淮河流域供水安全保障關鍵技術研究

（中水淮河規劃設計研究有限公司 合肥 230601）

1 研究背景

淮河流域地處我國南北氣候過渡帶，水資源時空分布不均，受全球氣候變化以及人口和經濟社會的快速發展影響，淮河流域已成為我國水資源短缺和水污染嚴重的地區，嚴峻的水資源安全問題已成為制約流域經濟社會發展的重要因素。

開展淮河流域供水安全保障關鍵技術研究，可以充分認識經濟社會發展與水資源的供求關系及相互影響，從時序斷面、區域空間、經濟領域發展結構需求等方面，全面深入論證淮河和諧發展的經濟模式和水資源規劃與配置方略，統籌協調區域之間、行業之間、區域規劃和專業規劃之間的矛盾，科學編制流域綜合規劃，保障淮河流域城鄉飲水安全、糧食需求安全、生態發展安全，實現流域水資源—經濟社會—生態與環境協調發展。

淮河流域供水安全保障關鍵技術研究，是經水利部國際合作與科技司批復的國家公益性行業科研專項，是淮河流域水資源安全問題研究的課題之一。本課題包括氣候變化對流域供水安全保障影響研究、流域經濟社會與水資源協調發展評估標準研究、流域經濟社會、生態環境與水資源協調發展模擬技術研究、糧食生產供水安全標準及實現途徑研究、城鄉飲水安全供水預警技術研究共5 個子課題。

2 研究思路

通過未來氣候情景設計和水文模擬，研究氣候變化對流域供水安全保障影響；根據歷史數據統計與對比分析，選取定量化指標構建評價指標體系和評價標準，進行流域經濟社會與水資源協調發展評估；根據淮河流域水資源、經濟社會與生態環境統計數據，通過分解與整合技術，開展流域經濟社會、生態環境與水資源協調發展模擬技術研究；評價農業灌溉對糧食生產的作用，研究虧水灌溉對糧食產量的影響，提出糧食生產供水安全標準及實現途徑；建立流域城鄉飲水安全供水預警模型，構建流域城鄉飲水安全供水預警體系，開展流域城鄉飲水安全供水預警技術研究。

其中氣候變化對流域供水安全保障影響研究、流域經濟社會與水資源協調發展評估是流域經濟社會、生態環境與水資源協調發展模擬技術研究的基礎，糧食生產供水安全標準及實現途徑及城鄉飲水安全供水預警技術研究與流域經濟社會、生態環境與水資源協調發展模擬技術研究相互聯系相互制約。

3 主要研究成果

3.1 氣候變化對淮河流域水資源趨勢影響

流域未來氣候變化對水資源趨勢影響研究采用美國國家大氣研究中心（NCAR）研發的通用氣候系統模式第3 版NCAR-CCSM3.3 氣候模式資料，建立了流域情境氣候模式—水資源的月水量平衡模型，分析了流域未來不同氣候情境下的水資源變化趨勢。

相對于現狀多年平均年徑流量（1980—2010年），NCAR-CCSM3.3 氣候模式預估流域大部分區域在未來情景下，2001年—2100年淮河流域年徑流量呈現不顯著上升趨勢，其中A2、A1B、和B1情景下增加速率分別為7mm/10年、11mm/10年和2mm/10年。

3.2 經濟社會與水資源協調發展評估

3.2.1 經濟社會與水資源的關系研究

利用完全分解模型，分析了淮河流域各城市用水量的影響因素及單位GDP 用水量變化的影響因素。研究發現淮河流域各省均表現為富裕程度和技術水平對用水變化的影響較大，而對各省單位GDP用水量變化影響因素的研究發現淮河流域效率提升占主要貢獻，而結構優化的提升效應只在部分年份較為明顯。在各產業用水效率提升的貢獻中，第一產業和第二產業貢獻較大。

3.2.2 淮河流域經濟社會與水資源協調發展評價指標體系

通過建立經濟社會與水資源協調發展指標體系來對淮河流域協調發展程度進行評價。指標體系由水資源系統與流域三生系統這兩部分組成，水資源系統的指標從水質、水量兩方面對其進行評價，流域三生系統指流域生產、流域生活和流域生態三個方面。經濟社會與水資源協調發展的評估標準由水資源系統和流域三生系統共同決定。指標體系共有七項指標，每一項指標都根據淮河流域水資源剛性制約和經濟發展客觀需求給出了評估標準值。七個指標全部達標，方表明淮河流域經濟社會與水資源發展協調，如果七個指標中有任何一項指標不達標，即表明淮河流域經濟社會與水資源發展欠協調（見表1）。

3.3 淮河流域經濟社會、生態環境與水資源協調發展技術

3.3.1 淮河流域經濟社會—水資源—生態環境系統協調發展模擬模型

設定不同的情景方案，率定水資源的開發利用、污染物質入河控制量、投資消費積累率等一系列水資源環境經濟參數，設定相關的時空邊界條件，采用整體模型技術，構建淮河流域經濟社會—水資源—生態環境多過程模擬的協調分析模型，主要包括多目標分析模型、人口預測模型、宏觀經濟預測模型、土地利用與糧食生產模塊、需水節水預測模型、供需分析模塊、水污染負荷排放與調控模型、水投資模塊和水資源利用模型等模塊。

通過模型分析，未來淮河流域經濟社會慣性發展趨勢下水資源壓力巨大：考慮不同的節水情景（一般、強化、超強）在不同的經濟發展模式下（高、中、低增長速度），淮河流域2020年需水量為595.9～680億m3，2030年為617.2～737.1 億m3（見表2）。從預測成果可以看出，無論采取什么樣的發展模式和嚴格的節水措施，淮河流域在2030年以前河道外需水量總體仍呈現出增長趨勢，未來淮河流域經濟的持續發展面臨巨大的水資源壓力。

表1 經濟社會與水資源協調發展指標體系及評價標準表（2030年）

表2 淮河流域不同情景河道外需水量表（單位：億m3）

3.3.2 利用模型進行多方案情景模擬

通過設定節水、治污、生態環境保護的不同情景，利用淮河流域水資源－經濟社會－生態環境整體協調分析模型進行情景模擬。模擬成果顯示：節水和治污對淮河流域GDP 規模有顯著作用，除了能有效增加GDP 規模，加強節水治污力度，還能擴大農田灌溉面積、增加糧食產量；加大節水、治污和再生水利用力度能有效提高淮河流域水資源承載能力；淮河流域治污效益大于節水效益。

根據《淮河區水資源綜合規劃》成果，2030年淮河流域用水總量指標應不超過641 億m3。結合節水情景、治污情景分析成果，基于“以水定發展”的思路，推薦方案為22 方案（強化節水強化治污）。將推薦方案各二級流域不同子系統指標值進行協調度分析計算，結果顯示：淮河流域四個二級區按照推薦情景的發展、節水、治污方式，2020年、2030年社會經濟、水資源與生態環境復合系統與2009年相比，均向更加協調趨勢發展，整個流域也向著更加協調的方向發展。因此，該方案是在滿足用水總量控制目標前提下、有限的可利用水資源量得到最優配置的多目標綜合最優方案。

3.4 淮河流域糧食生產供水安全標準及實現途徑

3.4.1 虧水灌溉對糧食產量的影響

通過糧食作物受旱試驗，分析了淮河流域典型地區典型農作物的需水量與需水規律，提出了淮河流域典型農作物的作物水分生長函數；通過對照試驗，重點研究淮河流域各典型農作物虧水灌溉條件下對糧食產量影響，試驗結果表明，當淮河流域糧食灌溉水量缺水4.71%時，三種主要糧食作物綜合減產率小于3%。

表3 典型城市城鄉生活供水警戒線表

3.4.2 淮河流域農業供水安全標準體系

從糧食產量、農田有效灌溉面積、糧食灌溉水量和設計灌溉保證率與灌溉定額四個方面構建了淮河流域農業供水安全標準體系：①2030年淮河流域糧食產量1169 億kg；②2030年淮河流域農田有效灌溉面積16568 萬畝；③2030年淮河流域糧食灌溉供水量355 億m3，淮河流域發生干旱時，若要控制糧食減產率低于3%時，則至少保證糧食灌溉供水量338 億m3；④2030年淮河流域農業基本保障灌溉定額217m3/畝，充分保障灌溉定額227m3/畝。最后，從保障農業用水供給、提高農業用水效率和灌溉保證率三方面提出了淮河流域農業供水安全保障途徑。

3.5 城鄉飲水安全供水預警技術研究

3.5.1 城鄉飲水安全供水預警模型

整個模型框架應由大量相似的子模型塊組成，子模型以地市為單元，建立各地市的水文預報、水資源量、經濟社會需水、水源地、水資源工程分布及供水量等各項指標與預警標志之間的邏輯關系，把人口和不同保障程度的用水定額做為預測規劃水平年城鄉居民生活用水警戒線的輸入量，分析規劃水平年各地市城鄉飲水安全供水保障程度，對供水量達到各種警戒線時，分析其危害程度，判定應采取的工程及非工程措施，并對采取措施后的條件重新進入模型運行分析。供水警戒線分為四級，分別為藍色警戒線、黃色警戒線、橙色警戒線和紅色警戒線。

3.5.2 城鄉飲水安全供水預警體系

城鄉飲水安全供水預警體系中包含三大部分，一是制度體系，二是預警體系，三是措施體系。制度體系是城鄉飲水安全供水預警體系框架的基礎，主要為城鄉飲水安全供水預警制度的建設，包括預警制度的制定，組織實施的形式。預警體系是整個預警體系框架中的核心內容，主要包括預警指標的選擇，預警指標的判別，供水量預警線的核算及利用模型進行預警。措施體系是預警體系框架中的保障，主要包括發出預警后采取的工程措施和非工程措施。

3.5.3 典型城市城鄉飲水安全供水預警體系

選取蚌埠市和亳州市作為典型城市，將城鄉飲水安全供水預警模型和城鄉飲水安全供水預警體系應用于典型城市，采用城鄉飲水安全供水預警模型，分析規劃水平年各地市城鄉飲水安全供水保障程度，對供水量達到各種警戒線時，分析其危害程度，判定應采取的工程及非工程措施，建立典型城市城鄉飲水安全供水預警體系（見表3）。

4 成果的創新性

（1）首次提出了淮河流域中長期水文情勢變化，提出了未來50～100年的流域降水、氣溫、徑流可能變化趨勢。

（2）揭示了淮河流域經濟社會與水資源協同發展規律，提出淮河流域經濟社會與水資源協調發展評估標準。

（3）提出了經濟社會—水資源—生態環境協同發展模擬技術。構建了淮河流域水資源環境經濟一體化核算投入產出分析模型、水資源與經濟社會協調發展研究的模型體系，系統地對淮河流域水資源與社會經濟協調發展進行了多目標、多情景、多視角的方案研究，提出了不同情景下的流域水資源承載能力和供水總量控制目標。

（4）首次提出了保障淮河流域糧食生產安全的用水量標準338 億m3。

（5）建立了淮河流域城鄉飲水安全供水預警體系、構建了城鄉飲水安全供水預警模型。

5 成果推廣應用情況

本課題研究成果直接服務于淮河流域水資源規劃和管理工作，可為淮河流域水利發展規劃和戰略目標的制定提供定量技術支持，為淮河流域未來建立與水資源相適應的經濟發展格局與產業結構提供指導和參考，為淮河流域水資源安全保障提供技術支持和政策支撐，對實現淮河流域糧食安全、城鄉供水安全和生態環境改善都具有重要意義，經濟和社會效益巨大。

研究成果將在水利部、水利部淮河水利委員會、各參加研究的單位、流域各省水利主管部門和規劃設計部門共享。可直接應用于流域的工程規劃設計、水資源優化配置和調度、水資源管理等，同時也可直接推廣到國內的其他流域■