国家水体污染控制与治理科技重大专项2.docx
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国家水体污染控制与治理科技重大专项2
国家水体污染控制与治理科技重大专项
太湖流域“十二五”科技需求
与目标任务的建议
(草稿)
(1.0版)
太湖流域实施方案编制组
二О一О年一月
目录
概述1
一、太湖流域水生态环境污染现状及主要环境问题2
(一)太湖流域背景2
(二)太湖流域水生态环境污染现状及发展趋势6
(三)存在的主要问题与原因分析21
二、“十一五”太湖流域水专项执行状况37
(一)“十一五”太湖流域水专项的主要目标与研究内容37
(二)“十一五”太湖流域水专项的主要进展及标志性成果51
三、“十二五”太湖流域水污染治理技术需求76
(一)太湖流域污染源系统治理、控源减负技术需求76
(二)太湖流域城镇饮用水安全保障成套技术78
(三)“十二五”太湖流域水资源优化调度的技术需求79
(四)太湖流域监控预警与环境管理技术80
四、“十二五”太湖流域的目标、技术路线、科学问题与预期成果83
(一)编制依据83
(二)十二五总体目标84
(三)总体思路与技术路线85
1.总体思路85
2.技术路线87
3.项目设置87
(四)主要科学问题与科技创新的主要方向88
1.主要科学问题88
2.科学创新的主要方向91
(五)示范区选择92
(六)“十二五”预期成果92
1.关键技术突破92
2.预期主要成果94
3.“十二五”考核指标94
项目1:
流域产业结构调整与清洁流域建设技术研究与示范97
1.目标97
2.重点任务97
3.关键技术及其科学问题98
4.示范工程、依托工程及配套条件99
5.预期成果与技术经济指标99
1.目标99
2.重点任务100
3.关键技术及其科学问题102
4.示范工程、依托工程及配套条件102
5.预期成果与技术经济指标103
项目2:
太湖流域城镇水污染控制技术与重点工业源控制技术与示范104
1.目标104
2.重点任务104
3.关键技术与科学问题105
4.预期成果和技术经济指标:
105
5.示范工程、依托工程及配套条件105
项目3:
流域面源污染综合治理技术集成研究与规模化示范105
1.目标105
2.重点任务105
3.关键技术与科学问题108
4.预期成果和技术经济指标:
108
5.示范工程、依托工程及配套条件109
项目4:
太湖区域饮用水源风险管理与安全保障技术集成与科技工程示范109
1.目标109
2.重点任务110
3.关键技术及其科学问题111
4.示范工程、依托工程及配套条件112
5.预期成果与技术经济指标114
项目5:
全流域水资源优化调度技术研究与示范115
1.目标115
2.重点任务115
3.关键技术及其科学问题117
4.示范工程、依托工程及配套条件117
5.预期成果与技术经济指标117
项目6:
太湖水污染防治与富营养化综合治理集成技术与综合示范117
1.目标117
2.重点任务118
3.关键技术及其科学问题120
4.示范工程、依托工程及配套条件121
5.预期成果与技术经济指标121
项目7:
太湖流域重点污染湖区及流域水质改善技术集成与科技工程示范122
1.目标122
2.重点任务122
3.关键技术及其科学问题123
4.示范工程、依托工程及配套条件124
5.预期成果与技术经济指标124
项目8:
太湖流域管理综合技术体系、政策和平台建设124
1.目标124
2.重点任务125
3.关键技术及其科学问题129
4.示范工程、依托工程及配套条件130
5.预期成果与技术经济指标130
项目9:
太湖流域“减负修复”核心技术及产品研发及产业化平台131
1.目标131
2.重点任务131
3.关键技术及其科学问题132
4.示范工程、依托工程及配套条件133
5.预期成果与技术经济指标133
六、支撑与关联行动134
(一)能力条件建设134
1.技术体系建设134
2.研究平台与基地建设135
3.管理机制与体系建设135
5.专业人才培养与队伍建设136
(二)项目的关联行动136
1.国家及国务院各部委的相关规划136
2.地方“十一五”规划及其实施方案136
3.国家各类科研计划136
4.地方各类科研计划137
5.各地正在实施的重大工程项目137
七、组织实施的效益、风险分析138
(一)技术市场分析138
(二)效益分析139
1.经济效益139
2.社会效益140
(三)环境效益141
(四)风险分析142
1.技术的风险分析与对策142
2、市场风险142
3、管理风险分析与对策143
4、推广应用前景及产业化可行性143
概述
太湖流域地跨苏、浙、皖、沪三省一市,是长江三角洲的核心区域,也是我国人口密度最大、工农业生产发达、国民经济产值和人均收入增长幅度最快的地区之一。
近年来,由于流域经济的快速发展和不合理的开发利用导致水体水质急剧恶化,饮用水安全受到严重威胁。
本方案以“调查研究-科学问题凝练-关键技术自主创新-工程示范”为设计思路,紧密结合国家经济社会发展战略、环境污染控制目标和地方政府需求,依据“全流域控制与湖泊治理相结合,控源与生态修复相结合,治理与管理相结合”的原则,在流域水环境承载力研究的基础上,通过对流域产业结构调整、污染源系统治理与流域生态建设等研究,科学制定产业结构调整与清洁利用建设方案与关键技术研发,并选择太湖重污染区水域开展水质改善为目标的技术集成研究和规模化科技工程示范与建设,选择流域典型区域饮用水源开展以饮用水安全保障与风险管理为目标的技术集成与科技工程示范;建立太湖流域环境监控预警与生态综合管理平台,综合运用法律、经济、技术和必要的行政等手段解决湖泊水污染问题。
以市场为导向,通过太湖流域“减负修复”核心技术研发和技术示范区的建设,形成产业化研发基地与大型流域治理的企业联盟,从而形成以太湖流域为代表的我国长江中下游大型浅水湖泊水体污染防治理念、技术路线和管理体制及机制,为“十三五”的工作提供基础,为解决其他流域的水污染治理、饮用水安全与富营养化控制提供可借鉴的理念、思路和技术支撑。
一、太湖流域水生态环境污染现状及主要环境问题
(一)太湖流域背景
1、太湖流域概况
太湖流域地处长江三角洲,位于长江下游河口段的南侧,北滨长江,东部及东南临海,西部与西南部以茅山山脉为界岭,和秦淮河、水阳江、钱塘江流域相邻,地跨江浙沪三省一市,流域总面积达36895km2(见图1-1),是我国经济最发达的地区之一,在全国占有举足轻重的地位。
图1-1太湖流域图
太湖湖泊面积2338km2,南北长68.5km,东西平均宽56km,湖岸线长405km,湖泊平均水深1.89m,最大水深2.6m,湖泊容积4.76km3,是流域内4300万人赖以生存的宝贵资源。
2、太湖流域地形地貌和气象
太湖流域西部山丘区面积7338平方公里,中部平原区面积19350平方公里,沿江滨海平原区面积7015平方公里。
平原区河网交织,水流流速缓慢。
太湖流域属亚热带季风气候区,四季分明,雨水丰沛,夏季炎热。
流域年平均气温14.9-16.2℃。
平均年日照时数1870-2225小时,平均年降水总量1010-1400毫米,多年平均水面蒸发量822毫米。
3、太湖流域平原水系特征与水资源状况
太湖湖体及其上游流域湖荡星罗棋布,河网如织,湖泊星罗棋布,水面总面积约5551平方公里。
面积大于0.5平方公里的湖泊有189个,总面积约3159平方公里。
湖泊面积40平方公里以上的6个。
太湖是流域内最大的湖泊,本区库容超过1亿立方米的大型水库有7座,总库容10.48亿立方米。
太湖流域平原河网纵横,江平流缓,境内河道纵横交错,总长度有12万公里,平均每平方公里河道长度3.2公里,在广大平原区构成网络状,称为“江南水网”。
平原区地势平坦河道水面平缓,流速缓慢,尾闾受潮汐影响,流向往复不定,一遇暴雨,涝水通过河网扩散;平时污染物也经河网蔓延、扩散。
出入太湖河流228条流域内河道水系以太湖为中心分成上游和下游两片。
上游片主要为发源于天目山南北麓的苕溪水系以及发源于茅山的南河水系、洮滆水系。
下游片主要为平原河网水系,其中,北部是以连通长江的浏河、望虞河、锡澄运河、德胜河、九曲河等主要河道组成的沿江水系,该水系兼具引、排双重功能,洪水期排水入长江,枯水期可引江水入太湖流域;东部是以淀山湖、澄湖、元荡、独墅湖等大中型湖泊,吴淞江、太浦河等太湖东部出水河道,斜塘、园泄泾、大泖港等黄浦江上游支流以及黄浦江组成的黄浦江水系;南部是以连通杭州湾的长山河、海盐塘、盐官下河、上塘河等河道组成的沿杭州湾水系;京杭大运河自谏壁至杭州,纵贯流域北部和东南部,连通了流域下游各主要水系,也是流域重要航道。
太湖流域多年平均水资源总量177.4亿立方米,人均、亩均水资源占有量分别为398立方米和727立方米。
长江多年平均过境水量9334亿立方米,2005年沿长江口门引水量81亿立方米。
太湖全年的入湖水量为80.11×108立方米,出湖水量为96.67×108立方米。
主要通过西部河网以及西苕溪、望虞河等河流汇入太湖,其中西部河网的入湖量占总入湖量的60%。
出湖水量主要通过太浦河、东苕溪以及东部河网汇出太湖,其中太浦河的出湖量占47%。
4、太湖流域土地利用特征
流域内有耕地2266万亩,比1985年减少384万亩,主要用于建设用地。
其中水田1856万亩,旱地410万亩。
流域用地状况,耕地占41%,水域15%,建设用地18%,其他用地26%。
流域内由于人口高度稠密,平均每人仅占有土地1.68亩,土地利用率达到很高程度,垦殖指数达到48.6%,耕地、园地和精养鱼池等集约型农业用地约占55%,耕地复种指数为210%。
湖荡众多,河网密布,水域面积达1030万亩,占土地总面积18.9%,且以湖荡水体为主。
流域人口的急剧增长、工业化与城市化的迅速发展,以及农业结构的调整是太湖流域土地利用类型变化的直接原因。
5、太湖流域社会经济特征
太湖流域是我国城镇密集、区域城市化水平较高的地区,也是我国最发达、经济发展最快的地区之一。
太湖流域行政区划包括江苏省苏南地区,浙江省的嘉兴、湖州二市及杭州市的一部分,上海市的大部分,共有30县(市),面积为36895平方公里。
其中江苏省占53%,浙江省占33.4%,上海市13.5%,安徽省占0.1%。
据统计,2007年人口约4359万人,约占全国3%,常住人口密度高达1181人/平方公里,而同期全国人口密度仅为130人/平方公里。
2005年太湖城市化率高达66.5%。
流域以占全国不到0.4%的土地面积,3%的人口,创造了占全国13%的国内生产总值,19%的财政收入。
2007年,太湖流域地区GDP为16474.66亿元,占全国的6.68%。
其中:
第一产业GDP为496.71亿元,第二产业GDP为9538.84亿元,第三产业GDP为6439.11亿元,第二产业所占比重最大,约占GDP总量的58%。
表1-12007年太湖流域社会经济状况
分区名称
土地面积
人口
人口密度
GDP
人均GDP
km2
(万人)
人/km2
亿元
万元/人
湖西重污染控制区
8663
446.90
516
1749.09
3.91
北部重污染控制区
6341
775.85
1224
6795.24
8.76
东部污染控制区
1650
235.31
1426
2295.29
9.75
865
67.98
786
1151.80
16.94
1093
79.32
726
618.00
7.79
620
46.38
748
440.27
9.49
东部污染控制区
4228
428.99
1015
4505.36
10.50
南部太浦污染控制区
3915.
336.81
860
1584.35
4.70
浙西污染控制区
8334
610.46
732.49
3498.48
5.73
表1-22007年太湖流域三产情况
分区名称
第一产值
第二产值
第三产值
比重
(一产、二产、三产)
(亿元)
(亿元)
(亿元)
湖西重污染控制区
103.71
1020.87
624.51
0.06
0.58
0.36
北部重污染控制区
99.26
4067.74
2628.24
0.01
0.60
0.39
东部污染控制区
64.89
2780.92
1659.55
0.01
0.62
0.37
南部太浦污染控制区
20.46
219.25
164.78
0.05
0.54
0.41
南部太浦污染控制区
97.07
949.39
537.89
0.06
0.60
0.34
浙西污染控制区
133.07
1626.83
1738.58
0.04
0.47
0.49
(二)太湖流域水生态环境污染现状及发展趋势
近二十多年来,随着流域经济快速发展和人口的高度集聚,造成流域污染负荷不断增加,加快了流域水环境恶化和湖泊富营养化。
2007-2008年太湖水质为劣Ⅴ类,处于中度富营养化水平,总氮尤其是氨氨超标严重;湖泊生态安全正处于明显恶化的过程,生态安全综合评价结果已处于“不安全”状态。
水质污染与水生态环境恶化使太湖蓝藻暴发频繁,影响到饮用水水源,并直接影响到流域城市的安全供水。
湖泊受到污染其根源在流域:
流域城镇化的快速发展和扩张,而环境基础设施功效不足、城镇联片、使工业和城市点源污染控制后的控源截污问题尤为突出,加上城市建设中雨污不分的排水系统,使得大量的城市生活污水直接排入城市河道中,苏州、无锡、常州等地区城市水环境污染突出;以农业面源污染和农村生活污染为主的面源污染严重,也逐渐成为太湖水污染防治的重点之一。
整个流域尚未形成与太湖水环境功能区划相适应的绿色流域。
1、太湖流域水生态环境污染现状及发展趋势
(1)太湖流域主要污染物产生量、入河量
太湖流域主要污染源分类为工业源、城镇生活源、农村生活源、农田径流源、畜禽养殖源及其他源六大类。
太湖流域分为五大污染控制区:
北部重污染控制区、湖西重污染控制区、浙西污染控制区、南部太浦污染控制区及东部污染控制区。
污染源调查覆盖流域面积2.97万平方公里,其中涵盖了31个县级行政区,319个镇,215个街道。
√流域主要污染物产生量
流域研究范围内COD、氨氮、TN及TP年产生量分别为:
236万吨、23万吨、42万吨及6万吨。
其中:
COD工业污染源约占21%,城镇生活源占29%,农村生活源占18%,农田径流源占6%,畜禽养殖占26%;
氨氮工业污染源占13%,城镇生活源占37%,农村生活源占14%,农田径流源占13%,畜禽养殖占23%。
图1-2流域主要污染物产生量
流域主要污染物产生量的区域分布有显著不同,以COD为例,年产生量主要以北部重污染控制区为重,占年产生量的32%,东部污染控制区和浙西污染控制区次之,分别占25%和24%,湖西污染控制区及南部太浦污染控制区分别为11%和8%。
图1-3流域COD产生量的区域分布
√流域主要污染物入河量
主要污染物入河量是对流域水体直接产生影响的部分。
流域研究范围内COD、氨氮、TN及TP年入河量分别为:
73万吨、7万吨、15万吨及1.3万吨。
其中:
COD工业污染源入河量约占27%,城镇生活源占32%,农村生活源占21%,农田径流源占2%,畜禽养殖占12%,其他污染源占12%;
氨氮工业污染源入河量占9%,城镇生活源占44%,农村生活源占25%,农田径流源占13%,畜禽养殖占7%。
其他污染源占2%;
TN工业污染源入河量占14%,城镇生活源占32%,农村生活源占18%,农田径流源占22%,畜禽养殖占10%。
其他污染源占4%;
TP工业污染源入河量占11%,城镇生活源占26%,农村生活源占19%,农田径流源占19%,畜禽养殖占22%。
其他污染源占3%;
图1-4流域主要污染物六大污染源入河量
(2)流域出入湖河流污染现状、主要污染物入湖总量
√环湖河流污染状况
2000-2007年,出入湖水系的水质类别以Ⅳ类和劣Ⅴ类为主。
2008-2009年,水质略有好转。
劣于Ⅴ类的河流占总24%,且均属于太湖西北入湖河流。
表明入湖河流的污染问题依然严峻。
太湖出湖河流水质明显好于入湖河流,总体水质以Ⅲ类为主。
图1-5太湖流域主要出入湖河流水质历史变化
√主要污染物入湖总量
经过对环太湖河流进出湖水量、污染物浓度、降水蒸发量、水资源利用量等监测数据进行统计和收支平衡分析,2007年环太湖入湖总水量为88.85亿m3,出湖总水量85.57亿m3,高锰酸盐指数、氨氮、总氮和总磷的年入湖总量分别达到6.73万吨、2.46万吨、4.40万吨和0.21万吨。
(3)太湖水环境承载力及其入湖污染负荷
根据江苏省政府批准实施的《江苏省地表水(环境)功能区划》近期(2010年)目标水质,按照污染带面积与排污量响应关系曲线可得排污口污染带面积控制在1~3km2时的排污量,太湖岸线总长为405km,根据混合带总长度小于太湖岸线长度的10%的原则,考虑不同风向风速频率组合,计算得到太湖湖体主要污染物水环境容量分别为COD:
13.3万t/a,TN:
7700t/a,TP:
545t/a。
与2007年太湖主要污染物入湖总量对比可以发现,COD入湖总量为21.5万t/a,是其容量的1.6倍,TN入湖总量为44000t/a,为其容量的5.7倍,TP入湖总量为2100t/a,为其容量的3.9倍。
太湖主要污染物入湖总量均远超过其水环境承载能力。
(4)流域主要生态环境现状
1)湖荡湿地面积锐减,水质恶化,水生植物衰退,污染物拦截与净化能力下降
由于太湖上游地区水系发达,湖荡湿地密布,对太湖流域污染物拦截和水质净化具有重要作用。
但由于流域湖荡生态系统功能退化,对污染物净化和拦截能力下降。
受太湖城市化、水体高密度养殖、污染排放增加等影响,湖荡水体生态退化严重,水生生物多样性全面衰退。
湖荡生态系统的退化势必会削弱和降低其污染物转化和拦截功能。
目前,太湖湖荡湿地面积1300多km2,苏锡常三市辖区分布最为密集。
东部污染控制区的湖荡湿地所占比例最大,超过50%,其次为湖西重污染控制区、北部重污染控制区、浙西污染控制区以及南部太浦污染控制区。
重污染的区域主要集中在流域西北部,即常州和无锡辖区。
湖荡湿地水质富营养化污染状况大致可划分为4大类,其中1类是水质污染最为严重的湖荡,高锰酸钾指数和氨氮严重超标的样点,地理上主要分布于太湖流域西北部;2类是水质污染次严重的湖荡,部分指标严重超标,地理上主要也分布于太湖流域西北部;3类是污染相对较轻的湖荡,主要分布于太湖流域东南部;第4类是污染最轻的湖荡,主要分布于太湖流域东南部。
2)蓄水位以上岸滩生态系统几乎均被破坏,湖滨带生态环境结构破坏严重
由于太湖水域面积宽广,湖周湖岸线距离长,历年少有针对整个太湖湖滨带的大规模调查。
对太湖湖滨带水生植物群落的调查多以东太湖、西太湖以及梅粱湾等局部区域开展。
本节收集整理了以往不同湖区所开展的调查数据,从零散资料中分析不同湖区湖滨带水生植物群落的历史演变趋势。
整体来看,全太湖自上世纪80年代末以来,由于污染物排放不断增加,水体已处于重富营养化状态,造成藻类竞争优势扩大而沉水植物面积和种类大幅度缩减,大部分沿岸已仅剩下零星的芦苇丛。
目前,除沿岸生长有芦苇和少量湿生植物外,距岸40m之外,水体中已无任何大型水生植物生长。
上世纪90年代太湖大堤工程的建设,使太湖滨岸区的湿地生态系统受到破坏。
筑堤和围垦改变了湖滨湿地的水文过程和浅滩环境,不仅使湖滨带景观破碎、湿生植物群落萎缩,而且也破坏了适合大型水生植物生长的环境条件,造成滨岸区的水生植物群落类型较为单一,覆盖度较低,生物量大幅下降。
水生植被优势种发生一定的变化,适应富营养化的种类逐步成为优势种,生存空间逐步向东部湖区扩展。
东太湖水体营养水平在不断提高,水生植物生物量迅速增加,加剧了湖底的淤积,致使东太湖湖底抬高、沼泽化趋势已经十分明显。
太湖水体富营养化程度不断加重,水生生态系统严重退化,太湖的水生生态系统健康状况整体呈下降趋势。
近几十年来,太湖流域经济不断快速发展,湖滨带挺水植物分布面积不断缩小,如下图3.3-17所示。
上世纪80年代初湖滨带挺水植物面积为64.6km2,上世纪90年代下降趋势较快,到2008年,挺水植物面积相对上世纪80年代缩小了90%。
在东太湖,挺水植物面积缩小尤为剧烈;上世纪90年代中期东太湖挺水植物面积为40.5km2,之后面积迅速减少,到2008年仅为90年代中期的0.2%。
在生物量变化上,由于挺水植物分布面积的大量减少,挺水植物总生物量也不断缩小。
上世纪80年代初的总生物量达到34.8万吨,后不断减少,2008年下降至4.8万吨,仅为1981年的14%。
东太湖挺水植物生物量下降也很快,特别是九十年代后期,到2002年为4.33万吨,相比上世纪80年代初减少了84%,到2008年,挺水植物生物量仅为0.07万吨。
3)水华暴发面积大,内源负荷严重,生物多样性下降,食物网功能部分丧失
按照地表水环境质量标准(GB3838-2002)评价,2000年太湖受总氮、总磷污染影响总体水质为Ⅴ类,2001-2007年,太湖总体受总氮影响,水质均劣于Ⅴ类。
2000-2007年的综合污染指数变化呈波动式下降。
2001年,太湖的综合污染指数由2000年的5.88上升为5.92,而后,呈下降趋势,2003年综合污染指数降至最低,为5.08;2003年-2006年,水域综合污染指数逐年上升,2006年升至5.59;2007年,水体污染状况略有好转,综合污染指数略有下降,为5.17。
2000年,太湖湖体总氮浓度为1.86毫克/升,超过Ⅳ类标准,总磷浓度为0.11毫克/升,也超过Ⅳ类标准(图)。
2001-2007,总氮年均浓度均高于2.0毫克/升,超过Ⅴ类标准,总磷的年均浓度均高于0.05毫克/升,超过Ⅲ类标准。
2007年太湖受总氮污染影响,总体水质劣于Ⅴ类标准,除湖心区水质为Ⅴ类外,其余湖区水质均劣于Ⅴ类。
其中,西部沿岸区和梅梁湖水域污染最为严重,综合污染指数分别高达9.03和8.52,其次为梅梁湖,综合污染指数为7.29,湖心区和东部沿岸区水质相对较好。
太湖湖体水质呈波动变化。
2003-2006年,富营养化指数呈上升趋势,太湖全湖由轻度富营养化变为中度富营养化;2006年之后,富营养化指数又逐年下降,水质呈好转趋势,这主要是太湖流域实施了严格的排污标准,又进行了生态恢复工程,这些措施发挥了重要的作用,使得太湖水质转好。
太湖蓝藻暴发区集中在竺山湖、梅梁湾、贡湖、大太湖及西部沿岸,并有不断扩大化的趋势。
此外,暴发频次和持续时间近年来不断增加。
6月-10月是蓝藻水华高暴发次数集中月份。
太湖淤泥总蓄积量约为19亿m3,淤泥区面积可占到太湖湖
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