基于用水總量控制的沙潁河水量分配技術(shù)方法與應(yīng)用

孟 偉 焦 軍 李忠莉

基于用水總量控制的沙潁河水量分配技術(shù)方法與應(yīng)用

孟 偉 焦 軍 李忠莉

《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定》明確提出推進(jìn)依法行政、實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度、建立和完善國(guó)家水權(quán)制度、預(yù)防和調(diào)解水事糾紛、實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用、維系生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)和支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的要求。為落實(shí)文件精神，推進(jìn)最嚴(yán)格水資源管理制度的實(shí)施，完善用水總量控制指標(biāo)體系，逐步建立主要江河流域用水控制指標(biāo)，水利部《關(guān)于做好水量分配工作的通知》（水資源〔2011〕368號(hào)）部署開(kāi)展全國(guó)53條主要江河流域水量分配工作?；春铀瘑T會(huì)在完成了淮河、沂河、沭河的水量分配方案之后，組織開(kāi)展了沙潁河、洪汝河、渦河、史灌河等跨省河流的水量分配方案編制工作。

水資源配置是河流水量分配的核心，傳統(tǒng)的水資源配置技術(shù)偏向于解決資源、工程、用戶(hù)的關(guān)系構(gòu)建及實(shí)現(xiàn)水資源在不同區(qū)域間的優(yōu)化配置，其對(duì)來(lái)水及需水過(guò)程的周期性變化規(guī)律及河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境用水需求考慮較少，且未與最嚴(yán)格水資源管理制度建立緊密聯(lián)系，對(duì)于跨省江河流域水量分配來(lái)說(shuō)，其存在一定的局限性。本文在以往跨省江河流域水量分配經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在沙潁河水量分配實(shí)踐中，應(yīng)用新方法解決以下問(wèn)題：（1）來(lái)水及需水過(guò)程中周期性變化規(guī)律對(duì)水資源配置及水量分配結(jié)果的影響；（2）將跨省江河流域水量分配與以各級(jí)行政區(qū)為基本單元的用水總量控制指標(biāo)結(jié)合起來(lái)；（3）將面向生態(tài)的水資源配置理念在跨省江河流域水量分配中體現(xiàn)出來(lái)。

一、研究目的和內(nèi)容

1.研究目的

跨省河流水資源、工程、用水戶(hù)之間的復(fù)雜關(guān)系，沙潁河流域存在水資源總量不足，上下游、左右岸用水矛盾突出等問(wèn)題。為公開(kāi)、公平、公正、合理地對(duì)沙潁河進(jìn)行水量分配，研究提出分配方法是關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。本項(xiàng)目將構(gòu)筑科學(xué)、合理、適用的水量分配技術(shù)方法，并應(yīng)用于沙潁河流域水量分配工作，對(duì)于促進(jìn)區(qū)域及流域水資源可持續(xù)利用具有十分重要的意義。

2.研究?jī)?nèi)容

根據(jù)面向生態(tài)的水資源供需分析及配置需要，構(gòu)架周期序貫數(shù)學(xué)模型，并利用模型進(jìn)行水資源供需分析調(diào)算；建立沙潁河用水總量指標(biāo)，綜合考慮水資源條件、現(xiàn)狀用水、社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、規(guī)劃配置水量等因素，將以行政區(qū)為基本單元的用水總量控制指標(biāo)細(xì)化分解至河流；對(duì)沙潁河流域內(nèi)水資源、工程、用戶(hù)情況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，在理清水資源、工程、用戶(hù)、河流水系間供用耗排關(guān)系的基礎(chǔ)上，對(duì)區(qū)域水資源、工程、用戶(hù)進(jìn)行耦合，提出沙潁河水量分配方案。合理利用周期序貫數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行水資源供需分析及配置，提出沙潁河水量分配方案，為跨省河流水量分配方案的技術(shù)協(xié)調(diào)及行政協(xié)調(diào)提供技術(shù)支撐。

二、研究方法

在沙潁河水資源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀調(diào)查分析的基礎(chǔ)上，對(duì)沙潁河流域內(nèi)水資源、工程、用戶(hù)進(jìn)行耦合，構(gòu)建周期序貫數(shù)學(xué)模型，合理預(yù)測(cè)沙潁河涉及各省級(jí)行政區(qū)需水量，以河流水系用水總量控制指標(biāo)為主要控制目標(biāo)參數(shù)，分析確定沙潁河省級(jí)行政區(qū)水資源配置方案。運(yùn)用本次研究建立的周期序貫數(shù)學(xué)模型，在區(qū)域水資源優(yōu)化配置的基礎(chǔ)上，提出基于用水總量控制的沙潁河當(dāng)?shù)氐乇硭煞峙渌考笆‰H水量分配方案，分析確定沙潁河主要控制斷面不同來(lái)水頻率下泄水量及各主要控制斷面最小生態(tài)下泄流量。

本次研究的技術(shù)路線(xiàn)見(jiàn)圖1。

圖1 研究技術(shù)路線(xiàn)圖

1.周期序貫數(shù)學(xué)模型

各類(lèi)水資源配置模型其來(lái)水和需水的輸入系列均相同，而對(duì)來(lái)水和需水信息不同的描述方式就構(gòu)成了不同的決策方法。周期序貫決策法保留了確定型長(zhǎng)系列調(diào)節(jié)和兩時(shí)段法的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)二者在來(lái)水和需水信息描述上的不足，改進(jìn)模型求解過(guò)程，提升水資源配置供水決策的合理性。周期性序貫決策法每次僅對(duì)當(dāng)前時(shí)段進(jìn)行配置決策；在對(duì)當(dāng)前時(shí)段進(jìn)行配置決策時(shí)，要考慮以當(dāng)前時(shí)段為首的整個(gè)來(lái)水（需水）周期內(nèi)的來(lái)水和需水過(guò)程。

根據(jù)水資源供需分析及配置基本原理，確定任意一年水資源供需平衡設(shè)計(jì)的主要約束方程。包括節(jié)點(diǎn)水量平衡方程、水庫(kù)水量平衡方程、水庫(kù)庫(kù)容約束方程、水庫(kù)蒸發(fā)、滲漏損失方程、計(jì)算單元供需平衡方程、節(jié)點(diǎn)下泄水量約束（規(guī)劃下泄水量約束）、計(jì)算單污水處理與回用方程、地下水供水約束、生態(tài)供水平衡方程、總量控制指標(biāo)約束。

本文在構(gòu)建水資源優(yōu)化配置模型時(shí)主要考慮供水效益最大或缺水損失最小調(diào)度原則，同時(shí)考慮供水水源優(yōu)先序和用水戶(hù)供水優(yōu)先序的目標(biāo)函數(shù)。主要目標(biāo)函數(shù)為：（1）水源配置供水水源優(yōu)先次序目標(biāo)，規(guī)劃供水水源優(yōu)先次序是地表水、外調(diào)水、地下水、當(dāng)?shù)厮臀鬯赜?；?）水資源配置用戶(hù)的目標(biāo)，規(guī)劃根據(jù)生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生態(tài)用水的先后次序，供水量最大和用戶(hù)供水優(yōu)先序，構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)；（3）以公平公正為原則，建立區(qū)域差異程度最小目標(biāo)目標(biāo)函數(shù)。

表1 2030水平年沙潁河流域水量分配表（單位：億m3）

表2 沙潁河主要斷面下泄水量及最小生態(tài)下泄流量控制指標(biāo)表

2.沙潁河流域用水總量指標(biāo)

目前，省級(jí)行政區(qū)及地市級(jí)行政區(qū)層面已建立用水總量控制指標(biāo)體系，江河流域用水總量控制指標(biāo)尚未建立。省級(jí)行政區(qū)及地市級(jí)行政區(qū)的用水總量之中各地市、縣各占多少，地表水、地下水等各水源占各多少，生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等各行業(yè)又占多少，作為最嚴(yán)格水資源管理制度的頂層設(shè)計(jì)中沒(méi)有明確，這是由于全國(guó)層面與各級(jí)地方水行政管理部門(mén)、流域管理機(jī)構(gòu)的管理事權(quán)不同所決定的。進(jìn)一步分解細(xì)化用水總量控制指標(biāo)，不僅是完善最嚴(yán)格水資源管理體系的需要，更是強(qiáng)化水資源管理抓手的需要，是亟待開(kāi)展的一項(xiàng)工作。

進(jìn)行流域?qū)用娴挠盟偭靠刂浦笜?biāo)的分解細(xì)化任務(wù)主要包括縱與橫兩個(gè)方面：縱向上一是將全國(guó)分配至流域?qū)用娴挠盟偭靠刂浦笜?biāo)分解細(xì)化至流域內(nèi)的省級(jí)行政區(qū)，二是在流域總量控制指標(biāo)框架內(nèi)確定主要跨省河流的用水總量控制指標(biāo)及其省際間的分配；橫向是確定各省級(jí)行政區(qū)分行業(yè)及分水源的分項(xiàng)指標(biāo)。

指標(biāo)的細(xì)化分解除了獲取社會(huì)經(jīng)濟(jì)、水文、水資源開(kāi)發(fā)利用等數(shù)據(jù)外，還要進(jìn)行：（1）數(shù)據(jù)差異性分析。差異性指相鄰地區(qū)間的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、用水水平差異等。地區(qū)差異是客觀存在的，也是影響用水總量控制指標(biāo)分解細(xì)化成果協(xié)調(diào)的主要因素之一。地區(qū)差異分析主要是分析由地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、用水習(xí)慣、用水效率導(dǎo)致的各地區(qū)主要用水戶(hù)用水定額之間的差異是否合理。用水定額是反映現(xiàn)狀用水水平的重要指標(biāo)，同時(shí)也是制定用水總量控制指標(biāo)分解細(xì)化方案的重要基礎(chǔ)。（2）與上一級(jí)用水總量控制指標(biāo)的銜接。對(duì)于流域管理機(jī)構(gòu)而言，分解細(xì)化的流域套行政區(qū)用水總量控制指標(biāo)之和應(yīng)與流域?qū)用嬗盟偭靠刂浦笜?biāo)一致，包括分行業(yè)及分水源的分解細(xì)化指標(biāo)；對(duì)行政分區(qū)而言，分解細(xì)化的地市級(jí)行政區(qū)用水總量控制指標(biāo)之和應(yīng)與國(guó)務(wù)院批復(fù)的相應(yīng)省級(jí)行政區(qū)用水總量控制指標(biāo)一致，分解細(xì)化的縣級(jí)行政區(qū)用水總量控制指標(biāo)之和應(yīng)與相應(yīng)的地市級(jí)行政區(qū)用水總量控制指標(biāo)一致。

三、實(shí)例應(yīng)用

1.沙潁河流域概況

沙潁河是淮河最大支流，發(fā)源于河南省伏牛山區(qū)，流經(jīng)河南省南陽(yáng)、許昌、洛陽(yáng)、平頂山、漯河、鄭州、開(kāi)封、駐馬店、周口市和安徽省阜陽(yáng)市，于安徽省潁上縣沫河口入淮河。河流全長(zhǎng)561km，流域面積36651km2（不含黑茨河流域），多年平均年地表水資源量55.0億m3。流域地形由上游山丘區(qū)經(jīng)中游廣闊丘陵區(qū)過(guò)渡至下游平原區(qū)，山丘區(qū)面積約占流域1/3。沙潁河徑流量具有年內(nèi)分配不均勻、年際變化大、空間分布不均勻的特點(diǎn)，水旱災(zāi)害頻繁。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，沙潁河流域用水矛盾和區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況惡化問(wèn)題日趨突出，部分地區(qū)地下水超采嚴(yán)重。

2.沙潁河水量分配方案

在紅線(xiàn)約束條件下，確定的沙潁河地表水可分配水量為23.63億m3，按照區(qū)域水資源承載能力及水資源配置方案確定沙潁河水量分配方案，詳見(jiàn)表1。

按照全國(guó)江河流域水量分配方案制訂技術(shù)大綱，以《綜合規(guī)劃》成果為基礎(chǔ)，結(jié)合控制斷面以上天然來(lái)水情況，制訂了各主要控制斷面下泄水量控制指標(biāo)。為加強(qiáng)河流水生態(tài)與環(huán)境保護(hù)，以《淮河流域綜合規(guī)劃（2012～2030年）》《淮河流域水資源保護(hù)規(guī)劃》成果為基礎(chǔ)，研究控制斷面河道內(nèi)最小生態(tài)流量。沙潁河主要控制斷面最小生態(tài)流量見(jiàn)表2。

四、結(jié)語(yǔ)

本次圍繞淮河流域跨省河流水量分配進(jìn)行了深入研究，研究提出的淮河流域沙潁河水量分配方案，為流域?qū)用孢M(jìn)一步落實(shí)最嚴(yán)格水資源管理制度提供了技術(shù)支撐，對(duì)于進(jìn)一步明確區(qū)域水事權(quán)益、加強(qiáng)流域水資源管理、預(yù)防或消除省際水事糾紛等具有重要意義。

用水總量控制指標(biāo)的細(xì)化分解是開(kāi)展跨省河流水量分配的基礎(chǔ)及控制性要素，下一步可結(jié)合淮河流域跨省河流實(shí)際情況，進(jìn)一步研究用水總量控制指標(biāo)細(xì)化分解與現(xiàn)狀社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、用水及規(guī)劃指標(biāo)、供水量之間的關(guān)系，為流域其他跨省河流水量分配方案的制訂提供技術(shù)支撐

（作者單位：中水淮河規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司 230000）