水環(huán)境安全現狀急需科技支撐

　　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，已超過當地產水量，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，流域內的湖濱濕地、河濱濕地等自然生態(tài)系統則不斷受到破壞，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，硬質不透水面不斷擴大，降雨產流匯流時間縮短，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)境問題產生的根源之一?！必撠熑苏f。

　　與諸多現實問題相對應的，是我國水量多目標調度剛起步，流域和區(qū)域統籌缺乏，科學調度方案尚未形成。據了解，長時間以來太湖流域內水工程主要是“蓄泄兼籌、以泄為主”的防洪調度方式，對枯水期的水量調度未形成統一協調的調度目標體系，各行政區(qū)僅考慮自身需求開展局部工程調度。而流域水資源優(yōu)化調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水環(huán)境安全調控的科技支撐?！必撠熑嘶貞浾n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，總人口占全國3.8%、GDP占全國11%左右的太湖流域是我國人口密度最大、工農業(yè)生產發(fā)達、國民經濟產值和人均收入增長幅度最快的地區(qū)之一。

　　隨著社會經濟的快速發(fā)展和人口數量的集聚增加，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)調水洪澇風險大、水體功能區(qū)水質不達標、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“太湖河網水環(huán)境安全調控與決策業(yè)務化平臺”課題針對太湖河網水質超標、水生態(tài)退化等問題，構建了太湖河網水環(huán)境安全的評估方法，提出了河網格局、水流、水量和水位等優(yōu)化調控模式和調度準則；在已有防洪調度、引江濟太、太湖水華預警等平臺系統的基礎上，建立了流域水環(huán)境安全調控決策業(yè)務化平臺，通過太湖河網水環(huán)境安全調控，實現了不同類型水資源時空的合理分配、水生態(tài)系統的自我恢復與污染物凈化的能力提升，改善了流域河網-湖泊水質水生態(tài)和太湖河網的水環(huán)境安全。

　　河網調控保障太湖水環(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)化控制與治理技術及工程示范》項目“太湖河網水環(huán)境安全調控與決策業(yè)務化平臺”課題開展了太湖河網水環(huán)境安全調控技術研發(fā)。

　　課題突破了太湖-河網水環(huán)境安全調控方案分析計算與遴選技術，集成技術包括：①以多層次指標分析系統為手段的太湖河網水環(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)水文產匯流模型、太湖流域河網水量水質模型和人工神經網絡智能模型的流域河網水環(huán)境安全調控方案分析計算與遴選技術，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)境安全調控方案分析計算與遴選技術。形成了基于流域及區(qū)域防洪/供水/水環(huán)境/水生態(tài)安全程度的綜合調度指標體系、流域及區(qū)域骨干水利工程的調度規(guī)則、平原型流域水量-水質-水生態(tài)多要素安全的聯合調控技術，提出不同水情年、水質類別、水華等級條件下太湖、河網水環(huán)境安全調控方案，制定了太湖-河網聯合調控風險應對策略和太湖流域水環(huán)境安全的調控運行準則。

　　課題建成太湖河網水環(huán)境基礎信息數據庫1套，包含基礎空間、實時水文氣象水質以及水環(huán)境數據等。數據條數10萬余條。基于此數據庫，采用面向服務的體系架構及WebService接口技術，集成了太湖-河網水環(huán)境安全調控方案分析計算與遴選技術和平原型流域水量、水質、水生態(tài)多要素安全的聯合調控技術，并直接驅動模型進行水環(huán)境安全調控計算，開發(fā)了太湖河網水環(huán)境安全調控業(yè)務化平臺。平臺包括綜合監(jiān)視、遴選方案調控模擬、成果展示、決策支持、信息共享、系統管理六大功能模塊，實現了基于“一張圖”的實時信息監(jiān)視、調控方案動態(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，數據冗余度<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。從全流域層面對跨行政區(qū)的水環(huán)境安全實施有效管理與協調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)境管理和協調離不開強有力的技術支撐，同樣也需要全流域的綜合管理和處置系統，使流域內行政區(qū)之間、上下游之間、左右岸之間協調互動。

　　“太湖流域水環(huán)境安全調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?！弊诱n題“河網-湖泊水環(huán)境安全調控決策業(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，流域內缺乏水環(huán)境安全多目標優(yōu)化調度平臺系統，特別是缺乏流域—區(qū)域—城市協調、防洪—供水—水生態(tài)—水環(huán)境協調、流域尺度水體大循環(huán)—圩內圩外區(qū)域尺度循環(huán)—圩內以及城市尺度小循環(huán)協調的水資源優(yōu)化調度平臺，不利于統籌流域及區(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)境安全調控快速決策。

　　“以太湖流域河網及太湖的水質、水量、水生態(tài)安全調控管理與決策為對象，建立水環(huán)境安全管理、評估與調控數據庫，實現水環(huán)境安全調控模型系統集成，建成河網-湖泊水環(huán)境安全調控決策業(yè)務化平臺，實現業(yè)務化運行，可為太湖流域水環(huán)境安全調控決策提供支持?！闭f起這個子課題的目標，林荷娟表示。

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

　　通過太湖河網水環(huán)境安全調控與決策業(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)境安全中長期調控方案和短期應急調控方案，在竺山湖上游河網地區(qū)、嘉興河網地區(qū)實現了示范調度。第三方監(jiān)測結論顯示：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，以及鎮(zhèn)江、常州、嘉興等地城區(qū)的水質也得到明顯提升。

　　平臺在充分調研太湖流域河網、湖泊和安全評價模型需求的基礎上，厘清了模型間的數據流和功能流，開發(fā)了模型間的接口，實現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)務化調控提供支撐，還為其他流域構建類似模型整合系統提供了借鑒。

　　據了解，平臺在提升陽澄湖水生生態(tài)結構與功能、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。