基于水資源配置平衡的云南省水系連通格局效果分析

翟正麗，桑學(xué)鋒，顧世祥，周祖昊，嚴(yán)子奇

(1.中國水利水電科學(xué)研究院流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點實驗室，北京 100038；2.云南省水利水電勘測設(shè)計研究院，云南 昆明 650021)

經(jīng)濟(jì)社會跨越式發(fā)展造成很多地區(qū)的水資源需求達(dá)到或者遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過本區(qū)域水資源承載力[1-2]，而水系連通工程則成為解決水資源短缺問題的有效措施之一。水資源三次供需平衡分析是水資源規(guī)劃和管理的重要方法[3-4]，按照“先節(jié)水、后挖潛、再調(diào)水”的思路，在節(jié)水優(yōu)先的基礎(chǔ)上首先重點考慮蓄水工程建設(shè)，再考慮連通工程建設(shè)。根據(jù)新建蓄水工程、連通工程等水利工程的地理位置、工程條件、供水范圍、供水規(guī)模等實際情況，通過水資源供需平衡分析，可以確定規(guī)劃供水工程實施對各單元城市生活(含生態(tài))、農(nóng)村生活、工業(yè)和農(nóng)業(yè)分配的水量和存在的缺口，明晰區(qū)域水資源供需形勢，以及各種配置措施在實踐過程中的客觀作用，很多學(xué)者做了大量相關(guān)的研究[5-9]。

本文以《云南省水中長期供求規(guī)劃》水系連通工程為基礎(chǔ)[10]，根據(jù)區(qū)域水系連通的功能作用[10-12]，提出水系連通四級劃分方法以及“三層四級”水系連通供需平衡分析思路，從而確定各級水系連通工程的作用和效果。

1 水系連通效果分析

1.1 水系連通級別劃分方法

以自然水系為基礎(chǔ)，以重點水源工程為節(jié)點，綜合考慮流域分級、行政區(qū)劃與水系連通的覆蓋范圍和作用，研究四級河湖水系連通分級劃分方法。1級連通工程為跨一級江河流域分區(qū)并對省級行政區(qū)有重要覆蓋作用的連通工程；2級連通工程為一級河道干流并對地市級行政區(qū)有重要覆蓋作用的連通工程；3級連通工程為跨支流水系并跨區(qū)縣互連互通的連通工程；4級連通工程為跨支流水系對區(qū)縣內(nèi)的連通工程。通過四級水系連通工程的劃分識別，可逐步分層進(jìn)行水資源平衡分析，摸清分區(qū)域水系連通效果和作用，水系連通工程級別越大投資也越大、影響也越大，小一級別的連通工程能解決區(qū)域水資源問題就不用規(guī)劃大一級別的連通工程；同時避免水系連通規(guī)劃重疊，合理且高效利用水資源。

1.2 水系連通效果分析思路

在傳統(tǒng)的三次供需平衡方法基礎(chǔ)上，針對精確確定外調(diào)水類別和規(guī)模這一需求，提出“三層四級”水系連通供需平衡分析思路(圖1)。該方法在首先開展水資源一次、二次供需平衡，分析區(qū)域節(jié)水、挖潛措施效果基礎(chǔ)上，開展第三次四級連通供需平衡分析，對規(guī)劃的1、2、3、4級水系連通工程方案進(jìn)行細(xì)化配置，分析不同級別水系連通格局下區(qū)域水資源供需形勢，支撐水資源精細(xì)化規(guī)劃與管理。

圖1 基于水資源配置平衡的水系連通效果分析思路

1.3 云南省水資源單元劃分

考慮全國水資源綜合規(guī)劃細(xì)則要求，結(jié)合云南省地形及區(qū)域?qū)嶋H情況，充分考慮已有數(shù)據(jù)資料，結(jié)合單元的自然條件及社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，既要突出各行政區(qū)城鄉(xiāng)和三產(chǎn)面臨的水資源問題，又要體現(xiàn)流域和水系的獨立性特點[13-15]，為連通工程布局和水資源配置服務(wù)。水資源配置基本單元采用水資源五級區(qū)套鄉(xiāng)鎮(zhèn)進(jìn)行劃分。云南省共有16個州市、1 332個鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)，139個五級區(qū)。根據(jù)上述原則與方法，將全省劃分出2 216個五級區(qū)套鄉(xiāng)鎮(zhèn)水資源配置單元(圖2)。

圖2 云南省五級區(qū)套鄉(xiāng)鎮(zhèn)水資源配置單元

2 云南省水系連通工程規(guī)劃

至2030年，規(guī)劃新建233項、續(xù)建4項水系連通工程，新增供水量62.41億m3。其中：1級水系連通工程新建1項(滇中引水工程)，新增供水量34.03億m3；2級水系連通工程新建16項、續(xù)建4項，新增供水量9.87億m3；3級水系連通工程新建4項，新增供水量為1.80億m3；4級水系連通工程新建212項，新增供水量16.71億m3。具體每一項工程的供水量、供水范圍、供水對象等資料參見《云南省水中長期供求規(guī)劃》及附表[10]。

3 水資源配置平衡分析

考慮云南省實際水情省情，水系連通工程以保障重大干旱事件發(fā)生時的城鄉(xiāng)飲用水安全、生產(chǎn)用水安全和生態(tài)用水安全為主要目的，因此本次供需平衡分析采用枯水年各供水方案下的水資源配置[12,16]，以真實分析各水系連通工程的實際效用，確保用水安全。全省水資源配置情況見表1。

表1 云南省水資源供需平衡三層四級配置 億m3

3.1 一次供需平衡分析

根據(jù)水資源一次供需平衡分析，在需求側(cè)主要考慮通過各項節(jié)水措施，參考全國行業(yè)最嚴(yán)格產(chǎn)業(yè)用水定額，壓縮各部門水資源需求的增量[4]，識別區(qū)域現(xiàn)狀供水能力與節(jié)水模式下外延式增長的用水需求間的供需矛盾。

圖3為水資源一次供需平衡分析后缺水量分布。水資源一次供需平衡分析結(jié)果表明，2030年云南省需水量為237.75億m3[10]，全省缺水量為95.88億m3，缺水率40.3%，其中農(nóng)業(yè)缺水73.86億m3，缺水率48.3%；工業(yè)缺水12.10億m3，缺水率31.9%；農(nóng)村生活缺水2.78億m3，缺水率18.5%；城鎮(zhèn)生活缺水7.14億m3，缺水率22.4%。按照現(xiàn)狀的用水效率和供水能力，未來規(guī)劃水平年各區(qū)基本存在缺水情況。在州市層面上，以昆明市、曲靖市、楚雄市、大理市、紅河州、文山市6市缺水量最大，均在6億m3以上，其中昆明市缺水量高達(dá)19.35億m3。

圖3 水資源一次供需平衡分析后缺水量分布

3.2 二次供需平衡分析

水資源二次供需平衡分析的基本思路是在水資源一次供需平衡分析的基礎(chǔ)上，在供給側(cè)除了立足于當(dāng)前已建在建蓄引提調(diào)水工程，進(jìn)一步考慮2030年通過本區(qū)域挖潛將要投入使用的擬建水庫調(diào)蓄工程來進(jìn)行水資源合理配置。

圖4為水資源二次供需平衡分析后缺水量分布。水資源二次供需平衡分析結(jié)果表明，2030年全省總?cè)彼繛?8.41億m3，缺水率20.4%，比一次平衡的總?cè)彼蕼p少19.9%。其中生活用水的供需矛盾基本解決；工業(yè)缺水縮小到9.43億m3，比上一次平衡的缺水量減少7%；農(nóng)業(yè)缺水進(jìn)一步縮小到32.45億m3，比一次平衡的缺水量減少27.1%。通過水資源二次平衡結(jié)果可以看出，在“十三五”期間，大力增加蓄水工程，對增強(qiáng)區(qū)域應(yīng)對干旱能力、提高云南供水安全保障具有重大作用和意義。

圖4 水資源二次供需平衡分析后缺水量分布

3.3 三次供需平衡分析

水資源三次供需平衡分析的基本思路是在水資源二次供需平衡分析的基礎(chǔ)上，在供給側(cè)逐級考慮4、3、2、1級連通工程，分析連通工程對水資源配置的作用。

3.3.1考慮4級連通工程

考慮4級連通工程的水資源供需平衡分析，是在水資源二次平衡分析的基礎(chǔ)上，考慮2030年能投入使用的擬建4級連通工程，主要解決區(qū)縣內(nèi)的用水需求。

圖5為考慮4級連通工程的水資源三次供需平衡分析后缺水量分布。分析結(jié)果表明，在特殊干旱條件下，2030年全省供水達(dá)到203.18億m2，全省經(jīng)濟(jì)社會的總?cè)彼繛?4.57億m3，和二次供需平衡分析結(jié)果的總?cè)彼肯啾葴p少5.8%。由圖5可見，滇中、滇東南各地市區(qū)縣缺水情況有所改善。從州市層面來看，昆明、玉溪、楚雄、麗江、紅河、德宏等地區(qū)缺水狀況有明顯改善；從區(qū)縣和鄉(xiāng)鎮(zhèn)層面上看，昆明(嵩明縣)、曲靖(師宗縣)、保山(騰沖市)、麗江(玉龍縣、華坪縣)、臨滄(耿馬縣)、楚雄(姚安縣)、紅河(蒙自市、瀘西縣、元陽縣)、德宏(芝市)等區(qū)縣水資源保障有明顯改善，其他區(qū)域缺水情況仍然嚴(yán)重。

圖5 考慮4級連通工程的水資源三次供需平衡分析后缺水量分布

3.3.2考慮4+3級連通工程

考慮4+3級連通工程的水資源供需平衡分析，是在考慮4級連通工程的水資源供需平衡分析的基礎(chǔ)上，再考慮2030年能投入使用的擬建3級連通工程所能提供的供水量，主要是解決各地市州內(nèi)各區(qū)縣的供需缺水問題。

圖6為考慮4+3級連通工程的水資源三次供需平衡分析后缺水量分布。分析結(jié)果表明，在特殊干旱條件下，2030年全省供水達(dá)到209.51億m3，全省總?cè)彼繛?8.25億m3，比考慮4級連通工程的總?cè)彼繙p少2.7%，全省缺水量進(jìn)一步減少。從州市層面來看，昆明、玉溪、楚雄、麗江、紅河、德宏等地區(qū)缺水情況有明顯改善；從區(qū)縣層面上看，昆明(嵩明縣)、曲靖(馬龍縣、師宗縣)、保山(昌寧縣)、麗江(華坪縣)、楚雄(楚雄市、大姚縣)、紅河(個舊市、蒙自市)等區(qū)縣水資源保障有明顯改善。但其他區(qū)域仍然缺水量較大，尤其是昆明(城區(qū))、玉溪(紅塔區(qū))等地區(qū)缺水情況沒有改善。

圖6 考慮4+3級連通工程的水資源三次供需平衡分析后缺水量分布

3.3.3考慮4+3+2級連通工程

考慮4+3+2級連通工程的水資源供需平衡分析，是在考慮4+3級連通工程的水資源供需平衡分析的基礎(chǔ)上，再考慮2級大中型水電站綜合利用連通工程，進(jìn)一步擴(kuò)大區(qū)域供水能力，提高區(qū)域供水保障。

圖7為考慮4+3+2級連通工程的水資源三次供需平衡分析后缺水量分布。分析結(jié)果表明，在特殊干旱條件下，2030年全省供水量為212.49億m3，全省總?cè)彼繛?5.26億m3，全省缺水率減少到10.6%。從州市層面來看，曲靖、麗江等地區(qū)有明顯改善；從區(qū)縣層面上看，曲靖(麒麟?yún)^(qū)、陸良縣、沾益區(qū))、麗江(玉龍縣)等區(qū)縣水資源保障有明顯改善，昆明(城區(qū)、晉寧區(qū)、祿勸縣)、文山(硯山縣、丘北縣、廣南縣)和玉溪(紅塔區(qū))還有一定程度缺水。從行業(yè)缺水結(jié)構(gòu)來看，城市供水基本得到保障(特枯年份供水保障率達(dá)到90%以上)，農(nóng)村供水還需進(jìn)一步提高(特枯年份供水保障率在85%左右)。從缺水歸因來看，文山屬于工程型缺水，還有進(jìn)一步挖潛的余地，可以通過繼續(xù)在當(dāng)?shù)嘏d建蓄水工程來緩解水資源供需矛盾；昆明、玉溪屬于資源型缺水問題，需要通過水系連通進(jìn)行解決。

圖7 考慮4+3+2級連通工程的水資源三次供需平衡分析后缺水量分布

3.3.4考慮4+3+2+1級連通工程

考慮4+3+2+1級連通工程的水資源供需平衡分析，是在考慮4+3+2級連通工程的水資源供需平衡分析的基礎(chǔ)上，再考慮1級滇中引水連通工程，進(jìn)一步擴(kuò)大區(qū)域供水能力，提高區(qū)域供水保障能力。

圖8為考慮4+3+2+1級連通工程的水資源三次供需平衡分析后缺水量分布。分析結(jié)果表明，在特殊干旱條件下，2030年全省供水量為225.2億m3，全省總?cè)彼繛?2.56億m3，全省缺水率減少到5.3%。從州市層面來看，昆明、曲靖、麗江等地區(qū)有明顯改善；從區(qū)縣層面上看，曲靖(麒麟?yún)^(qū)、陸良縣、沾益區(qū))、麗江(玉龍縣)等區(qū)縣水資源保障情況有明顯改善，昆明(城區(qū)、晉寧區(qū)、祿勸縣)、文山(硯山縣、丘北縣、廣南縣)和玉溪(紅塔區(qū))還有一定程度缺水。從行業(yè)缺水結(jié)構(gòu)來看，城市供水基本得到保障(特枯年份供水保障率達(dá)到95%以上)，農(nóng)村供水還需進(jìn)一步提高(特枯年份供水保障率在85%左右)。從缺水歸因來看，文山屬于工程型缺水，還有進(jìn)一步挖潛的余地，可以通過繼續(xù)在當(dāng)?shù)嘏d建蓄水工程緩解水資源供需矛盾；昆明、玉溪屬于資源型缺水問題，需要通過水系連通進(jìn)行解決，加大滇中引水規(guī)模，同時還應(yīng)控制產(chǎn)業(yè)需求，提高行業(yè)用水效率。

圖8 考慮4+3+2+1級連通工程的水資源三次供需平衡分析后缺水量分布

4 結(jié) 論

a. 針對水系連通工程特點，提出水系連通四大級別劃分方法和基于水資源配置平衡的水系連通效果“三層四級”分析思路，可以層次化分析區(qū)域水資源供需平衡狀況以及水系連通工程效果，在一定層面上也符合水資源精細(xì)化管理要求。

b. 通過水資源“三層四級”供需平衡分析，發(fā)現(xiàn)隨著云南省2030年水平年經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需水增加，由于云南高原山地特點下的水資源空間變化不均衡，導(dǎo)致區(qū)域缺水嚴(yán)重，一次供需平衡缺水率40.3%，二次供需平衡缺水率20.4%，供水安全受到嚴(yán)重威脅。

c. 根據(jù)水系連通工程的合理布局和供水配置，通過考慮4、3、2、1各級連通工程的3次水資源供需平衡分析，可以使缺水量減小到11.56億m3，缺水率減小到5.3%。四大級別水系連通布局建設(shè)對于云南省供水安全保障具有重要作用。