太浦河锑浓度异常预警指标研究
Vol.41 No.1
Feb., 2021
第41卷第1期
2021年2月
水文
JOURNAL  OF  CHINA  HYDROLOGY
DOI: 10.19797/jki.1000-0852.20190296
太浦河锑浓度异常预警指标研究
林荷娟，甘月云，刘敏
（太湖流域管理局水文局（信息中心），上海200434）
摘要：太浦河作为太湖流域的重要供水通道，长期以来重点都是关注水源地氨氮指标浓度，但2014 年
以来多次发生锑浓度异常事件，为太浦河水源地供水安全拉响了警报。根据近几年实践，在太浦河两 岸地区企业锑污染物排放严格控制的情况下，锑浓度异常主要与地区降雨强度密切相关。研究结果表 明，太浦河锑浓度异常预警指标设定为杭嘉湖区两日累计降雨量达到或超过50mm 以上，且太浦闸受 强降雨影响关闸时，太浦河出现锑浓度异常可能性较大。在此基础上研究了有效应对锑浓度异常时太 浦闸的供水流量。该成果为预防太浦河锑浓度出现异常情况，保障太浦河下游地区供水安全提供了决
策支撑。
关键词：太浦河；锑；降雨；预警指标
中图分类号:TV12；X824
文献标识码:A
1引言
太浦河，西起江苏省苏州市吴江区庙港镇太湖东
岸，通过太浦闸与太湖相连，东至上海市青浦区金泽镇 池家港村，并接黄浦江上游斜塘，太浦河横穿苏、浙、沪 两省一市的吴江、嘉善、青浦三县（区），全长57.6km ； 其沿线分布有上海市金泽水库水源地和浙江省嘉兴市
嘉善-平湖水源地。太浦河既是流域主要泄洪通道，也
是流域向苏州、上海、嘉兴等下游地区供水的骨干河
道。随着区域经济社会快速发展和人们对清洁水源要
求的不断提高，以及地区供水结构的调整，太浦河的战 略地位和作用更加凸显。近年来，太浦河两岸地区经济 发达，集聚了众多纺织尧印染企业，大量含锑的工业废
水（锑为纺织、印染企业的特征污染物）［T 经处理后排
入当地河网，太浦河多次发生锑浓度异常事件（当锑浓
度超过5滋g/L 限值时就认为是锑浓度异常事件），为太 浦河水源地供水安全拉响了警报。
另外，长期以来作为水源地重点关注的氨氮指标
随着太浦河两岸地区畜禽养殖减少等水环境治理力度
加大，近几年太浦河氨氮浓度基本控制在域耀芋类，全收稿日期：2019-11-20
基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项（2017ZX07207003-03）
作者简介：林荷娟（1965-），女，浙江宁海人，教授级高级工程师，硕士，主要从事太湖流域水文情报预报、水资源管理与保护方面的工作。E-mail ：
*************
文章编号：1000-0852（2021）01-0095-07
年平均值均优于域类，因此锑浓度就成为太浦闸供水
安全调度的重点关注对象。为积极有效应对锑浓度异
常事件，自2014年起陆续在太浦河沿线干支流布设
了若干监测点（见图1），其中有3个为水量水质自动
监测站，监测频次为1次/4h ，仅太浦河界标站监测锑 浓度;8个为人工监测断面（监测锑浓度），监测频次为
2次/周，在太浦河锑浓度发布预警期间，人工监测断
面监测频次加密为1次/d ，人工监测断面室内分析方
法采用《铅、锡、钒、磷等34种元素的测定》（SL394- 2007）遥
2太浦河锑浓度异常事件
锑作为一种具有潜在毒性和致癌性的金属元素， 对人体具有积累毒性，大量的锑进入水体和土壤，不
仅造成水土环境重金属污染，而且会对人类和动植 物造成危害。因此，各国都严格控制锑污染物排放标 准［4-7］，制订了相关标准（见表1）。我国的《锡、锑、汞工
业污染物排放标准》（GB30770-2014）规定企业锑排
放限值为300滋g/L ；《纺织染整工业水污染物排放标
准》（GB  4287-2012 ）规定企业锑排放限值为100滋g/L ；
96水文第41卷
湖西区
浙西
区
武澄
锡虞区
太浦河
杭嘉湖区
a.太浦河位置
吴江二水厂
'太浦河口自动站厍港大桥平望大桥黎里东大桥苗
一北
吴江水厂太浦闸平西大桥桥」
桥
玛瑙庵
梅
潭
dde指标港
大
桥
港
预
警
站
.金泽
F
太
浦
河
界
标
站
*
嘉善平湖
乙水质自:
水源地
太浦河
h.太浦河监测断面分布情况
图1太浦河区域概况示意图
Fig.1The regional distribution of Taipu River
表1不同水体锑浓度标准限值
Table1The standard limits of antimony concentration in
different water systems
国家标准类型标准限值/滋g'L-1
集中式生活饮用水及饮用水源地
5中国（GB3838-2002地表水质量标准）
太浦河沿线污水处理厂出水（江苏省标准）50
美国国家初级饮用水条例（美国环境保护局）6
欧盟生活饮用水5
德国生活饮用水5
韩国地表水20
日本生活饮用水2 2018年江苏省制定了严于国家标准的地方标准，规定太浦河沿线地区，纺织印染企业直接排放限值为50滋g/L o即使这样严格的排放标准，企业锑污染物排放限值仍然远远高于水源地对锑浓度的限值5滋g/L[8-9]o 据分析，当区域发生强降雨时，区域河网水位上涨速度大于太浦河平望站水位，从而造成太浦河两岸地区印染企业排放的含锑浓度相对较高的污水随雨水进入太浦河；另一方面，太浦河平望站水位上涨速度又大于具有2338km2调蓄面积的太湖水位，导致太浦闸因闸下水位高于闸上水位形成倒流而被迫关闸，造成太湖清水无法通过太浦闸向太浦河供给，稀释作用减弱o在以上两个因素影响下，太浦河干流易发生锑浓度异常事件（超过5滋g/L）。2014~2018年，太浦河一共发生了7次锑浓度异常事件（见表2），通过及时对太浦河沿线所有的印染企业实施停产或限产以及对太浦闸的优化调度，有效化解了危机，确保了太浦河水源地的供水安全。
3太浦河锑浓度异常预警指标分析
3.1锑浓度异常影响因子分析
根据近年来太浦河锑浓度异常事件分析，在现状企业分布及锑污染物限排标准下，太浦河锑浓度异常通常发生在太浦河两岸区域强降雨发生后[10-16]，因此本文主要分析太浦河锑浓度异常事件前期两岸地区（杭嘉湖区和淀泖区）降雨及太浦闸运行状况，提出预警量化指标[17-19]o
（1）太浦河锑浓度异常事件前期两岸地区降雨分析。2014~2018年太浦河7次锑浓度异常事件中，其前期杭嘉湖区最大1d、2d、3d降雨量统计结果见图2遥由图可知，有6次事件：前期最大1d降雨量超过30mm、最大2d降雨量达到或超过50mm、最大3d降雨量超过60mm，其中，最大1d降雨量在30~40mm的4次，在50~60mm的1次,80mm以上的1次；最大2d降雨量在50~60mm的2次，在60~70mm的2次，70mm以上的2次；最大3d降雨量在60~70mm的2次，在70~ 80mm的2次,80mm以上的2次。综上，当太浦河锑浓度出现异常时，总体上，其前期杭嘉湖区最大1d降雨量普遍超过30mm，最大2d降雨量普遍超过50mm，最大3d降雨量普遍超过60mm。但前期最大2d降雨量的量级更加集中,7次事件的降雨均方差为15.6mm。
对太浦河锑浓度异常事件前期淀泖区最大1d、2d,3d降雨量进行统计（见图3）o由图可知,7次事件中有5次最大1d降雨量超过30mm，有4次最大2d 降雨量达到或超过50mm，有4次最大3d
降雨量超过
第1期林荷娟等：太浦河锑浓度异常预警指标研究
97
表2 2014〜2018年锑浓度异常事件
事件发生前期
Table2 The  list  of  antimony  concentration  anomaly  events  during  2014-2018
序号
发生时间采取的措施
日期杭嘉湖区 降雨/mm 淀泖区* 降雨/mm 太浦闸 运行状态
7 月 12 日
33.250.4
2014 年
对太浦河沿线所有的印染企业实施全面停产，对部分范7月13日12.10.7
1
围内其他印染企业按50%生产能力进行限产；18日117 月 14 日18.8
27.3/ 月 15 口 14 口7 月 17~21 日
时开启 太浦闸 200m 3/s
7月15日31.2
19.4太浦闸关闭
7月16日  3.00.98月16日28.8
19.7
8月17日
2.3  2.12
2014 年对部分印染企业进行限产或停产8月18日38.832.9
8 月 20 日 11 时8 月 21~22 日
太浦闸关闭
8月19日30.912.08月20日
8.8
5.3
*注：太浦河两岸地区，包括阳澄淀泖区和杭嘉湖区，其中，阳澄淀泖区以沪宁铁路为界，南北又分成淀泖区和阳澄区。考虑到阳澄区沿江排水能力很
强，其降雨不会影响太浦河，因此降雨仅考虑淀泖区；淀泖区降雨以平望、陈墓、苏州、金泽、周巷5站降雨算术平均值。
19.63
2015年 10月3日11时开启太浦闸50m 3/s,4日18时起加大太 9月28
日
9月30日~10月6日 浦闸供水流量至80m 3/s  9月29日
4
13.6
9 月 29 日 5:3060.1
太浦闸关闭
51.82016 年
9月20~23日9月20日19时起调整太浦闸下泄流量为80m 3/s ；22日12时起调整太浦闸下泄流量至200m 3/s
9 月 15 日 16:40 太浦闸关闭
9月13日41.4
23.7
9 月 14 日12.221.39月15日82.971.52017 年6月15~17日
6月15日晚，太浦河周边部分区域的纺织、印染企业实6月9日
6 月 10 日  4.0
13.436.133.8
6 月 11 日 19:505
施限产措施(产量减少一半);6月15日17时开启太浦6月11日38.610.4太浦河水倒灌，河泵站按250m 3/s 向下游应急供水
6月12日25.4  5.7太浦闸关闭
6月13日
24.6
14.82017 年6 月 26~28 日
6月26日18时太浦河泵站开启1台机组(50m 3/s )应急 供水,27日12时起调整为2台机组(100m 3/s )应急供水
10月16日20时起开启太浦河泵站1台机组(50m 3/s)
2017年 供水；17日19时起开启2台机组(100m 3/s )供水；20日10月17~19日 10时起关闭太浦河泵站，恢复太浦闸供水，太浦闸按
150m 3/s  控制
6 月 23 日
28.1  5.36 月 24 日30.7
4.2
6 月 25 日 17:50 关闸
6 月 25 日
4.50.7
10 月 14 日9.8  3.710月15日24.3
26.110 月 16 日 16:30
太浦闸关闸
10 月 16 日19.2
15.8
6
7
预警量化指标
最大2d 降雨量——预警量化指标一最大1d 降雨量一预警量化指标
最大3d 降雨量---注：红线为杭嘉湖区最大1d 、2d 、3d 降雨预警量化指标
图2太浦河锑浓度异常事件前期杭嘉湖区降雨量
Fig.2 The  rainfall  in  Hangjiahu  area  before  the  antimony  concentration  anomaly
events
98
水文
第41卷
90
60
30
预警量化指标
6最大2d 降雨量---预警量化指标
92.8
150
50.4
26.1
事件1事件2事件3事件4事件5事件6事件7注：红线为淀泖区最大1d 、2d 、3d 降雨预警量化指标。
5
5
73.7
60.3
45.0
116.5
昌、*皐
最大3d 降雨量 一预警量化指标
事件1事件2事件3事件4事件5事件6事件7
事件1事件2事件3事件4事件5事件6事件7图3太浦河锑浓度异常事件前期淀泖区降雨量
Fig.3 The  rainfall  in  Dianmao  area  before the  antimony  concentration  anomaly  events
60mm，其中，最大1d 降雨量在30~40mm 的2次，在 50~60mm 的2次，在70mm 以上的1次；最大2d 降雨
量在60~70mm 的1次，在70mm 以上的3次；最大3d
降雨量在70~80mm 的2次，在80mm 以上的2次。综
上，太浦河锑浓度异常事件前期淀泖区最大1d 、2d 、3d  降雨关系规律性不强，总体上降雨量大小比较分散,7
次事件中最大2d 降雨量均方差为25.0mm，最大值是
最小值的10倍。
考虑到杭嘉湖区降雨量与太浦河锑浓度关系较为 密切，加上太浦河沿线排放锑污染物的印染企业主要
集中在太浦河南岸的杭嘉湖区，故以杭嘉湖区降雨量
作为预警指标；鉴于杭嘉湖最大2d 降雨量离散度最 小，因此，将杭嘉湖区最大2d 降雨量超过50mm 作为
太浦河锑浓度异常预警量化指标。
⑵太浦河锑浓度异常前期的太浦闸运行状况分析。
对2014~2018年7次太浦河干流锑浓度异常事件前 期太浦闸运行状况进行分析，发现有6次锑浓度异常 事件发生前太浦闸均处于关闸状态（见表3），这6次
事件也正是杭嘉湖区最大2d 雨量达到或超过50mm
的事件，说明太浦河干流锑浓度异常事件前期基本满
足杭嘉湖区最大2d 雨量达到或超过50mm 和太浦闸 处于关闸状态。
3.2预警量化指标验证
根据2.1节分析可知，当杭嘉湖区2d 累计降雨量
达到50mm 及以上，并造成太浦闸关闸时，太浦河干流 发生锑浓度异常事件可能性较大，本节主要采用
2014~2018年资料验证太浦河锑浓度异常预警量化指 标是否合理。据统计,2014〜2018年，杭嘉湖区2
d 累计
降雨达到50mm 及以上，并造成太浦闸关闸（指太浦闸
日均流量小于5m 3/s ）的有9次（见表3），其中6次发 生太浦河锑浓度异常事件，占总数67%，发生概率接
近70%。由此可见，将杭嘉湖区2d 累计降雨达到
50mm 及以上，并可能造成太浦闸关闸（可根据实际上
下游水位判断）作为太浦河干流锑浓度异常预警量化 指标是合适的，既可确保不遗漏预警发布，又不会常
出现“有警无险”状况。
4应对锑浓度异常调度流量分析
当太浦河锑浓度发生异常时，在对太浦河两岸主
要企业限排的同时，加大太浦河清水供应（即通过太
表3锑浓度异常预警量化指标验证结果统计
Table3 The  verification  of  th  quantitative  indexes  of  antimony  concentration  anomaly  early-warning
事件序号
发生时间杭嘉湖区2d 降雨 >=50mm
太浦闸运行状态12014/6/25~2655.8倒流关闸22014/7/14~1550.0倒流关闸
32014/8/18~1969.6缓解下游防洪压力关闸
42015/9/28~2971.4倒流关闸52016/4/5~657.3倒流关闸62016/9/14~1595.1倒流关闸72017/6/11~1264.0倒流关闸82017/6/23~2458.8倒流关闸
92018/8/2~3
136.7
缓解下游防洪压力关闸
锑浓度是否异常
x
x
x
注：太浦闸闸下水位高于闸上水位,
会发生倒流关闸
第1期林荷娟等：太浦河锑浓度异常预警指标研究
99
浦闸加大太湖下泄水量)1201，以降低锑污染物浓度，为
此，分析太浦河干流金泽断面太湖来水比例是十分重 要的，可为有效应对锑浓度异常的调度决策提供重要 支撑。2014年2月23日~3月26日，太湖局组织开展
了为期一个多月的太浦闸调水试验，试验分三个阶段
进行，第一阶段(2月23日~3月3日)：太浦闸下泄流 量为50m 3/s ，第二阶段(3月3日~3月18日)：太浦闸
下泄流量为80m 3/s ，第三阶段(3月18日~3月26日)：
太浦闸下泄流量为200m 3/so 试验期间在太浦河干流从
上至下布置了太浦闸、平望、黎里、北库、金泽(水源地
取水断面)5个测流断面(见图4)，对每个断面进行了
全潮测验，监测资料统计结果见表4o  Q 1~Q 5代表太浦
闸至金泽5个断面的流量4出~中出分别代表沿程的出 流，假定太湖水下泄过程全程充分混合，则第n 个断面
太湖来水比例可按式(1)计算。根据表4监测成果，由
式(1)可求得不同太浦闸下泄流量条件下，太浦河干流
表4太浦河干流各断面平均流量统计结果渊m 3/s )Table4 The  average  flow  statistics  of  the Taipu  River
sections  in the  main
试验阶段
太浦闸平望黎里北库金泽第一阶段44.688.6207
212221第二阶段86.0150264272
274第三阶段
203
235
283
285
273
100
琢-(Q l -
q i  出)(Q 厂q  2 出)•••( Q n —1-q  (n —1)出) (1 )琢"= QQ 噎-Q n
(1)
式中：琢n 为第n 个断面太湖来水比例;Q ”为第n 个断
面过水流量(m 3/s) ；q  (n -1)出 之间
的旁侧出流(m 3/s)o
由图5可知，当太浦闸下泄流量为50m 3/s 时，水
源地取水口金泽断面太湖来水比例为21.5%；当太浦
闸下泄流量为80m 3/s 时，金泽断面太湖来水比例为 29.5%；当太浦闸下泄流量为200m 3/s 时，金泽断面太
湖来水比例为68.6%o 同样，可求出其他各断面在不同
太浦闸下泄流量下的太湖来水比例。2014年以来7
次太浦河锑浓度异常事件基本均发生在太浦闸关闸 期间，也就是太浦河水均来自两岸支流，因此，当太浦
河某一断面发生锑浓度异常时，为将该断面锑浓度降
到安全值(5滋g 心，可按式⑵求出该断面太湖来水比
例最小需求值，再根据该来水比例由图5查出太浦闸 最小供水流量，即对锑浓度异常的调度流量不宜小于 该值。
(l-a)C 锑＜5 即 琢＞1-右 (2)
C 锑
式中:C 锑为超标断面的锑浓度(滋g/L)；琢为超标断面太
湖来水比例;5为饮用水锑浓度限值标准(滋g/L )。
为安全起见，一般式(2)中锑浓度安全值按4滋g/L
控制，即采用式(3):
(l-a)C 锑＜4 即 琢＞1-右
(3)
C 锑
5结语
在太浦河两岸印染企业锑污染物的排放浓度严 格控制条件下，太浦河锑浓度异常与杭嘉湖区强降雨
密切相关，根据上述分析，杭嘉湖区2d 累计降雨量达
到或超过50mm，并预计太浦闸将因降雨而引起关闸
时，太浦河干流将出现锑浓度异常的极大风险。因此,
将杭嘉湖区2d 累计降雨达到50mm 及以上，作为太浦 河干流锑浓度异常预警量化指标是合适的。一旦太浦
100 遂
80
60
40
20
20
y =0.0005x 2+0.1041x +44.358
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图5不同太浦闸下泄流量条件下各断面太湖来水比例
Fig.5 The  incoming  water  proportion  of  the  sections  under  different  flow  discharges  at  Taipu  sluice
50 100 150 200 250050 100 150 200 250050 100 150 200 250050 100 150 200 250
太浦闸流量/m 3*s -1太浦闸流量/m 3*s -1太浦闸流量/m 3*s -1太浦闸流量/m 3-s
-1

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