云南省地表水資源可利用量計算分析

段路松 李學輝

摘要：為研究云南省地表水資源合理開發(fā)利用的最大可利用閾值，基于第三次水資源調查評價1980～2016年徑流資料，結合云南省水資源開發(fā)現狀，采用扣損法、“去頭斬尾”法和棄水系數法計算云南省地表水資源可利用量。分析結果表明：扣損法分析結果較為合理，云南省地表水資源可利用量僅占自產水資源量的18%，其中瀾滄江流域可利用量最大，占全省水資源可利用量的22%;牛欄江地表水資源可利用率最大，為26%。分析結果與云南省實際情況相符。研究成果可為云南省水資源管理、配置、合理開發(fā)利用提供基礎依據。

關鍵詞：水資源可利用量;地表水資源;扣損法;云南省

水資源可利用量是綜合規(guī)劃區(qū)域水資源的節(jié)約、保護、配置、開發(fā)、利用和治理措施的條件，又是進行水資源承載能力分析的基礎[1]。地表水資源可利用量是指在可預見的時期內，在經濟合理、技術可行且滿足最小生態(tài)需水和必要的河道內用水需求的前提下，通過各種工程措施調節(jié)控制可供河道外生活、生產、生態(tài)用水一次性利用的且不包括回歸水重復利用等的最大水量[2]。水資源可利用量在充分考慮水生態(tài)保護和可持續(xù)發(fā)展的原則下，為今后開展流域或區(qū)域規(guī)劃修編、水量分配與調度、總量控制指標修訂等工作提供科學依據。

1水資源可利用量計算方法

由于水資源可利用量定義上的區(qū)別，國內外水資源可利用量的計算方法也存在較大差異。國內通常采用的計算方法是扣損法[1]。金新芽等[2]采用扣損法和“去頭斬尾”法研究金華流域的地表水資源可利用量，緩解了流域內不同行政區(qū)域經濟發(fā)展水平、工程措施建設不平衡帶來的影響，兼顧了公平的原則。姚水萍等[3]以富陽市為例，提出了以每年最大月流量與多年平均月流量之比值為基準，確定汛期棄水系數的方法，提供了一種新思路，符合汛期水量越多，難于利用水量越多的實際情況。付玉娟等[4]采用修正的Tennant法計算遼河流域遼寧省內河道生態(tài)需水量的上限與下限，采用扣損法算出地表水資源可利用量的上限與下限。徐德龍等[5]介紹了基于優(yōu)先水權制度的美國得克薩斯州WAM模型、美國俄勒崗州水資源可利用量計算方法以及墨西哥綜合考慮水量和水質的水資源可利用量指數等國外代表性的地表水資源可利用量計算方法，但由于這些方法需要大量實際觀測資料，不符合我國的實際情況，不能被完全采用。

1.1 扣損法

扣損法通常采用控制站多年平均水資源量扣除不可以被利用水量和不可能被利用水量來計算多年平均水資源可利用量。

式中： W不可能被利用量是指受各種水資源開發(fā)因素和條件的制約，無法被利用的水量，包括超出水利工程最大調蓄能力和供水能力的洪水量以及在可預見時期內受工程經濟技術影響不可能被利用的水量和超出最大用水需水的水量等;W不可以被利用量是指為避免造成河道內生態(tài)環(huán)境惡化及破壞而不允許使用的水量。

1.1.1 最小生態(tài)需水量

最小生態(tài)需水量一般采用多年平均徑流量的百分數或者近10 a最小的月平均徑流量計算：

1.1.2 沖沙輸沙水量

河道內需水量還應考慮為了維持河流中下游侵蝕與淤積的動態(tài)平衡而必須在河道內保持的沖輸沙水量。

1.1.3 水生生物保護水量

為維系水生生物生存與發(fā)展，保存一定數量和物種的生物資源，河道中必須保持的水量，即維持河流系統(tǒng)水生生物生存的最小生態(tài)環(huán)境需水量。

1.1.4 河道內生產需水量

河道內生產需水量主要考慮水力發(fā)電和航運需水量。前者是為保持梯級電站、年調節(jié)及調峰等電站的正常運行，需要向下游下泄并在河道中保持一定的水量。后者是指河段為滿足通航需求所保持一定的水位和流量，以維持航道必要的深度和寬度。

1.1.5 汛期難于控制利用洪水量

將流域控制站汛期的天然徑流量減去流域能夠調蓄和耗用的最大水量，剩余的水量即為汛期難于控制利用的下泄洪水量[2]。汛期能夠調蓄和耗用的最大量為汛期水庫蓄水量、調出外流域水量和用水消耗量合計的最大值。

計算分區(qū)汛期下泄洪水量時，需要考慮控制站以下至流域出口區(qū)間的下泄量，如果區(qū)間基本沒有調蓄工程，在計算水文站下泄水量時已將區(qū)間用水考慮在內，可以認為區(qū)間的天然徑流量全部下泄，采用流域多年平均地表水資源量減去水文控制站多年平均天然徑流量。

1.2 “去頭斬尾”法

“去頭斬尾”法假設研究區(qū)域有相同的調蓄和耗用水平，是基于資格水權下的水資源可利用量。對研究區(qū)域長系列逐日流量過程扣除洪水控制線以上的量，即下泄水量，此為“去頭”;扣除基流控制線以下的量，即基流水量，此為“斬尾”;中間的部分即為可以通過工程水段加以利用的量。

1.3 棄水系數法

以每年月最大流量與多年月平均流量之比為基準來確定棄水系數，棄水系數與汛期水量的乘積即為汛期棄水，地表水資源量減去汛期棄水和生態(tài)最小允許基流量即為水資源可利用量。一般汛期水量越大，難于利用的水量越多，即汛期棄水量越大，因此具體的量可通過徑流分析采用不同的棄水系數來確定。

2 云南省水資源可利用量分析

2.1 研究區(qū)域概況

云南省位于青藏高原東南側，地勢高聳，山高谷深，地形地貌極為復雜。全省平均海拔高程約2 000 m，總的趨勢是西北高、東南低，呈不均勻階梯狀逐級降低。南北走向的山脈地形孕育了六大江河水系，即長江、珠江、紅河、瀾滄江、怒江、伊洛瓦底江，這六大水系均為入海河流的上中游，除長江和珠江水系外，其余4條均屬國際河流，是我國國際河流最多、最集中的省份。復雜的地形條件加上印度洋孟加拉灣的西南支水汽和西太平洋北部灣的東南支水汽兩支海洋暖濕氣流的影響，降水充沛，多年平均自產水資源量為2 141億m3，水資源主要集中在汛期（5～10月），占全年徑流量的62.2%～86.9%，水資源相對豐富，但時空分布不均，常有水旱災害發(fā)生。

2.2 計算參數選取

云南省屬于南方地區(qū)，南方河流汛期河道內生態(tài)環(huán)境及生產需水量與汛期下泄的洪水具有兼容性，汛期一般不考慮河道內生態(tài)環(huán)境及生產需水量。采用多年平均地表水資源量減去非汛期河道內需水量的外包值，再減去汛期難于控制利用的洪水量的多年平均值，得出多年平均地表水資源可利用量（見圖1）。

結合云南省實際情況，扣損法計算最小生態(tài)需水量時考慮到受水利工程經濟技術影響，河流最小生態(tài)需水量保證率大幅度提高，以滿足全水文年最小生態(tài)需水量的要求，采用Tennant法和Qp法分別計算，其中Tennant法枯水期（11月至次年4月）k值取15%，Qp法采用90%保證率最小月徑流量，水生生物需水量按河道內多年平均徑流量的30%估算，并按多年平均年徑流量年內分配至1～12月。由于云南省屬多條河流源頭，有航運需求的河段僅為南盤江、紅河、瀾滄江，因此，在估算航運需水量時按設計單位提供的航道用水保證率進行估算，其中：南盤江為江邊街站95%保證率年徑流中最枯月徑流量，紅河為蠻耗站75%保證率年徑流中最枯月徑流量，瀾滄江為允景洪站95%保證率年徑流中最枯月徑流量。計算汛期下泄洪水時，據云南省降雨及河流洪水特點，將汛期（5～10月）劃分為5～7月、8～10月兩段，分別計算各期難于控制利用的洪水量。

采用“去頭斬尾”法和棄水系數法，以南盤江為例，通過試算分析，基流相關系數n取10，洪水相關系數m取0.36 。每年月最大流量與多年月平均流量之比與所占比例、棄水系數見表1。

2.3 計算結果

采用以上3種方法，分別計算了南盤江流域地表水資源可利用量（見圖2），計算結果存在一定誤差?！叭ヮ^斬尾”法計算結果相比扣損法偏小9%，且可利用量小于現狀實際用水量268 200萬m3，表明南盤江流域每個分區(qū)社會、經濟和技術發(fā)展程度不同，地形條件差異大，地表水資源受水利工程控制程度也不同，計算過程中不能假設他們具有相同的調蓄和耗用水平，不適合采用“去頭斬尾”法。棄水系數法計算結果相比扣損法偏大9%，此方法根據徑流分析來確定棄水系數，但與實際調蓄和耗用水平不一致，故合理性需要進一步研究。

根據分析南盤江流域3種方法計算結果，認為云南省采用傳統(tǒng)的扣損法計算區(qū)域內水資源可利用量比較合理，本文基于第三次水資源調查評價1980～2016年徑流成果計算云南省8個主要流域的地表水資源量，與現狀實際用水量作比較，并且將水資源可利用率和開發(fā)利用程度作對比分析，結果見表2、圖3、圖4。

從水資源數量看，瀾滄江、怒江、南盤江水資源豐沛，可利用量占云南省水資源可利用量的46%，其中瀾滄江地質條件優(yōu)越、水量豐沛穩(wěn)定，干流云南段規(guī)劃水電站共15級，總調節(jié)庫容為229.2億m3，考慮入境水量的情況下，水資源可利用量全省最大為85.0億m3，占全省22%;怒江干流云南段規(guī)劃水電站13級，總調節(jié)庫容78.7億m3，考慮入境水量的情況下，水資源可利用量為全省第二，占全省16%。從水利工程可控性看，牛欄江干流分8級開發(fā)，且牛欄江-滇池補水工程多年平均向滇池補水5.72 億m3，開發(fā)利用程度較高，水資源可利用率高達26%，為全省最大。從可利用量與現狀用水量對比來看，可利用量為現狀用水量的1～5倍，其中怒江的可利用量為現狀用水量的5倍，為全省最大?？衫每臻g比較大;從可利用率和開發(fā)利用程度對比分析看，各分區(qū)水資源可利用率均略偏高于開發(fā)利用程度，說明計算結果合理，且與云南省實際相符。根據第三次水資源調查評價，云南省地表水資源可利用量為382.4億m3，僅占全省多年平均自產水資源量的18%，水資源開發(fā)利用程度較低，地區(qū)分布不均，水資源可利用量地區(qū)之間的差異較明顯。

3 結 論

（1）云南省位于低緯度、高海拔地區(qū)，境內山高、谷深，水資源豐富，然而由于省境內自然地理、經濟社會與水資源時空分布的巨大差異，導致了資源配置與經濟社會發(fā)展布局的不協(xié)調，水資源開發(fā)潛力大但開發(fā)難度更大，水資源開發(fā)利用程度較低。隨著人類調控水資源的能力越來越強，滇中引水工程實施以后，云南省水資源可利用量將進一步加大。

（2）云南省各地區(qū)水資源可利用量差異較明顯，怒江、瀾滄江、李仙江的水資源可利用空間較大。

（3）通過幾種計算方法對比分析，依據流域天然徑流態(tài)勢和分布特點，同時兼顧現狀水資源開發(fā)利用特點和規(guī)劃安排，認為扣損法簡便易操作，且分析結果合理可靠。

參考文獻：

[1] 張洪剛，張翔，呂孫云，等. 國內外水資源可利用量計算方法概析[J]. 人民長江，2008，39（17）：18-20.

[2] 金新芽，張曉文，馬俊. 地表水資源可利用量計算實用方法研究[J]. 水文，2016，36（2）：78-81.

[3] 姚水萍，郭宗樓，任信，等. 地表水資源可利用量計算探討[J]. 浙江大學學報，2005，31（4）：479-482.

[4] 付玉娟，何俊仕，慕大鵬，等. 遼河流域水資源可利用量分析計算[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境，2011，25（1）：107-110.

[5] 徐德龍，張翔，呂孫云，等. 地表水資源可利用量研究現狀及發(fā)展趨勢[J]. 人民長江，2007，38（11）：110-112.

（編輯：唐湘茜）