實(shí)現(xiàn)跨流域和諧調(diào)水支撐性技術(shù)研究

鈕新強(qiáng)

（長江水利委員會長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院，430010，武漢）

一、跨流域調(diào)水工程的意義

水是人類社會賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，水資源是基礎(chǔ)性的自然資源和戰(zhàn)略性的經(jīng)濟(jì)資源，決定性地支配著大自然的生態(tài)與環(huán)境。水資源的可持續(xù)利用是經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的重要保障。

我國是一個水資源短缺的國家，人均水資源占有量僅為世界平均數(shù)的1/3。同時我國水資源時空分布不均，具有“南方水多，北方水少”的特點(diǎn)。南方(長江、珠江流域，浙閩臺及西南諸河)土地面積、耕地面積、人口分別占全國的36%、36%、54%，但水資源總量卻占全國的81%；北方(黃河、淮河、海河、黑龍江、遼河等流域)土地面積、耕地面積、人口分別占全國的28.2%、58.2%、43.5%，但水資源總量僅占全國的14.4%。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，我國669座城市中400座城市供水不足，110座城市嚴(yán)重缺水。其中北京、天津、青島、大連等缺水最為嚴(yán)重。45座重點(diǎn)城市中近一半水質(zhì)較差。

京津及華北地區(qū)是我國政治、經(jīng)濟(jì)、文化的中心，同時也是我國人均水資源量最少、水資源利用率最高的地區(qū)，水資源承載力與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展極不適應(yīng)。華北平原對水資源的需求逐年快速增長，超越了當(dāng)?shù)氐墓┧芰Α８鶕?jù)我國水資源時空分布特點(diǎn)，實(shí)施跨流域調(diào)水，在更大范圍內(nèi)優(yōu)化水資源配置，使之適應(yīng)生產(chǎn)力發(fā)展布局，是合理高效利用有限的水資源、解決資源型缺水地區(qū)供需矛盾的有效途徑，是保證經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的重要舉措，有利于逐步改善區(qū)域環(huán)境，是新時期治水思路的重要體現(xiàn)。

我國幅員遼闊，已建、在建及規(guī)劃的長距離輸（調(diào)）水工程有：南水北調(diào)、引灤入津、引黃濟(jì)青、引黃入晉、引大入秦、東深引水、引江濟(jì)太、北水南調(diào)（東北）、滇中調(diào)水、引漢濟(jì)渭、引江濟(jì)淮等工程。其中，南水北調(diào)工程包括東線、中線和西線三條調(diào)水線路。通過三條調(diào)水線路與長江、黃河、淮河和海河四大江河聯(lián)系，可逐步構(gòu)成以“四橫三縱”為主體的總體布局，形成我國巨大的水網(wǎng)，基本可覆蓋黃淮海流域、膠東地區(qū)和西北內(nèi)陸河部分地區(qū)，有利于實(shí)現(xiàn)我國水資源南北調(diào)配、東西互濟(jì)的合理配置格局，具有重大的戰(zhàn)略意義。

樹立跨流域和諧調(diào)水的理念，對工程設(shè)計中的支撐性技術(shù)問題進(jìn)行深入研究，是實(shí)現(xiàn)工程目標(biāo)、保證工程安全、充分發(fā)揮工程效益的關(guān)鍵。

二、水源地的保護(hù)開發(fā)

跨流域調(diào)水通過系統(tǒng)的工程及環(huán)境保護(hù)措施，在不影響調(diào)出水流域經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境長期保護(hù)前提下，將豐水流域的一部分水量通過修建蓄、輸水工程調(diào)向缺水流域，解決缺水流域的缺水問題。和諧調(diào)水是在對調(diào)水區(qū)和受水區(qū)的水資源進(jìn)行系統(tǒng)全面分析的基礎(chǔ)上，合理確定調(diào)水量、調(diào)水方式以及相應(yīng)的調(diào)節(jié)、補(bǔ)償措施，實(shí)現(xiàn)水源地與受水區(qū)和諧共贏。

跨流域調(diào)水，勢必對調(diào)出水流域內(nèi)在自然生態(tài)、居民生產(chǎn)生活、產(chǎn)業(yè)鏈格局、經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展等諸多方面通過漫長歲月形成的平衡關(guān)系造成一定的影響。因此，在調(diào)水工程規(guī)劃中，針對水源地的經(jīng)濟(jì)社會條件、當(dāng)?shù)鼐用裆盍?xí)慣等對水源地的水資源狀況進(jìn)行系統(tǒng)的分析研究；在不同的調(diào)出水量下，對水源地自然生態(tài)、居民生產(chǎn)生活、產(chǎn)業(yè)鏈格局、經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展影響程度進(jìn)行分析比較；通過系統(tǒng)的政策措施、工程措施、其他保護(hù)措施，研究減少或消除這些影響的可行性以及相應(yīng)的工程建設(shè)方案。

根據(jù)目前調(diào)水工程規(guī)劃、實(shí)施實(shí)際狀況，水源地的保護(hù)與開發(fā)需要重點(diǎn)研究以下幾方面的問題：

1.取水點(diǎn)上游水資源保護(hù)措施研究

為保證輸調(diào)水工程的長期運(yùn)行，要求取水點(diǎn)上游水源有穩(wěn)定的可調(diào)水水源和良好的水質(zhì)。因此，需要根據(jù)水源地經(jīng)濟(jì)社會狀況、產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)情況，對工程實(shí)施后一段時期水資源開發(fā)利用進(jìn)行合理預(yù)測，在有利于水源地經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、環(huán)境保護(hù)與改善的前提下，結(jié)合受水區(qū)需水要求合理確定調(diào)出水量，制定相應(yīng)的水源地水資源利用開發(fā)規(guī)劃和相關(guān)政策、環(huán)境保護(hù)實(shí)施規(guī)劃，對嚴(yán)重影響環(huán)境、水資源浪費(fèi)嚴(yán)重的不合理產(chǎn)業(yè)進(jìn)行調(diào)整。

目前，在水源地的保護(hù)開發(fā)中，越來越重視水源區(qū)生態(tài)與水資源補(bǔ)償機(jī)制的研究。生態(tài)與水資源補(bǔ)償是一個龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)工程，國外一些國家在水權(quán)管理方面已有成功的經(jīng)驗(yàn)和模式，國內(nèi)尚處研究階段。從市場經(jīng)濟(jì)運(yùn)作來看，如果沒有建立明確的跨流域水資源開發(fā)和利用的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償機(jī)制，必然會影響水源地生態(tài)和環(huán)境保護(hù)的積極性。而生態(tài)與水資源補(bǔ)償機(jī)制一旦形成，上游治理有投入，保護(hù)有動力；下游用水更合理，促進(jìn)節(jié)水，水源地的保護(hù)開發(fā)將會形成良性循環(huán)和互動的新機(jī)制。

2.調(diào)水相關(guān)影響分析

跨流域調(diào)水改變了水源區(qū)正常的水資源分配秩序，調(diào)水規(guī)模不僅是受水區(qū)缺水量的反映，而且還受到對調(diào)水區(qū)生態(tài)環(huán)境可能造成不利影響的制約，不能以犧牲調(diào)出區(qū)生態(tài)環(huán)境為代價增加調(diào)入?yún)^(qū)的供水?？缌饔蛘{(diào)水對水源區(qū)的影響主要分為：①水源區(qū) （取水口以上河段），包括水庫加壩、庫區(qū)水位加高引起的移民搬遷、水土保持和環(huán)境保護(hù)、發(fā)電、航運(yùn)、供水等影響；②中下游河道（取水口以下河段），包括發(fā)電、航運(yùn)、工農(nóng)業(yè)及生活用水、生態(tài)環(huán)境等影響。

3.補(bǔ)償措施研究

針對調(diào)水后的影響，水源區(qū)的保護(hù)開發(fā)應(yīng)從兩方面進(jìn)行深入研究。首先，要對取水點(diǎn)下游的補(bǔ)償工程進(jìn)行研究。調(diào)水工程建成后或多或少都對取水口下游有一定影響。一般來講，可接受程度是不降低調(diào)出區(qū)的用水保證程度。對于調(diào)水量較多及影響較大的，還需要建設(shè)調(diào)出區(qū)補(bǔ)償工程。南水北調(diào)東、中線工程，均對調(diào)出區(qū)安排了補(bǔ)償工程，如中線工程安排了漢江中下游興隆水利樞紐、引江濟(jì)漢工程、局部閘站改造和航道整治工程，并優(yōu)化丹江口水庫的調(diào)度。調(diào)水影響補(bǔ)償工程協(xié)調(diào)工作量很大，與地方政府和群眾的利益關(guān)系密切，處理妥善與否直接影響到調(diào)水工程的建設(shè)和效益的發(fā)揮。其次，要搞好水源區(qū)取水口上游的生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)。溫家寶總理在考察南水北調(diào)中線工程時指出“搞好生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)，確保丹江口水庫永遠(yuǎn)是一庫清水”，說明上游地區(qū)做好生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)的重要性。跨流域調(diào)水使水源地與受水區(qū)形成了一個龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)工程，調(diào)出區(qū)和調(diào)入?yún)^(qū)有共同保護(hù)水資源和水環(huán)境的責(zé)任和義務(wù)。取水口上游地區(qū)應(yīng)嚴(yán)禁建設(shè)污染性項(xiàng)目，加強(qiáng)治理水土流失。

三、水資源優(yōu)化配置

1.水資源配置機(jī)制

目前世界上主要有3種水資源配置機(jī)制：行政配置、協(xié)商配置和水市場配置。美國加利福尼亞州的北水南調(diào)工程就是水市場配置最具代表性的例子。加州政府主導(dǎo)設(shè)立“水銀行”，當(dāng)調(diào)水量不能滿足受水區(qū)的用水需求時，它負(fù)責(zé)購買自愿售水用戶的富余水，然后賣給急需用水的其他用戶。加州政府為此還制定了《加州水法令》等法律以規(guī)范水權(quán)交易行為。但是，由于水權(quán)的公共屬性以及跨流域調(diào)水問題的復(fù)雜性，立法中明顯加強(qiáng)了政府的干預(yù)，致力于保障整個國家的用水安全和生態(tài)環(huán)境。

我國目前跨流域調(diào)水的水資源配置綜合考慮了以上3種機(jī)制。南水北調(diào)工程以“國家宏觀調(diào)控、準(zhǔn)市場運(yùn)作、企業(yè)化經(jīng)營、用水戶參與”為基本思路，遵循“先節(jié)水后調(diào)水、先治污后通水、先環(huán)保后用水”的原則，以解決近期受水區(qū)城市生活、工業(yè)供水為主，適當(dāng)兼顧生態(tài)與其他供水為目標(biāo)，進(jìn)行水資源優(yōu)化配置。在不降低丹江口庫區(qū)、漢江中下游地區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，不降低漢江中下游干流供水區(qū)供水保證程度的原則下，實(shí)現(xiàn)跨流域和諧調(diào)水，緩解京津及華北地區(qū)水資源供需的尖銳矛盾，為國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供可靠的支撐。

2.水資源配置方法

從20世紀(jì)50年代中期至今，水資源配置技術(shù)迅猛發(fā)展，線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、多目標(biāo)規(guī)劃、群決策和大系統(tǒng)理論被廣泛應(yīng)用于水資源配置。

南水北調(diào)中線工程在進(jìn)行水資源配置時，先對漢江流域水資源進(jìn)行分析評價，對丹江口水庫補(bǔ)償下泄和調(diào)度過程進(jìn)行了設(shè)計，以滿足漢江中下游用水需求，并提出了庫區(qū)可調(diào)水量。在對長江、淮河、黃河、海河四大流域水文情勢、豐枯互補(bǔ)等特性進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上，提出受水區(qū)當(dāng)?shù)厮c引漢水的聯(lián)合運(yùn)用方法，充分、合理利用多水源，達(dá)到城市供水高保證率的要求，實(shí)現(xiàn)水資源的優(yōu)化配置。

四、妥善解決工程建設(shè)的移民安置問題

移民安置是一道世界性難題，涉及政治、經(jīng)濟(jì)、社會、人口、資源、環(huán)境、工程技術(shù)等多個領(lǐng)域。隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，以人為本理念的提升，移民安置處于越來越重要的位置。南水北調(diào)中線工程規(guī)模大，線路長，移民數(shù)量多，涉及領(lǐng)域廣，移民能否得到妥善安置已成為南水北調(diào)中線工程成敗的主要決定性因素。移民安置的目標(biāo)是使移民搬得出、穩(wěn)得住、能發(fā)展、可致富，而移民安置規(guī)劃的關(guān)鍵是如何結(jié)合工程建設(shè)征地區(qū)的實(shí)際制訂科學(xué)合理的移民安置方案。

1.結(jié)合水源地實(shí)際，科學(xué)確定移民生產(chǎn)安置方案

丹江口庫區(qū)是南水北調(diào)中線工程的水源地，也是移民安置的重點(diǎn)。而安置的難點(diǎn)又是丹江口農(nóng)村移民。丹江口大壩加高工程淹沒影響涉及河南、湖北兩省6個區(qū)縣的40個鄉(xiāng)鎮(zhèn)441個村2372個村民小組，淹沒耕（園）地 1.71 萬 hm2、林地 0.44 萬 hm2；淹沒影響各類人口22.43萬人，各類房屋面積623.98萬m2。淹沒主要對象在農(nóng)村，約占受淹人數(shù)的90%。全庫區(qū)規(guī)劃生產(chǎn)安置人口為28.6萬人，總搬遷人口為34.5萬人。

在生產(chǎn)安置方式上，為使移民搬遷后的生活不低于原有水平，防止庫周過度開發(fā)和擠占生產(chǎn)資源，惡化生態(tài)環(huán)境，保證庫區(qū)自然生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)，確保水源水質(zhì)，確定了以出縣外遷及以土安置為主的生產(chǎn)安置方式。安置區(qū)涉及河南、湖北兩省15個省轄市的52個區(qū)縣204個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，共調(diào)整耕（園）地2.12萬hm2，出縣外遷安置22.79萬人，占總數(shù)的81%，極大地緩解了庫區(qū)的安置壓力，也為水源地的保護(hù)奠定了基礎(chǔ)。

生產(chǎn)安置標(biāo)準(zhǔn)的確定既考慮了初期工程淹沒使得庫區(qū)人均耕地較少的實(shí)際情況，又考慮了庫區(qū)初期工程消落地利用及漁業(yè)、林果業(yè)和畜牧業(yè)發(fā)展的多元化收入構(gòu)成。通過深入分析論證，將安置標(biāo)準(zhǔn)確定為人均0.093 hm2旱地或0.07 hm2水田，有力地保障了移民搬遷后的生產(chǎn)生活。

2．結(jié)合社會主義新農(nóng)村建設(shè)的要求確定移民搬遷安置方案

在搬遷安置方式上，結(jié)合社會主義新農(nóng)村建設(shè)的要求，確定了以集中安置為主、分散安置為輔的搬遷安置方式。按初步設(shè)計規(guī)劃，集中安置共28萬人，占移民總數(shù)的90.3%，集中居民點(diǎn)1 399個，分布于河南、湖北兩省16個省轄市的58個區(qū)縣242個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

在搬遷安置標(biāo)準(zhǔn)上，大力提高移民人居環(huán)境，移民搬遷后，人均建設(shè)用地達(dá) 85 m2，居民點(diǎn)水、電、路、通信、有線電視、綠化、環(huán)衛(wèi)等基礎(chǔ)設(shè)施全面配套，適度配置了文化及醫(yī)療設(shè)施。移民搬遷后居住環(huán)境實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，遠(yuǎn)好于搬遷前。

3.充分關(guān)注民生，保障和諧移民

堅(jiān)持以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)，以人為本，在國家、地方法律、法規(guī)的基礎(chǔ)上從庫區(qū)實(shí)際出發(fā)，切實(shí)維護(hù)移民應(yīng)有權(quán)益，保障和諧移民。

（1）關(guān)注困難群體

針對丹江口水庫淹沒區(qū)人均房屋面積小，且大多為土坯房的特點(diǎn)，計列了房屋困難補(bǔ)助費(fèi)，對人均房屋補(bǔ)償費(fèi)不足以修建24 m2磚混房屋的移民戶予以差額補(bǔ)助，使移民搬遷后居住質(zhì)量大為改觀。

（2）保障移民生產(chǎn)發(fā)展后勁

針對由于安置標(biāo)準(zhǔn)高于淹沒前人均水平，外遷安置區(qū)耕地產(chǎn)值高于庫區(qū)，庫區(qū)受淹土地的補(bǔ)償費(fèi)不能完全滿足移民生產(chǎn)安置需要的問題，計列了生產(chǎn)安置增補(bǔ)費(fèi)，對不足部分予以補(bǔ)足，用以解決移民生產(chǎn)安置的實(shí)際困難。全庫區(qū)人均增補(bǔ)生產(chǎn)安置費(fèi)9 324元，搬遷后的人均耕（園）地是搬遷前的1.07～1.53倍；同時，完善田間配套設(shè)施，對田林路進(jìn)行綜合治理，為增強(qiáng)移民發(fā)展后勁、提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力創(chuàng)造了條件。

（3）用心體會移民的實(shí)際困難，事事為移民著想

移民搬遷后一些生產(chǎn)物資失去了基本用途，應(yīng)給予合理補(bǔ)償；移民到安置區(qū)后，為解決燃料問題，應(yīng)考慮戶均2 000元左右的沼氣池、雙甕廁所建設(shè)補(bǔ)償費(fèi)用；此外還應(yīng)結(jié)合實(shí)際，補(bǔ)助超深基礎(chǔ)處理費(fèi)、抗震處理措施費(fèi)、村臺購?fù)临M(fèi)、移民新村文化活動室建設(shè)等費(fèi)用，保障移民應(yīng)有的權(quán)益，為移民安置目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。

五、輸水運(yùn)行調(diào)度

1.配水計劃

南水北調(diào)中線工程配水計劃包括年度、月度以及旬的水量分配方案。通常年初根據(jù)受水區(qū)水情、丹江口水庫水量儲存并預(yù)計來水情況制定年度及月度配水計劃。由于降水的隨機(jī)性，年度配水計劃會適時調(diào)整，隨之本年度剩下各月配水計劃也相應(yīng)調(diào)整。根據(jù)月配水計劃結(jié)合中短期氣象預(yù)報，可確定月內(nèi)每一旬的配水計劃。

2.調(diào)度方案

總干渠有正常輸水、冰期輸水、檢修工況、事故工況等各種運(yùn)行工況，各種工況又有不同的輸水流量要求，對每種運(yùn)行工況以及運(yùn)行工況之間的轉(zhuǎn)換過程都應(yīng)制定詳細(xì)的調(diào)度方案。調(diào)度方案是在無數(shù)次仿真模擬計算和工程運(yùn)行實(shí)踐的基礎(chǔ)上形成的?；谡{(diào)度方案的集合最終形成了調(diào)度軟件，以此對輸水系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時調(diào)度，使整個調(diào)度過程規(guī)范化、快捷化、系統(tǒng)化。

南水北調(diào)中線工程水力學(xué)仿真模型包括恒定流、非恒定流、閘門過流等計算程序模塊，可以模擬計算不同閘門控制過程中渠道水位、流量變化情況及渠道運(yùn)行狀態(tài)。

節(jié)制閘是調(diào)節(jié)輸水流量的工具，分水閘是總干渠系統(tǒng)與受水區(qū)連接的橋梁，退水閘是非常情況下保障工程運(yùn)行安全的重要手段。正常、事故工況工程運(yùn)行要求各不相同，需要制定不同的閘門操作方案，形成閘門控制策略。

3.應(yīng)急退水保護(hù)

按輸水線路選線原則選定渠線，可以總體消除渠道毀損對當(dāng)?shù)卦斐傻臍缧詾?zāi)害，在實(shí)際運(yùn)行中，還必須充分考慮渠道正常和應(yīng)急維修時的退水措施。經(jīng)南水北調(diào)中線工程設(shè)計實(shí)踐中多方案比較，考慮當(dāng)?shù)睾恿鞯姆篮槟芰?，采用結(jié)合河渠交叉建筑物布置退水工程措施最為經(jīng)濟(jì)有效，而且受水地區(qū)一般水資源相對貧乏，退水水量不會對當(dāng)?shù)厣a(chǎn)生活和防洪造成不利影響。

4．冰期輸水

冰期順利輸水是提高調(diào)水保證率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。在實(shí)際運(yùn)行中，冰期輸水保證措施可以通過冰期輸水調(diào)度和總干渠工程措施來實(shí)現(xiàn)。

冰期輸水調(diào)度可根據(jù)總干渠冰情，在冰期到來時，提前抬高渠道運(yùn)行水位，減小流速 （控制在0.5m/s以下），促使形成冰蓋，然后穩(wěn)定輸水流量和水位；在冰花特別嚴(yán)重時，調(diào)節(jié)水位，形成均勻流狀態(tài)；在封凍期，合理調(diào)節(jié)封凍渠段的控放流量，使入渠流量與封凍段輸水能力相適應(yīng)，同時利用下游節(jié)制閘控制渠段水位；在解凍期，根據(jù)渠道溫情和冰情狀態(tài)，合理控制流量，避免“武開河”現(xiàn)象的發(fā)生。