江湖關系變化下的洞庭湖區(qū)水資源配置格局研究

郭倩

摘 要：在江湖關系逐漸發(fā)生演變的背景下，洞庭湖區(qū)入流量呈現(xiàn)出減少趨勢，一定程度加劇了湖區(qū)水資源供需矛盾。以江湖關系現(xiàn)狀為背景，構建了湖區(qū)水資源系統(tǒng)概念模型。首先對2008、2020及2030三個水平年下的水資源供需狀況進行了分析。結果顯示，汨羅—新墻區(qū)等5個分區(qū)主要的缺水類型為工程性缺水，在未來通過改擴建水廠等措施可逐步滿足農(nóng)業(yè)缺水及新增的城市需水;而三口地區(qū)則是受江湖關系演變影響最大的區(qū)域，在三口分流量逐漸減少的背景下，已無法滿足其經(jīng)濟社會發(fā)展的需求，在三口擇點建立閘控工程、在枯水期引長江客水增大三口河系的分流量，是改善江湖關系較為可行的措施。通過進一步在月尺度上從河道內生態(tài)需水與經(jīng)濟社會需水兩個方面測算三口地區(qū)的水資源形勢，在三種水平年下約分別需要151m3/s、149m3/s與169m3/s的枯水期（特枯水年）補水流量。本文針對現(xiàn)有江湖關系下湖區(qū)的水資源供需形勢進行分析，并根據(jù)研究區(qū)域內經(jīng)濟社會及生態(tài)保護的需求，提出了水資源綜合配置的總體布局與江湖關系改善的相關建議。

關鍵詞：江湖關系;水資源配置;洞庭湖區(qū)

中圖法分類號：TV213.4? ? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? ?DOI：10.19679/j.cnki.cjjsjj.2021.0503

洞庭湖區(qū)的“江湖關系”是指長江與洞庭湖之間的水沙聯(lián)系及其相互影響，兩者經(jīng)由荊江松滋口、太平口、藕池口（以下簡稱“三口”）分流分沙、下荊江河道的河床沖淤變化、洞庭湖泥沙淤積和城漢河道的沖淤變化的過程共同構成了一個江湖分合相互影響、相互制衡的復雜關系[1]。近幾十年來，江湖關系變化速率趨快，洞庭湖來水、來沙量及水位特征等均受到一定影響[2-6]，江湖聯(lián)系趨于減弱。江湖關系的演變是自然條件變化與人類活動雙重驅動的結果，其中下荊江河道裁彎的影響尤為顯著，而在未來幾十年，受三峽及長江上游水庫運用影響，荊江河段還將持續(xù)沖刷，三口分流分沙呈進一步減少態(tài)勢，江湖聯(lián)系進一步減弱，直至2037～2056年江湖關系基本穩(wěn)定[7]。

洞庭湖區(qū)（以下簡稱“湖區(qū)”）北承長江三口分流，經(jīng)洞庭湖調蓄后再由城陵磯匯入長江，形成了龐大復雜的河湖水網(wǎng)區(qū)，該地區(qū)的水資源情勢與江湖關系密切相關。

1? 現(xiàn)有江湖關系下的湖區(qū)水資源配置

1.1? 湖區(qū)水資源系統(tǒng)概念模型

洞庭湖區(qū)是指荊江河段以南，石門、桃源、桃江、株洲等4個尾閭控制站以下，高程在50m以下跨湘、鄂兩省的平原、湖泊水網(wǎng)區(qū)，湖區(qū)總面積約為18 780km2，共涉及7個地級市41個縣（市、區(qū)）。

本文以流域水循環(huán)過程為基礎，對計算單元、地表水系和大型水庫及其他重要水利工程之間的空間關系和水力聯(lián)系進行抽象和概化（將湘、資、沅、澧四水流域尾閭河段以上的大型水庫分別概化為四水流域控制性樞紐工程），將湖區(qū)水資源系統(tǒng)概化為一個涵蓋水資源取、用、耗、排過程的多層次物理模型，并繪制了如圖1所示的洞庭湖區(qū)水資源系統(tǒng)網(wǎng)絡圖。結合湖區(qū)的水系分布與水資源開發(fā)利用情況，將湖區(qū)進一步劃分為三口區(qū)、汨羅—新墻區(qū)、澧水區(qū)、沅江區(qū)、資水區(qū)與湘江區(qū)等6個分區(qū)，共計38個計算單元（為便于統(tǒng)計，將湖南6個地級市的各城區(qū)分別合并為市轄區(qū)）。

1.2? 水資源供需平衡分析

運用1959—2008年長系列徑流資料，分別以2008年、2020年與2030為現(xiàn)狀、近期及遠期規(guī)劃水平年，在充分考慮各種經(jīng)濟社會發(fā)展指標、節(jié)水指標及工程設施后得到水資源二次供需平衡結果。其中，平水年、枯水年及特枯水年分別以50%、75%與95%來水頻率表征。結果表明（見表1—表2），2008現(xiàn)狀水平年在P=50%、P=75%及95%下的缺水量分別為2.24億m3、11.82億m3和22.84億m3，湖區(qū)綜合缺水率分別為2.49%、12.15%和21.13%;2020年在P=50%、P=75%和P=95%情況下缺水量分別為3.22億m3、13.64億m3和26.13億m3，缺水率分別為2.90%、11.45%和19.98%;2030年在P=50%、P=75%和P=95%情況下缺水量分別為2.84億m3、12.57億m3和25.06億m3，缺水率分別為2.31%、9.65%和17.67%。與基準年相比，在充分考慮節(jié)水、挖潛并適當新增供水工程的情況下，通過水資源合理配置，洞庭湖區(qū)的用水保證程度得到了一定提高，但仍存在一定程度的供需缺口，尤其是在荊南三口地區(qū)，在枯水年與特枯水年仍面臨著較為嚴峻的缺水態(tài)勢。

總體而言，在汨羅—新墻區(qū)、澧水區(qū)、沅江區(qū)、資水區(qū)與湘江區(qū)等5個分區(qū)工程性缺水仍為主要的缺水類型，缺水對象主要為枯水年下的農(nóng)業(yè)缺水及規(guī)劃水平年新增的城市需水，在未來通過改擴建水廠、興建平原水庫等工程手段增強日常供水能力及干旱應急響應能力，在農(nóng)業(yè)方面，通過對大中型灌區(qū)的續(xù)建配套及節(jié)水改造，增大灌溉供水能力，提高灌溉水利用系數(shù)與灌區(qū)的灌溉保證率，可逐步緩解水資源供需矛盾。

1.3? 江湖關系變化對湖區(qū)供用水的影響

現(xiàn)有江湖關系下的配置結果表明，湖區(qū)水資源總量雖相對豐沛，但由于時空分布不均、工程措施缺乏、用水結構不盡合理等問題，該地區(qū)仍存在一定程度的水資源短缺。缺水比較嚴重的區(qū)域主要集中在洞庭湖腹地三口地區(qū)，主要包括湖南省安鄉(xiāng)、華容、南縣以及湖北省松滋、公安、石首的部分地區(qū)。該地區(qū)同時也是受江湖關系變化影響最為嚴重的區(qū)域，由于三口分流的減少，冬春枯水季節(jié)（11月～5月），尤其是春灌期（4、5月份），沿線閘（站）的引提水量減小或無法引水，致使該地區(qū)容易遭受大面積春旱，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活用水得不到保障。從水資源開發(fā)利用的角度來看，江湖關系的演變對湖區(qū)供水的負面影響主要體現(xiàn)在兩個方面[2]：（1）荊江分流的持續(xù)減小導致湖區(qū)，尤其是荊南三口地區(qū)可利用水資源量出現(xiàn)一定的減少趨勢，在枯水期面臨著季節(jié)性的資源缺水;（2）三口河系在枯水期水位降低，總的斷流時段延長，同流量下的水位下降，使得已有的引提水設施難以正常取水，工程性缺水加劇。

2? 江湖關系改善下的配置格局分析

為識別三口地區(qū)缺水的時間分布特征，本文進一步在月尺度上從河道內生態(tài)需水與經(jīng)濟社會需水兩個方面分析該地區(qū)的水資源形勢，并在此基礎上提出改善江湖關系、調整湖區(qū)配置格局的相關建議。

2.1? 三口河系河道內生態(tài)需水分析

河道內生態(tài)需水一般是指維持河流生態(tài)系統(tǒng)處在某種質量水平下所需要的最低水量。本文采用最小月平均流量法[8]計算三口地區(qū)的河道內生態(tài)需水量，以河流最小月平均實測流量的多年平均值作為河流的基本生態(tài)環(huán)境需水量。其計算公式為：

上式中，Qe為河流基本生態(tài)需水量，m3;Qimin為第i年實測最小月平均流量，m3/s;n為統(tǒng)計年數(shù)。

考慮到自三峽工程2003年蓄水以來，三口地區(qū)的江湖關系與水資源態(tài)勢均發(fā)生了較大的變化，流量顯著減少，本文采用2003年以前的實測資料來計算多年月流量，并以2003—2008年的月流量作為各個河段的實際流量，二者的差值即為所需的生態(tài)補水。各河段的枯水期月平均流量統(tǒng)計結果詳見表3，將1月作為最枯代表月，三口河系的生態(tài)需水即為52.1m3/s。在現(xiàn)狀來水條件下，即使不考慮取水的影響，三口河系在1月、2月、3月及12月等4個月仍無法達到該最低流量，需要進行生態(tài)補水，所需的流量分別約為44.5m3/s、45.1m3/s、25.0m3/s與1.3m3/s。

2.2? 三口地區(qū)重點缺水月份供需平衡分析

為量化分析湖區(qū)缺水的年內分布情況，需要計算月尺度上湖區(qū)的各類需水。由于湖區(qū)大部分用水為農(nóng)業(yè)灌溉用水，在現(xiàn)狀水平年下，灌溉用水約占到總用水的65%～68%，且灌溉用水的年內變化較大，構成了湖區(qū)主要的缺水類別，而工業(yè)與生活用水年內分布相對均勻，本文根據(jù)湖區(qū)在各水平年下的種植結構與灌溉制度對灌溉需水的年內分配進行計算，其他用水類別則采取平均分配的原則計算各月需水。

洞庭湖區(qū)的種植農(nóng)作物主要有水稻、棉花、油菜等，主要的灌溉期為4月下旬～10月中旬，灌溉水利用系數(shù)在2008年、2020年與2030年分別取為0.45、0.52與0.55，種植面積與灌水定額均參考湖南省大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造“十一五”規(guī)劃[9]中的相關參數(shù)。由此可得各水平年下的湖區(qū)的逐月灌溉用水比例（如表4所示）。

農(nóng)業(yè)灌溉需水的計算公式如下：

式中，AWDj為第j時段農(nóng)業(yè)灌溉需水量（萬m3）;Ai為湖區(qū)第i種作物種植面積（萬畝）;Wij為湖區(qū)第i種作物第j時段灌水定額;為灌溉水利用系數(shù);N則為主要作物種類數(shù)。

結合上文的供需平衡與逐月需水計算，易知4月為三口地區(qū)缺水最為嚴重的月份，表5為不同水平年下（2008年、2020年和2030年）三口地區(qū)主要缺水地區(qū)在4月份的水資源供需平衡表，其中2020年與2030年為考慮節(jié)水改造與新增水利工程后的計算結果，50%、75%與95%分別代表平水年、枯水年及特枯水年的來水條件。供需缺口最大的水平年為2030年，3種來水頻率下的缺口分別約為0.63億m3、2.08億m3和3.03億m3，而在現(xiàn)狀年與2020年的缺口分別為0.58億m3、1.85億m3、2.49億m3與0.52億m3、2.00億m3、2.55億m3。

2.3? 江湖關系改善的必要性及相關建議

江湖關系的逐漸演變已對三口地區(qū)的生態(tài)平衡與水資源供給造成較大影響，針對長江分流量減少、湖區(qū)水位下降的現(xiàn)狀，在三口擇點建立閘控工程、引長江客水增大枯水期三口河系的分流量，可有效緩解該地區(qū)的水資源供需矛盾、維持三口河系基本的生態(tài)需水，是改善江湖關系較為可行的應對措施。此外，通過在華容、南縣等地配套建設西水東調等河湖連通工程，可使整個三口地區(qū)廣泛受益。

結合上文分析，供需缺口最大的水平年為2030年，3種來水頻率下的缺口分別約為0.63億m3、2.08億m3和3.03億m3，彌補該缺口所需的流量分別為24.2m3/s、80.2m3/s和116.9m3/s，因此，適宜的枯水期（特枯水年）補水流量約為169m3/s;類似地，近期水平年與現(xiàn)狀水平年下的適宜補水流量約為149m3/s和151m3/s。另外，若長江沿岸的華容縣將來再加大從長江的引水量，其供需缺口通過長江引水來彌補，3種水平年下的補水流量可適當減少為140m3/s、124m3/s與126m3/s。

3? 結論

本文首先立足于現(xiàn)有江湖關系，依據(jù)江湖間的水力聯(lián)系與湖區(qū)供用水特征構建了湖區(qū)水資源系統(tǒng)概念模型，用以模擬各種配置方案下的水資源供需態(tài)勢，既而針對水資源供需矛盾分析了江湖關系演變對湖區(qū)水資源開發(fā)利用的不利影響，以及改善江湖關系的必要性與適宜途徑，主要得到以下結論。

在汨羅—新墻區(qū)、澧水區(qū)、沅江區(qū)、資水區(qū)與湘江區(qū)等5個分區(qū)主要的缺水類型為工程性缺水，缺水對象主要為枯（特枯）水年下的農(nóng)業(yè)缺水及規(guī)劃水平年新增的城市需水，在未來通過改擴建水廠、興建平原水庫、大中型灌區(qū)續(xù)建配套及節(jié)水改造等措施可逐步增強日常供水能力與干旱應急響應能力。

缺水較嚴重的區(qū)域集中在洞庭湖腹地三口地區(qū)，該地區(qū)主要以三口水系為水源，在江湖關系演變、三口分流量減少的背景下，季節(jié)性的資源缺水特征日趨顯著，在三口擇點建立閘控工程、在枯水期引長江客水增大三口河系的分流量，是改善江湖關系較為可行的措施。此外，通過在華容、南縣等地配套建設西水東調等河湖連通工程，可使整個三口地區(qū)廣泛受益。

經(jīng)過對三口河系河道內生態(tài)需水與三口地區(qū)月尺度上經(jīng)濟社會需水的進一步測算，發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)狀、近期、遠期3種水平年下約分別需要151m3/s、149m3/s與169m3/s的枯水期（特枯水年）補水流量;另外，若長江沿岸的華容縣在將來加大從長江的引水量，其供需缺口通過長江引水來彌補，3種水平年下的補水流量可適當減少為126m3/s、124m3/s與140m3/s。

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Water resources allocation analysis in Dongting Lake area under a changing river-lake relationship

Guo Qian

（Hubei Electric Survey and Design Institute Limited Corporation，Wuhan，430040，China）

Abstract：In the context of the gradual evolution of the river-lake relationship，the inflow of the Dongting Lake area has shown a decreasing trend，which has exacerbated the contradiction between supply and demand of water resources in the lake area to a certain extent. With the current situation of river-lake relationship as the background，this paper constructs a conceptual model of water resources system in the lake area. First，the water supply and demand situations under the three level years of 2008，2020 and 2030 are analyzed. The results show that the main type of water shortage in the five sub-areas including Miluo-Xinqiang area is characterized by engineering shortage. In the future，measures such as the reconstruction and expansion of water plants can gradually meet the agricultural water shortage and the increased urban water demand. While the Three Outlets area is the most affected by the evolution of the river-lake relationship. Under the background of the gradual decrease in the flow of the three ports，the Three Outlets area has been unable to meet the needs of its economic and social development. Establishing gate-control projects at the the Three Outlets area and increasing the amount of water from the Yangtze River during the dry season are the relatively feasible measures to improve the river-lake relationship. By further calculating the water resources of the Three Outlets area from the aspects of ecological water demand in river channel and socio-economic water demand on a monthly scale，approximately 151m3/s，149m3/s and 169m3/s of complementary water flow in dry season （extra-dry year） are required for the three level years respectively.

Keywords：river-lake relationship;water resource allocation;Dongting Lake area