調(diào)水工程分類方法研究

王宏偉，邱俊楠，姚文鋒，周正昊

（1.中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，天津 300222；2.水利部南水北調(diào)規(guī)劃設(shè)計管理局，北京 100053）

新中國成立以來， 我國陸續(xù)建設(shè)了許多不同類型、不同規(guī)模的流域性、區(qū)域性調(diào)水工程，提高了受水區(qū)的水資源配置能力和供水保障能力，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)社會效益和生態(tài)環(huán)境效益，為促進(jìn)受水區(qū)經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮了重要支撐與保障作用［1-3］。 據(jù)不完全統(tǒng)計，全國在建、已建及規(guī)劃的調(diào)水工程主要有137項，范圍涉及全國26個?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）。興建調(diào)水工程， 優(yōu)化水資源調(diào)配， 提高水安全保障能力， 是我國當(dāng)前乃至今后一定時期水利建設(shè)的重點(diǎn)之一［4］。 但是由于我國調(diào)水工程數(shù)量多、范圍廣、性質(zhì)多樣，且工程進(jìn)展程度不一，調(diào)水工程數(shù)據(jù)比較零散， 除在近期全國水利普查中開展過部分統(tǒng)計工作外， 目前在國內(nèi)尚未開展較為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計整理和分類工作。鑒于調(diào)水工程的復(fù)雜性和重要性，為加強(qiáng)調(diào)水工程信息化管理薄弱環(huán)節(jié)［5］，有必要開展調(diào)水工程的分類方法研究，制定分類標(biāo)準(zhǔn)，為建立全國調(diào)水工程數(shù)據(jù)臺賬提供技術(shù)支持， 支撐管理單位指導(dǎo)水資源調(diào)度并監(jiān)督實施、 組織指導(dǎo)大型調(diào)水工程前期工作、 指導(dǎo)監(jiān)督跨區(qū)域跨流域調(diào)水工程的調(diào)度管理等。

1 調(diào)水工程定義

調(diào)水工程是一項工程復(fù)雜、體系龐大、影響深遠(yuǎn)的水利工程，涉及經(jīng)濟(jì)、社會、資源、環(huán)境等諸多因素。 目前，SL430—2008《調(diào)水工程設(shè)計導(dǎo)則》、《水利大辭典》及部分研究學(xué)者給出了調(diào)水工程的定義。

（1）在SL430—2008《調(diào)水工程設(shè)計導(dǎo)則》中，調(diào)水工程是指為了滿足供水、灌溉、生態(tài)需水要求，興建的跨水系、跨區(qū)域的水資源配置工程。

（2）在《水利大辭典》（2015年）中，將跨流域調(diào)水定義為從一個流域往另一個流域調(diào)水以解決缺水地區(qū)水資源需求的一種措施。

（3）周小兵等在《長距離大型調(diào)水工程運(yùn)行管理實踐》中指出，調(diào)水工程是指為了補(bǔ)償缺水（或引出多余的水）而更有效、更安全地利用水資源，從任何一個水源（河流、水庫、湖泊、海灣、河口）取水，并沿著河槽、渠道、隧洞或管道送給用戶所修建的水利工程。

以上調(diào)水工程定義的共同點(diǎn)為 “跨區(qū)域或流域”、“水資源配置”，不同點(diǎn)為SL430—2008《調(diào)水工程設(shè)計導(dǎo)則》中的定義額外包含了供水任務(wù)，內(nèi)容更加全面。 因此本次采用SL430—2008《調(diào)水工程設(shè)計導(dǎo)則》中調(diào)水工程的定義。同時為了便于管理單位開展全國調(diào)水工程的行業(yè)管理工作， 需在此基礎(chǔ)上對其進(jìn)行范圍限定。結(jié)合國內(nèi)調(diào)水工程實際情況，本次研究的調(diào)水工程不包括以下3種情況： ①為應(yīng)急供水、臨時生態(tài)補(bǔ)水而興建的調(diào)水工程；②沿河興建的引水流量小于1m3/s、灌溉面積小于666.67hm2的調(diào)水工程；③在黃河下游（桃花峪至入?？冢┭睾尤∷喔鹊恼{(diào)水工程。

2 國內(nèi)分類方法現(xiàn)狀

2.1 調(diào)水工程設(shè)計導(dǎo)則

根據(jù)SL430—2008《調(diào)水工程設(shè)計導(dǎo)則》，按照調(diào)水工程的供水對象重要性、引水流量、年引水量、灌溉面積等來確定調(diào)水工程規(guī)模，共分為四類，分別為大（1）型、大（2）型、中型、小型。以城市供水為主的調(diào)水工程，應(yīng)按供水對象重要性、引水流量和年引水量3個指標(biāo)擬定工程等別，確定等別時至少應(yīng)有兩項指標(biāo)符合要求。以農(nóng)業(yè)灌溉為主的調(diào)水工程，應(yīng)按灌溉面積指標(biāo)確定工程等別。

2.2 防洪標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)GB50201—2014《防洪標(biāo)準(zhǔn)》，按照供水規(guī)模、供水對象的重要性、灌溉面積，確定供水、灌溉工程的等別，共分為4類，分別為特大型、大型、中型、小型。以城市供水為主的調(diào)水工程，應(yīng)按供水對象重要性、 引水流量和年引水量3個指標(biāo)擬定工程等別，確定等別時至少應(yīng)有兩項指標(biāo)符合要求。 以農(nóng)業(yè)灌溉為主的調(diào)水工程，應(yīng)按灌溉面積指標(biāo)確定工程等別。

2.3 水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)SL252—2017《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》，按照水利水電工程規(guī)模、效益和在經(jīng)濟(jì)社會中的重要性確定水利水電工程的等別， 共分5類，分別為大（1）型、大（2）型、中型、小（1）型、小（2）型。對于供水工程， 選用供水對象重要性和年引水量兩項指標(biāo)確定工程級別。 如按供水對象的重要性確定工程等別時，該工程應(yīng)為供水對象的主要水源。

2.4 國內(nèi)分類方法對比分析

SL430—2008《調(diào)水工程設(shè)計導(dǎo)則》在對調(diào)水工程分類時，選用對象重要性、引水流量、年引水量、灌溉面積來確定調(diào)水工程規(guī)模。 GB50201—2014《防洪標(biāo)準(zhǔn)》中供水工程包括本流域、本區(qū)域供水工程和跨流域調(diào)水工程，在對其進(jìn)行等別劃分時，綜合考慮了SL430—2008《調(diào)水工程設(shè)計導(dǎo)則》的相關(guān)規(guī)定，選用供水對象重要性、引水流量、年引水量來確定供水工程規(guī)模，選用灌溉面積確定灌溉工程規(guī)模。 SL252—2017 《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》 根據(jù)GB50201—2014《防洪標(biāo)準(zhǔn)》中供水工程和灌溉工程分類方法， 選用供水對象重要性和年引水量兩項指標(biāo)確定供水工程規(guī)模， 選用灌溉面積確定灌溉工程規(guī)模。因此，本次按照SL252—2017《水利水電工程等級劃分和洪水標(biāo)準(zhǔn)》所制定的年引水量、灌溉面積分等指標(biāo)進(jìn)行供水規(guī)模分類。 鑒于供水對象重要性不容易判斷， 本次不采用供水對象重要性進(jìn)行供水規(guī)模分類。

3 調(diào)水工程分類特征研究

3.1 行政區(qū)域分布特征分析

調(diào)水工程是為了將某水源地多余的水調(diào)出，調(diào)入補(bǔ)償某缺水地區(qū)， 從而提高調(diào)入?yún)^(qū)的水資源配置能力和供水保障能力。 根據(jù)調(diào)水工程的取水點(diǎn)和終端最遠(yuǎn)受水點(diǎn)所在的行政區(qū)域， 將調(diào)水工程分為跨省、跨市、市內(nèi)3類。其中調(diào)水工程的輸水線路區(qū)跨越兩個及以上省級行政區(qū)時，將其歸為跨省類；調(diào)水工程的輸水線路區(qū)只在省級行政區(qū)內(nèi)， 且跨越兩個及以上地級行政區(qū)時，將其歸為跨市類；調(diào)水工程的輸水線路區(qū)只在地級行政區(qū)內(nèi)時，將其歸為市內(nèi)類。

3.2 輸水干線總長度特征分析

輸水干線總長度與受水區(qū)范圍大小關(guān)系密切。目前全國調(diào)水工程的輸水干線總長度最短的不足10km，最長達(dá)1466.5km，且數(shù)據(jù)離散，差別較大。

在SL252—2017《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》中，沒有關(guān)于調(diào)水工程輸水干線總長度的特征值。系統(tǒng)聚類分析法是一種無監(jiān)督學(xué)習(xí)、探索性的統(tǒng)計分析方法，它不需預(yù)先給定類別，可從樣本數(shù)據(jù)出發(fā)，自動按照個體的特征進(jìn)行分類，使同一類別內(nèi)的個體具有盡可能高的同質(zhì)性， 而類別之間則具有盡可能高的異質(zhì)性［6］。

本次采用系統(tǒng)聚類分析方法分析調(diào)水工程輸水干線總長度的特征。 當(dāng)聚類的組間距離為1.5時，將調(diào)水工程輸水干線總長度分為3類， 分別為小于207.5km、207.5～873.1km、873.1～1466.5km，每個聚類內(nèi)的工程數(shù)量分別為109，24，4項， 據(jù)此將輸水干線總長度的分類界值初步確定為207.5，873.1km。 為了便于管理單位開展調(diào)水工程管理， 將分類界值分別取整為200，800km。 輸水干線總長度在200km以內(nèi)的調(diào)水工程數(shù)量較多，達(dá)109項，考慮到聚類組間均衡和已定分類界值的倍比關(guān)系， 將該類別繼續(xù)細(xì)分成兩類，增加一個分類界值：50km。

根據(jù)調(diào)水工程輸水干線總長度特征分析， 將其分為短距離、中距離、長距離、超長距離4類。 其中調(diào)水工程輸水干線總長度小于50km時， 將其歸為短距離類；調(diào)水工程輸水干線總長度大于等于50km、小于200km時，將其歸為中距離類；調(diào)水工程輸水干線總長度大于等于200km、小于800km時，將其歸為長距離類； 調(diào)水工程輸水干線總長度大于等于800km時，將其歸為超長距離類。

3.3 供水對象特征分析

調(diào)水工程作為優(yōu)化配置水資源的重要措施，受不同時期社會經(jīng)濟(jì)及自然環(huán)境等因素的影響， 其供水對象也在逐步發(fā)生轉(zhuǎn)變。 我國早期調(diào)水工程的供水對象多以灌溉供水為主，到了20世紀(jì)后，隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，水資源短缺程度加劇，調(diào)水工程的供水對象逐漸轉(zhuǎn)變成以城市供水（含生活供水和工業(yè)供水）為主，同時兼顧灌溉供水。近些年，因缺水導(dǎo)致的生態(tài)問題日益突出， 調(diào)水工程供水對象又相應(yīng)增加了生態(tài)供水，及時緩解了生態(tài)問題，發(fā)揮了重要作用。

分析我國調(diào)水工程的供水對象， 確定其特征有城市供水、灌溉供水、生態(tài)供水3種類型。按照供水量最大的單個供水對象為工程主要對象的原則， 將調(diào)水工程分為以城市供水為主、以灌溉供水為主、以生態(tài)供水為主3類。

4 全國調(diào)水工程分類成果

4.1 行政區(qū)域分類成果

按照行政區(qū)域分類方法，將調(diào)水工程分為跨省、跨市、市內(nèi)3類。 在全國137項調(diào)水工程中，跨省的調(diào)水工程有13項，占統(tǒng)計工程總數(shù)的9%；跨市的調(diào)水工程有64項，占統(tǒng)計工程總數(shù)的47%；地市內(nèi)調(diào)水工程有60項，占統(tǒng)計工程總數(shù)的44%。

4.2 供水規(guī)模分類成果

采用供水規(guī)模分類方法，選用年引水量、灌溉面積指標(biāo)，將調(diào)水工程分為?。?）型、?。?）型、中型、大（2）型、大（1）型5類。在全國137項調(diào)水工程中，大（1）型調(diào)水工程有27項，占統(tǒng)計工程總數(shù)的20%；大（2）型調(diào)水工程有43項，占統(tǒng)計工程總數(shù)的31%；中型調(diào)水工程有32項，占統(tǒng)計工程總數(shù)的23%；?。?）型型調(diào)水工程有29項，占統(tǒng)計工程總數(shù)的21%；小（2）型調(diào)水工程有6項，占統(tǒng)計工程總數(shù)的5%。

4.3 輸水干線總長度分類成果

按照輸水干線總長度分類方法， 將其分為短距離、中距離、長距離、超長距離4類。在全國137項調(diào)水工程中，短距離調(diào)水工程有50項，占統(tǒng)計工程總數(shù)的37%； 中距離調(diào)水工程有59項， 占統(tǒng)計工程總數(shù)的43%； 長距離調(diào)水工程有21項， 占統(tǒng)計工程總數(shù)的15%；超長距離的調(diào)水工程有7項，占統(tǒng)計工程總數(shù)的5%。

4.4 供水對象分類成果

按供水對象分類方法，將調(diào)水工程分為以城市供水為主、以灌溉供水為主、以生態(tài)供水為主3類。 在全國137項調(diào)水工程中， 以城市供水為主的調(diào)水工程有108項，占統(tǒng)計工程總數(shù)的79%；以灌溉供水為主的調(diào)水工程有21項，占統(tǒng)計工程總數(shù)的15%；以生態(tài)供水為主的調(diào)水工程有8項，占統(tǒng)計工程總數(shù)的6%。

5 結(jié)語

（1）鑒于調(diào)水工程的多樣性、復(fù)雜性和重要性，本研究對調(diào)水工程定義增加限制條件， 提高了研究的適用性。對比分析調(diào)水工程分類方法，選擇操作性強(qiáng)的供水規(guī)模作為一個分類特征。在此基礎(chǔ)上，通過對我國137項調(diào)水工程整理分析，采用定性歸納法和聚類分析法， 增加了行政區(qū)域分布、 輸水干線總長度、供水對象等分類特征，共同構(gòu)建了調(diào)水工程分類體系，并采取分類指標(biāo)對全國調(diào)水工程進(jìn)行統(tǒng)計。開展調(diào)水工程的分類方法研究工作，制定分類標(biāo)準(zhǔn)，有利于建立全國調(diào)水工程數(shù)據(jù)臺賬， 加強(qiáng)調(diào)水工程信息化管理薄弱環(huán)節(jié)，可為管理單位指導(dǎo)、監(jiān)督水資源調(diào)度等工作提供有力技術(shù)支持。

（2）建議盡量多收集調(diào)水工程屬性，如管理體制、投資、水價、調(diào)水方式等，滿足多種管理需求，同時在調(diào)水工程統(tǒng)計管理工作中不斷驗證總結(jié)， 并及時進(jìn)行修訂完善。