洞庭湖區(qū)水資源配置方案的初步研究

錢 湛 張雙虎

（1.湖南省水利水電勘測設(shè)計研究總院 長沙市 410007；2.湖南省洞庭湖研究中心 長沙市 410007；3.中國水利水電科學(xué)研究院 北京市 100038）

水資源配置是當(dāng)今水科學(xué)研究的熱點問題。水資源配置，其含義是指在流域或特定的區(qū)域范圍內(nèi)，遵循公平、高效和可持續(xù)利用的原則，通過各種工程與非工程措施，通過合理抑制需求、有效增加供水、積極保護生態(tài)環(huán)境等手段和措施，對多種可利用水源在各區(qū)域間和各用水部門間進行的調(diào)配[1]。洞庭湖區(qū)北靠長江，南匯湘、資、沅、澧四水，歷來是洪澇災(zāi)害頻發(fā)地區(qū)。隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展和人口的不斷增長，在人類活動和自然條件變化的雙重影響下，水資源供需矛盾呈現(xiàn)加劇趨勢，再分配、再調(diào)整有限的水資源及進行相關(guān)的水利工程配套建設(shè)顯得更有必要，任務(wù)也更為迫切[2]。

1 洞庭湖水資源配置的依據(jù)

流域水資源配置方案的設(shè)置與生成實質(zhì)上是水資源配置中不同配置措施進行組合的過程，對于洞庭湖區(qū)水資源配置方案生成有較大影響的調(diào)控措施可以大致歸為三類：一是區(qū)域水資源調(diào)控的基本準(zhǔn)則[3]，二是用水模式的影響，三是重大工程的建設(shè)與布局[4]。上述三類措施共同組成方案生成的條件向量因子集，而方案生成的過程就是在此三維向量空間中尋優(yōu)的過程。洞庭湖區(qū)水資源配置方案設(shè)置主要影響因子見表1。

具體確定上述三類調(diào)控向量集合的具體指標(biāo)主要考慮兩大依據(jù)：一是現(xiàn)狀依據(jù)，方案設(shè)置必須建立以現(xiàn)狀為基礎(chǔ)逐步進行調(diào)整，現(xiàn)狀依據(jù)包括現(xiàn)狀用水結(jié)構(gòu)和用水水平、供水結(jié)構(gòu)和工程布局、現(xiàn)狀生態(tài)格局等[5，6]；二是規(guī)劃依據(jù)，包括區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整規(guī)劃、節(jié)水規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃和水利工程規(guī)劃等[7]，本次方案設(shè)置在充分搜集湖區(qū)及地方縣、市規(guī)劃的基礎(chǔ)上，重點考慮水利工程的建設(shè)與改造對湖區(qū)供用水系統(tǒng)的影響。

表1 洞庭湖區(qū)水資源配置方案設(shè)置的影響因子

2 洞庭湖水資源配置方案選擇

針對洞庭湖區(qū)水資源問題時空變異性突出的特點，以流域水循環(huán)過程為基礎(chǔ)，根據(jù)流域產(chǎn)匯流特點并結(jié)合現(xiàn)有水利工程的情況，將行政單元結(jié)合其取用水的水力聯(lián)系進行劃分，洞庭湖區(qū)的初步劃分結(jié)果為38個計算分區(qū)和3個重點縣（市）。其中三口河系區(qū)11個計算單元，汨羅-新墻區(qū)4個計算單元，澧水區(qū)6個計算單元，沅水區(qū)4個計算單元，資水區(qū)3個計算單元，湘江區(qū)10個計算單元。同時根據(jù)洞庭湖區(qū)水資源配置現(xiàn)狀，結(jié)合不同水平年的相關(guān)規(guī)劃，進一步考慮合理配置方案的非劣特性，采用人機交互的方式排除了初始方案集中大量的代表性不夠和明顯較差的方案，最終得到水資源合理配置方案集。其中，現(xiàn)狀水平年方案按照實際供需水方案調(diào)算，規(guī)劃水平年的2020年生成了12套方案。各方案設(shè)置的宏觀準(zhǔn)則情況見表2。

表2 不同水平年合理配置方案設(shè)定

現(xiàn)狀水平年：現(xiàn)狀水平年配置方案是以2008年作為基礎(chǔ)年，三產(chǎn)比重為 13.97∶45.66∶40.37，湖區(qū)總用水量約為93.68億m3，50%、75%與95%保證率下水田毛灌定額分別為918m3/畝、1 013m3/畝和1 153 m3/畝，旱田毛灌定額分別為316m3/畝、347m3/畝和396m3/畝。工業(yè)萬元增加值用水定額為130m3/萬元，三產(chǎn)用水為8m3/萬元。其他工程設(shè)施及運行策略均采用實際狀況。2020水平年：2020近期規(guī)劃水平共生成了12套方案，設(shè)置依據(jù)為工程設(shè)施、節(jié)水措施與社會經(jīng)濟發(fā)展水平等三種因子的組合。

3 供需平衡分析

3.1 現(xiàn)狀年供需平衡分析

綜合現(xiàn)狀供水和需水計算結(jié)果，洞庭湖區(qū)現(xiàn)狀水平年供需平衡計算結(jié)果見表3。

從供需平衡結(jié)果可知，P=50%、P=75%和P=95%情況下洞庭湖區(qū)現(xiàn)狀年需水量分別為89.92億m3、97.26億m3和108.09億m3，可供水量分別為87.68億 m3、85.44 億 m3和 85.25 億 m3；P=50%、P=75%和95%保證率下缺水量分別為2.24億m3、11.82億m3和22.84億m3，湖區(qū)綜合缺水率分別為2.49%、12.15%和21.13%。主要的缺水行業(yè)為農(nóng)業(yè)，缺水比較嚴(yán)重的區(qū)域主要集中在洞庭湖腹地三口水系區(qū)域，主要包括湖南省的安鄉(xiāng)、華容、南縣的西北部及湖北省的松滋、公安與石首的南部地區(qū)等。

表3 洞庭湖區(qū)現(xiàn)狀年水資源供需平衡表億m3

3.2 一次供需平衡分析

經(jīng)過方案的優(yōu)選，社會經(jīng)濟發(fā)展采用中方案（見表2），并考慮其更新改造和挖潛配套等節(jié)水措施增加的可供水量，2020以方案8作為一次供需平衡的推薦方案。水資源一次供需平衡分析結(jié)果表明，2020年水平年下，P=50%、P=75%與P=95%情況下洞庭湖區(qū)缺水量分別為 23.67億 m3、33.76億 m3和 45.54億m3，缺水率分別為21.26%、28.32%和34.82%；從各地區(qū)看，由于農(nóng)田有效灌溉面積沒有很大的增長，但由于灌溉水利用系數(shù)的提高和農(nóng)業(yè)灌溉模式的調(diào)整，農(nóng)業(yè)缺水量比現(xiàn)狀水平年有一定程度的減少，洞庭湖區(qū)供水基礎(chǔ)設(shè)施相對薄弱，必須適當(dāng)新建一批供水工程。

3.3 二次供需平衡分析

在一次供需平衡分析的基礎(chǔ)上，進一步考慮新增水利工程所增加的可供水量，以方案7作為2020水平年的推薦方案。水資源二次供需平衡結(jié)果表明，2020年在P＝50%、P＝75%和P＝95%情況下缺水量分別為 3.22億 m3、13.64億m3和 26.13億m3， 缺水率分別為2.90%、11.45%和19.98%。經(jīng)過二次平衡可以看出，與基準(zhǔn)年相比，在充分考慮節(jié)水、挖潛并適當(dāng)新增供水工程的情況下，通過水資源合理配置，洞庭湖區(qū)的用水保證程度得到了一定提高，但仍存在一定程度的供需缺口，尤其是在荊南三口地區(qū)，在枯水年與特枯水年仍面臨著較為嚴(yán)峻的缺水態(tài)勢。

4 結(jié) 語

從各地區(qū)看，由于農(nóng)田有效灌溉面積沒有很大的增長，但由于灌溉水利用系數(shù)的提高和農(nóng)業(yè)灌溉模式的調(diào)整，農(nóng)業(yè)缺水量比現(xiàn)狀水平年有一定程度的減少，但隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，城市生活和工業(yè)缺水每個地區(qū)都有不斷增長的趨勢。洞庭湖區(qū)供水基礎(chǔ)設(shè)施相對薄弱，必須適當(dāng)新建一批供水工程?？梢酝ㄟ^規(guī)劃供用水總體布局，以及安鄉(xiāng)縣西水東調(diào)、南縣西水東調(diào)、華容縣長江引水工程等來解決缺水問題。

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