经过多年的调度实践,太湖流域调度初步实现了从洪水调度向资源调度转变、从汛期调度向全年调度转变、从水量调度向水量水质统一调度转变、从区域调度向流域与区域相结合的“四大转变”,体现了综合调度理念,取得了诸多实践经验和研究成果。独特而丰富的水利资源为太湖流域经济社会发展提供了良好的水利支撑,也决定了太湖流域水资源调度问题的复杂性、艰巨性和长期性。党的十九大以来,中国特色社会主义进入新时代,水利事业发展也进入了新时代,我国治水的主要矛盾已经发生深刻变化,长三角一体化发展等国家战略对水利支撑保障能力提出了更高要求,流域片水利改革发展面临着新形势、新机遇、新挑战、新要求。
1.长三角一体化上升至国家战略,对太湖流域供水安全保障提出了更高的要求
太湖流域本地水资源不足,多年平均水资源量176亿m 3 ,远小于2017年流域用水总量340.5亿m 3 ,水资源供需平衡主要依靠引长江水和上下游重复利用弥补。同时,太湖流域工业化进程快,城市化水平高,人口密集,经济增长方式尚未根本转变,造成了大量的废污水排放,流域呈现常年水质型缺水。
长三角一体化已经上升至国家战略,太湖流域也步入了追求更高水平、更高质量发展的关键阶段。目前中央已明确,在江苏苏州吴江地区、浙江嘉兴嘉善地区和上海青浦地区,建设生态绿色一体化发展的示范区,太浦河水源地位于苏浙沪交界地区,处于长三角生态绿色一体化发展示范区的核心位置,事关700余万人饮水安全。根据国务院批复的《太湖流域水功能区划(2010—2030年)》,太浦河从东太湖到西泖河全段划分为苏浙沪调水保护区,长度为57.6km,水质目标为Ⅱ~Ⅲ类。目前,太浦河南岸芦墟以西7处支河口门敞开,太浦河两岸未控制支河对太浦河水质有一定影响。此外,由于太浦河上游地区不合理的产业结构导致含锑污水的大量排放,太浦河干流锑浓度存在超标风险。因此,长三角一体化发展新形势对太浦河水源地供水保障水平提出新的更高要求。
2.变化环境下流域水资源调度潜在风险加剧,江河湖水资源联合调控能力亟须强化,以实现长江、太湖、河网水资源联合调度与优化配置
联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)的评估报告显示,近百年来地球气候正经历以全球变暖为主要特征的显著变化,全球变暖将使地球上数十亿人口面临水和食物短缺,洪涝、干旱、台风等自然灾害的发生频率也将增加。有关研究成果表明,太湖流域暴雨、洪水、大潮和台风“四碰头”的可能性增大 [60] 。
太湖流域三面滨江临海,汛期主要通过沿江各口门趁低潮位时抢排入江、入海、入杭州湾,其排水能力与流域周边水情密切相关。海平面上升,使得流域周边口门低潮位抬高,沿江、沿海(杭州湾)河道自排能力降低,洪涝威胁进一步加大。另外,太湖流域本地水资源不足,经多年水利建设,流域水资源调控能力明显提升,现状工程可实现中等干旱年( P =75%)水资源供需平衡,但难以满足经济社会发展需求。现状太湖流域引江入湖能力不足,目前仅望虞河引长江水直接入太湖,在强化节水条件下,遇枯水年、特枯水年流域仍面临缺水25亿~39亿m 3 ,而《太湖流域综合规划》等相关规划确定的望虞河拓宽等骨干引水通道工程实施缓慢。在建的新孟河延伸拓浚工程,是《太湖流域水环境综合治理总体方案》《太湖流域防洪规划》《太湖流域水资源综合规划》确定的具有防洪、排涝、水资源配置、水生态改善和航运等综合效益的骨干工程,是规划流域重要引水河道,工程需满足太湖流域水资源规划配置要求,并兼顾区域水资源供给,增强流域和区域水资源配置能力。因此,有必要通过新孟河工程的实施和科学调度,在太湖西部及西北部区域开辟形成引江济太第二通道。然而,在全球气候变化、极端天气事件增多的大背景下,长江枯水及其与太湖流域枯水遭遇的可能性增大,加之咸潮入侵、突发水污染事件等不确定因素,如何统筹利用长江过境水资源与本地水资源,合理调度水利工程,实现长江、太湖、河网水资源联合调度与优化配置,改善河湖水生态环境,是保障太湖流域水安全的重要落脚点。
3.太湖流域新一轮治理工程陆续建设,亟须开展新建骨干水利工程调度研究,形成流域与区域复杂水利工程群联合协同的调度模式
太湖流域属典型平原河网地区,为实现防洪、供水等目的,流域修建了大量堤坝、土圩、节制闸、泵站等水利工程,已初步形成北向长江引排、东出黄浦江供排、南排杭州湾并且利用太湖调蓄的防洪与水资源调控工程体系,初步具备了防洪减灾、水资源调度的基本条件。近年来,随着太湖流域治理的不断推进,经济社会的快速发展和水利工程调度理念的逐步升华,流域水利工程合理调度在保障水安全中发挥的作用愈加明显,但是由于流域与区域、区域与区域水利工程尚未形成相对稳定有效的流域性统一管理、运行体制,且流域与区域、区域与区域之间调度需求不同,同一时期各对象调度目标之间也存在差异,统筹协调不同水利工程调度的难度较大,流域与区域工程体系尚未实现联合调度。
随着太湖流域新一轮治理工程陆续建设,工程体系进一步完善,工程调度产生的影响越来越复杂,面对气候变化带来的愈加复杂的水情形势和经济社会发展不断增加的水利保障需求,亟须开展新建骨干水利工程调度研究,形成流域与区域复杂水利工程群联合协同的调度模式,实现流域工程体系效益最大化,进一步提升太湖流域水安全保障能力。
4.太湖流域防洪、供水与水生态环境多目标调度统筹需求突出,不同利益主体间水资源调度需求协调难度大,多目标、多尺度、多对象的水资源联合调度缺乏理论依据,有必要探索长三角复杂江河湖多尺度水资源协同调度理论
太湖流域内各省市、上下游利益诉求冲突明显,矛盾多,协调难。在水资源问题上,上游地区的省、市要求尽可能多地留住优质水资源,而下游地区的省、市则要求尽可能多地得到优质水源,各个利益主体之间水资源调度需求不一又相互交织,协调处理这些矛盾缺乏理论依据。流域防洪、供水与水生态环境多目标调度统筹需求突出,进一步增加了多目标调度统筹难度。太湖流域河湖属浅水型,水位变幅不大,调蓄能力小,遇降雨极易发生旱涝急转,而且太湖洪水出路不足,水位易涨难消,加上流域中长期水文气象预测预报准确性不高等,在确保防洪安全的同时,流域供水调度、雨洪资源的利用会受到严重的限制。
目前,国内外在复杂平原河网地区水资源联合调度领域研究相对较少,尚未形成较为成熟的理论体系。太湖流域水资源多目标联合调度处在探索阶段,有必要深入分析不同阶段协调不同利益主体关系的主要途径,提出与流域水资源联合调度目标相适应的多目标协同准则,探索长三角复杂江河湖多尺度水资源协同调度理论。
5.太湖流域调度研究成果丰富,但多目标优化调度及多目标智能决策研究方面相对薄弱,亟须开展水资源联合调度关键技术攻关,提升流域调度的科学化、精细化、智能化水平
太湖流域积累了丰富的调度研究成果和调度实践经验,目前多数调度研究仍停留在利用各类数学模型进行调度方案的模拟和人工优选上,多目标优化调度及多目标智能决策领域的研究相对薄弱。尽管国内外在水库群优化调度领域开展了诸多研究,形成了一系列优化调度方法,但相关方法在平原河网复杂江河湖地区的可移用性较差。因此,亟须开展太湖流域水资源联合调度关键技术攻关,探索适用于太湖流域的多目标智能决策优选技术,进一步提升流域调度的科学化、精细化、智能化水平。
面对太湖流域片水利改革发展的新形势、新挑战,为保障太湖流域经济社会可持续发展,支撑长三角一体化发展,尽可能地适应经济社会发展对流域水资源,特别是江河湖清洁水源高效利用提出的新要求,迫切需要探索流域江河湖水资源联合调度关键技术。