忙海河流域水資源利用分析

陳 磊

(新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院(集團(tuán))有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830002)

我國地理環(huán)境與水文特征復(fù)雜，流域內(nèi)部環(huán)境差異大，流域合理開發(fā)深刻影響著區(qū)域水資源利用、水土保持等?？茖W(xué)評(píng)估流域水資源開發(fā)利用情況，對(duì)因地制宜規(guī)劃國土空間、安排產(chǎn)業(yè)格局具有重要意義。西南地區(qū)過境水資源充沛，然而石灰?guī)r地質(zhì)廣泛發(fā)育導(dǎo)致徑流下滲速率較快，使得區(qū)域水資源難以得到充分利用，并對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)和自然環(huán)境產(chǎn)生帶來不利影響。鑒于此，以云南忙海河流域?yàn)榈湫蛥^(qū)，在分析區(qū)域水資源利用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上綜合測(cè)評(píng)其開發(fā)利用現(xiàn)狀，以期為區(qū)域流生態(tài)治理、水資源科學(xué)管理提供了基礎(chǔ)信息與實(shí)踐依據(jù)

1 忙海河流域概況

忙海河流域地處云南西南、臨滄市西北部的永德縣境內(nèi)，屬橫斷山區(qū)，高山、河谷交錯(cuò)區(qū)，海拔介于540～3054m，高程差異大。該區(qū)處于中低緯度帶，受南亞、東亞季風(fēng)影響形成南亞熱帶與北熱帶交匯的河谷季風(fēng)氣候，冬季低溫濕冷、夏季悶熱潮濕，年均氣溫17.4℃，降水量達(dá)1283mm，氣候資源呈垂直地帶分異。境內(nèi)河流發(fā)育充分，分布密度達(dá)0.25km/km2，水資源總量為18.5億m3。本區(qū)巖溶和石灰?guī)r地貌發(fā)育廣泛，地表徑流地下水流失率高，水資源利用率較低。

2 忙海河流域水資源利用現(xiàn)狀分析

2.1 忙海河流域水資源概況

忙海河屬滇西南怒江水系，流域集水長度為14km，總控制徑流面積為57.7km2，平均徑流量4225.8萬m3，平均年際變異系數(shù)為0.22。水資源季候分布不均勻，其中6—11月為雨季，徑流占水資源總量的75%，其他月份為降水偏少時(shí)期，為枯水期，水資源總量僅占25%，這種分配特征造成了春季供水困難和夏秋季節(jié)洪澇危險(xiǎn)系數(shù)大。忙海流域水化學(xué)類型以HCO3—Ca、HCO3—Ca·Mg型為主，礦化度小于0.12～0.38g/L，水質(zhì)良好。區(qū)域內(nèi)水資源供應(yīng)以地表水資源為主，地下水利用率較少，加之地下水儲(chǔ)藏條件差、滲透性較強(qiáng)，故而在此不做分析。

2.2 忙海河流域水資源利用現(xiàn)狀

根據(jù)可研水文分析計(jì)算，P=75%保證率下的忙海水庫斷面年徑流量時(shí)為1.138m3/s，徑流總量為3587.4萬m3，多年平均徑流量為1.34m3/s，即4225.82萬m3，通常根據(jù)環(huán)評(píng)要求，流域生態(tài)基流以多年平均來水量的10%計(jì)算，為422.6萬m3。流域P=75%時(shí)，可供應(yīng)水資源量為3164.8萬m3，P=75%時(shí)年徑流量及可引水量過程如圖1所示。

圖1 P=75%時(shí)年徑流量及可引水量過程

該流域面向大山鄉(xiāng)及班卡鄉(xiāng)的11935人和29399頭牲畜集中飲水，用水量達(dá)73.57萬m3。流域灌溉面積達(dá)76428畝，其中以西部、中部及東部三大灌片為主體，面積依次為35720、36618、34090畝，P=75%時(shí)灌區(qū)總需水量為1736.27萬m3。各月水資源供需量如圖2所示，由圖2可知，春季需水量最高，介于150～400萬m3之間；秋季8—10月需水量較低；除了6—10月水資源供需略有盈余外，其他月份水資源供應(yīng)缺口較大，達(dá)54.5～330.9萬m3。

圖2 忙海流域水資源供需平衡計(jì)算量

3 忙海河流域水資源開發(fā)利用綜合評(píng)價(jià)

3.1 模糊綜合評(píng)價(jià)法

模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)水資源開發(fā)利用評(píng)價(jià)的理論基礎(chǔ)是給定兩個(gè)有限論域[3]：

U={u1,u2,u3,…,um};V={v1,v2,v3,…,vn}

(1)

式中，U—綜合評(píng)判因素集合；V—綜合評(píng)判結(jié)果。模糊綜合評(píng)判是一個(gè)向量變換問題，即：

B=AR

(2)

式中，A—U的模糊子集；B—上V上的模糊子集?？杀硎緸椋?/p>

A={a1,a2,a3,…,am};0≤ai≤1;B={b1,b2,b3,…,bn};0≤bi≤1;

(3)

式中，i∈m，j∈n。ai—單因素在模糊集A上的權(quán)值，bj—評(píng)語在綜合評(píng)價(jià)結(jié)果子集B上的權(quán)值，各項(xiàng)權(quán)值加權(quán)為1。評(píng)價(jià)矩陣R表示為：

(4)

式中,Rij—第i個(gè)因素ui的評(píng)價(jià)對(duì)等級(jí)Vj的隸屬度;Rin={Ri1，Ri2，Ri3…，Rin}則為ui的單因素評(píng)判結(jié)果。

3.2 評(píng)判因子確立

忙海河流域主要存在東部、中部、西部三大灌區(qū)，如圖3所示，結(jié)合前述水資源利用現(xiàn)狀分析內(nèi)容，確立如下指標(biāo)，并參照文獻(xiàn)[3- 4]成果，設(shè)置了指標(biāo)閾值，見表1。

表1 水資源開發(fā)強(qiáng)度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

3.3 模糊度與權(quán)值計(jì)算

模糊函數(shù)用于計(jì)算水資源開發(fā)強(qiáng)度指標(biāo)因子與水資源開發(fā)強(qiáng)度分級(jí)之間的模糊度，一般而言，其指標(biāo)因子與某一分級(jí)之間的模糊值越大，表明二者之間模糊度越高，則可確定該因子屬于此分級(jí)。第i項(xiàng)指標(biāo)相應(yīng)于水資源安全第j個(gè)等級(jí)的模糊度計(jì)算公式如下[4- 6]：

圖3 忙海河流域灌區(qū)水資源開發(fā)程度空間分布

(5)

(6)

式中，pij(vi，VTij)—指標(biāo)因子Ci的量值vi所對(duì)應(yīng)特征的分級(jí)區(qū)間VTij=[CTji，bTij]的距離；ppi(vi，Vpi)—vi所對(duì)應(yīng)節(jié)域Vpi=[Cpi，bpi]的距離[7- 8]。

熵權(quán)法以信息熵的大小表征指標(biāo)權(quán)值，是一種客觀賦權(quán)法，其權(quán)值計(jì)算過程參見文獻(xiàn)[9- 10]。評(píng)價(jià)對(duì)象OX(X=1，2，3，m)關(guān)于水資源開發(fā)綜合評(píng)定等級(jí)j的綜合模糊度Kj(Tx)計(jì)算公式為

(7)

式中，wi—第i個(gè)指標(biāo)因子的權(quán)值。若kij=mCx[k(Ci)j]，則評(píng)價(jià)對(duì)象的第i個(gè)指標(biāo)屬于第j級(jí)。

3.4 忙海河流域水資源開發(fā)利用綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)模糊綜合評(píng)判原理，計(jì)算忙海河流域東部、中等、西部灌區(qū)的綜合評(píng)價(jià)矩陣如下：

(8)

(9)

(10)

(11)

忙海河流域三個(gè)灌區(qū)水資源開發(fā)利用程度不盡相同，如圖3所示，其中東部灌區(qū)的水資源開發(fā)利用程度最大，為V2等級(jí)，其綜合評(píng)分值最大，為0.3841，表明其開發(fā)潛力最??；中部灌區(qū)水資源開發(fā)利用也處于中度等級(jí)V2，但其綜合評(píng)分值稍低于東部灌區(qū)，達(dá)0.3762；西部灌區(qū)在三個(gè)灌區(qū)中水資源開發(fā)潛力最大、現(xiàn)狀開發(fā)程度最小，綜合分值為0.3374。

為詳細(xì)區(qū)分流域內(nèi)部水資源開發(fā)強(qiáng)度差異，根據(jù)流域56個(gè)灌區(qū)的集水?dāng)?shù)據(jù)，參照前述模糊綜合評(píng)價(jià)方法計(jì)算其水資源開發(fā)強(qiáng)度指數(shù)并區(qū)分開發(fā)等級(jí)?？芍饔騼?nèi)56個(gè)灌區(qū)水資源開發(fā)強(qiáng)度空間異質(zhì)性明顯，其指數(shù)介于0.165～0.678之間，整體呈四周山地向東部與中西部盆地增加的分布格局。這是由于流域周邊地區(qū)海拔較高、居民離散分布，水資源開發(fā)利用程度低；而局部盆地和平地區(qū)為縣域核心區(qū)、人口經(jīng)濟(jì)密集，水資源利用程度高。

4 結(jié)語

西南橫斷山區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、地下水滲透率高，地表水資源開發(fā)難度大。忙海河是永德縣境內(nèi)主要大河之一，為境內(nèi)生態(tài)用水與社會(huì)用水提供可靠保障，目前區(qū)域水資源供需基本平衡，在春冬季節(jié)由于徑流減少導(dǎo)致用水存在較大缺口。為綜合了解流域水資源利用情況，運(yùn)用模糊綜合評(píng)判對(duì)流域內(nèi)三大灌區(qū)水資源開發(fā)利用進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，三大灌區(qū)水資源開發(fā)利用均處于中級(jí)階段，其中東部灌區(qū)開發(fā)利用程度最高、中部灌區(qū)次之、西部灌區(qū)開發(fā)利用程度最低，今后本區(qū)水資源的開發(fā)不僅應(yīng)考慮其空間均衡分布，還應(yīng)在開發(fā)理念從廣度向深度轉(zhuǎn)變。