椒江河口建閘對區(qū)域水資源配置的影響分析

賀春雷，周 芬，馬海波

（1.浙江省水利廳，310009，杭州；2.浙江省水利水電勘測設計院，310002，杭州）

椒江河口建閘對區(qū)域水資源配置的影響分析

賀春雷1，周 芬2，馬海波2

（1.浙江省水利廳，310009，杭州；2.浙江省水利水電勘測設計院，310002，杭州）

椒江河口建閘的主要任務之一是增加流域水資源可利用量。針對椒江流域水資源系統(tǒng)特點和骨干工程布局，建立了流域水資源系統(tǒng)模擬模型，通過分析建閘后的新增水資源可利用量，提出了建閘后區(qū)域水資源配置總體格局，并對建閘后水資源綜合利用效益進行評估分析。

椒江流域；河口建閘；水資源可利用量；水資源配置

椒江流域位于浙東南沿海，是浙江省第三大河流，主要流經臺州市的仙居縣、天臺縣、臨海市、黃巖區(qū)和椒江區(qū)，于松浦閘外注入東海臺州灣，流域面積6 603 km2。椒江是臺州市人民的母親河，合理開發(fā)利用和優(yōu)化配置流域水資源是緩解臺州市局部地區(qū)尤其是沿海地區(qū)水資源供需矛盾的有效措施。臺州市于20世紀90年代已提出在椒江河口建閘的構想，即在椒江河口適當位置建設擋潮閘，使閘上潮汐江道變成淡水江，增加流域水資源開發(fā)利用。本文針對椒江流域水資源系統(tǒng)特點和骨干工程布局，建立流域水資源系統(tǒng)模擬模型，結合椒江河口建閘的初步建設方案，分析建閘后新增水資源可利用量，開展水資源配置方案分析，提出建閘后區(qū)域水資源配置總體格局，評估建閘后水資源綜合利用效益。

一、椒江流域水資源系統(tǒng)特點與概化

1.水資源系統(tǒng)特點

椒江流域水資源系統(tǒng)是由若干個供水區(qū)（生產、生活、生態(tài)等用水戶）和供水水源（蓄、引、提等水利工程）組成，這些供水區(qū)和供水水源既相互獨立又相互聯系。其主要特點有：

①跨行政區(qū)：流域主要分屬臺州市天臺縣、仙居縣、臨海市和臺州市區(qū)，源頭區(qū)涉及金華市、紹興市、麗水市、溫州市小部分地區(qū)。

②跨流域（區(qū)域）：椒江流域存在多項流域內、外的跨流域（區(qū)域）引調水，如流域內部的牛頭山水庫向東部平原引水,朱溪水庫向長潭水庫引水；流域外的黃龍水庫向天臺縣城供水；椒江流域與相鄰的金清水系、洞港水系等緊密相連，椒江流域除向本流域用水戶供水外，還向域外的溫黃平原、桃渚平原供水。

③多種水源：各供水區(qū)的主要水源有水庫蓄水、河道（河網）內地表徑流、境外引水等。

④多種用水戶：各供水區(qū)的用水戶有城鄉(xiāng)生活、工農業(yè)生產、生態(tài)環(huán)境等用水戶，同時還涉及水閘沖淤用水等，各用水戶對水量、水質和保證率均有不同要求。

⑤多級串并聯：水利工程和供水區(qū)之間的水力或水利聯系形成了多級串并聯關系，如位于不同支流上的水利工程向同一供水區(qū)供水則形成并聯關系，位于同一支流的上下游水利工程向同一供水區(qū)供水則形成串聯關系，上述情況在整個流域內則形成多級串并聯關系。

⑥多級反饋：供水區(qū)在流域內處于上下游關系，上游區(qū)的排水進入下游區(qū)，作為下游區(qū)的水源之一；沿江河網的部分或全部棄水是江道的水源之一，而沿江河網蓄水不足時又抽取江水充蓄河網；水庫、河道（河網）向供水區(qū)供水，供水區(qū)用戶的部分或全部退水又成為水庫、河道（河網）的水源之一。

綜上，椒江流域水資源系統(tǒng)是一個以水庫、河道（河網）供水為主的跨行政區(qū)、跨流域（區(qū)域）、多水源、多用戶、多級串并聯、多級反饋的大型復雜水資源系統(tǒng)。

2.水資源系統(tǒng)概化

椒江流域水資源系統(tǒng)中各供水區(qū)通過各種水利工程和用水戶相聯系，從而實現流域水資源的統(tǒng)一配置。水資源系統(tǒng)概化的原則是以供水區(qū)為中心，各供水區(qū)（計算單元）的取水口（合并）和退水口（合并）、河道控制斷面作為水量控制節(jié)點。為反映影響供需分析中各個主要因素的內在聯系，根據供水區(qū)、流域水系、重要水利工程之間的地理關系和水力聯系，繪制了椒江流域水資源系統(tǒng)概化網絡圖。

二、椒江流域水資源系統(tǒng)模擬模型

模擬模型根據對系統(tǒng)實際過程的深入分析，模仿實際系統(tǒng)的各種效應，對系統(tǒng)輸入給出預定規(guī)則下的響應過程，即按照符合實際流程的邏輯推理對水資源存蓄、供給等進行定量分析和計算。椒江流域水資源系統(tǒng)模擬模型由降雨徑流模擬模型和水量配置模擬模型組成。

1.降雨徑流模擬模型

根據地貌特點，降雨徑流模擬分為兩大類：一是山丘區(qū)徑流模擬模型，二是平原區(qū)徑流模擬模型。山丘區(qū)視具體情況和資料條件，徑流模擬可以采用徑流模型法、水文比擬法及降雨徑流相關法等；平原區(qū)徑流模擬視下墊面條件分別采用不同的產流方式，根據不同的土地利用方式對流域產流的影響程度，結合平原地區(qū)土地利用的實際情況以及資料的易獲取性，將下墊面歸納為5種類型，即水面（湖泊、河道）、城鎮(zhèn)建成區(qū)、雜地、水田和旱地，雜地主要指鄉(xiāng)村、丘陵、荒地等非耕地。

2.水量配置模擬模型

（1）目標函數

系統(tǒng)總缺水量最?。?/p>

Ls（i，j，k）=D（i，j，k）-W（i，j，k）式中，D（i，j，k）為第i時段第j個計算單元第k個用水戶的需水量；W（i，j，k）為系統(tǒng)第i時段向第j個計算單元第k個用水戶的供水量；Ls（i，j，k）為第i時段第j個計算單元第k個用水戶的缺水量。m1為計算時段數，m2為計算單元個數，m3為用水戶個數。

（2）約束條件

①水量平衡約束用水戶水量平衡：

式中，H（i，j，k，l）為第i時段第l個水源工程向第j個計算單元第k個用水戶的供水量；n（jk）為向第j個計算單元第k個用水戶供水的水源工程個數。

水源工程水量平衡：

式中，V（i+j，l）為第l個水源工程第i時段末的蓄水量；V（i，l）為第l個水源工程第i時段初的蓄水量；Wr（i，l）為第l個水源工程第i時段的來水量；Wg（i，l）為第l個水源工程第i時段向其所有供水單元的總供水量；Ww（i，l）為第 l個水源工程第 i時段的棄水量；Wl（i，l）為第l個水源工程第i時段的損失水量。

②蓄水庫容約束

式中，Vmin（l）為第l個水源工程的供水死庫容；Vmax（l）為第l個水源工程的控制蓄水量，梅汛期、臺汛期和非汛期采取不同的控制。

③輸水能力約束

式中，Hmax（jk）為第l個水源工程向第j個計算單元第k個用水戶的最大輸水能力。

④最小?。ü┧ＷC率約束

城市公共水廠取水保證率不小于95%，其他用水戶取水保證率不小于90%。

三、閘址徑流及水資源可利用量

1.考慮人類活動影響的閘址徑流

椒江河口大閘閘址初步選定在牛頭頸至臺州灣頭門島一帶，其中頭門島閘址集水面積7 031 km2，閘上江道正常蓄水位2.6 m，相應蓄水容積18.22億m3；最低蓄水位 1.6 m，相應蓄水容積15.71億m3。頭門島閘址斷面多年平均天然年徑流量為67.21億m3，椒江流域人類活動對徑流量的影響較大，主要體現在3個方面：

①椒江流域中上游已建或在建的大中型水庫工程對流域徑流進行了調控，一定程度上影響了流域徑流的年內及年際分配，主要體現在汛期徑流量減少、枯水期徑流量增加，豐水年徑流量減小、枯水年徑流量增加。

②跨區(qū)域引調水工程更是對流域徑流量、徑流分配產生了較大影響，如長潭、牛頭山、朱溪（擬建）、方溪（擬建）水庫向溫黃平原和東部平原供水減少了椒江流域的徑流量。

③流域內經濟社會、工業(yè)化水平發(fā)展較快，耗用水量不斷增長，導致流域徑流量也隨之發(fā)生變化。

考慮人類活動影響的閘址徑流計算時采用前述水資源系統(tǒng)模擬模型，該模型能夠反映流域內降雨徑流特性、水利工程調蓄、跨流域調水以及其他供用耗排等人類活動對徑流量及過程的影響。根據模型計算分析，頭門島閘址斷面規(guī)劃2030水平年多年平均年徑流量為54.15億m3。

2.水資源可利用量

椒江河口建閘后閘上江道水資源可利用量以河口敏感生態(tài)需水作為控制。根據《水工程規(guī)劃設計生態(tài)指標體系與應用指導意見》（水總環(huán)移〔2010〕248號），現有的河口敏感生態(tài)需水計算方法不統(tǒng)一，且比較復雜，推薦以河口50%保證率下年來水量的60%～80%作為河口敏感生態(tài)需水。椒江河口大閘位于臺州灣頭門島附近，閘下海域寬闊，可以按照閘址徑流的60%作為河口敏感生態(tài)需水，閘址徑流的40%作為閘上江道最大水資源可利用量。根據分析，頭門島閘址規(guī)劃2030水平年50%保證率下的年來水量為55.87億m3，則相應頭門島閘址閘上江道水資源可利用量為22.35億m3。

四、椒江河口建閘后水資源配置分析

1.水資源配置方案分析

椒江河口建閘后，閘上江道可向椒江兩岸平原提供豐富的淡水資源，對提升臺州市尤其是東部地區(qū)水資源保障能力具有非常重要的意義。閘上江道水資源主要利用方向為：農灌供水、一般工業(yè)（主要是臺州灣循環(huán)經濟產業(yè)集聚區(qū)）供水、椒江兩岸平原河網環(huán)境配水等。根據建閘方案、水資源利用方向等，擬定了4個方案進行水資源系統(tǒng)供需平衡分析。

方案1：河口不建閘，上游建水庫。該方案下，在椒江上游支流繼續(xù)新建指巖、十三都等水庫，聯合下岸水庫等向長潭、牛頭山水庫供水區(qū)引水，增加城鎮(zhèn)供水量約2.5億m3，牛頭山水庫供水區(qū)和長潭水庫供水區(qū)仍存在3.3億m3的供水缺口。

方案2：河口建閘，向兩岸平原提供灌溉供水。該方案下，可以滿足椒江兩岸臨海市江北供水區(qū)、臨海市江南供水區(qū)、東部平原供水區(qū)和溫黃平原供水區(qū)的農灌用水需求，90%保證率提供農灌供水量2.18億m3，并可將長潭水庫、牛頭山水庫原來用于灌溉供水的庫容和水量置換出來提供城鎮(zhèn)供水，分別增加城鎮(zhèn)供水量約 1.28億 m3（折合35萬m3/d）和0.51億m3（折合14萬m3/d）。

方案3：河口建閘，向兩岸平原提供灌溉、一般工業(yè)供水。該方案下，在滿足椒江兩岸供水區(qū)農灌用水的基礎上，可向產業(yè)集聚區(qū)提供約7.3億m3（折合200萬m3/d）的一般工業(yè)供水。

方案4：河口建閘，向兩岸平原提供灌溉、一般工業(yè)供水和河網環(huán)境配水。該方案下，在滿足椒江兩岸供水區(qū)工農業(yè)用水的基礎上，可以向溫黃平原、東部平原提供14.17億m3的環(huán)境配水量，相當于將溫黃、椒北河網平均換水12次/a。

2.水資源配置總體格局

椒江河口建閘后，其閘上江道水資源綜合利用方向如下：向椒江兩岸供水區(qū)（東部平原供水區(qū)和溫黃平原供水區(qū)）提供農灌供水、一般工業(yè)供水和環(huán)境配水，兼顧向靈江兩岸供水區(qū) （臨海市江北供水區(qū)和江南供水區(qū)）提供農灌供水，同時置換出長潭水庫現狀向溫黃平原的農灌和環(huán)境供水用于城鎮(zhèn)供水，置換出牛頭山水庫現狀向大田平原和東部平原的農灌供水用于城鎮(zhèn)供水。

椒江河口建閘后，牛頭山水庫供水區(qū)水資源配置總體格局為“四庫一閘”（牛頭山水庫、溪口水庫、童燎水庫、方溪水庫、椒江大閘）；長潭水庫供水區(qū)水資源配置總體格局為“六庫一閘”（長潭水庫、湖漫水庫、太湖水庫、秀嶺水庫、佛嶺水庫、朱溪水庫、椒江大閘）。椒江河口建閘后水資源配置總體格局見圖1。

五、效益評估

圖1 椒江河口建閘（頭門島閘址）后水資源配置總體格局

①徹底解決臺州市東部地區(qū)水資源供需矛盾，緩解椒江流域中上游向臺州東部地區(qū)調水的壓力，為椒江流域實現水資源優(yōu)化配置創(chuàng)造條件。椒江河口建閘后，可以向椒江兩岸供水區(qū)提供農灌供水、一般工業(yè)供水和環(huán)境配水，同時置換出牛頭山水庫和長潭水庫的優(yōu)質水轉向城鎮(zhèn)供水，聯合近期擬建的方溪水庫和朱溪水庫，可以徹底解決臺州市東部地區(qū) （牛頭山水庫供水區(qū)和長潭水庫供水區(qū)）水資源供需矛盾，從而緩解椒江流域中上游向臺州東部地區(qū)的調水壓力，有利于保護椒江流域中上游的生態(tài)環(huán)境。

②提供一般工業(yè)供水，支撐臺州灣循環(huán)經濟產業(yè)集聚區(qū)發(fā)展，為臺州沿海地區(qū)實施大分質供水創(chuàng)造條件。椒江河口建閘后，可以向臺州灣循環(huán)經濟產業(yè)集聚區(qū)提供豐富的一般工業(yè)供水，不僅能夠滿足臺州灣循環(huán)經濟產業(yè)集聚區(qū)規(guī)劃2030水平年的用水需求，還可以為椒江兩岸遠景新增圍墾區(qū)提供水資源保障。豐富的一般工業(yè)供水量不僅有力地支撐了臺州灣循環(huán)經濟產業(yè)集聚區(qū)的發(fā)展，而且減輕了長潭水庫和牛頭山水庫的供水壓力，為臺州沿海地區(qū)實施大分質供水（水庫以城鎮(zhèn)供水為主，閘上江道以工業(yè)供水為主）創(chuàng)造條件。

③提供農業(yè)灌溉供水，增加水庫城鎮(zhèn)供水能力，為臺州市沿海地區(qū)實現優(yōu)水優(yōu)用創(chuàng)造條件。椒江河口建閘后，可以向椒江兩岸供水區(qū)提供農業(yè)灌溉供水，一方面可以提高農灌用水保證率，實現牛頭山和長潭兩個大型灌區(qū)的增產增收；另一方面通過農灌任務的替代，可使得兩座大型水庫成為專供城鎮(zhèn)用水的供水水庫，通過將水庫優(yōu)質水高效利用于城鎮(zhèn)生活，保障城鄉(xiāng)居民飲水安全，為臺州市沿海地區(qū)實現“優(yōu)水優(yōu)用”創(chuàng)造條件。

④提供河網環(huán)境配水，改善椒（靈）江兩岸平原河網水環(huán)境，為臺州市生態(tài)文明建設創(chuàng)造條件。隨著經濟社會的發(fā)展和人民生活水平的提高，對城市河網水環(huán)境的改善需求日益迫切。椒江河口建閘后，可以向椒（靈）江兩岸的大田平原、江南平原、東部平原和溫黃平原等提供充足的河網環(huán)境配水（初步估算多年平均可提供環(huán)境配水量12.8億m3），將有利于持續(xù)改善平原河網水環(huán)境。利用椒江河口大閘的蓄淡功能，可使包括臨海城區(qū)以下的椒（靈）江干流沿岸實現“咸水”變“淡水”、“混濁”變“清澈”的轉變，展現“水清、岸綠、景美”的風貌，提升椒（靈）江兩岸城市品位，改善兩岸的投資環(huán)境，促進經濟社會的可持續(xù)發(fā)展，為臺州市建設新型城市、優(yōu)化市域空間布局、開展生態(tài)文明建設創(chuàng)造有利條件。 ■

[1]浙江省水利水電勘測設計院，等.椒（靈）江建閘對區(qū)域水資源配置影響研究[R].2016.

[2]游進軍.水資源系統(tǒng)模擬理論與實踐[D].北京：中國水利水電科學研究院，2005.

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[4]胡堯文，郭磊，唐巨山，等.平原河網區(qū)產流實用模型研究[J].中國農村水利水電，2008（8）.

[5]周芬，鄭雄偉，馬俊.考慮供水權重系數的水庫群聯合供水調度[J].水利水電科技進展，2011，31（5）.

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[7]周芬，鐘名軍，黃昉.寧波市西線水庫群聯網供水系統(tǒng)模擬研究[J].浙江水利科技，2015，43（6）.

責任編輯 張瑜洪

Impact analysis on construction of Jiaojiang Estuary Sluice to local water resource allocation

He Chunlei,Zhou Fen,Ma Haibo

The main function of Jiaojiang Estuary Sluice is increasing basin water availability.A simulation model of water resources system of Jiaojiang River Basin was created considering the features of water resources conditions and layout of backbone water structures.The general layout of water resources allocation after the completion of Jiaojiang Estuary Sluice was designed through evaluation of newly-increased water availability.Comprehensive benefits of the project are also evaluated and summarized.

Jiaojiang River Basin;estuary sluice construction;water availability;water resources allocation

TV213.4

B

1000-1123（2017）09-0015-04

2017-03-31

賀春雷，高級工程師。