水環(huán)境安全現(xiàn)狀急需科技支撐

　　平臺業(yè)務化成為子課題成果應用載體

　　討論太湖流域的水環(huán)境安全，首先要面臨的就是太湖的水量安全問題。“太湖流域本地水量存在較大的缺口，離不開過境水補充，流域水環(huán)境安全缺乏保障”相關(guān)負責人介紹說。

　　太湖流域是我國水資源較豐富的區(qū)域之一，但2000年流域用水量達到290億m3，已超過當?shù)禺a(chǎn)水量，需要大量過境水補充，而且在未來用水量還將持續(xù)增加，據(jù)測算，在50%保證率下2020年流域用水量將達325億m3，過境水補充量需不斷增加。

　　另一方面，盡管“十一五”期間國家和地方政府加大了太湖流域水污染的防治力度，但流域重點水功能區(qū)達標率仍未全部達標。與此同時，流域內(nèi)的湖濱濕地、河濱濕地等自然生態(tài)系統(tǒng)則不斷受到破壞，抵御外界干擾沖擊的能力不斷降低，生態(tài)日益脆弱。兩種因素的共同作用，導致太湖流域的累積性水環(huán)境安全隱患水平不斷升高，水質(zhì)改善速度緩慢，水體富營養(yǎng)化仍較嚴重，藍藻水華暴發(fā)規(guī)模未顯著縮減，覆蓋范圍在特殊年份依然較大，嚴重危害流域水環(huán)境安全。

　　此外，水利工程大規(guī)模興建、快速城市化、城鎮(zhèn)化改變了流域下墊面和河網(wǎng)格局，對水環(huán)境安全造成影響，也是太湖流域不可回避的問題。

　　“河流及其水系分布格局的變化，硬質(zhì)不透水面不斷擴大，降雨產(chǎn)流匯流時間縮短，洪澇災害形成時間短，可能導致區(qū)域地表水文生態(tài)格局的紊亂，降低流域有效水資源量，也是區(qū)域水資源及水環(huán)境問題產(chǎn)生的根源之一。”負責人說。

　　與諸多現(xiàn)實問題相對應的，是我國水量多目標調(diào)度剛起步，流域和區(qū)域統(tǒng)籌缺乏，科學調(diào)度方案尚未形成。據(jù)了解，長時間以來太湖流域內(nèi)水工程主要是“蓄泄兼籌、以泄為主”的防洪調(diào)度方式，對枯水期的水量調(diào)度未形成統(tǒng)一協(xié)調(diào)的調(diào)度目標體系，各行政區(qū)僅考慮自身需求開展局部工程調(diào)度。而流域水資源優(yōu)化調(diào)度決策支持平臺缺乏，更是影響了決策的時效性與針對性。

　　“當時面臨的形勢急需太湖河網(wǎng)水環(huán)境安全調(diào)控的科技支撐。”負責人回憶課題立項之初時的情形表示，在流域水利工程建設新的格局條件下，提高水環(huán)境調(diào)控效果和效益，降低其風險，保障供水安全，改善流域河湖水環(huán)境質(zhì)量，滿足流域生態(tài)要求，縮短決策時間，提高決策時效迫在眉睫。

　　太湖是我國五大淡水湖之一。流域面積3.65萬平方公里，總?cè)丝谡既珖?.8%、GDP占全國11%左右的太湖流域是我國人口密度最大、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)達、國民經(jīng)濟產(chǎn)值和人均收入增長幅度最快的地區(qū)之一。

　　隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和人口數(shù)量的集聚增加，太湖流域正面臨著洪澇形成時段短、退水時間長與流域水資源短缺并存、改善水環(huán)境生態(tài)調(diào)水洪澇風險大、水體功能區(qū)水質(zhì)不達標、太湖水體富營養(yǎng)化嚴重、藻類水華頻發(fā)、水生植被退化及其多樣性指數(shù)下降、流域河流銻污染及有機污染突發(fā)等水環(huán)境安全問題，制約了流域經(jīng)濟社會的可持續(xù)健康發(fā)展。

　　“十二五”期間“水專項”“太湖項目”的“太湖河網(wǎng)水環(huán)境安全調(diào)控與決策業(yè)務化平臺”課題針對太湖河網(wǎng)水質(zhì)超標、水生態(tài)退化等問題，構(gòu)建了太湖河網(wǎng)水環(huán)境安全的評估方法，提出了河網(wǎng)格局、水流、水量和水位等優(yōu)化調(diào)控模式和調(diào)度準則；在已有防洪調(diào)度、引江濟太、太湖水華預警等平臺系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，建立了流域水環(huán)境安全調(diào)控決策業(yè)務化平臺，通過太湖河網(wǎng)水環(huán)境安全調(diào)控，實現(xiàn)了不同類型水資源時空的合理分配、水生態(tài)系統(tǒng)的自我恢復與污染物凈化的能力提升，改善了流域河網(wǎng)-湖泊水質(zhì)水生態(tài)和太湖河網(wǎng)的水環(huán)境安全。

　　河網(wǎng)調(diào)控保障太湖水環(huán)境安全

　　基于“十一五”期間存在的問題以及國家和地方的科技需求，國家“十二五”水專項《太湖富營養(yǎng)化控制與治理技術(shù)及工程示范》項目“太湖河網(wǎng)水環(huán)境安全調(diào)控與決策業(yè)務化平臺”課題開展了太湖河網(wǎng)水環(huán)境安全調(diào)控技術(shù)研發(fā)。

　　課題突破了太湖-河網(wǎng)水環(huán)境安全調(diào)控方案分析計算與遴選技術(shù)，集成技術(shù)包括：①以多層次指標分析系統(tǒng)為手段的太湖河網(wǎng)水環(huán)境安全評估診斷方法，②以洪水安全為約束條件，基于平原區(qū)水文產(chǎn)匯流模型、太湖流域河網(wǎng)水量水質(zhì)模型和人工神經(jīng)網(wǎng)絡智能模型的流域河網(wǎng)水環(huán)境安全調(diào)控方案分析計算與遴選技術(shù)，③基于Ecotaihu模型，以水生植物分布面積和生物量增加/藻類分布面積縮減/水體總氮總磷下降為準則的太湖水環(huán)境安全調(diào)控方案分析計算與遴選技術(shù)。形成了基于流域及區(qū)域防洪/供水/水環(huán)境/水生態(tài)安全程度的綜合調(diào)度指標體系、流域及區(qū)域骨干水利工程的調(diào)度規(guī)則、平原型流域水量-水質(zhì)-水生態(tài)多要素安全的聯(lián)合調(diào)控技術(shù)，提出不同水情年、水質(zhì)類別、水華等級條件下太湖、河網(wǎng)水環(huán)境安全調(diào)控方案，制定了太湖-河網(wǎng)聯(lián)合調(diào)控風險應對策略和太湖流域水環(huán)境安全的調(diào)控運行準則。

　　課題建成太湖河網(wǎng)水環(huán)境基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫1套，包含基礎(chǔ)空間、實時水文氣象水質(zhì)以及水環(huán)境數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)條數(shù)10萬余條。基于此數(shù)據(jù)庫，采用面向服務的體系架構(gòu)及WebService接口技術(shù)，集成了太湖-河網(wǎng)水環(huán)境安全調(diào)控方案分析計算與遴選技術(shù)和平原型流域水量、水質(zhì)、水生態(tài)多要素安全的聯(lián)合調(diào)控技術(shù)，并直接驅(qū)動模型進行水環(huán)境安全調(diào)控計算，開發(fā)了太湖河網(wǎng)水環(huán)境安全調(diào)控業(yè)務化平臺。平臺包括綜合監(jiān)視、遴選方案調(diào)控模擬、成果展示、決策支持、信息共享、系統(tǒng)管理六大功能模塊，實現(xiàn)了基于“一張圖”的實時信息監(jiān)視、調(diào)控方案動態(tài)模擬、成果可視化展示、多方案的對比分析、信息共享的管理。第三方評測顯示，平臺運行可靠、穩(wěn)定，數(shù)據(jù)冗余度<20%，所有功能均滿足課題考核要求，平臺已在太湖流域防汛抗旱辦公室進行業(yè)務化運行。

　　跨行政區(qū)水體上下游之間的水環(huán)境安全管理一直是困擾上下游省市的難題。從全流域?qū)用鎸缧姓^(qū)的水環(huán)境安全實施有效管理與協(xié)調(diào)已成為流域當前亟待解決的主要問題之一。

　　高效的流域水環(huán)境管理和協(xié)調(diào)離不開強有力的技術(shù)支撐，同樣也需要全流域的綜合管理和處置系統(tǒng)，使流域內(nèi)行政區(qū)之間、上下游之間、左右岸之間協(xié)調(diào)互動。

　　“太湖流域水環(huán)境安全調(diào)控決策平臺是課題各子課題研究成果業(yè)務化的應用載體。”子課題“河網(wǎng)-湖泊水環(huán)境安全調(diào)控決策業(yè)務化平臺建設與應用”負責人林荷娟研究員說。

　　從以往的情況來看，流域內(nèi)缺乏水環(huán)境安全多目標優(yōu)化調(diào)度平臺系統(tǒng)，特別是缺乏流域—區(qū)域—城市協(xié)調(diào)、防洪—供水—水生態(tài)—水環(huán)境協(xié)調(diào)、流域尺度水體大循環(huán)—圩內(nèi)圩外區(qū)域尺度循環(huán)—圩內(nèi)以及城市尺度小循環(huán)協(xié)調(diào)的水資源優(yōu)化調(diào)度平臺，不利于統(tǒng)籌流域及區(qū)域，難以作出兼顧防洪、水資源、水環(huán)境、水生態(tài)改善的水環(huán)境安全調(diào)控快速決策。

　　“以太湖流域河網(wǎng)及太湖的水質(zhì)、水量、水生態(tài)安全調(diào)控管理與決策為對象，建立水環(huán)境安全管理、評估與調(diào)控數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)水環(huán)境安全調(diào)控模型系統(tǒng)集成，建成河網(wǎng)-湖泊水環(huán)境安全調(diào)控決策業(yè)務化平臺，實現(xiàn)業(yè)務化運行，可為太湖流域水環(huán)境安全調(diào)控決策提供支持。”說起這個子課題的目標，林荷娟表示。

　　據(jù)了解，項目子課題“河網(wǎng)-湖泊水環(huán)境安全調(diào)控決策業(yè)務化平臺建設與應用”內(nèi)容為5個部分：一是太湖流域水環(huán)境安全優(yōu)化調(diào)控的決策平臺系統(tǒng)設計及業(yè)務化應用；二是面向水環(huán)境安全調(diào)控的數(shù)據(jù)集成規(guī)范與數(shù)據(jù)庫建設；三是決策支持下的高效信息共享模塊開發(fā)；四是河網(wǎng)和太湖水環(huán)境安全調(diào)控及水質(zhì)、水生態(tài)、水量模擬模型集成研究；五是水環(huán)境安全優(yōu)化調(diào)控決策支持平臺研制。

　　通過太湖河網(wǎng)水環(huán)境安全調(diào)控與決策業(yè)務化平臺運行，提出了與防洪和供水安全相適應的太湖流域水環(huán)境安全中長期調(diào)控方案和短期應急調(diào)控方案，在竺山湖上游河網(wǎng)地區(qū)、嘉興河網(wǎng)地區(qū)實現(xiàn)了示范調(diào)度。第三方監(jiān)測結(jié)論顯示：示范區(qū)域丹金閘、人民橋、黃埝橋、石臼漾、小新橋、楓南大橋等考核斷面溶解氧平均濃度提升達到課題考核要求，京杭運河、丹金溧漕河、新孟河、德勝河、扁擔河等區(qū)域骨干河道水質(zhì)，以及鎮(zhèn)江、常州、嘉興等地城區(qū)的水質(zhì)也得到明顯提升。

　　平臺在充分調(diào)研太湖流域河網(wǎng)、湖泊和安全評價模型需求的基礎(chǔ)上，厘清了模型間的數(shù)據(jù)流和功能流，開發(fā)了模型間的接口，實現(xiàn)了不同模型的無縫耦合，不但為太湖流域管理局水環(huán)境業(yè)務化調(diào)控提供支撐，還為其他流域構(gòu)建類似模型整合系統(tǒng)提供了借鑒。

　　據(jù)了解，平臺在提升陽澄湖水生生態(tài)結(jié)構(gòu)與功能、改善杭州G20峰會期間太湖流域水環(huán)境、有效處置太浦河銻濃度異常事件等重大決策中均發(fā)揮了重要作用。