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        望虞河出入太湖磷通量計(jì)算分析

        2022-08-18 08:06:28陳年浩劉彤錢(qián)新
        河南水利與南水北調(diào) 2022年7期

        陳年浩,劉彤,錢(qián)新

        (南京大學(xué)環(huán)境學(xué)院/污染控制與資源化研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210023)

        1 材料與方法

        1.1 研究區(qū)域概況

        望虞河南起太湖貢湖灣沙墩口,流向東北,在耿涇口入長(zhǎng)江,總長(zhǎng)60.80 km,是連接太湖和長(zhǎng)江距離最短的流域性河道。望虞河既是長(zhǎng)江水源直接引入太湖的通道,也是汛期太湖水外排長(zhǎng)江的重要排水通道。望虞河流域?qū)俚湫推皆泳W(wǎng)區(qū),兩岸支流口門(mén)眾多,東岸支流已全部閘控,西岸支流仍有口門(mén)開(kāi)敞。西岸地區(qū)污染負(fù)荷排放較重,對(duì)引水水質(zhì)有不利影響。

        1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與計(jì)算方法

        望虞河出入湖水量和斷面總磷濃度相乘即可計(jì)算磷通量。2007—2021 年水量數(shù)據(jù)來(lái)自水利部太湖流域管理局,入湖斷面沙墩港橋2007—2009年水質(zhì)數(shù)據(jù)來(lái)自每月一次流域巡測(cè),2010—2021年水質(zhì)數(shù)據(jù)來(lái)自自動(dòng)監(jiān)測(cè)站。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 望虞河出入湖水量

        2002—2021 年,望虞河年均入湖水量7.54×108m3,相較1986—2001 年增加了13 倍。2015 年以來(lái),年均入湖水量4.40× 108m3,僅為2002—2014 年的47.70%。2004—2014 年,望虞河年入湖水量占太湖年總?cè)牒康?.50%~14.80%,2015—2020 年,該比例0.90% ~4.80%。2007—2013 年,引江濟(jì)太以“以清釋污”為主,4—10 月為太湖藍(lán)藻的生長(zhǎng)旺盛期,該時(shí)間段累計(jì)引江入湖水量占總量的63.70%。望虞河集中在夏季豐水期排水,冬季枯水期引水,4—10 月累計(jì)引江入湖水量占總量15.00%,如圖1所示。

        圖1 望虞河出入湖水量變化圖

        2.2 望虞河入湖磷通量

        2007—2021 年,望虞河入湖磷通量17.97 ~199.36 t,年均87.09 t,如圖2 所示。2007—2018 年,環(huán)太湖入湖磷通量1 730~2 800 t,累計(jì)25 470 t,同期望虞河入湖磷通量累計(jì)1 186.86 t,占全湖比例4.70%。2015 年以來(lái),望虞河年均入湖磷通量43.74 t,僅為2007—2014年的35.00%。2007—2014年,全湖入湖磷通量累計(jì)17 030 t,年均2 128.75 t,同期望虞河入湖磷通量累計(jì)1 000.20 t,年均125.02 t,占比5.90%。2015—2018 年,全湖入湖磷通量累計(jì)8 440 t,年均2 110 t,同期望虞河入湖磷通量累計(jì)186.66 t,年均46.67 t,占比2.20%。

        圖2 望虞河出入太湖磷通量及其年內(nèi)分布圖

        貢湖灣水體年蓄磷量13.86 ~29.01 t,望虞河入湖磷通量是貢湖灣水體年蓄磷量的0.80 ~9.10 倍,平均4.1 倍。隨著2015年以來(lái)望虞河入湖水量的減少,2015—2021年,望虞河入湖磷通量是貢湖灣水體年蓄磷量的0.80 ~2.70倍,平均2倍,僅有2007—2014年的45.80%??梢?jiàn)引江濟(jì)太帶來(lái)的磷通量對(duì)貢湖灣可造成頗高的磷負(fù)荷沖擊。

        從望虞河入湖磷通量年內(nèi)分布來(lái)看,不同年份之間的差異較大(見(jiàn)圖2),4—10 月是太湖藍(lán)藻的生長(zhǎng)旺盛期,2007 年和2009 年4—10 月入湖磷通量占全年的比例為100%,2014 年和2015 年為0。2007—2013 年,引水集中在藍(lán)藻生長(zhǎng)旺盛的4—10月,因而4—10月入湖磷通量占比較高,除2012年占比僅為7.40%外,其他年份占比43.70%~100%,平均60.90%。2014—2021年集中在冬春季枯水期引水,4—10月入湖磷通量占比較低,除2017年占比高達(dá)65.90%外,其他年份占比0%~32.70%,平均19.40%

        2.3 望虞河出湖磷通量

        2007—2021年,望虞河出湖磷通量為5.84 ~235.83 t,年均71.26 t(圖2)。從望虞河出湖磷通量占環(huán)太湖出湖磷通量的比例來(lái)看,由于《太湖健康狀況報(bào)告》只有2007 年和2009—2014年的環(huán)太湖出湖磷通量,因此主要關(guān)注2009—2014年的情況,2009—2014年,環(huán)太湖出湖磷通量為510 ~680 t,累計(jì)3 450 t,同期望虞河出湖磷通量累計(jì)293.29 t,占全湖比例8.50%,高于同期望虞河入湖磷通量占全湖的比例(5.20%)。

        從望虞河出湖磷通量占貢湖灣水體蓄磷量的比例來(lái)看,望虞河出湖磷通量是貢湖灣水體年蓄磷量的0.30 ~10.20 倍,平均3.50 倍。除去流域水情極端特殊的2015 年和2016 年,望虞河出湖磷通量是貢湖灣水體年蓄磷量的0.30 ~4.90 倍,平均2.60倍。2019年以來(lái),望虞河出湖磷通量較為穩(wěn)定,在86.29 ~95.88 t 之間,是貢湖灣水體年蓄磷量的4.20 ~4.40 倍,可見(jiàn)望虞河是太湖水外排及污染物出湖的重要通道。從望虞河出湖磷通量的年內(nèi)分布來(lái)看,4—10 月正值太湖流域的汛期,太湖集中在汛期排水,不同于入湖的情況,2007—2021年中有11年的4—10月出湖磷通量占全年比例為100%,1年為99.90%,其余年份除2010年為42.60%外,均在80%以上(見(jiàn)圖2)。

        2.4 望虞河凈入湖磷通量

        2007—2021年,望虞河凈入湖磷通量-214.47 ~191.68 t,累計(jì)237.46 t,年均凈入湖15.83 t。2009 年太湖流域年降水量達(dá)到1 625.40 mm,比常年偏多12%,發(fā)生流域洪水,望亭水利樞紐全年引水量4.88×108m3,不及排水量7.06×108m3,凈入湖磷通量-26.36 t;2015 年和2016 年凈入湖磷通量分別為-111.00 t和-214.47 t;2019-2021年,凈入湖磷通量小于0。由此可見(jiàn),太湖—望虞河磷收支變化主要取決于入湖和出湖水量的多寡,近年來(lái)凈通量呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)。

        根據(jù)水利部太湖流域管理局發(fā)布的《太湖流域綜合規(guī)劃(2012—2030 年)》,望虞河遠(yuǎn)景規(guī)劃引江水量達(dá)34×108m3,入湖水量22.10×108m3。此外,已經(jīng)動(dòng)工的新孟河延伸拓浚工程作為引江濟(jì)太第二通道,將引長(zhǎng)江水從竺山灣入太湖,根據(jù)《太湖流域水量分配方案》,2030年新孟河界牌水利樞紐規(guī)劃引江水量31.10×108m3,入湖水量21.20×108m3。因此,在未來(lái)規(guī)劃引江濟(jì)太調(diào)水量顯著增加的情況下,需要深入研究引江濟(jì)太調(diào)水對(duì)貢湖灣乃至竺山灣及太湖全湖水質(zhì)及水生態(tài)的影響,以保障實(shí)現(xiàn)“兩個(gè)確?!钡奶卫砟繕?biāo)。

        2007—2021年,望虞河凈入湖磷通量累計(jì)237.46 t,約是貢湖灣水體蓄磷量的11倍。2007-2021年中有10年4—10月的凈入湖磷通量小于0,也即在藍(lán)藻生長(zhǎng)旺盛期間,太湖通過(guò)望虞河的磷通量以?xún)舫龊橹鳌?1—3月氣溫較低,不利于藍(lán)藻生長(zhǎng),此時(shí)“引磷入湖”產(chǎn)生水華沖擊的風(fēng)險(xiǎn)較小??梢钥吹匠?016年幾乎全年都在排水外,其他年份在11—3月的凈入湖磷通量均大于或等于0,也即太湖通過(guò)望虞河的磷通量以?xún)羧牒橹?。需要注意的是?007—2021年中仍有5年4—10月的凈入湖磷通量大于0,最低的2017 年為16.32 t,最高的2007 年為191.68 t,對(duì)于貢湖灣而言,如此量的磷進(jìn)入湖區(qū)仍是可觀的磷負(fù)荷沖擊,此時(shí)“引磷入湖”存在促進(jìn)藍(lán)藻生長(zhǎng)和水華暴發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。

        3 結(jié)論

        2007—2021 年,望虞河入湖磷通量17.97 ~199.36 t,平均是貢湖灣水體年蓄磷量的4.10倍,其中2007—2018年,占全湖比例4.70%。2015 年以來(lái),年均入湖磷通量?jī)H為2007—2014年的35%。引江濟(jì)太帶來(lái)的磷通量占全湖比例不高,但對(duì)貢湖灣可造成頗高的磷負(fù)荷沖擊。2007—2021 年,望虞河出湖磷通量5.84 ~235.83 t,其中2009—2014年,望虞河出湖磷通量占全湖比例8.50%,高于入湖磷通量占全湖比例。望虞河出湖磷通量平均是貢湖灣水體年蓄磷量的3.50倍,是太湖水外排及污染物出湖的重要通道。2007—2021 年,望虞河凈入湖磷通量累計(jì)237.46 t,近年來(lái)年度凈通量呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)。在藍(lán)藻生長(zhǎng)旺盛期間,太湖的磷通量以?xún)舫龊橹鳎?1—3 月以?xún)羧牒橹?。合理開(kāi)展引水調(diào)度,減少入湖水體的磷負(fù)荷沖擊。

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