滇中引水工程水資源配置方案研究

李波 曹正浩

摘要：滇中地區是云南省經濟最為活躍的地區，發展前景廣闊，但是區內水資源難以滿足經濟社會可持續發展的要求，水環境承載力與生態環境保護要求極不匹配，滇池等高原湖泊生態環境問題突出。在節水優先的前提下，分析了受水區生產生活引水需求;在強化治污的前提下，分析了湖泊生態補水需求。結合金沙江石鼓斷面可引水量，通過基于MIKE BASIN軟件平臺建立水資源配置模型，研究提出了滇中引水工程水資源配置方案。

關鍵詞：水資源配置;生態需水;MIKE BASIN軟件;滇中引水工程;滇池

中圖法分類號：TV213.9 文獻標志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.01.003

文章編號：1006-0081（2020）01一0013一04

云南省滇中地區地處金沙江、瀾滄江、紅河、南盤江四大水系分水嶺地帶，降水量小，蒸發量大，旱災頻發，水資源短缺已成為制約滇中地區乃至云南省經濟社會發展的關鍵因素。滇中引水工程從金沙江石鼓斷面提水，以昆明、玉溪、楚雄、大理、紅河以及麗江6個州（市）35個縣（區、市）為受水區，以解決城鎮生活與工業缺水為主，兼顧農業和生態用水。工程多年平均引水量34.03億m³，泵站設計引水流量135m³/s，輸水總干渠全長664km。

滇中引水工程是國務院確定的172項節水供水重大水利工程之一，也是迄今為止我國西南地區規模最大、投資最多的水資源配置工程。工程已于2017年8月正式開工，預計2025年建成通水。

1 滇中地區的缺水形勢

1.1 水資源稟賦條件差

滇中地區是傳統的干旱缺水地區，年降水量600～900mm，而水面蒸發量達1400～2000mm，干旱指數大于2.0。汛期徑流量超過全年徑流量的80%，年徑流量C_v值高達0.5，水資源年內、年際變化大，開發利用十分困難。受水區歷史上旱災頻發，平均2～3a一次，大旱年多以冬春夏連旱或春夏連旱為主，近年來旱災頻次及危害程度呈上升趨勢。

1.2 現狀開發利用程度高

滇中地區是云南省經濟發展最為活躍的地區，面積占云南省9.4%，城鎮人口和工業增加值分別占全省的41%和51%。現狀已建成約2000座水庫和眾多引提水工程，水資源開發利用率平均達到50%，滇池流域水資源開發利用率高達133%。水資源的過度開發利用不可避免地造成生產生活擠占河湖生態用水，南盤江、龍川江、滬江等都發生過多次斷流。

1.3 未來供需矛盾加劇

隨著“一帶一路”、長江經濟帶等發展戰略的推進，云南從開放“末梢”轉向“前沿”，滇中地區經濟社會發展和生態環境保護都對水資源承載能力提出了更高要求。在采取強化節水、充分挖潛后，受水區2040水平年缺水量29.3億m³，缺水率為44%。

2 受水區需引水量

2.1 生產生活引水需求

根據云南省人口和產業發展規劃預測2040水平年滇中受水區經濟社會發展指標，依據最嚴格水資源管理制度和節水要求擬定需水定額，預測2040水平年受水區生產生活需水量66.44億m³。其中，生活需水13.63億m³，工業需水19.51億m³，農業需水33.30億m³。

滇中引水工程現狀基準年為2011年，在退還現狀擠占生態水量的前提下，分析受水區2011年已建的63座大中型水庫、1938座小型水庫、5個高原湖泊（洱海、滇池、星云湖、杞麓湖、異龍湖）等已建水源可供水量，并考慮列入《西南五省（自治區、直轄市）重點水源工程規劃》[1]等國家規劃的水源供水能力。按照《水污染防治行動計劃》（水十條）要求，2040水平年再生水利用率提高到20%以上，屆時滇中當地水源生產生活可供水量37.11億m³，各類水源可供水量見表1。

2.2 湖泊生態補水需求

云南省九大高原湖泊中，6個位于滇中受水區，即滇池、洱海、撫仙湖、杞麓湖、異龍湖、星云湖。其中，滇池、杞麓湖、異龍湖現狀水生態環境問題突出，滇中引水工程可向其生態補水。

（1）滇池需補水量。滇池坐落在昆明市區西南側，是云南省水面最大的天然淡水湖泊。滇池由內湖（草海）、外湖（外海）兩部分組成，形似弓形。草海位于滇池北部，外海為滇池的主體，面積約占滇池的96.7%。滇池南北長約40km，東西寬12.5km，湖岸長156km;滇池水位1 887.4m時，平均水深5.3m，最大水深10.9m，湖面面積約309km²，總湖容15.6億m³，調節庫容5.7億m³。

規劃水平年滇池的水質管理目標為草海水質達到Ⅳ類標準，滇池外海總體水質達到Ⅲ類標準。水動力和水質模型分析成果表明，在全部落實滇池流域中遠期治理措施的情景下，為實現滇池年均水質達標，2040規劃水平年豐、平、枯水年需向滇池引人的生態環境補水量（包括牛欄江-滇池補水工程）分別為8.03億，4.95億，6.37億m³。

（2）杞麓湖需補水量。杞麓湖位于玉溪市通海縣，距縣城1.3km，屬于珠江流域西江水系。杞麓湖形似葫蘆，東西長約10.4km，南北平均寬約3.9km，湖岸線全長約42.2km，最大水深6.8m，平均水深4.2m，全湖自西向東逐漸加深。杞麓湖正常蓄水位1797.65m，死水位1794.25m。

規劃水平年杞麓湖的水質管理目標為地表水Ⅲ類水質標準。水動力和水質模型分析成果表明，在高錳酸鹽指數、TN、TP的人湖負荷削減率分別達到50%，75%，60%的情景下，2040水平年需補水約0.6億m³。

此外，受水資源過度開發和近年來連續枯水的影響，杞麓湖生態水量不足，已呈現嚴重的沼澤化趨勢。為修復和改善杞麓湖水生態，正常年份湖水位應維持不低于1795m，特枯年湖水位應不低于死水位1794.25m。

（3）異龍湖需補水量。異龍湖位于云南省紅河州石屏縣境內，在縣城異龍鎮東南3km處，原系南盤江支流滬江的源頭。1971年鑿通青魚灣隧洞后，湖水從青魚灣隧道進人五朗溝河，經小河底河進人紅河。異龍湖形如葫蘆，呈東西向，正常蓄水水位1 414.20m，死水位1410.65m。正常蓄水位時，湖岸邊線長62.9km，湖長13.8km，湖最寬處6.0km，最窄處1.4km，湖面平均寬度3.6km，湖面面積30.63km²，相應水量1.13億m³，水深最深6.55m，平均水深2.75m。

規劃水平年異龍湖的水質管理目標為地表水Ⅲ類水質標準。水動力和水質模型分析成果表明，異龍湖入湖污染負荷在現狀年基礎上削減85%的前提下，2040水平年需補水約0.16億m³。

此外，異龍湖現狀生態水量嚴重不足，已成為無出流的封閉型淺水湖。為解決異龍湖日益嚴重的沼澤化問題，異龍湖水位應維持不低于1412m。

3 水源區生態需水和可調水量

采用水文學法中的流量歷史曲線法、水力學法中的濕周法和生境模擬法分析最小生態流量。

（1）流量歷時曲線法。分析石鼓斷面生態基流為298m³/s，與（（長江流域綜合規劃（2012～2030年）》[2]成果一致。

（2）濕周法。在石鼓-虎跳峽河段（長約48km）選取了12個實測斷面，其中6個有明顯拐點的淺灘斷面，拐點對應的流量在195.5～297.5m³/s之間，以297.5m³/s為濕周法推薦的生態需水流量。

（3）生境模擬法。采用河道內流量增加方法IF-IM（Instream Flow Incremental Methodology），選取長絲裂腹魚為目標魚類，將冷水灘作為典型評價河段。流量在411m³/s附近時，可利用棲息地面積最大。推薦長絲裂腹魚產卵時間（5～6月）生態需水流量為411m³/s。

3種方法分析的最小生態流量取外包，再考慮滇中引水工程取水斷面以下石鼓一虎跳峽河段河道外用水需求（2m³/s），石鼓斷面最小下泄流量為413m³/s（4月下旬至6月），其余時段為300m³/s。

金沙江石鼓斷面1960～2011年多年平均天然徑流量431.8億m³，扣除上游耗水并優先滿足最小下泄要求，并考慮每年停水檢修20d，渠首引水規模Q為130～150m³/s時，石鼓斷面多年平均可調水量為36.39億～41.19億m³。

4 水資源配置模型、方案及效果

4.1 模型

基于MIKE BASIN平臺，建立滇中引水工程水資源配置模型。MIKE BASIN是丹麥DHI公司基于GIS平臺開發的模擬水資源分配從而表示出流域在空間和時間上水文特點的模型軟件，因其通用性好、操作簡便、交互性強的特點，近年來在流域和區域水資源配置中得到廣泛應用[3-6]。

滇中引水工程水資源配置模型包含生活、工業、農業等各類用水戶140個，湖泊6個，包含大中型水庫91座，其他1900余座小型水庫和塘堰、引提工程按照計算小區打包概化。

（1）水量平衡方程。滇中引水工程水資源配置模型的水資源系統網絡和配置計算內核以MIKEBASIN軟件平臺為基礎，水庫、用水戶等節點的水量平衡約束通過軟件默認設置實現。水庫水量平衡方程如下

（2）其他約束條件。河流、輸水管線的過流能力約束，水庫和泵站調度規則、供用水優先次序、分水點水量分配規則等以參數形式輸人，并可通過二次開發程序在計算過程中修改。

滇中引水工程水資源配置模型主要用于確定解決受水區缺水問題所需的新增水源規模和水量分配方案，生產生活供水保證率和生態環境用水滿足程度也作為約束條件：生活和工業供水保證率P>98%;灌溉供水年保證率P_a3>75%;生態環境用水公式如下

（3）目標函數。目標函數為工程投資和水庫棄水。投資最省、棄水最少方案為最優方案。

4.2 方案

采用上述水資源配置模型，通過1960～2011年長系列模擬計算，確定滇中引水工程規模和水資源配置方案。

2040水平年受水區當地地表水供水35.50億m³，地下水和中水回用量2.58億m³，區外調水25.57億m³，總供水量63.65億m³0滇中各類水源2040年供水量見表3。

2040水平年當地水資源供水量占總供水量的60%，外調水占40%。在城鎮生活與工業用水中，當地水資源供水33%，外調水供水67%;在農業灌溉用水中，當地水資源供水85%，外調水供水15%。見表4。

考慮輸水損失，滇中引水工程多年平均引水量34.03億m³（渠首水量）。其中，供給城鎮生活、工業22.31億m³，供給農業灌溉5.00億m³，向湖泊環境補水6.72億m³，各部門分水比重依次約為65%、15%和20%，見表5。

4.3 效果

滇中引水工程建成后，可解決受水區689萬人的城鎮生活用水，約占受水區城鎮人口的64%;可創造工業增加值5291億元，約占受水區工業增加值的70%;可新增灌溉面積3.28萬hm²（49.2萬畝），改善灌溉面積4.24萬hm²（63.6萬畝）。通過與當地水資源的聯合供水，使受水區城鎮生活、工業用水保證率達到95%、灌溉年保證率達到75%。

滇中引水工程向滇池、杞麓湖、異龍湖補水量分別達湖泊本流域水資源量的%%、84%、82%，可有效提高水資源承載能力。補水后，滇池、杞麓湖、異龍湖多年平均水位比補水前分別提高0.4，2.0，1.7m，湖面面積比補水前分別增大307萬，184萬，528萬m²，水生態將得到明顯改善。

5 結語

滇中地區水資源承載能力與經濟社會發展、生態環境保護要求極不匹配，滇池等高原湖泊生態環境問題突出。隨著經濟社會的進一步發展，水資源供需矛盾將愈加尖銳。滇中引水工程建成后，將在受水區形成以滇中引水為骨干、引水工程與當地水源多元互補、豐枯互濟的供水保障體系，大幅提升區域水資源調配能力，顯著改善滇中生態環境，為云南生態優先、綠色發展提供水資源保障。

參考文獻：

[1]水利部.西南五省（自治區、直轄市）重點水源工程建設規劃[R].北京：水利部，2010.

[2]水利部長江水利委員會.長江流域綜合規劃（2012～2030年）[R].武漢：水利部長江水利委員會，2012.

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[4]顧世祥，李遠華，何大明，等.以MIKE BASIN實現流域水資源三次供需平衡[J].水資源與水工程學報，2007，18（1）：5-10.

[5]李書飛.沱江流域水資源合理配置研究[D].南京：河海大學，2006.

[6]李波，曹正浩，毛文耀，等.基于生態優先的渝西地區水資源配置研究[J].人民長江，2017，48（11）：7-10.

（編輯：唐湘茜）

收稿日期：2019-09-30

作者簡介：李波，男，工程師，碩士，主要從事水利規劃和水資源配置研究工作。E-mail：libothu@qq.com