跨流域調水區(qū)域劃分與邊界計算初探*

吳慧秀

(遼寧省丹東水文局, 遼寧 丹東 118001)

跨流域調水區(qū)域劃分與邊界計算初探*

吳慧秀

(遼寧省丹東水文局, 遼寧 丹東 118001)

本文針對跨流域調水不同位置區(qū)劃不統(tǒng)一、區(qū)域邊界模糊、范圍界定不嚴謹等問題，在參考傳統(tǒng)調水區(qū)、受水區(qū)兩分法的基礎上，進一步細化了分區(qū)；對水源區(qū)、調水影響區(qū)提出了核心區(qū)域概念；依據水資源常規(guī)評價參數，利用單指標法計算了區(qū)域邊界。

跨流域調水； 區(qū)域劃分； 邊界計算； 核心區(qū)； 開發(fā)利用率

1 概 述

跨流域調水是通過大規(guī)模的工程措施，從水資源豐富且開發(fā)利用率低的流域向水資源短缺且開發(fā)利用率高的流域調水。隨著社會經濟的發(fā)展，城鎮(zhèn)化、工業(yè)化、現代農業(yè)化的推進，水資源問題日益緊張。采用跨流域調水的方法，重新分配水資源，已成為解決缺水地區(qū)水資源危機的常見手段。

目前國內外在研究跨流域調水工程產生的正面效

益的同時，將更多精力集中在跨流域調水給水源區(qū)帶來的損失、水資源配置的公平性、建立合理的跨流域調水經濟補償制度等方面[1-2]。但在研究中，跨流域調水系統(tǒng)的不同位置區(qū)劃不統(tǒng)一，區(qū)域邊界模糊，范圍界定不嚴謹，不同文獻存在沖突。史淑娟[2]對水源區(qū)理解為調水取水口以上流域，郭瀟[3]對水源區(qū)理解為包含調水取水口以下流域。徐少軍[4]研究了引漢濟渭工程、南水北調工程對漢江中下游地區(qū)生態(tài)環(huán)境的雙重跨流域調水影響。針對上述問題，需對跨流域調水相關區(qū)域進行系統(tǒng)劃分，詳細界定邊界范圍，提出核心區(qū)概念，并探討核心區(qū)邊界定量計算方法。

2 區(qū)域劃分

跨流域調水系統(tǒng)是一項涉及面廣、影響因素多、規(guī)模龐大的工程，最基本的分類是調水區(qū)與受水區(qū)。考慮生態(tài)補償及其他管理問題[5]，兩分法不能滿足跨流域管理的需要。但兩分法具有簡單、清晰、約定成俗等優(yōu)點。

針對跨流域調水生態(tài)保護與生態(tài)補償中存在的問題，結合文獻[2]、[3]、[6]，在兩分法的基礎上，將跨流域調水區(qū)域再分為水源區(qū)、調水蓄水區(qū)、調水影響區(qū)、調水沿線、受水蓄水區(qū)、用水區(qū)、排水影響區(qū)，見下圖。圖中虛線表示該區(qū)域在不同跨流域調水系統(tǒng)中可能存在也可能不存在。如：南水北調東線工程從長江下游揚州抽引長江水，不存在調水蓄水區(qū)；中線工程從漢江丹江口水庫調水，存在調水蓄水區(qū)。

調水區(qū)被細分為水源區(qū)、調水蓄水區(qū)、調水影響區(qū)。水源區(qū)與調水影響區(qū)的邊界是調水蓄水區(qū)(或調水取水口)，其上為水源區(qū)，其下為調水影響區(qū)。根據水文學原理，水源區(qū)的水匯流到調水蓄水區(qū)(或調水取水口)，調水是調取調水影響區(qū)的過境水量，對調水影響區(qū)的影響最大。

受水區(qū)被細分為受水蓄水區(qū)、用水區(qū)、排水影響區(qū)。排水影響區(qū)的單獨劃出，主要考慮用水區(qū)用水后，回歸水及排污對環(huán)境的影響，為“三條紅線”中水功能區(qū)達標服務。

跨流域調水區(qū)域劃分圖

調水沿線只指調水區(qū)至受水區(qū)，其中受水蓄水區(qū)與用水區(qū)之間可能存在調水線路，但考慮該線路在受水區(qū)內，不單獨列出。調水線路有管道輸水和自然河道輸水兩種，若采用管道輸水，其中受水蓄水區(qū)則可能存在下泄水區(qū)[7]，同樣考慮該線路在受水區(qū)內，不單獨列出。

3 邊界計算

跨流域調水七大區(qū)域中，調水蓄水區(qū)、調水沿線、受水蓄水區(qū)、用水區(qū)的范圍相對容易確定。而水源區(qū)、調水影響區(qū)、排水影響區(qū)的范圍，需要進行定量計算。利用水資源常規(guī)評價參數，根據簡單、易行的原則，采用單指標法判斷邊界范圍。

3.1 水源區(qū)

3.1.1 核心水源區(qū)

調水蓄水區(qū)(或調水取水口)以上流域都是水源區(qū)。若流域面積較大，或者河流較長，或者水量豐富，考慮水源區(qū)保護的高效性，全流域保護既無重點也不現實。

核心水源區(qū)指調水蓄水區(qū)(或調水取水口)以上來水對徑流量為關鍵多數的區(qū)域，或者暴雨中心區(qū)(如果有)，或者流域面源污染主要來源區(qū)。水源區(qū)保護要重點保護核心水源區(qū)。

3.1.2 邊界計算

核心水源區(qū)邊界計算采用單指標法，因為暴雨中心和面源污染最終還是以徑流量體現的。計算指標是入境水量與自產水量之比。入境水量指上游境外來水量，自產水量指流域徑流量。史淑娟[2]在水源區(qū)生態(tài)補償分擔研究中，對于占調水蓄水區(qū)70%徑流量的地區(qū)，入境水量與自產水量之比為3∶7。考慮不同流域的特性，認為核心水源區(qū)范圍標準為入境水量與自產水量之比為3∶7或4∶6之間。

3.2 調水影響區(qū)

3.2.1 調水本質

調水的本質是調取水源區(qū)的過境水量，調取調水影響區(qū)的入境水量。調水對調水影響區(qū)的影響最大，減少了入境水量，導致生態(tài)環(huán)境惡化，減少了自身水資源開發(fā)利用量。如果有調水蓄水區(qū)(水庫)，調水同時影響水庫的發(fā)電、防汛及調度方案等。

3.2.2 核心調水影響區(qū)

調水蓄水區(qū)(或調水取水口)以下流域都是調水影響區(qū)。若流域面積較大，或者河流較長，或者水量豐富，考慮調水影響的嚴重程度，重點保護、補償調水蓄水區(qū)(或調水取水口)以下核心調水影響區(qū)。

核心調水影響區(qū)指調水量嚴重影響區(qū)域生態(tài)環(huán)境、水資源開發(fā)利用的地區(qū)，主要影響包括下游河道生態(tài)需水量、水能開發(fā)、水資源開發(fā)利用率限值等。

3.2.3 邊界計算

核心調水影響區(qū)邊界計算采用單指標法，主要分析調水量、入境水量、自產水量、用水量4個參數，計算包含調水量的水資源開發(fā)利用率。

王西琴[8]從二元水循環(huán)角度分析地表水資源開發(fā)利用率，其影響因素主要有河道生態(tài)需水、回歸水及其污染物濃度。估算當前水資源消耗水平下地表水資源允許開發(fā)利用率的閾值。松花江、遼河、海河、黃河、淮河、長江、珠江的閾值分別是34%、38%、45%、36%、38%、31%、32%，基本都在30%～40%之間。

以地表水資源開發(fā)利用率30%～40%為臨界值，從下游(入海口)依次往上游依據式(2)試算，若開發(fā)利用率介于30%～40%，就是核心調水影響區(qū)。其中試算節(jié)點以水庫、支流匯入等為邊界。

Qg=Qr+Qz

(1)

(2)

式中Qg——過境(入海)水量；

Qr——入境水量；

Qz——自產水量；

W——開發(fā)利用率；

Qd——調水量；

Qy——用水量。

3.3 排水影響區(qū)

排水影響區(qū)主要接納回歸水、污水、污染物等。排水影響區(qū)范圍以水功能區(qū)為參照，若水功能區(qū)達標，可以不考慮排水影響區(qū)。

排水影響區(qū)邊界計算采用單指標法，依據式(3)計算污徑比。

(3)

式中b——污徑比；

Q——天然徑流量；

qw——污水量。

以COD為例，污水達到一級排放標準濃度為100mg/L，水功能區(qū)目標水質一般為Ⅲ類，20mg/L，在明確不同流域水功能區(qū)本底濃度后，計算確定合理污徑比。齊青青[9]研究認為污徑比在0.05～0.2之間，考慮受水區(qū)水功能區(qū)本底濃度一般較高，污徑比范圍在0.05～0.1之間。

4 實例分析

渾江是鴨綠江一級支流，鴨綠江直接入黃海。渾江跨流域調水工程設計年調水量為18.7億m3，調水蓄水區(qū)年平均徑流量為42.7億m3。調水蓄水區(qū)下游渾江流域自產水量為22.8億m3，調水蓄水區(qū)下游渾江流域用水量為0.2億m3，渾江入鴨綠江水量為65.5億m3。調水蓄水區(qū)下游至入?？诹饔蛴盟繛?0.3億m3， 鴨綠江入海水量為260億m3。

以地表水資源開發(fā)利用率30%～40%為臨界值，從下游(入?？?依次往上游依據式(2)試算：

至入?？?，(18.7+10.3)/260=11.2%，小于30%，不是核心調水影響區(qū)。

至渾江入鴨綠江口，(18.7+0.2)/65.5=28.9%，接近30%，考慮流域完整性，可作為核心調水影響區(qū)。結論與跨流域調水設計報告一致。

5 結 論

a.跨流域調水區(qū)域在調水區(qū)、受水區(qū)兩分法的基礎上，將跨流域調水區(qū)域再分為水源區(qū)、調水蓄水區(qū)、調水影響區(qū)、調水沿線、受水蓄水區(qū)、用水區(qū)、排水影響區(qū)。七大區(qū)域中調水蓄水區(qū)、調水沿線、受水蓄水區(qū)、用水區(qū)邊界相對容易確定，對水源區(qū)、調水影響區(qū)提出核心區(qū)域概念。

b.利用水資源常規(guī)評價參數，采用單指標法計算。核心水源區(qū)邊界計算標準為入境水量與自產水量之比為3∶7或4∶6。核心調水影響區(qū)邊界計算標準為包含調水量的開發(fā)利用率介于30%～40%之間。排水影響區(qū)邊界計算標準為污徑比在0.05～0.1之間。實例表明用于計算核心調水影響區(qū)簡單、可行。

c.邊界計算基于靜態(tài)假設，沒有分析豐、平、枯等不同頻率，也沒用考慮流域不同地區(qū)的頻率差異。邊界計算單指標法雖簡單易行，但局限性顯而易見，需要進行進一步深入研究。

[1] 冉篤奎,李敏,肖博.跨流域調水經濟補償機制初探[J].人民長江,2008(3):28-30,111.

[2] 史淑娟,李懷恩,林啟才.跨流域調水生態(tài)補償量分擔方法研究[J].水利學報,2009,40(3):268-273.

[3] 郭瀟,方國華,章哲愷.跨流域調水生態(tài)環(huán)境影響評價指標體系研究[J].水利學報,2008,39(9):1125-1130,1135.

[4] 徐少軍,林德才,鄒朝望.跨流域調水對漢江中下游生態(tài)環(huán)境影響及對策[J].人民長江,2011(11):1-4.

[5] 劉強,殷大聰.國外跨流域調水管理對我國水資源配置的啟示[J].人民長江,2011(18):111-116,121.

[6] 常玉苗.跨流域調水對區(qū)域生態(tài)經濟影響綜合評價研究[D].南京:河海大學,2007:24.

[7] 梁國華,王國利,王本德.大伙房跨流域引水工程預報調度方式研究[J].水力發(fā)電學報,2009(3):32-36,46.

[8] 王西琴,張遠.中國七大河流水資源開發(fā)利用率閾值[J].自然資源學報,2008,23(3):500-506.

[9] 齊青青,沈冰,張澤中.環(huán)境水體納污能力判別值及其應用研究[J].西安理工大學學報,2011,27(1):41-47.

Discussion on inter-basin water transfer region division and boundary calculation

WU Huixiu

(LiaoningDandongHydrologyBureau,Dandong118001,China)

In the paper, regions are further refined on the basis of adopting traditional water transfer area and water intake area dichotomous division method as reference aiming at inconsistent division in different regions of inter-basin water transfer, fuzzy boundaries, random scope boundary and other problems. Core regional concepts are proposed aiming at water source area and water transfer influence area. Regional boundaries are calculated by single index method according to routine evaluation parameters of water resources.

inter-basin water transfer; regional division; boundary calculation; core area; development and utilization rate

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2015.03.020

*本研究為基金項目： 丹東市科技局重點項目《跨流域調水影響區(qū)域生態(tài)環(huán)境評價》(2011720)。

TV212.3

A

1005-4774(2015)03-0073-03