流域水环境安全调控决策提供支持。”说起这个子课题的目标，林荷娟表示。

　　据了解，项目子课题“河网-湖泊水环境安全调控决策业务化平台建设与应用”内容为5个部分：一是太湖流域水环境安全优化调控的决策平台系统设计及业务化应用；二是面向水环境安全调控的数据集成规范与数据库建设；三是决策支持下的高效信息共享模块开发；四是河网和太湖水环境安全调控及水质、水生态、水量模拟模型集成研究；五是水环境安全优化调控决策支持平台研制。

　　通过太湖河网水环境安全调控与决策业务化平台运行，提出了与防洪和供水安全相适应的太湖流域水环境安全中长期调控方案和短期应急调控方案，在竺山湖上游河网地区、嘉兴河网地区实现了示范调度。第三方监测结论显示：示范区域丹金闸、人民桥、黄埝桥、石臼漾、小新桥、枫南大桥等考核断面溶解氧平均浓度提升达到课题考核要求，京杭运河、丹金溧漕河、新孟河、德胜河、扁担河等区域骨干河道水质，以及镇江、常州、嘉兴等地城区的水质也得到明显提升。

　　平台在充分调研太湖流域河网、湖泊和安全评价模型需求的基础上，厘清了模型间的数据流和功能流，开发了模型间的接口，实现了不同模型的无缝耦合，不但为太湖流域管理局水环境业务化调控提供支撑，还为其他流域构建类似模型整合系统提供了借鉴。

　　据了解，平台在提升阳澄湖水生生态结构与功能、改善杭州G20峰会期间太湖流域水环境、有效处置太浦河锑浓度异常事件等重大决策中均发挥了重要作用。