珠三角,苦咸潮久矣

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为应对珠江流域“旱上加咸”的严峻供水保障形势,2月13日,水利部启动珠江流域压咸补淡应急补水调度,至2月19日圆满结束,确保了天文大潮期间粤港澳大湾区城乡居民的生活用水安全。

在冬季或者干旱季节,即每年10月至翌年3月之间,沿海河口附近往往产生咸潮。在天文大潮时,咸潮上溯的情况更为严重,会对水厂供水和饮水安全,乃至工农业生产产生重要影响。

治理咸潮,需要调水、然后再集中放水以形成大流量来压制,但调水、放水谈何容易?

原珠海市水务局副局长钟惠明用“惊心动魄”来形容,“协调工作非常复杂,涉及水利部、珠江水利委、南方电网、各省水利部门以及各水电站运营企业。需要的技术要求极其复杂,各个水闸开关时间衔接,放水量,沿途监控水流变化等问题都需解决,放少了无法压制咸潮,放多了会淹没周边农田村庄。”

珠三角地区曾多次受咸潮影响,较之以往,今年有何特殊之处?2005年以来珠江口咸界不断北抬,这反映了什么趋势?有何解决之道?

主要城市供水,到了最严峻的时候

咸水界是随径流量的季节变化或潮汐的日月变化而有规律的运动,是一种正常的自然现象。因为人为改变或特殊的自然原因,使影响咸水界运动的控制因素发生很大变化,导致咸水界持续大幅度地向河流系统移动,就形成咸潮上溯,又称咸潮入侵。

咸潮上溯的根本原因在于江河流量减少。

受咸潮上溯影响,上游河道盐度增加,当河道水体含氯度超过250mg/L时,就不能满足《生活饮用水水源水质标准》的规定。此时为保障当地生活、生产用水,自来水厂就不得不停止从河道取水,从而使区域供水安全受到威胁。

珠三角“旱上加咸”早有预见。

2021年12月6日,广州市水务局在广州市人民政府官网刊发《广州市水务局关于水利部认为珠江流域旱情形势严峻需提前防范的舆情处理情况》,就今冬明春的旱情形势研判。

当时的文章认为,据气象、水文部门预测,今冬明春广州市平均气温略偏高,雨量较近十年同期偏少1~3成,大致为200~250毫米,气象干旱发展概率偏大;第四季度末大中型水库蓄水量较目前降低2成左右,外江来水偏少1~3成,其中,东江流域来水总体偏枯5~6成,咸潮上溯问题将更加严峻,广州市新塘、西洲、新和等水厂受咸潮影响风险较大,可能对天河区部分区域、黄埔区全域、增城区南部部分区域的正常供水产生影响。

一天后的12月7日,广州自来水官方微博发文称:近日,东江流域咸潮上溯现象愈加严重。为确保出厂水安全达标,以东江流域地表河水为原水的广州自来水公司新塘水厂、西洲水厂在原水氯化物指标超过限值期间,会逐步减少取水量。由于目前单次咸潮持续时间由一个小时延长至近四五个小时,原水取水量锐减,导致两厂被迫减产,造成广州东部地区供水压力产生波动,高峰用水期用水户水压不稳定,甚至有可能停水。

文章同时指出,广州自来水公司已启动抗咸应急预案,通过智慧供水云平台实施科学供水调度,并利用咸潮间隙期抢淡补水及水厂清水池容积调节等措施,最大限度降低咸潮对供水带来的影响。但根据监控数据显示,咸潮灾害预计将在今冬明春持续影响东江受水区,广州东部供水形势十分严峻。

“从去年冬天旱情发展以来,珠三角主要城市的供水到了最严峻的时候!”

2月13日,国家防总副总指挥、水利部部长李国英在主持“珠江压咸补淡保供水”专题会时强调。

他指出,自2021年入冬以来,珠江流域遭遇的60年以来最严重旱情仍在持续发展,珠江流域的西江、东江来水持续偏少,预测后期来水仍将偏少;正月十五元宵节,珠江口海域天文大潮叠加6~7级东北风助威,咸潮上溯强劲;再加上春节后农民工陆续返城返工供水需求增多,“一少一强一多”三个因素耦合,珠江三角洲供水形势严峻。

“一少”是指流域来水少,西江、北江、东江来水持续偏少。从去年开始,西江来水偏少3成,北江偏少5成,东江偏少7成,春季来水偏少形势仍将持续。

“一强”是指从珠江口咸潮形势研判,根据历史规律,元宵节前后将发生天文大潮,潮位偏高、潮差较大,并且元宵节期间珠江口海域有6~7级偏北到东北风,咸潮上溯更加强劲。

“一多”是指从供水需求形势研判,珠江三角洲主要城市元宵节前后全面复工复产,用水量逐步恢复,珠海、中山、深圳、广州、东莞等城市元宵节前后用水量比春节期间增加30%以上。

取水口含氯度,历史最高

咸潮已成为珠三角地区最严重的环境问题之一。

据水利部珠江水利委员会统计,仅在2000年前后,珠三角地区就曾多次受咸潮影响。从21世纪初开始,珠江三角洲地区咸潮上溯日趋严重,主要表现为咸潮出现时间越来越早,影响范围越来越广。

1998年,广东出现50年一遇的大旱,珠三角部分地区海水倒灌,咸潮造成中山市大面积停水。

1999年,几十年罕见的咸潮袭击羊城,广州4家自来水厂被迫间歇性停产。

2000年,广东出现新中国成立以来最早的咸潮,中山最大的自来水厂关闭,数十万人依靠消防车供水。

2002年,深圳受咸潮影响,街头排队买水的人随处可见。

2003年底,咸潮提前袭击珠海,持续7个多月,影响中山、珠海、番禺供水。

2004年10月,大旱致海水倒灌,咸潮持续超过5个月,影响珠三角1000多万人的食用水。

2005年初,广东沿海及珠江流域,出现了42年以来最强的咸潮,形成“守着珠江无水饮”的局面。

2007年11月,珠三角遭受入秋以来强度最大、持续时间最长的一次咸潮袭击,澳门主要用水输出地——珠海市咸情严重。

……

值得一提的是,澳门特别行政区的全国人大代表和政协委员曾多次就解决“珠三角咸潮之困”问题提出有关建议和提案,引起中央政府高度重视。

今年的珠江口咸潮问题和以往相比有何异同?水利部相关负责人为库叔做了分析:

西江三角洲方面:2021年,西北江三角洲磨刀门(磨刀门为珠江入海八大口门之一,是西江干流的主要出海口,已成为江门、中山、珠海、澳门等城市重要的水源地)水道的广昌泵站、联石湾水闸出咸时间提前至6月21日、8月3日(一般为9月或10月上旬),为有咸情监测记录以来最早。2021年12月以来,磨刀门水道咸潮影响明显加剧,珠海、中山等地供水一度受到影响。

东江三角洲方面:2021年以来,受上游来水严重偏枯影响,东江流域遭遇自2005年以来范围最广、程度最大的咸潮影响,东江三角洲河道沿线部分水厂取水口含氯度出现有记录以来的最高值。

从年际角度来看,这种变化也是在潜移默化中。水利部相关负责人告诉库叔,2005年以来,受全球气候变化影响,珠江流域极端干旱事件发生频率增加,珠江口咸潮上溯明显加剧,咸界不断北移。

据2005年以来珠江口实测咸潮资料分析,2005~2011年枯水期珠江口最大咸界线总体呈向上游延伸趋势;2012~2018年枯水期来水偏丰,珠江口最大咸界北抬有所放缓;但2019年以来珠江口最大咸界线重拾北移趋势,这反映出珠江口咸潮上溯影响在不断加剧,总体呈影响时间延长、范围扩大、程度加剧的变化趋势,影响枯水期供水安全。

“四预”平台立了功

目前,咸潮上溯在珠江三角洲的主要影响限于对外河水道水质的影响,主要是危及工农业用水和饮水安全。关于如何应对和控制咸潮上溯问题,生产实践和科学研究总结了“偷、引、蓄、截、挡、压”等技术方法。

“偷”:“避咸偷淡”,是自来水厂等生产单位按照河口咸潮运动规律在合适的时间从河道取水的俗称,一个“偷”字道出了时机把握的重要性。

“引”和“蓄”,都是针对“偷”淡取水存在的局限性,为保障供水安全而提出来的措施。“引”是指将取水口上移到远离盐水界的上游,通过管道将水引到需水单位。“蓄”则是开辟蓄水空间,在适合取水的空间尽量多取水,贮存起来供不能取水时段使用。

“引蓄”结合就能更大程度地避免咸潮上溯严重时段的缺水问题。

因为磨刀门咸潮活动有明显的半月周期变化规律,可以采用上游水库流量调度的方法将咸潮界控制在一定范围。枯季调水压咸是近年来应对珠江口咸潮上溯问题采取的重要措施。

但就像钟惠明所感慨的,“千里调兵”压咸补淡中,淡水需要取多少?“先头部队(即应急补水水头)什么时候到达,释放多少流量?一些列问题都需要科学的回答和果断的决策。

本次压咸补淡中,2021年12月投入使用的珠江流域抗旱“四预”(预报、预警、预演、预案)平台大放异彩。

珠江水利委员会珠江水利科学研究院教授级高级工程师范光伟介绍,“四预”平台可实现四大功能:

预报。在现有的珠江流域水情信息共享平台和日常洪水预报业务作业流程的基础上,利用水文、气象、计算机技术等多个专业学科建设洪水预报预警系统,提高洪水预报作业效率,实现预报预警业务。

预警。当地、近地、远地为供水保障“三道防线”。结合旱情监测指标、目标断面流量(单位时间内流经某一过水断面的水量)、作为“第一道防线”的本地水库蓄水与取水情况,对比分析研判当前供水形势,为区域调度预演、调度决策提供业务支撑。

预演。“第二、三道防线”水库为下游各取水口的取水提供条件保障,分析取水概率、取水量确保供水水量满足实际生活与生产需要;通过多种调度组合方案分析,预演各方案调度过程和调度效果,形成推荐的调度方案,经抗旱会商集体决策后,可作为当前水量调度的执行方案。

预案。自动按照优化方案生成调度预案,形成水库调令并进入公文流转流程。将执行的调度方案及其相关的水雨情、会商记录等过程资料存档,形成本次会商过程历史资料库,为未来的调度决策提供丰富数据参考。

利用该平台,能够充分考虑流域经济和水利发展不平衡、水资源分布不均衡等特点,统筹珠江流域、粤港澳大湾区、各省市的不同调度需求,坚持节水优先、空间均衡,构建珠江流域水资源科学合理调度管理体系;通过服务流域抗旱保供水的会商决策,滚动优化调度方案,科学调度流域骨干水库,进一步完善了珠江流域枯季水量调度预报预警、方案预案协同联动的工作体系,大大提高了监测预警和水量调度的精准性,为做好抗旱调度提供了强有力的技术支撑。

进入枯水期以来,珠江委按照水利部部署,持续开展珠江枯水期水量调度,保障下游地区供水安全。为应对2021年12月以来西北江三角洲不断加剧的咸潮影响,珠江委分别在1月17日至1月21日、1月29日至2月3日、2月13日至2月18日组织启动西北江流域应急压咸补淡调度,西江“第二道防线”大藤峡水利枢纽向下游集中补水,有效压制西北江三角洲咸潮上溯,磨刀门水道咸潮影响范围及影响程度正逐步缩小。

当前磨刀门水道的咸潮影响范围已退至中山市马角水闸以下河段,咸潮上溯距离较2021年12月时的最远距离下移约35公里,显著提高了珠海、中山等地取水口的抢淡取水几率,有效保障了澳门、珠海、中山等地供水安全。

为有效压制东江三角洲咸潮上溯,珠江委加强对东江水量调度,在1月29日至2月3日、2月14日至2月19日两次天文大潮期间调度东江水库群向下游补水,经调度,广州市刘屋洲取水口、东莞市第三水厂等正常取水,供水水质符合国家标准,供水压力平稳,有效保障了广州市、东莞市供水安全。

完善预案,迎接三四月挑战

我国入海口众多,类型复杂,古代就有咸潮记载的文献,尤其是地方志,极其丰富。

东汉的王充,早在公元1世纪就已科学地解释过钱塘江涌潮的成因。在护岸防灾方面,中国从开发海岸平原资源以来就已有工程措施,有文字记载的始于公元3世纪。修建于唐代的它山堰,是中国古代河口御咸蓄淡引水灌溉枢纽工程,与郑国渠、灵渠、都江堰合称为中国古代四大水利工程,至今仍在发挥作用。

1950年以来,围绕河口的开发和治理,我国对长江、黄河、珠江、钱塘江等大河的河口,开展了较系统的观测、调查和研究,并进行了不同规模的治理。这有效解决了河口治理中的一些实际问题。

由于河口区域咸淡水混合过程的高度复杂性,再加上珠江三角洲形态的超级复杂性,仅凭现有的研究远不能全面掌握珠江口及三角洲河网中咸潮活动的全貌,但是我们能最大可能做好“四预”工作。

据气象水文部门预测,3~4月珠江流域主要江河来水仍将偏少,珠江三角洲供水形势仍然严峻。

水利部相关负责人告诉库叔,已经做好了准备。

一是进一步强化预报、预警、预演、预案措施,加强旱区降雨、来水、蓄水、咸潮等监测预报预警,做好供水平衡分析和调度预演,完善抗旱保供水各项预案,动态调整水资源调度方案。

二是督促旱区抓住近期降雨的有利时机,做好本地水库蓄水补库,努力增蓄多蓄;继续组织珠江委和广东、福建省水利厅实施好西北江、东江、韩江流域应急补水调度,确保下游保供水目标流量。

三是指导旱区完善并有序实施冬春季抗旱保供水预案,因地制宜采取各种抗旱措施,全力保障城乡居民生活用水。

四是在留足群众生活用水的同时,组织灌区制定完善灌溉用水计划,科学调度水利工程,努力满足农业灌溉用水需求。

五是坚持防汛抗旱两手抓,严防旱涝急转,在做好抗旱工作的同时,扎实做好防汛准备工作坚守。

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