上海水质性缺水及主要成因

上海水质性缺水及主要成因

上海市位于长江和钱塘江入海汇合处，北界长江，东濒东海，南临杭州湾，西接江苏和浙江两省。上海陆地是在江海的水沙相互作用下冲积而成，总趋势是自西逐渐向东。作为长江三角洲冲积平原的一部分，上海平均高度为海拔4米左右。上海属北亚热带季风性气候，雨热同期，日照充分，雨量充沛，气候温和湿润，每年70%左右的雨量集中在5～9月的汛期。上海地区河湖众多，水网密布，现有河道33127条，长24915公里，河网密度为3.93公里/平方公里，面积569平方公里，湖泊26个，面积73.1平方公里。河道（湖面）总面积642.7平方公里，河面率为10.1%。上海河网大多属黄浦江水系，主要有黄浦江及其支流苏州河、川扬河、淀浦河等。淀山湖是上海市最大的湖泊，也是黄浦江上游重要的水源保护二级区和国家级水利风景区，青草沙是上海市最大的水库水源地。上海的河网水系受海洋、气象及上游径流影响较大，河道水流呈往复流状态，汛期高潮位高，进潮量大，多有增水现象，呈现出复杂、多样的水文特征。一上海面临严重的水质性缺水所谓水质性缺水，是指有可资利用的水资源，但这些水资源由于受到各种污染，致使水质恶化不能使用而缺水。上海正是处于这一尴尬境地，上海内河水质太差，长江来水偏少，东海咸潮频发，四面环水的上海可饮用水的水源实在太少。据文献披露，上海被列为全国36个水质性缺水城市之一，更是联合国预测21世纪饮用水缺乏的世界六大城市之一。以下几组数据可以反映上海市这一现状。1.上海市水资源量丰沛据统计，上海市多年平均年地表径流量约24亿立方米，2011年上海市地表水资源量为12.3亿立方米。同时，上海拥有广阔的外围水域，长江干流年过境水量约9335亿立方米，太湖流域年来水量约107亿立方米，黄浦江是太湖流域主要出口河道，来水经黄浦江等河网，先入长江口，最终归海。2011年长江过境水量约7250亿立方米，太湖流域来水量约140亿立方米，上海市水资源量可谓十分丰沛。2.上海市排污量大据上海市统计年鉴资料，1995～2010年，上海市年均废污水排放总量基本上在20亿吨左右，1995年为22.45亿吨，2011年为19.86亿吨。[1]其中，工业废水量呈逐年递减趋势，由1995年的11.61亿吨降至2011年的4.46亿吨；而随着人口的不断增加，城镇生活及其他污水排放量却在逐年攀升，2010年已占废污水排放总量的85.2%，2011年又有一定幅度的下降（见图1）。图11995～2011年上海市废污水排放量3.上海市河网水功能区达标率低图2和图3反映了上海市水功能区划的水质目标和2011年水功能区水质达标情况。按照国务院批复的《全国重要江河湖泊水功能区划》要求，这些水功能区水质目标到2030年要全面实现。显而易见，从目标上看，除崇明岛和水源地外，上海市大部分区域的水功能区水质目标为Ⅳ类或Ⅴ类，这一方面说明上海市现状河网水质很差，另一方面也说明水质治理在短期内难以取得明显效果。即使达到水功能区水质目标，上海市仍有很大一部分区域的河网水质在Ⅲ类以上，而Ⅲ类以上的水是不能作为生活饮用水地表水源地的。2011年，上海市水功能区个数达标率仅为16.0%，河长达标率21%，河网水体主要超标项目为氨氮、化学需氧量和溶解氧，河道水质污染以有机污染为主。2012年8月最新的监测数据表明，黄浦江部分河段溶解氧和总磷仍有超标。[2]图2上海市水功能区水质目标图3上海市水功能区水质目标及2011年水功能区达标率4.上海市水源地多次因污染而迁移上海市水源地的数次变迁可以说是上海市水质性缺水的一个典型例证。1911年，上海水源地选址在苏州河恒丰路桥附近；随着苏州河水质逐步恶化，上游水源取水口于1928年迁至黄浦江军工路段；至1978年，黄浦江下游的水质状况也让人失望，水厂的取水口被迫顺流而上，1987年，取水口移到了黄浦江上游临江段；到了1998年7月，取水口继续上移，移到了松浦大桥附近，但取自上游的开放式、流动性原水，大多属Ⅲ至Ⅳ类水，仍然存在一定的安全隐患，为了保证自来水的质量，水厂不得不采用重氯消毒杀菌；随着人口社会经济的发展，上海市现有水源地水量缺口较大、水源水质欠佳、安全保障度不高等矛盾日益凸现，因此，上海市经过近20年的跟踪研究、科学论证，决定在长江口建设青草沙水库，2011年长江口青草沙水库开始全面供水，约占全市原水供应量的70%左右，在一定程度上解决了水源水质的问题（见图4）。但是，上海市饮用水安全的风险仍然存在，2012年年初上海市市政协委员在提案中就提出由于长江氮、磷含量依然偏高，建议水务部门加强青草沙水源保护区的生态建设，采取有效措施，防止水库富营养化，避免产生蓝藻。图4上海市水源地的变迁5.长江的风险长江是中国水量最丰富的河流，长江水利委员会网站显示，长江水资源总量9616亿立方米，约占全国河流径流总量的36%，为黄河的20倍。长江的水质总体较好，长江流域水资源保护局发布的2012年7月监测数据表明，上游江苏省来水和陈行水库的水质均达到水功能区水质目标。但长江来水每月平均流量很不均衡，每年12月至次年3月的枯水期长江上游来水量减少，常常使长江口受到咸潮入侵的影响。而且长江沿岸约有40多万家化工企业，仅南京到上海，长江沿岸就有8个大型临港化工区，化工产业对长江水源的威胁，在下游尤其明显。2011年有638万吨的化学需氧量、203.6万吨营养盐（总磷和总氮）、2万吨的重金属通过长江口徐六泾断面排海。[3]如果长江口水质下降，极有可能会导致青草沙水源地水质恶化，水源地氮、磷物质浓度升高，富营养化风险加大。此外，长江水上运输繁忙，水上危险品运输泄漏等事件可能随时发生，2012年2月，一艘韩国籍货轮违法排污造成镇江自来水遭苯酚污染。二上海河湖水质变化过程1.骨干河道水质变化（以黄浦江和苏州河为例）据历史资料调查，黄浦江曾是一个主要渔业区，全江段均可捕鱼，在20世纪60、70年代，黄浦江水质总体良好，氨氮基本上处于2.0毫克/升以内。但从1978年起，上海的工业生产开始迅速发展，下游段干支河沿线工厂企业集中，废水与污水未经处理直排内河，造成水体污染加重，水体呈现灰、黑色，黄浦江下游段鱼、虾等水生物已近绝迹。到1990年，黄浦江水系3/4以上河段受到中等程度以上的污染，干流段2/3以上为不合格水。由于治污措施的相对滞后，在1996年之前，黄浦江水质一直处于不断恶化过程。从1996年起，上海市政府加大水环境治理力度，实施跨区域引清调水，以及太湖流域机构组织开展“引江济太”水资源调度，加大太浦河清水下泄量，黄浦江水质总体呈逐渐改善趋势。苏州河见证了上海快速工业化、城镇化进程，也为之付出了沉痛的代价，其水质恶化较黄浦江更早、更严重。1910年前，苏州河还是一河清水向东流，但随着沿河工业的发展，自1920年以后，每逢夏季高温，苏州河恒丰路桥附近出现严重污染，水中溶解氧近于零，氨氮高达5毫克/升以上，5日生化需氧量最高达40～98毫克/升，水中有毒物质酚竟达0.6毫克/升，鱼虾已不能存活。此后，污染进一步向上游扩散，1956年污染扩展到北新泾，1977年扩展到黄渡，20世纪80年代形成长达26公里的常年黑臭污水带，两岸脏乱、水体黑臭、鱼虾绝迹。为了恢复苏州河生态系统的良性循环，上海市从20世纪80年代就开始苏州河治理工作，从1999年起开始实施大规模的环境综合整治工程。据上海市苏州河环境综合整治领导小组办公室公布的资料，经过苏州河整治一、二期和正在开展的三期工程实施，苏州河干流在2000年年底基本消除黑臭，底泥中重现昆虫的幼虫，2001年市区河段出现成群的小型鱼类，自2002年以来市区河段的主要水质指标持续好转，2011年苏州河除氨氮（NH3-N）超标外，五日化学需氧量（BOD5）已降至5毫克/升左右。[4]2.淀山湖水质、水生态变化淀山湖曾是上海地区水质较好水体，从掌握的监测资料分析，1990年，淀山湖氨氮年均值为0.26毫克/升，溶解氧9.12毫克/升，有毒物质含量很低，但由于总磷、总氮浓度较高，湖体已呈现出富营养化状况。自2000年以来，淀山湖主要水质指标中，高锰酸盐指数逐步从Ⅳ类改善为Ⅲ类，氨氮2000～2007年呈升高趋势，由Ⅲ类水质恶化为劣Ⅴ类。自2008年后水质有所改善，但尚未恢复到Ⅲ类。富营养化指数亦呈现逐年下降趋势，但仍为中度富营养水平（见图5）。2010年污染源调查结果表明，生活污染、农业面源污染是淀山湖地区污染物主要来源。图52000～2011年淀山湖主要水质指标变化1985年9月，淀山湖首次暴发大面积蓝藻水华，历时达15天之久，当时淀山湖水面（上海境内）90%的湖面出现一层蓝藻水华。以后，每年均有不同程度的蓝藻水华现象出现。2000年后淀山湖水体营养化程度急剧增加，使得其发生藻类水华的频率是1999年前的2～3倍，且与淀山湖叶绿素a的增长趋势一致。2007年，淀山湖再次大规模暴发蓝藻水华，占据全湖将近80%的水面。此后，随着国务院《太湖流域水环境综合治理总体方案》的实施，淀山湖蓝藻水华发生次数相对较少，蓝藻密度明显降低。自1987以来，淀山湖浮游植物种类数呈明显下降趋势，生物多样性减少，富营养化的绿藻、隐藻和蓝藻增多；淀山湖底栖动物以软体动物、环节动物为主，有机污染指示生物的霍甫水丝蚓以优势种出现的频率较高，表明水质状况不容乐观。淀山湖鱼类多样性持续降低，减少趋势明显，从1959年的60属75种降至2006年的18属23种。三上海市水质性缺水原因分析1.历史欠账与现实压力双重影响自上海开埠以来，人口迅速增长。1910年人口已增至128.9万人，1950年人口达到492.7万，2011年上海市户籍人口已达到1419.36万人。工业迅速发展，城镇化率不断提高，2011年国民生产总值已达到19195.69亿元。由于人口增加、工业发展，上海市废污水排放量不断增加（见图6）。随着河网中污染物质越来越多，尤其是氨氮（NH3-N）、溶解氧、化学需氧量（COD）和石油类等污染物不断累积，已远远超出的水体自净能力，从而导致上海市河网水质不断恶化。上海市从2000年开始实施环保三年行动计划，其中水环境保护一直是环保三年行动计划的重要领域之一，截至2011年，环保三年行动计划已进行第四轮，开展的水环境治理项目326项，并取得了重要进展，饮用水安全保障得到进一步加强，污染减排取得重大突破，污水处理格局基本形成，河道综合整治卓有成效。但是由于污染积重难返，短期内仍难以恢复到污染前的水质。图61914～2011年上海市日均废污水排放量受河网水质现状影响，上海河网水环境容量严重不足。根据测算，满足上海水功能区目标的水环境容量COD、NH3-N、TP（总磷）分别为177945吨/年、10868吨/年、1109吨/年。但是上海市污染物入河量仍然较大，经初步核算，2011年上海市主要污染物COD、NH3-N、TP年入河量已分别达到177486吨、17436吨、2946吨，[5]NH3-N、TP入河污染负荷仍超过水环境容量。2.污水处理标准偏低，城市面源污染严重目前，上海市采用的污水排放标准有《污水综合排放标准》（GB8978-1996）、《上海市污水排放综合标准》（DB31/199-2009）、《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）等，排入水体的水质除青浦三镇要求排放达到一级A标准，其他区域排入水体的水质标准有一级B，甚至二级标准。以氨氮为例，一级A标准限值为8毫克/升，一级B标准限值为15毫克/升，二者相差近一倍，二级标准则为30毫克/升。虽然上海市污水处理率不断提高，2011年城镇污水处理率已达到83%，但是排放出的污染物浓度仍较高，加之排放量大，对河网中污染物量的增加贡献率仍较高。图7上海市排水系统分布图上海市城市面源污染（亦称为城市暴雨径流污染）也比较严重。上海市排水系统（见图7）市中心城区下水管道多为合流制排水，不下雨时，管道污水经污水处理厂处理后排放入河，每遇暴雨，为防止积水影响交通和居民生活，污水来不及送到处理管道就要预抽空，雨污水就通过同一根管道先排放入河，加之城市的商业区、街道、停车场等，聚集了一系列降雨径流污染物，如油类、盐分、氮、磷、有毒物质及城市垃圾，也随着初期雨水通过排水渠道或直接进入江河湖泊，从而造成河水黑臭，严重影响水环境。上海市水面率下降、可渗透地表的面积减少，断头浜、死水塘和阻水坝涵增多，自然水系受到较大程度的破坏，部分河道的自净能力和调蓄功能明显下降，更明显加重了这一过程。据水功能区水质监测资料分析，每到梅雨季节，上海市河网中的氨氮等污染物质的浓度大大增加。图8太湖流域上游省界来水水质3.太湖流域上游省界地区来水水质较差上海市地处太湖流域下游，黄浦江、苏州河、蕴藻浜、淀浦河等上海市主要骨干河道均源于苏、浙两地，淀山湖北部湖区属