復雜邊界條件下南四湖水量分配實踐研究

焦 軍，李瑞杰，孟 偉，詹同濤

(中水淮河規(guī)劃設(shè)計研究有限公司，安徽 合肥 230601)

1 南四湖水量分配實踐重要意義

南四湖地處蘇魯兩省交界，黃河沖積扇平原與泗河沖積扇平原交接形成其湖盆基本地形[1]，興利消落水深1.0～1.5m，湖盆淺平，南北狹長，湖盆北部高南部低，由西北向東南延伸，最北端為南陽湖，最南端為微山湖，中間串連獨山湖和昭陽湖。南四湖匯集蘇、魯、豫、皖四省32個縣3.24萬km2來水，具有防洪除澇、蓄水興利、通航旅游等多種功能。20世紀50年代在湖腰昭陽湖中部修建了二級壩樞紐，將南四湖分為壩北上級湖和壩南下級湖兩個相對獨立的湖泊，形成上級湖和下級湖二級蓄水格局，有效增加了興利調(diào)節(jié)庫容，有利于本地洪水資源的利用。南四湖正常蓄水位時，周邊長311km，湖面面積1167km2。

從南四湖流域整體地理位置分析，南四湖位于整個流域的出口末端，既是流域內(nèi)最大的水資源調(diào)蓄利用工程，同時也是沂沭泗河洪水東調(diào)南下工程主要泄洪通道，洪水期防洪除澇任務艱巨，枯水期上游用水劇增，入湖水量驟減，入湖徑流受上游來水和用水雙重影響年內(nèi)年際極不均勻，根據(jù)1961—2016年實測入湖資料分析，南四湖最大年入湖徑流可達到最小年入湖徑流的52倍。

南四湖水資源匱乏，區(qū)域用水矛盾和生態(tài)環(huán)境問題突出[2]，開展南四湖水量分配工作，明確南四湖可分配水量及蘇魯兩省水量分配份額，對于建立南四湖水資源剛性約束機制[3]，抑制湖區(qū)不合理用水需求，實現(xiàn)南四湖水資源節(jié)約集約利用，保護南四湖生態(tài)環(huán)境具有十分重要的意義。

2 南四湖分水復雜邊界條件分析

2.1 省際勘界不清，關(guān)系敏感

南四湖西南部蘇魯省際交界地區(qū)是我國目前省際勘界工作尚未確定的省際邊界地區(qū)，從20世紀60年代初開始，蘇魯兩省在南四湖的省界糾紛及位于兩省邊界的湖田湖產(chǎn)、水利礦產(chǎn)的資源糾紛就持續(xù)不斷，期間尤以20世紀80年代沖突最為激烈[4]。新中國成立以來通過分湖蓄水、湖東滯洪區(qū)建設(shè)、南四湖洪水南下出路擴建等工程，不斷擴大調(diào)洪興利能力，目前已經(jīng)形成了較完善的防洪排澇、供水灌溉工程體系，隨著新型城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的快速推進，南四湖地區(qū)生活品質(zhì)的不斷提高以及南四湖生態(tài)保護建設(shè)的需要，南四湖地區(qū)對水資源需求不斷增加，用水矛盾愈顯突出。

2.2 地表水資源匱乏，水旱災害頻發(fā)

根據(jù)《淮河區(qū)第三次水資源調(diào)查評價》分析，南四湖流域人均水資源量271m3，不到全國平均水平的1/7，屬于嚴重缺水地區(qū)。南四湖地表水資源極度匱乏，流域人均地表水資源量只有115m3，僅為全國平均水平的5.8%，屬于資源性嚴重缺水地區(qū)，特別是南四湖湖西的菏澤、濟寧平原地區(qū)，當?shù)禺a(chǎn)水量少，水資源的調(diào)蓄能力差，部分地區(qū)現(xiàn)狀水資源已處于超載狀態(tài)。

南四湖地處暖溫帶、半濕潤大陸性季風氣候區(qū)，降水多為集中在汛期且易造成洪澇災害的氣旋雨和臺風雨，自古以來南四湖地區(qū)水旱災害就頻發(fā)，20世紀80年代以前該地區(qū)整體處于歷史豐水期，洪澇災害明顯，20世紀80年代后，進入較長時間的歷史枯水期，干旱年份明顯增加，期間出現(xiàn)過6次干湖現(xiàn)象，嚴重危機南四湖水生態(tài)系統(tǒng)安全，以2002年大旱湖泊干涸最具有代表性[5]。

2.3 取水工程繁多，難以準確計量

南四湖及周邊取水口門繁多，根據(jù)初步統(tǒng)計達500余處，種類更是涵蓋了河道、渠道、閘門、泵站、涵洞、航道等，其中農(nóng)業(yè)取水口門占八成以上，且大多數(shù)均未安裝有效的取水計量設(shè)施，近些年取用水量難以準確核查，實際工作中僅能在估算灌溉面積的基礎(chǔ)上采用定額法匡算水量。尤其是蘇魯省界湖西黃泛平原地區(qū)，入湖河流河底高程多低于湖內(nèi)蓄水位，導致在枯水期湖水倒灌出湖，位于湖外的取水工程也能取用湖內(nèi)水資源，周邊取用湖內(nèi)湖外的水資源量難以界定[6]，更是對現(xiàn)狀湖區(qū)水資源利用摸排調(diào)查分析帶來了極大的困難。

2.4 參與南水北調(diào)東線工程調(diào)蓄，調(diào)度管理復雜

南水北調(diào)東線一期工程利用南四湖輸水和調(diào)蓄，工程利用南四湖下級湖調(diào)蓄，為進一步加大調(diào)蓄能力，設(shè)計抬高南四湖下級湖非汛期蓄水位32.5m至33.0m，增加調(diào)蓄庫容3.06億m3。為保障當?shù)卦杏盟娌皇芷茐?，同時提高全線供水保證率，《南水北調(diào)東線一期工程水量調(diào)度方案(試行)》中規(guī)定了參與調(diào)蓄湖泊的調(diào)度規(guī)則，南四湖地區(qū)水資源調(diào)度管理更為復雜[7]。

2.5 存在歷史糾紛，國家分水意見尚不明確

原南四湖南陽、獨山、昭陽、微山四湖連為一體，1958年山東省在未與江蘇省協(xié)商一致的情況下，單方面興建了二級壩工程，從南四湖整體上看，二級壩工程的興建，更有利于湖區(qū)水資源開發(fā)利用，但對兩省利用南四湖水資源的格局產(chǎn)生了重大影響，如何統(tǒng)籌考慮上、下級湖蓄水平衡關(guān)系一直是兩省爭論的焦點之一。

20世紀80年代初國家農(nóng)委以國農(nóng)辦字[1980]50號文批轉(zhuǎn)了水利部提出的對南四湖分水問題的意見，對南四湖分水原則、工程控制運用等問題進行了規(guī)定，對協(xié)調(diào)蘇魯兩省水事矛盾，推進兩省團結(jié)治水起到了重要的作用，但意見未對兩省分配水量進行確定，實踐中難以通過有效的工程控制和監(jiān)督手段等進行水量調(diào)度，得不到有效執(zhí)行。

3 南四湖分水邊界條件集設(shè)定

3.1 跨流域調(diào)水及規(guī)劃入湖徑流量

南四湖地區(qū)蘇魯省界現(xiàn)存十余處插花地，水事關(guān)系復雜敏感，開展水量分配錯綜復雜，務必做好頂層設(shè)計，凝聚共識，團結(jié)治水。經(jīng)多次調(diào)研座談，國家“80分水意見”蘇魯兩省均予認可，是開展南四湖水量分配工作的重要抓手，“80分水意見”是沒有跨流域調(diào)水條件下的當?shù)厮炙?guī)則，為與“80分水意見”基礎(chǔ)保持一致，規(guī)劃入湖徑流不考慮外調(diào)水對湖泊調(diào)蓄過程的影響，在分配模型內(nèi)僅考慮當?shù)厮?/p>

3.2 南四湖河道內(nèi)生態(tài)需水

湖泊生態(tài)需水包括生態(tài)水位和出湖河道生態(tài)基流兩部分。南四湖最小生態(tài)水位在水利部印發(fā)的《第二批重點河湖生態(tài)流量保障目標(試行)》中已明確，南四湖出湖河道通過京杭運河不牢河段和韓莊運河段與駱馬湖連通，根據(jù)實際運行情況，航運用水可以保障下游河道基本生態(tài)用水需求，不再單獨設(shè)置南四湖生態(tài)基流。

3.3 河道外用水情景設(shè)置

河道外社會經(jīng)濟用水情景設(shè)置重點是分析南四湖規(guī)劃合理取用水需求[8]，據(jù)實測資料統(tǒng)計，下級湖五分之一以上時段低于死水位運行，1999—2003年期間南四湖生態(tài)系統(tǒng)更是幾近崩潰，枯水年南四湖水資源開發(fā)利用方式和強度已超過南四湖水資源承載能力，按照“保護生態(tài)，以水四定”要求，確定規(guī)劃年用水需求以南四湖現(xiàn)狀用水需求入模型，調(diào)節(jié)計算南四湖可分配水量。

3.4 規(guī)劃下泄指標

南四湖位于流域出口末端，出湖河道包括不牢河、韓莊運河、伊家河、老運河，也是整個流域的下泄通道，《淮河流域水資源綜合規(guī)劃》對南四湖流域水資源開發(fā)利用統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，提出了南四湖流域水資源配置成果，依據(jù)流域水資源規(guī)劃成果，分析確定南四湖出湖河道規(guī)劃下泄指標。

4 分配方法及研究成果

4.1 分配方法

4.1.1確定可分配水量

南四湖可分配水量是指在保護南四湖生態(tài)環(huán)境和實現(xiàn)南四湖水資源可持續(xù)利用的前提下，經(jīng)綜合平衡協(xié)調(diào)湖泊內(nèi)外用水關(guān)系，通過經(jīng)濟合理、技術(shù)可行的措施，可用于南四湖周邊利用的最大地表水份額。

根據(jù)南四湖蓄水特性與設(shè)定的邊界條件集，基于水量平衡原理建立數(shù)學模型，在來水、用水、調(diào)蓄、下泄間建立式(1)水量關(guān)系，進行長系列月時段調(diào)節(jié)計算，分析確定南四湖可分配水量成果見表1，調(diào)算方法具體如下：僅分配進入南四湖正常蓄水位以下，死水位以上可供利用的南四湖當?shù)厝牒搅?；分汛期和非汛期調(diào)節(jié)，汛期采用6—9月；供水調(diào)算控制水位：上限控制水位汛期為汛限水位，非汛期為正常蓄水位；下限控制水位為死水位；采用上、下級湖耦合聯(lián)調(diào)的調(diào)算模式；規(guī)劃入湖徑流優(yōu)先保證湖泊生態(tài)需求，供水優(yōu)先次序為：生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)；根據(jù)長系列調(diào)節(jié)方案確定南四湖可分配水量。

表1 南四湖可分配水量研究成果

單位：億m3

(1)

4.1.2可分配水量分解到省

“80分水意見”屬于國家層面的南四湖分水協(xié)議，1982年為進一步落實“80分水意見”文件精神，水利電力部以水電水規(guī)字第28號文對南四湖分水意見的落實問題進行了補充規(guī)定，規(guī)定每年汛后分水一次，分水時可以汛末蓄水位為依據(jù)，并明確對于9月30日以后的入湖水量和湖內(nèi)蒸發(fā)、滲漏等損失，不再重新分配[9-10]。

可分配水量分解到省充分尊重原國家農(nóng)委和水利電力部規(guī)定和明確的分水框架和分水規(guī)則，按照長系列操作的方法進行逐年進行分配，其中上級湖可分配水量按式(2)分解到蘇魯兩省，下級湖可分配水量按式(3)分解到蘇魯兩省，經(jīng)長系列逐年分解后按式(4)合并形成不同來水條件下南四湖分配兩省的可分配水量長系列成果。

(2)

(3)

(4)

4.2 研究成果

基于構(gòu)建的南四湖水量平衡分析模型，按照調(diào)算規(guī)則和調(diào)算控制參數(shù)進行1956—2016長系列逐月供需平衡調(diào)節(jié)計算，然后采用長系列操作方法將可分配水量分配到蘇魯兩省，形成南四湖水量分配研究成果見表2。南四湖多年平均地表水可分配水量11.54億m3，其中山東省7.03億m3，江蘇省4.51億m3。分湖區(qū)看，上級湖占61.4%，下級湖占38.6%，可分配水量主要集中在上級湖。

表2 南四湖水量分配研究成果 單位：億m3

5 結(jié)語

(1)開展敏感地區(qū)水量分配工作必須充分利用一切有利于團結(jié)的協(xié)議、規(guī)則、共識等因素，減小后續(xù)各方協(xié)調(diào)工作難度，以期分配成果早日落地生效。

(2)研究提出的南四湖水量分配方法，分尊重了國家層面分水協(xié)議、分水規(guī)則，符合南四湖地區(qū)獨特的分水實際，可為南四湖地區(qū)開展水量分配實踐提供參考借鑒。

(3)本文對南四湖分水實踐的探討，僅是從技術(shù)角度分析形成的研究成果，由于水量分配工作本身存在非結(jié)構(gòu)性難以量化諸多因素影響，研究成果仍需進一步進行技術(shù)協(xié)調(diào)和行政協(xié)調(diào)，最終才能形成直接指導實踐的分配方案。