湖北省漢江中下游用水需求研究

(湖北省水利水電規(guī)劃勘測設(shè)計院，湖北 武漢 430070)

湖北省漢江流域是南水北調(diào)中線工程的核心水源區(qū)和重要影響區(qū)，漢江中下游是湖北省經(jīng)濟社會發(fā)展的核心區(qū)。自南水北調(diào)中線一期工程建成通水以來，北方受水區(qū)對北調(diào)水的依賴程度不斷增加，漢江流域水資源的開發(fā)利用率也在逐年提高，漢江中下游河道內(nèi)外用水的矛盾日漸凸顯。水利部積極推進引江補漢工程，因此，迫切需要提早提出湖北省漢江中下游的用水需求，為南水北調(diào)中線后續(xù)工程建設(shè)提供技術(shù)支撐[1]。

1 漢江中下游基本概況

漢江地處我國中原腹地，是長江中游最大的支流，發(fā)源于秦嶺南麓，干流流經(jīng)陜西、湖北兩省，至武漢龍王廟匯入長江。漢江干流丹江口以上為上游，丹江口至鐘祥為中游，鐘祥以下為下游。

漢江中下游干流供水區(qū)是指從漢江干流和東荊河取水可以供給的城市及灌區(qū)范圍，大部分位于漢江中下游干流及東荊河兩岸，部分供水區(qū)范圍延伸至府澴河流域。原南水北調(diào)中線工程規(guī)劃漢江中下游干流供水范圍2.35萬km2，包括17個城市和15個灌區(qū)。考慮到經(jīng)濟社會發(fā)展對漢江水資源需求的新要求、局部行政區(qū)劃調(diào)整以及鄂北地區(qū)水資源配置工程建設(shè)、引江補漢工程實施后部分地區(qū)供水新格局，對原供水區(qū)進行適當調(diào)整，將荊門市漢江以東區(qū)域和長山區(qū)由漢江中下游干流供水區(qū)調(diào)整至清泉溝供水區(qū)，調(diào)整后漢江中下游干流供水區(qū)總的供水范圍為2.19萬km2。詳見圖1。

圖1 漢江中下游干流供水區(qū)分區(qū)示意圖

《南水北調(diào)中線工程規(guī)劃》確定2030年丹江口水庫向清泉溝供水量11.07億m3，漢江中下游1956—1998年系列需丹江口水庫下泄水量為165.70億m3。已實施的鄂北地區(qū)水資源配置工程在清泉溝原規(guī)劃11.07億m3供水量基礎(chǔ)上，考慮從漢江中下游干流供水區(qū)調(diào)整2.91億m3水量到清泉溝，達到13.98億m3，相應(yīng)漢江中下游干流供水區(qū)丹江口下泄水量需調(diào)整為162.80億m3，延長系列為1956—2018年，漢江中下游黃家港斷面需水量約163.80億m3。鄂北地區(qū)水資源配置工程建成后，原干流供水區(qū)范圍內(nèi)的長山區(qū)和荊門漢江以東地區(qū)具備了從清泉溝自流引水的條件，考慮將以上區(qū)域供水調(diào)整至清泉溝。按以供定需的原則，充分利用鄂北工程的富余輸水能力，增加清泉溝供水量至16.80億m3，較已批復(fù)的引水量13.98億m3增加了2.82億m3。

而在目前南水北調(diào)中線一期工程調(diào)水尚未達產(chǎn)的情況下，漢江中下游已出現(xiàn)了一系列的水安全問題，主要表現(xiàn)在：水生態(tài)環(huán)境脆弱、水華現(xiàn)象頻發(fā)、時間加長、范圍擴大；分流河道生態(tài)水量不足、水生態(tài)環(huán)境惡化，興隆以下河段河床下切，水位下降遠超預(yù)期，影響供水和航運安全等[2-8]。此外，近20年來，漢江中下游用水結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大變化，枯水期河道內(nèi)、外用水量大幅增加?？菟跒?1月至次年4月，有近50%的時段丹江口水庫下泄流量為490.00m3/s，已不能滿足下游用水需要，水資源供需矛盾突出。

2 需求分析

2.1 研究思路

為保障漢江中下游河道外用水和河道內(nèi)用水需求，需根據(jù)漢江河道內(nèi)外用水，同時考慮區(qū)間來水和退水，分析計算漢江中下游2035年需丹江口水庫下泄水量過程。

對引江濟漢工程出口以下河段，漢江河道內(nèi)、外用水均由引江濟漢工程來保證；引江濟漢工程出口(興隆壩下)以上河段河道內(nèi)、外用水在考慮區(qū)間來水和灌區(qū)、城市的回歸水后，以同時滿足河道內(nèi)、外的需水為目標，分別從興隆壩下演算至黃家港斷面、從皇莊斷面演算至黃家港斷面、從襄陽斷面演算至黃家港斷面，最終得到黃家港斷面需丹江口水庫下泄的水量。

2.2 河道內(nèi)外用水需求

2.2.1 河道外需水

河道外需水預(yù)測按照最嚴格水資源管理要求進行控制，深入貫徹高質(zhì)量發(fā)展理念，統(tǒng)籌兼顧社會經(jīng)濟各部門發(fā)展用水需求，按生活、生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境需水三大類進行預(yù)測[9]。

受益區(qū)常住人口2019—2035年增長率為6.2‰，2035年城鎮(zhèn)化率為75%，2019—2035年GDP增長率為6.0%。受益區(qū)內(nèi)土地資源利用率較高，考慮到各灌區(qū)續(xù)建配套和節(jié)水改造情況，設(shè)計2035年灌溉面積為1226萬畝。在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活等方面均采取節(jié)水措施的前提下，漢江中下游2035年河道外總需水量為117.00億m3。

漢江中下游干流供水區(qū)以引提水工程供水為主，少量輔以蓄水工程、地下水和其他供水工程。引提水工程主要以漢江為水源，規(guī)模較大的有羅漢寺閘、澤口閘、興隆閘、謝灣閘、漢川二站、徐鴛口泵站、大碑灣泵站等。地下水以農(nóng)村安全飲水和工業(yè)用水為主。其他供水工程主要為中水回用工程。可供水量僅考慮當?shù)貜搅鞴┧?。?jīng)計算，扣除不合理用水后，漢江中下游當?shù)貜搅骺晒┧繛?3.20億m3。

按照河道外需水和供水進行當?shù)毓┬杵胶夥治?，漢江中下游干流供水區(qū)設(shè)計水平年河道外多年平均總需水117.00億m3，多年平均需引漢江水量93.80億m3。

2.2.2 城市河湖及分流河道補水

城市河湖補水重點考慮襄陽、老河口、鐘祥、沙洋、潛江等城市湖泊水系，分流河道補水重點考慮天門河、漢北河、通順河、興隆河、百里長渠等。

通順河流域生態(tài)需水：根據(jù)通順河河流長度、流向、分叉等情況，選取通順河河網(wǎng)上有代表性的河流控制斷面9處，采用《河湖生態(tài)環(huán)境需水計算規(guī)范》(SL/T 712—2021)中的水力學(xué)濕周法及生態(tài)水力半徑法計算河道內(nèi)基本生態(tài)流量，確定通順河流域各控制斷面基本生態(tài)流量，結(jié)果見表1。

天門河流域生態(tài)需水：根據(jù)天門河流域骨干河流長度、流向、發(fā)育情況，結(jié)合水文監(jiān)測斷面、水功能區(qū)控制斷面要求等，選取河道上有代表性的河流控制斷面5處，采用《河湖生態(tài)環(huán)境需水計算規(guī)范》(SL/T 712—2021)的Qp法、頻率曲線法、Tennant法等水文學(xué)方法以及水力學(xué)濕周法，計算漢北河河道基本生態(tài)流量，確定天門河各控制斷面基本生態(tài)流量，結(jié)果見表1。

表1 分流河道各控制斷面基本生態(tài)流量

2.2.3 回歸水

回歸水主要由漢江流域直接匯入漢江干流的各灌區(qū)及城市回歸水組成。灌區(qū)主要考慮上游引提水區(qū)、引丹片、長山區(qū)、長山供水區(qū)、三道河灌區(qū)、荊鐘左區(qū)、荊鐘右區(qū)、漳河灌區(qū)和溫峽口灌區(qū)的回歸水；城市主要考慮宜城市、谷城縣、襄陽市、老河口市、丹江口市、鐘祥市、沙洋縣的回歸水。

2.2.4 區(qū)間來水

區(qū)間來水主要考慮北河、南河、唐白河、鶯河、蠻河、熬水、俐河和竹皮河等漢江支流匯入，其他周邊小流域均概化到前述支流中。

2.2.5 航運需求

航運為河道內(nèi)用水，不消耗水量，但需根據(jù)航道條件保持一定流量，以維持必要的航深和航寬。以最低通航水深保證率90%～95%對應(yīng)的流量作為航運河道內(nèi)用水基流。根據(jù)《漢江干流綜合規(guī)劃》，漢江干流航運控制斷面丹江口水庫最小下泄流量為490.00m3/s，澤口以上河段流量不小于500.00m3/s。

2.2.6 漢江中下游干流河道內(nèi)生態(tài)用水需求

漢江中下游干流河道內(nèi)生態(tài)用水需求主要由4個部分組成，分別為基本生態(tài)需求、水功能區(qū)水質(zhì)達標需求、特殊生境保障需求和水華防控需求。

為正常發(fā)揮河道各項生態(tài)環(huán)境功能，以黃家港、襄陽、皇莊、沙洋4個水文站斷面為控制斷面，采用Tennant法、RVA法、基于水功能區(qū)水質(zhì)達標的數(shù)值模擬法、考慮生態(tài)調(diào)度的水量平衡法、基于水華防控的流量觀察法和水文拐點法等方法計算河道內(nèi)生態(tài)需水量，綜合取值得到漢江中下游干流河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量。其中，水華易發(fā)區(qū)域以水華防控的生態(tài)需水為主要控制因素，生態(tài)敏感區(qū)域主要以區(qū)域內(nèi)的水生態(tài)保護對象的產(chǎn)卵期用水過程為主要控制因素，其他區(qū)域原則上基于生態(tài)水文過程、水華防控、水功能區(qū)水質(zhì)達標等各類生態(tài)需水量的外包值來確定區(qū)域生態(tài)環(huán)境需水量，綜合考慮航道需求，確定漢江中下游河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量。各斷面需水量計算結(jié)果見表2。

表2 各控制斷面河道內(nèi)逐月最小需水流量

2.3 丹江口水庫需下泄水量分析

從興隆樞紐開始，將漢江沿線各城市、灌區(qū)的河道外生產(chǎn)、生活、河湖生態(tài)等用水以及區(qū)間來水、退水逐級推算到丹江口水庫壩下，得到2035年丹江口水庫需補償下泄水量為188.40億m3，較調(diào)整后的原中線規(guī)劃下泄水量163.80億m3增加了24.60億m3，其中基本需水7.30億m3、水功能區(qū)水質(zhì)達標5.20億m3、梯級生態(tài)調(diào)度5.60億m3、水華防控6.50億m3。漢江中下游需求過程見表3、表4。

表3 漢江中下游需丹江口水庫逐月下泄流量

表4 漢江中下游需丹江口水庫下泄水量

3 結(jié) 語

湖北省漢江流域是南水北調(diào)中線工程的核心水源區(qū)和重要影響區(qū)，隨著漢江中下游經(jīng)濟社會的高質(zhì)量發(fā)展，用水需求不斷增加，解決好河道內(nèi)、外用水的矛盾至關(guān)重要。本文采用水量演算法得出了湖北省漢江中下游的用水需求。

引江補漢工程是南水北調(diào)中線工程的后續(xù)工程，鑒于南水北調(diào)中線一期工程尚未達產(chǎn)，效果和問題顯現(xiàn)不充分，在后續(xù)工程規(guī)劃中應(yīng)充分保障漢江中下游用水需求，為漢江中下游經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展留足空間。