河网区水环境管理技术集成及数字化应用:以太湖流域(浙江片区)为例

第1章绪论 1.1　区域自然环境概况 1.1.1　区域简况 太湖流域（浙江片区）位于浙江省北部，北邻江苏省，东邻上海市，西面为安徽省，区域位置介于30°6′～31°10′N，119°14′～121°16′E之间。流域面积为12272km2，涉及行政区有杭州市、嘉兴市及湖州市3个市，又称杭嘉湖流域，包括杭州市区（主城区）、余杭区（部分区域）、临安区（部分区域）、嘉兴市区、桐乡市、海盐县、嘉善县、平湖市、海宁市、湖州市区、安吉县、长兴县、德清县13个县（市、区）。受地势制约，水流由西南向东北自然流入太湖和黄浦江。杭嘉湖河网区高程图见图1-1。 2013年太湖流域（浙江片区）总人口约为965.7万人，人口密度达787人/km2。地区生产总值9033.82亿元，约占全省的24.1%，人均地区生产总值达到93547元，比浙江省人均高25216元，是浙江省内经济*发达的地区之一。 图1-1　杭嘉湖河网区高程图（30m×30m） 资料来源：2009年中国科学院计算机网络信息中心国际科学数据镜像网站 1.1.2　地形地貌 区域西部为苕溪流域，天目山将其一分为二，东、西苕溪分别发源于天目山的南、北麓，向北流入太湖。流域地势呈南高北低。上游为构造剥蚀低山丘陵区，山峰海拔一般在500m以上，山势相对峻峭。中下游为剥蚀堆积丘陵平原区，地形平坦，地面高程2～6m，局部有孤山、残丘分布。土壤主要有中低山黄壤、低山丘陵红壤、丘陵灰泥土、水稻土等。流域内植被属亚热带常绿针阔混交类型。 区域东部为杭嘉湖平原河网区，地势低平，平均海拔在3m左右。地面形成东、南高起而向西、北降低的以太湖为中心的浅碟形洼地。平原河网稠密，河网密度平均12.7km/km2，为中国之冠。平原表层沉积物以细颗粒泥沙（细粉沙、黏土）为主，属河流湖泊堆积物，其南缘属潮滩相沉积物，土质粗而疏松，地面缺少湖泊、水系变稀，地形相对高亢。 1.1.3　气候特征 区域地处亚热带季风气候区，四季分明、温和湿润、降水丰沛，多年平均温度为15.5～15.8℃，*低月平均气温（1月）为1.2～0.2℃，*高月平均气温（7月）为32.6～33.6℃。全年无霜期在224～246天。受海洋气流影响，风向季节变化明显，夏季盛行东南风，冬季盛行西北风。 区域多年平均降水约为1336mm，其中浙西区和杭嘉湖平原河网区的多年平均降水量分别为1452.3mm及1214.1mm。受大气环流影响，流域内的降水量年际变化较大，年内分配不均。5～6月受梅雨影响，8～9月又受台风暴雨影响，降水强度大，5～10月降水量占全年降水量的2/3以上。流域西南部天目山区是浙江省暴雨区之一，流域性洪水主要由梅雨和台风雨造成。多年平均水面蒸发量在800～900mm，平原区气温高，蒸发量较大。 1.2　社会经济概况 1.2.1　人口 杭州市2013年年末户籍人口数706.61万人，其中，农业人口312.73万人，非农业人口393.88万人；常住人口884.4万人，其中城镇人口662.42万人，城镇人口比例74.9%②。 嘉兴市2013年年末户籍人口345.93万人，其中，农业人口186.7万人，非农业人口159.23万人；常住人口455.80万人，城镇人口比例57.1%③。 湖州市2013年年末户籍人口262.49万人，其中，农业人口169.59万人，非农业人口92.90万人；常住人口291.60万人，城镇人口比例43.3%④。 1.2.2　经济状况 杭州市2013年实现地区生产总值8343.52亿元，比上年增长8.0%。**产业增加值265.42亿元，第二产业增加值3661.98亿元，第三产业增加值4416.12亿元，分别增长1.5%、7.4%和9.0%。人均生产总值94566元，增长7.4%。按国家公布的2013年平均汇率折算，为15271美元。三次产业结构由上年的3.3∶45.8∶50.9调整为2013年的3.2∶43.9∶52.9⑤。 嘉兴市2013年实现地区生产总值3147.66亿元，比上年增长9.3%，增幅比上年提高0.6个百分点。**产业增加值155.62亿元，增长0.8%；第二产业增加值1726.73亿元，增长9.9%；第三产业增加值1265.31亿元，增长9.4%。按常住人口计算，人均地区生产总值69164元（按年平均汇率折算为11169美元），增长8.9%。三次产业结构由上年的5.2∶55.5∶39.3调整为4.9∶54.9∶40.2⑥。 湖州市2013年实现地区生产总值1803.2亿元，比上年增长9.0%。**产业增加值125.6亿元，增长0.7%；第二产业增加值953.2亿元，增长10.1%，其中工业增加值861.1亿元，增长10.8%；第三产业增加值724.4亿元，增长9%。三次产业结构比例为7.0∶52.8∶40.2。按户籍人口计算的人均地区生产总值为68839元，增长8.7%，折合11116美元；按常住人口计算的人均地区生产总值为61953元，增长8.7%，折合10004美元⑦。 1.3　河流水系及分区 1.3.1　河流水系分区 区域水系包括长兴水系、苕溪水系、运河水系和上塘河水系（图1-2）。 长兴水系：长兴区域内北部水系发源于西部山区，由西向东入太湖。北部干流水系有合溪港、长兴港、泗安塘等31条，全长417.4km，流域面积约为1735km2。 苕溪水系：是太湖流域内*有代表性的山区性河流，发源于浙西的天目山南北麓，分东苕溪和西苕溪两支，分别向北流，于湖州市杭长桥会合（李恒鹏等，2004），后由小梅口、新港口、大钱口等注入太湖。苕溪水系向东与杭嘉湖平原河网相通。东苕溪干流长150km，集水面积为2265km2，西苕溪干流长143km，集水面积为2267km2。 图1-2　杭嘉湖河网区主要水系分区图 运河水系：浙江省境内水面面积近633km2，河道总长度24600km，河网密度3.8km/km2。河网平坦密度约10%，南部杭州湾沿岸一带较疏，为4%～6%，北部滨湖临浦一带较密，为12%～17%。运河水系中重要的流域或地区性骨干河道按排水方向有北排入太湖、东排入黄浦江及南排入杭州湾（钱塘江）等河道（胡尧文，2010）。运河水系本地产水及西部山区来水（东苕溪导流港东泄）主要通过河网调蓄后向东、向北泄入黄浦江。入黄浦江的水流大体又分成三路：一路承转杭州市城区、余杭区、德清县、桐乡市、湖州市郊来水，经由頔塘、澜溪塘为主的北排通道河道，在太浦河芦墟以西南岸汇入太浦河，排泄入黄浦江；另一路承转桐乡市、嘉北地区（嘉兴市秀洲区及嘉善县）来水，经由嘉北水系汇入圆泄泾入黄浦江；再一路承转铁路以南地区的嘉兴市郊、海宁市、海盐县、平湖市等来水由上海塘、广陈塘等汇入大泖港入黄浦江（王江飞，2015）。 上塘河水系：面积约398km2，主流上塘河北岸筑有堤防及闸堰，控制上塘河水位高出运河水系1.5m左右，形成单独小水系。历史上上塘河地区产水通过堰闸大部分排入运河水系（黄可谈，2008）。 随着一批水利工程，特别是“引江济太”工程的实施，太湖流域的水情格局发生了一些新的变化，浙江省环湖断面发生倒流的频率明显提高。杭嘉湖地区水资源总量为79.2亿m3（不含太湖补水量），占全省的8.3%；人均水资源占有量为743.4m3，远低于全省水平（1760m3/人）（王江飞，2015）。 1.3.2　主要入太湖及黄浦江河道 区域入太湖河道（溇港）历史上有34条，现今尚保留22条，主要有大钱港、罗溇、幻溇、濮溇、汤溇等5条。入湖溇港现状河道总底宽约100m，底高程0.84～2.34m，河道总长度约101km。 区域入黄浦江河道主要分为三部分：一是排水走廊系统（现称北排通道），主要有南横塘、北横塘、頔塘、双林塘、练市塘、九里塘、白马塘、金牛塘及澜溪塘等，总长度近690km，现状河道在江浙边界的总过水断面约690m2；二是嘉北水系，东西向骨干河道有三店塘、清凉港、新景港、红旗塘、横枫泾、俞汇塘及凤家圩港等；南北向骨干河道有苏嘉运河、梅潭港、芦墟塘、红菱塘、坟墩港、丁栅港等，总长度近230km；三是沪杭铁路以南入大泖港水系，主要有平湖塘、乍浦塘、上海塘、广陈塘等骨干河道，总长度约105km。 1.3.3　引调水工程布局 区域引调水工程包括环湖河道整治工程、太嘉河工程、平湖塘延伸拓浚工程、扩大杭嘉湖南排工程和清水入湖工程。其中，环太湖河道整治工程主要整治杭嘉湖东部平原两条入湖河溇——罗溇和濮溇；太嘉河工程主要整治杭嘉湖东部平原两条主要入湖骨干河道——幻溇和汤溇；平湖塘延伸拓浚工程由独山闸及独山干河、北市河、南市河、东市河、平湖塘、南郊河等配套河道组成；扩大杭嘉湖南排工程主要由长山河排水泵站、南台头排水泵站（包括南台头干河防冲加固工程）、杭州排涝枢纽工程（包括三堡排水泵站、八堡排水泵站）、长山河延伸拓浚工程、盐官下河延伸段整治工程、长水塘和洛塘河整治工程组成；清水入湖工程包括西苕溪整治工程、东苕溪整治工程、长兴港整治工程和杨家浦港整治工程（胡尧文，2010）。 1.4　水文情势分析 区域水文资料主要有76个水文站、水位站数据，以及77个雨量站日雨量数据，14个蒸发站日蒸发数据⑧。 区域11月至次年4月是非汛期，非汛期流域内河道保持了由南向北、由西向东的总体态势。区域主要入杭州湾及入太湖河流均建有闸站，主要作用是为当地的防洪排涝及供水服务。闸门的启闭根据当地水位决定，尽量维持在适宜水位范围内。非汛期一律采用自引或自排，不动用泵站。因此，非汛期河道由于兼具引水、排水功能，其流向受人为影响较大。 区域5～10月为汛期，主要排水去向东入黄浦江、南排杭州湾通道，充分利用太湖及上游水库调蓄。 1.5　水环境质量 2013年，区域44个省控地表水监测断面水质为Ⅱ类～劣Ⅴ类，其中Ⅱ类和Ⅲ类水质断面18个，占40.9%（Ⅱ类9.1%，Ⅲ类31.8%）；Ⅳ类7个，占15.9%；Ⅴ类和劣Ⅴ类19个，占43.2%（Ⅴ类25.0%，劣Ⅴ类18.2%）；满足功能要求断面占43.2%；总体水质为轻度污染，主要超标指标为氨氮、石油类和总磷，超标断面比例分别为45.5%、45.5%和43.2%。与2012年相比，达到或优于Ⅲ类水质断面比例下降2.3个百分点，劣Ⅴ类下降13.6个百分点；总体水质有所好转，但满足功能要求断面比例下降4.5个百分点⑨。 从各水系水质看，苕溪和泗安溪水质较好，均达到或优于Ⅲ类；湖州河网和运河水质为Ⅲ类～Ⅴ类；杭州河网水质为劣Ⅴ类；嘉兴河网水质为Ⅳ类～劣Ⅴ类（表1-1）。 2005～2013年，区域Ⅱ类～Ⅲ类水质断面比例在18.2%～43.2%，Ⅴ类～劣Ⅴ类水质断面比例在40.9%～59.1%，满足功能要求断面比例在18.2%～47.7%；