2022, Vol. 34 
(2: 太湖流域管理局水文局(信息中心)，上海 200434)
(2: Bureau of Hydrology Information Center of Taihu Basin Authority, Shanghai 200434, P.R.China)
太湖流域位于长三角核心区域，是我国工业化程度和城市化水平最高的地区之一，也是我国综合实力最强的区域之一. 20世纪末，由于太湖流域不合理的经济增长方式，流域水问题凸显，主要表现在流域本地水资源量不足，水污染较为严重，水质型缺水状况较为突出等方面，制约着社会经济可持续发展. 据2000年监测结果，流域河网80 % 水体水质劣于地表水Ⅲ类标准，太湖83 % 水体达到富营养水平，夏季时有蓝藻暴发，严重威胁太湖流域大中城市供水安全[1-2]. 太湖水污染问题早已引起党中央、国务院的高度重视和社会的广泛关注[3-4]，按照国务院要求，为保障人民群众饮水安全，由水利部统一管理、合理配置水资源，采取节水、调水、清淤等综合治理措施，改善太湖水环境质量. 经过各方共同努力，在水利部太湖流域管理局有效组织下，在受到人类活动高度影响的大型复杂平原河网和湖泊地区开展“引江济太”原型试验，依托已建治太骨干水利工程，利用望虞河调引长江清水入太湖及周边河网，并结合雨洪资源利用，通过太浦河等环湖口门向太湖周边城市及下游地区供水(图 1)，增加流域水资源量，加快河湖水体流动，促进水环境改善和水生态修复[5-6].
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图 1 太湖流域“引江济太”调水示意图 Fig.1 Diagram of water diversion project from Yangtze River to Lake Taihu |
“引江济太”是一项复杂的系统工程，涉及到流域气候演变、经济社会发展、洪涝风险、水资源配置、生态环境和泥沙淤积等复杂因素. “引江济太”调水试验就是要探讨流域引水与防洪、用水、排水的关系，分析清水入湖对改善太湖水体水质和复苏河湖生态的作用，探索运行管理体制与机制，为保障流域防洪、供水和水生态安全提供技术支持[7-9]. “引江济太”由调水试验，到扩大试验，再到常规运行，2007年无锡供水危机后实施的太湖流域水环境综合治理将其作为遏制太湖蓝藻暴发、确保太湖水源地供水安全的重要措施之一[10]. 通过“引江济太”等太湖综合治理和系统治理措施，太湖流域水环境状况显著提高，河湖水体置换加快，太湖以及入湖河道水质明显好转，保障了重要城市水安全[11-13]. 太湖流域治理稳步推进，但影响太湖水质改善的因素依然复杂，恢复良好的生态环境需要长期的过程. 近年来，流域水情、工情、水环境、水生态及区域工程引排格局发生了较大变化，在当前全球气候变化和流域区域一体化高质量发展背景下，太湖流域治理管理面临新形势、新任务，也面临一系列新挑战，突出体现在水环境治理形势更加严峻、流域多目标协调调度更加困难、人民对水安全的需求更加迫切等方面. 统筹防洪、供水、水生态、水环境等不同需求的流域多目标调度问题复杂，以“引江济太”为主的流域水资源调度仍需在实践中细化和完善. “引江济太”实施20年来，影响深远广泛，很多学者对其进行了广泛的研究[10-13]，但对“引江济太”系统研究分析较少. 基于此，本文深入总结“引江济太”20年来的实践成效和经验，分析“引江济太”在保障流域水安全方面所面临的困难和挑战，探索流域治理管理模式创新[14]，对保障流域水安全，持续维护河湖健康，服务长三角一体化高质量发展，具有重要的理论和实践意义.
1 实践过程、数据来源和分析方法 1.1 “引江济太”实践过程 1.1.1 试验探索阶段(2002—2006年)2002年1月30日“引江济太”调水试验正式开始，初期重点开展沿江不同引排调度方式下望虞河入湖效率、望虞河东岸口门运行对西岸超标污水入望虞河及入湖效率、环太湖工程运行方式与改善太湖及周边水环境等综合影响研究，通过两年试验顺利完成预期的试验目标和任务[2, 15]，共调引长江水42.2×108 m3，入太湖清水20.0×108 m3，通过太浦闸向下游供水32.2×108 m3，实现了流域水资源优化配置，加快了太湖及周边河网水体流动，提高了水体自净能力，改善了水环境，保障了流域内居民生活用水和重要城市工农业用水. 为进一步扩大“引江济太”受益范围，提高流域水资源水环境承载能力，2004年起重点围绕加大引水力度对改善太湖水质和河网水环境[16-17]、望虞河东岸口门运行方式对下游阳澄淀泖区供水和水环境[18]、环太湖口门调整方式对杭嘉湖地区供水和水环境[19]、太浦闸控制运用对下游及黄浦江取水口水量水质等影响研究[20-22]，并积极探索”引江济太”长效运行的体制机制.
1.1.2 拓展实践阶段(2007—2011年)在探索“引江济太”转入改善太湖水环境、保障太湖供水安全等长效运行的同时[23]，结合水雨情、相机开展“引江济太”改善杭嘉湖地区水环境试验、望虞河东岸口门运行对入湖效率和改善苏州城市水环境影响研究、沿江口门联合运行对改善常镇地区调水试验、保障上海重大水源地切换等探索研究[24]，进一步拓展“引江济太”范围，并在实践中不断丰富调水内涵，提升流域供水保障能力，使“引江济太”成为惠及全流域的重要调度手段，特别是在应对2007年无锡供水危机[25]，有效保障2010年上海世博会[26]、2011年持续严重气象干旱下的流域供水安全[27]等方面发挥了重要作用.
与此同时，着眼长远，不断完善“引江济太”机制. 在各方努力推动下，2009年水利部批复了《太湖流域引江济太调度方案》，2011年国家防汛抗旱总指挥部批复了《太湖流域洪水与水量调度方案》[28]，2011年国务院颁布施行了《太湖流域管理条例》，为“引江济太”规范化、标准化和精细化提供了制度保障.
1.1.3 延伸升华阶段(2012—2021年)流域各级政府坚持新发展理念，积极践行习近平总书记提出的“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”治水思路，认真落实法律法规和批复的调度方案，深入推进太湖流域水环境综合治理，实行最严格的水资源管理制度，持续深化提升“引江济太”. 立足于“控水位、促流动、防蓝藻、保供水”的目标，“边引边排、小引大排、供排结合”等调度措施，在关注应急调水的同时，更加重视流域冬春季供水安全保障问题，为预防春季太湖蓝藻暴发赢得主动[29]. 通过建设太湖流域水资源监控与保护系统[30]、智慧太湖一期工程[31]，建立水环境信息共享机制[32]，统筹增加水资源、保障供水安全、复苏水生态、改善水环境等需求[33]，依法科学实施“引江济太”，实现太湖与长江、周边河网互动，增加流域供水，促进水体有序流动，缩短换水周期，太湖水质持续改善[11, 13]，美丽幸福太湖建设取得显著成效[34].
1.2 数据来源“引江济太”始于2000年太湖流域应急调水[2]，正式启动于2002年初，依托太湖流域平原河网开展原型科学试验，采用水文学、水动力学、环境科学、生态学、信息技术等多学科交叉的途径，进行技术攻关、系统集成和应用实践. 在调水试验和应急调水中，太湖流域管理局组织有关省市和合作单位开展了大规模的水文水资源同步监测. 根据调水需求，及时优化监测站点布局和监测频次，联合开展了引水影响区域内望虞河、太浦河等环太湖出入湖主要河道的重要断面和节点安排布置水量、水质进行常规监测，重点监测太湖、望虞河、太浦河等重要水体水量水质、蓝藻丰度等；建立了太湖湖体、饮用水水源地和出入湖河道水资源动态监测系统，涵盖水位、流量、水质、蓝藻丰度等水文气象和水生态要素等，系统收集了大量的实测数据，为科学、精准调控水利工程提供及时、可靠的决策支持，仅2002—2006年第一阶段就收集监测了55万组水文、环境、气象、泥沙和生态数据. 2007年“引江济太”不断延伸、深化、升华，截至2021年相继开展了53次“引江济太”调水(表 1). 与此同时，科研院校结合国家重点研发计划、水专项等与太湖相关的课题，开展原型观测、实验和研究等，积累了大量的研究成果和文献[14].
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表 1 2002—2021年历年分阶段“引江济太”调水事件 Tab. 1 Water diversion events from Yangtze River to Lake Taihu in different stages from 2002 to 2021 |
本文所采用的太湖流域重要站点、重要断面等的水文水资源数据来自流域机构和地方水文部门的资料整编成果，其它水文水资源监测统计数据来自太湖流域管理局组织编制的年度《太湖流域水资源公报》《太湖流域水情年报》《太湖流域引江济太年报》《太湖健康白皮书》等.
1.3 分析方法通过收集核心期刊、经典著作、专职部门的研究报告、重要的观点和论述等，深入探讨“引江济太”有关实践、成效等；根据2002—2021年53次“引江济太”调水事件，梳理了太湖水位、环太湖主要入湖水量水质等数据；依据《太湖流域引江济太调度方案》《太湖流域洪水与水量调度方案》及年度《引江济太调度计划》，基于数理统计法，研判调水期间的太湖防洪风险、入湖水量水质保障能力等；利用SPSS 25软件对调水事件的驱动因子进行主成分分析后综合评分.
2 成效分析 2.1 实现了利用水利工程提升水资源和水环境承载能力的目标“引江济太”以太湖流域骨干水利工程调控为依托，以提升太湖及河网水资源水环境承载能力为重点，以流域水资源的可持续利用支撑经济社会可持续发展为目标，将长江水调入太湖并供给望虞河两岸地区，经太湖调蓄后，将太湖清水供给到太浦河下游及环太湖周边地区，以促使湖湾水体加快交换，增加流域水环境容量、水资源供给，改善太湖和河网水体水质，初步回答了时任国务院总理温家宝对“引江济太”提出的“以动治静，以清释污，以丰补枯，改善水质”的要求.
以动治静，加快了太湖及河网水体流动. 通过骨干工程调度，将长江清水以100~120 m3/s的流量引入太湖，保持并适当抬高太湖和河网水位，河网水量的增加使广大平原河网水动力条件得到增强，太湖换水水龄减小[11, 13, 35]；望虞河、太浦河沿线河网及太湖贡湖水域水体流速明显加快，受益地区河网流速由原来的0.1 m/s提高到0.2~0.3 m/s[2, 36]；引水后，由于进入望虞河的水量稳定且水质好，望虞河的稀释能力和自净能力明显提高，环湖周边河网的稀释能力和自净能力也随之逐步提高，高锰酸盐指数、氨氮、总磷、总氮的降解系数分别为0.06、0.04、0.02和0.04 d-1[35]，太湖及河网水质得到不同程度的改善[4-5]，受益范围最大可达2万km2，约占流域河网面积的2/3.
以丰补枯，增加了流域水资源的有效供给，保证了流域各地的生活、生产和生态用水需求，满足了流域航运、电力、渔业、旅游等行业用水需求[37]；特别是在2011年上半年太湖流域发生近60年来同期最严重的气象干旱，以及2013年流域出梅后持续高温少雨、多地气温及持续时间创历史记录时，通过实施“引江济太”(图 2)，有效减缓了太湖及地区河网水位下降趋势，极大地避免了太湖水位低于2.80 m(太湖旱限水位)，为周边地区用水创造了有利条件[27, 38]，也促进了水体流动，增加了太湖水环境容量[39].
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图 2 2011和2013年流域发生干旱时望亭入湖量与太湖水位的对比 Fig.2 Comparison of Wangting diversion and Lake Taihu level during drought in 2011 and 2013 |
改善水质，在蓝藻水华暴发时，引长江Ⅱ~Ⅲ类水入太湖，增加湖体水环境容量，适度降低藻丰度、缓解藻华危害[40-42]；强力推进流域综合治理，完善水资源配置和工程调度，实施流域骨干引排工程和水源地建设、蓝藻打捞、底泥疏浚、水生态修复，水质改善成效显著：与2007年相比，除总磷浓度处在高位波动外，太湖富营养化关键性水质指标氨氮、高锰酸盐指数已明显下降[11-12](图 3)；尤其是2020年后，望虞河西岸控制工程启用后有效减少了望虞河与西岸地区的水量交换，保证了望虞河引江入湖的水量，望亭水利枢纽引水入湖水质始终保持优异(Ⅱ~Ⅲ类)，受益水体水质优于Ⅱ类水标准的监测断面比例上升了30 %，改善范围也随着引水量的增加而增加. 局部河网和湖湾因受特殊地形、水系特性、引水顶托、污染治理不力、生态系统受损等影响，水环境改善不够明显，甚至出现恶化的趋势[43-46]；鉴于生态修复工程可以弥补调水在局部湖区水质改善效果不足的短板，如冬春季适时开展”引江济太”，统筹汛前期防洪安全、供水安全，科学调控太浦闸流量，保持太湖适宜水位，有利于促进太湖水草生长[47]，二者结合使太湖整体水环境、水生态得到了改善.
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图 3 近年来太湖主要水质指标变化 Fig.3 Changes of main water quality indexes in Lake Taihu in recent years |
“引江济太”启动之初就遵循确有需要、生态安全、可以持续的重大水利工程论证原则，以科技为先导，以试验为依托，紧紧围绕调水中存在的问题，联合有关科研院校开展多学科技术攻关，利用治太骨干工程进行跨流域调水原型试验和观测研究，并采用数值模拟和系统集成技术，开展长江来水与太湖用水的关系、太湖引水与防洪排水的关系、调水泥沙淤积影响、望虞河引水规模与环境影响等专题研究论证[6]，同时对大型平原河网水量水质联合调度[48]、太湖富营养化机制[49]、调水区与受水区的利益关系[18-19]等进行了深入研究，为扩大和持续开展“引江济太”，合理利用长江水资源改善太湖及河网水生态环境、保障水源地供水安全提供科学依据.
经过“引江济太”实践探索和大量数据系统分析，联合调控“引江济太”骨干工程(图 1)，长江清水5~6天就可以通过望虞河入太湖，控制望亭水利枢纽入湖水量为80~100 m3/s为宜. 探索利用太湖雨洪资源向下游增加流域供水，可保障太浦河下游水源地供水安全，且最大限度地节约调水试验资金. 调水期间，太湖水位不宜超过太湖防洪控制水位，严格控制入湖水质总磷、高锰酸盐指数等主要调度指标优于Ⅲ类，新辟望虞河西岸地区排水专道，提高望虞河引长江水入太湖的效果(东岸分流不宜超过常熟水利枢纽引水的30 % 且不超过50 m3/s，维持望虞河干流水位，避免西岸劣质水入望虞河).
望虞河长江充沛水量与入湖优质水量为改善太湖和河网水环境、提供环湖周边地区用水等提供了水源保障，通过加快水体流动[35]、降低湖体藻类丰度[40]、改善太湖部分湖区的水动力特征[46]，提高了太湖周边水源地供水安全的保障程度(图 1)，缓解夏季水华暴发态势、确保太湖安全度夏. 实践证明，“引江济太”在应对处置2007年无锡供水危机[25]、2017和2020年太湖北部湖湾蓝藻暴发、2020年贡湖水源地周边水质异常中发挥了重要作用；但近10年来太湖蓝藻水华强度仍有明显上升趋势，其根本原因是入湖污染物总量远超湖泊水环境容量，太湖藻型生境没有改变，只要气温、光照、风力等外部条件具备，太湖就可能大面积暴发蓝藻水华；冬季水温升高、夏季东南风风速减弱等均是蓝藻丰度升高、水华影响范围扩大的多方面原因[50].
“引江济太”是一种多尺度、流域性与区域性并存的水工程调度，通过组织加强流域监测、预测、决策等调控能力建设，可以使洪水调度和水资源调度有机结合、流域调度和区域调度有机结合、水量调度和水质调度有机结合、汛期调度和非汛期调度有机结合，调控太湖水位，适度承受风险，优化水资源调度，提升太湖自净能力，实现流域防洪安全和供水安全，促进流域水环境、水生态的好转[33, 51]. 根据区域水文系统要素变化的特点，提出了利用太湖调控流域和河网，形成流域、区域、太湖3个层次相结合的河网多层次、多途径调水循环体系的新构思，制定了“引江济太”面对太湖及河网不同情势的实施方案和应对突发水污染事件的应急预案；建成了水资源监测系统，统筹防洪、供水和改善水环境、水生态的需要，实现水量水质实时联合调度，不断推进流域综合治理、统一调度.
2.3 成功应对了流域重要水源地的供水危机，有效保障了国家重大活动期间供水安全多年来，“引江济太”通过望虞河引水、太浦河供水，提高了太湖河网的水环境容量，促使太湖北部湖湾水体加快交换，产生的动力掺混环境，有利于抑制湖湾蓝藻水华的发生. 2007年5月底，太湖梅梁湖、贡湖等湖湾出现大规模蓝藻水华，位于太湖贡湖的无锡市锡东、南泉水厂水源地甚至出现黑臭水体，供水安全受到严重威胁. 为应对无锡市供水危机，紧急启动“引江济太”，最大限度地加大望虞河引江入湖水量，直接受水的贡湖水域水质明显好转，承担着无锡市20 % 居民供水的锡东水厂水质迅速稳定[25]. 2020年5月，受持续高温少雨影响，梅梁湖、贡湖等出现较大面积蓝藻水华(图 4a). 为保障太湖安全度夏，5月21日-6月2日实施了“引江济太”调水，有效缓解了太湖北部水源地蓝藻暴发的严峻形势，其中锡东水厂水源地改善效果最为明显(图 4b). 2021年首度实现Ⅱ类水入湖目标，助力太湖连续14年实现“确保饮用水安全、确保不发生大面积水质黑臭”[52-53].
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图 4 2020年5月下旬“引江济太”缓解太湖北部湖湾蓝藻暴发 Fig.4 The effect of alleviating cyanobacteria outbreak by emergency water diversion from Yangtze River to Lake Taihu, late May 2020 |
“引江济太”是实现“静态河网、动态水体、科学调度、合理配置”战略目标的重大举措，最终目标是通过望虞河将长江水引入太湖，由此带动其他水利工程的优化调度，加快水体流动，提高水体自净能力，实现流域水资源优化配置，改善河湖水生态、水环境. 调水期间，引入的长江水通过望虞河东岸口门分流入阳澄淀泖区、西岸口门分流入武澄锡虞区，引水主干河道望虞河水质改善最为明显，连接望虞河的武澄锡虞区东部河道水质改善次之，阳澄淀泖区也得到不同程度的改善. 根据实测水质资料对比分析表明，引水期间望虞河干流诸断面改善1~3个水质类别，运河与望虞河交汇处下游一定范围内水质改善1个类别，武澄锡虞区东部靠近望虞河的河段改善2~3个类别，阳澄淀泖区靠近望虞河断面水质改善1个类别[2]，特别是2004年主汛期，通过联合苏州市区西塘河引水工程，成功实施了第28届世界遗产大会在苏州召开期间的区域水环境调度工作.
经太湖调蓄后，通过太浦河闸(泵)等环太湖口门将太湖清水供给到太浦河下游及环太湖周边地区，对区域水质发挥了明显的改善作用，嘉兴市范围内水体Ⅴ类和超Ⅴ类水体减少了20 % [2]；且由于太浦河闸门由常关改为常开的调度，太浦河的水动力条件和水质均更有利于生活、生产和生态用水的要求，保障太湖下游地区浙江省和上海市饮用水水源地向太浦河取水的原水厂工程如期建成，如浙江省嘉善-平湖水源地、上海市金泽水库水源地等. 通过太浦闸常年向下游地区供水，在2006年上海合作组织峰会、2010年上海世博会、2018—2021年四届上海进博会期间提供了富有成效的供水保障；针对流域内突发水污染事件，通过实施“引江济太”供水应急调度，有效处置了2003年黄浦江上游重大突发燃油污染事故、2013年上海金山朱泾突发水污染事件、2017年红旗塘上游突发水污染事件、2014—2017年7次太浦河锑浓度异常事件等[54-55]；2018年以来，多次提前防范、及时开启太浦河泵站向下游应急供水，太浦河水源地锑浓度再未出现异常. 实践证明，“引江济太”在应对供水安全风险，改善水生态环境和城乡供水安全保障体系中发挥了重要作用，党中央、国务院关于太湖流域综合治理的决策是完全正确的[2].
3 讨论 3.1 “引江济太”对太湖防洪风险影响分析 3.1.1 调水期间太湖水位与防洪控制水位对比分析保障流域防洪安全是首要问题，也是“引江济太”保供水安全实施过程面临的最大问题[2, 5]. 统计分析2002—2021年53次“引江济太”，太湖最低水位2.80 m，发生在2011年；太湖最高水位3.49 m，发生在2015年(图 5). “引江济太”实施后，沿江调水规模明显增加，由湖西入湖水量明显加大[11, 13, 56-57]，给流域防洪带来潜在威胁.
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图 5 2002—2021年“引江济太”期间太湖水位统计 Fig.5 Statistics of Lake Taihu water level during water diversion period from Yangtze River to Lake Taihu, 2002-2021 |
根据不同调度方案和年度调度计划，53次“引江济太”期间太湖水位超过防洪控制水位的共有14次(图 6)，占比为26 %. 其中，属于应急调水的有4次(事件编号为200701、201702、202003、202103)；超过防洪控制水位在0.05 m内的有2次(200601、201401)；超过防洪控制水位的天数控制在5天以内的有3次(200201、200401、201003)；超过防洪控制水位的天数控制在15天以内的2次，为保障省市重大活动(200402、200602)；余下的3次为根据省市需求实施“引江济太”(200801、200901、201002).
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图 6 2002—2021年“引江济太”期间太湖水位与调度控制水位对比 Fig.6 Comparison between Lake Taihu water level and dispatching control level duing water diversion period from Yangtze River to Lake Taihu, 2002-2021 |
太湖流域汛期(5—9月)受持续降雨、区域洪涝水及下游潮汐顶托影响，太湖水位易涨难消[28, 38]. 同时，也是太湖蓝藻水华高发频发、威胁供水安全的季节. 2007年无锡供水危机事件后，为了加快水体流动，有效抑制蓝藻大规模聚集，保障太湖贡湖湾水源地供水安全，因地方人民政府需求，经商各省市报水利部同意，3次(200801、200901、201002)临近主汛期实施“引江济太”(图 7)，略超防洪控制水位，但持续时间较长. 后期遭强降雨或台风影响，太湖水位迅速上涨，最高水位达3.82~4.20 m，给流域防汛带来较大压力[58-59].
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图 7 超过防洪控制水位情况下实施“引江济太”的太湖水位与降雨量统计 Fig.7 Statistics of water level and rainfall of Lake Taihu when the level exceeding flood control level |
在低于防洪控制水位的情况下实施的39次“引江济太”，调水期间太湖水位较低，但后期叠加强降雨、发生旱涝急转的有3次(200502、201101、202002)，太湖水位陡涨；后期遭遇强台风4次(2007“韦帕”“罗莎”、2012“海葵”、2013“菲特”、2016“莫兰蒂”“鲇鱼”)(图 8). 汛前或汛期实施“引江济太”，发生旱涝急转共10次，达19 %，给“引江济太”调度和区域防洪带来了明显挑战[38].
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图 8 低于防洪控制水位情况下实施“引江济太”的太湖水位与降雨量统计 Fig.8 Statistics of water level and rainfall of Lake Taihu when the level below flood control level |
太湖水位变化受流域降雨、城镇化和水利工程调度等多种因素影响，其中降雨是主要影响因子[38, 58-59]. 太湖流域降雨的季节性变化特征十分明显，年内降水主要集中在6—7月梅雨期和8—9月台风期，流域性洪水主要由梅雨暴雨造成，如1954、1991、1999、2016和2020年流域性洪水或特大洪水. 影响流域的台风70 % 集中在7月下旬至9月，近10年10月份、影响太湖流域的台风由7年/次增加至2年/次[60-61]. 2007年以来年均入太湖水量较1986—2006年增加30.2×108 m3，其中以湖西区入湖水量增加最为显著[62-63]，加上快速城镇化的影响，太湖平均水位呈上升趋势[59, 64]，2012—2021年均太湖水位较2002—2011年均偏高0.13 m(图 9). 如春夏，或夏秋实施“引江济太”，则前期遭遇梅雨，或后期遭遇台风的几率显著增加，调水风险陡增.
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图 9 年度太湖水位变化趋势 Fig.9 The variation trend of annual Lake Taihu water level |
2002—2021年，通过望虞河常熟水利枢纽共引长江优质水源327.3×108 m3，通过望亭水利枢纽引水入太湖151.0×108 m3，相当于3.4倍太湖多年平均蓄水量；其中，2011年引江水量与入湖水量最大，分别为29.9×108和16.2×108 m3；年均引江水量16.4×108 m3，年均入湖水量7.5×108 m3；入湖比例(望亭入湖水量占同期环太湖入湖总量的百分比，下同)均值为7 %，2011年入湖比例最高，为15 % (图 10).
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图 10 年度望虞河引江入湖水量变化趋势 Fig.10 The variation trend of annual water quatity of Wangyu River-Lake Taihu |
2002—2021年“引江济太”期间，望虞河入湖比例均值在20 % 左右，2007年第1阶段(5月6日—7月4日)入湖比例最高，为44 % (图 11)，大量优质长江水被引入太湖，有效缓解了无锡供水危机事件[25]. 入湖效率(望亭入湖水量占同期常熟引水量的百分比，下同)均值在50 % 左右，2013年第2阶段(7月22日-10月5日)入湖效率最高，为71 % (图 12)，2013年流域出梅后持续高温少雨，太湖水位始终维持在3.10 m以上(图 3)，为周边地区用水创造了有利条件[27].
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图 11 “引江济太”期间望虞河入湖比例变化趋势 Fig.11 The variation trend of proportion of Wangyu River-Lake Taihu during water diversion period |
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图 12 “引江济太”期间望虞河入湖效率变化趋势 Fig.12 The variation trend of efficiency of Wangyu River-Lake Taihu during water diversion period |
2002—2021年“引江济太”期间，望虞河入湖水质调度指标总磷和高锰酸盐指数平均浓度均优于Ⅲ类，2020年开始优于Ⅱ类(图 13). 保持望虞河优质水入太湖始终是“引江济太”的主要目标之一，通过联合调控望虞河两岸工程，减少东岸分流，抬高望虞河沿线水位，有效避免西岸沿线劣质水汇入望虞河，从而维持入湖水量水质效果. 随着长江经济带国家战略、河湖长制的有效实施，长江来水和望虞河沿线水质均有所好转，特别是2020年望虞河西岸口门实现控制后，通过科学调度，望虞河入湖水质进一步好转.
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图 13 “引江济太”期间望虞河入湖水质变化趋势 Fig.13 The variation trend of average quality of Wangyu River-Lake Taihu during water diversion period |
以环太湖浙西区、湖西区入湖与“引江济太”望虞河入湖水量、入湖水质对比可知，作为“引江济太”主体的望虞河入湖与天然入流中水质最好的浙西区入湖水量相当. 总磷、总氮等指标明显优于湖西区入湖河流，2020年开始已优于浙西山丘区苕溪，成为入湖水质最好的河流之一，印证了“引江济太”并非是引起太湖总磷反弹的动因[65-66].
湖西区入湖水量占环太湖入湖总水量的比例约70 %，且入湖比例呈增长趋势(图 14)，虽然入湖河道水质有明显改善但仍然相对较差(图 15)，来水量大、水质差致使湖西区入湖污染量约占环湖入湖污染物总量的80 % 以上，与相关学者的计算结果接近[67-68]，是造成入湖污染负荷不降反升的主要动因[13, 69-70].
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图 14 “引江济太”期间环太湖不同分区入湖比例变化 Fig.14 The variation trend of proportion of different areas around Lake Taihu during water diversion period |
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图 15 主要入太湖河流控制断面总磷和总氮水质指标浓度 Fig.15 The total phosphorus and total nitrogen of water quality indexes concentration in control sections of major rivers entering Lake Taihu |
通过SPSS主成分分析得到旋转成分矩阵(表 2)，第1公因子在“是否汛期、春夏秋冬、蓝藻环境、是否应急”有较大载荷系数，可定义为“生境风险因子”；第2公因子在“望虞河入湖比例、望虞河入湖效率、是否跨季、水资源增加”有较大载荷系数，定义为“引水效果因子”；第3个公因子在“入湖高锰酸盐指数达标率、科学试验、入湖总磷达标率”有较大载荷系数，定义为“水质改善因子”；第4个公因子在“超过防洪控制水位、太浦河供水比例”有较大载荷系数，定义为“供水保障因子”；第5个公因子在“重大活动”有较大载荷系数，定义为“社会评价因子”.
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表 2 旋转后的主成分矩阵 Tab. 2 The rotated principal component matrix |
计算得出每个主成分特征向量系数，构建得到1~5因子的得分函数，根据5个因子的权重得分，计算得到53次调水事件的综合得分，并进行排序后选取得分前10名的调水事件(图 16).
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图 16 53次“引江济太”调水事件综合得分统计分析 Fig.16 Statistical analysis of comprehensive scores of 53 water diversion events from Yangtze River to Lake Taihu |
根据分析结果可知，调水事件200701、200702综合得分位列前3名，有效缓解了无锡市供水危机；200302得分位列第2名，正是促进了扩大调水试验；202002得分位列第5名，缓解了太湖贡湖和梅梁湖等湖区出现较大面积蓝藻水华，入湖水质首次达到Ⅱ类，对新阶段高质量保障太湖安全度夏具有重要意义. 由图 16可知，有些调水事件引水效果得分不高，例如，201202为缓解7月中下旬蓝藻暴发，启动“引江济太”后有台风影响流域，引水历时3天，引水效果仅得分为-1.35；202003为缓解6月上旬太湖贡湖北部沿岸黑色异常水体，“引江济太”期间严格控制太湖水位不超过3.15 m，考虑到梅雨期引水历时3天，引水效果仅得分为-1.59. “引江济太”实际调度需要统筹多目标需求，持续实施效果更好，今后评估方法要进一步考虑应急需求.
3.3.3 藤原效应望虞河引长江水入湖，增加太湖水资源量和水环境容量，改善太湖及区域水环境发挥了积极的作用[2, 18, 71]，通过与其他工程联合运用，可以加快太湖水体循环，减小水龄，改善水环境[6, 13, 72]. 研究表明，根据现行调度方案实施望虞河“引江济太”的机会相对减少，2015年以来通过望虞河入湖水量平均为4.4×108 m3(图 10)，与《太湖流域水量分配方案》流域水资源配置格局中望虞河入湖水量差异显著(多年平均降水条件下，2020年平水年望亭水利枢纽入湖15.6×108 m3)[73]，湖西引水入湖已经成为太湖水量的主源[11, 13, 62, 74]. 湖西区与望虞河引水入湖对于太湖水位的影响，类似双台风的“藤原效应”[75]. 除去台风、低水位叠加强降雨后的32次“引江济太”，基本处于夏末、秋冬季(图 17a)，期间太湖水位呈下降趋势的有18次、呈上涨趋势的有14次(图 17b)，其中望虞河引水入湖并不能扭转太湖水位下降趋势，上涨主要是由降雨和湖西入湖增加所致[13, 62].
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图 17 “引江济太”期间太湖水位变幅对比统计情况 Fig.17 The variation range statistics of Lake Taihu water level during water diversion period |
目前，太湖流域产业结构正在调整，污染排放总量依然超过环境容量[10-11]，总磷、总氮已成为制约水质改善的最大短板，如遇合适的水文气象条件，太湖暴发大面积蓝藻，甚至引发湖泛的可能性依然存在[11, 40]. 新孟河工程今后投入运用，流域引排水格局将继续发生重大变化，对于湖西区的影响更为明显，亟需着力破解因入湖水量增加而引起的入湖污染负荷居高不下的问题. 太湖流域综合治理进入了新阶段，要密切关注流域供用水形势和太湖等重要水源地水质，特别是太湖蓝藻发生发展态势，按照《太湖流域水环境综合治理总体方案》要求，统筹多目标需求，通过望虞河、新孟河两条骨干河道科学调引长江水，优化沿江引排格局，促进河湖水体的有序流动，提高太湖水资源承载能力和水环境容量，保障流域重要饮用水水源地供水安全和太湖安全度夏[37, 49, 76].
4 结论与展望1) 经过20年流域综合治理，太湖湖体水质提升两个多类别，22条主要入太湖河道全面消除劣V类，取得了显著成效. 20年的实践证明，“引江济太”从无到有、从试验到长效运行，对促进人与自然的和谐、流域经济社会的可持续发展，是行之有效的办法和途径. 但也要清醒地看到，20年来流域经济总量增加8倍多、人口增加3000多万，经济社会快速发展已经超出了流域水资源水环境水生态承载能力，流域内水灾害、水资源、水生态、水环境等新老水问题交织，太湖治理依然任重道远. 要继续以“减磷控氮”为主线，建立并严格实施入湖河道控制断面污染物浓度和总量双控考核制度，严控入太湖污染物总量，逐步实现入湖污染物总量与太湖水环境容量动态平衡.
2) 保障太湖流域水安全与工程调度密切相关，要在多目标统筹协调调度机制下，继续深化完善“引江济太”调度机制，从流域整体出发，正确处理流域与区域、汛期与非汛期、水量与水质、防洪与供水、水生态、水环境的关系，统筹考虑太湖防洪保安、供水保障、蓝藻防控、水草生长等多目标，协调省市间、部门间、上下游等不同调度需求，有针对性地解决水问题，依法、科学、精细调度水利工程群，促进河网有序流动和入湖水质持续向好，保障太湖及区域水源地供水安全.
3) 围绕强化科技引领，深入分析调水案例，做好调水原型试验，构建高保真水动力学数字孪生模型，强化调水全过程监测、预报、预警、预演，着力破解综合调度关键难题. “引江济太”作为流域治理管理的一项重要举措，焦点是太湖水位. 加快做好太湖流域洪水与水量调度方案修订，研究优化分阶段、分水位、分区域的太湖调度预期目标水位，为强化流域统一规划、统一治理、统一调度、统一管理提供有力支撑.
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