基于WEAP模型的西苕溪流域水质安全保障方案.doc

李燕,李恒鹏
(,湖泊与环境国家重点实验室,江苏南京210008; of Geography,University College WCIE 6BT,United Kingdom)
摘要:针对西苕溪流域水质安全问题,基于WEAP建模平台,构建了西苕溪流域水资源评估与规划模型。在模型验证基础上,分析了西苕溪流域2001—2020年河道水功能目标满足度及水供需关系,识别了流域水资源利用存在的问题,并探讨了水源地和中下游区水质安全保障措施及其改善水质的效用,在此基础上提出了西苕溪流域水质安全保障方案。研究表明:TN是影响水源地供水安全的限制性因素,TN、TP是影响河道水功能的重要指标。通过综合实施废水处理厂节水型设备、退耕还林等水资源管理措施能起到较好地削减TN产出的效果,水源地河道TN浓度降低。基本上能保证全年实现河道Ⅲ类水功能目标,中下游河道TP、TN浓度亦能达到Ⅲ类水功能要求。
关键词:水质安全;水供需关系;管理方案;WEAP模型;
西苕溪流域经济发展及人口增长的用水需求,各种污染源(工业、农业和生活排放)导致水质退化,水资源统一管理政策及措施的缺乏,是目前造成水资源危机的关键因素。水资源统一规划和管理是实现流域社会、经济及生态环境可持续发展的有效举措,是当今国内外研究的前沿和热点之一。水资源规划曾主要致力于水利工程的建设及基于水利工程的水资源调度方式的探讨来平衡水量配置和水质恶化的问题。近年来,国际上水资源规划和管理逐渐向多学科方向发展,从自然生态系统和社会经济管理系统相互作用的角度出发,加强水资源管理模块的有效综合,开发了
SWAT(Soil Water Assessment T001)M1,MULINO DSS(Muhisectoral,Integratedand Operational Decision Support System)、WEAP(Water Evaluation And Planning)等适合流域尺度的综合水资源管理模型。
随着太湖流域工业化、城市化进程加快,水污染问题严重。2002年实施的“引江济太”工程通过调水缓解了流域部分地区的水质恶化问题,但从长远看水环境保护在本质上必须控制流域内排污,剖析流域水与污染物质输移的自然过程和社会经济过程,把生态、生活和生产用水需求及水环境目标纳入到水资源规划和管理决策系统中,才能为流域水资源管理措施的实施及水质改善效果的定量化分析提供依据。本文以太湖上游的西苕溪流域为研究区,基于WEAP工具构建西苕溪流域水资源评估与规划模型,有效地将流域陆源污染物排放和河流水质变化响应联系起来,模拟污染排放及河流水质变化过程,分析流域河道水功能满足度,探讨流域水质安全的保障措施及其效用,在此基础上提出西苕溪流域水质安全管理方案,对实现西苕溪流域水资源供水安全及生态安全具有重要的现实意义,并为西苕溪流域水资源可持续利用与科学管理提供依据。
1研究区概况
考虑到河流流域自然水文过程特征,为保证研究区的相对独立性以及流域边界与行政边界较好地统一,本文选择以范家村为出口点的西苕溪流域作为研究区(见图1),其流域面积达2 075 km2,地貌类型包括山地、丘陵和平原,地面高程在
2一l 578 m之间;属于亚热带季风气候,降雨主要以梅雨和台风雨为主,多年平均降水量为l mm,时空分布不均,降雨集中于4—9月,自东北向西南逐渐增加。流域土地利用类型齐全,主要包括耕地、林地、城镇用地、草地、水体、滩涂和裸地;各类用地面积比例极为悬殊,林地比例最高,%,耕地次之,%,再次为城镇用地,%。草地主要分布在流域上游海拔较高的山顶,为自然草甸,面积极小,约占全流域的3·0%左右。
2 研究方法
WEAP系统
WEAP是由斯德哥尔摩环境机构(Stockholm Environmental Institute)开发的综合决策支持系统,能够以政策导向开展水系统的综合模拟与分析。该系统将供给与需求之间、水量和水质之间、经济发展与环境制约之间综合在一个全面的框架之下,其独特之处体现在把用户端
——用水规律、设备效率、回用、价格和分配与供给端——地表水、地下水、水库和调水,放在同等的地位来考虑,全面评估各种水资源开发和管理选择,并考虑水资源系统多元和互相竞争的利用方式。目前,WEAP系统已被世界各国有关部门广泛用于流域未来水资源供需平衡评估和气候、决策驱动的水资源管理情景分析等。WEAP作为开放式的河流流域建模工具,其应用通常包括以下几个步骤:①研究定义:包括设置时间跨度、空间界限、系统组成和问题结构;②现状基准:代表水系统现状的基本定义,提