南四湖不同起調(diào)水位汛期調(diào)水風險傳導規(guī)律

摘要： 南水北調(diào)東線工程通水以來，有效緩解了山東半島等地的缺水問題，但水資源供需矛盾依然突出，汛期調(diào)水將成為解決該矛盾的方式之一。汛期調(diào)水時，湖周河道開閘泄洪，非汛期積累于河道中的污染物隨水流下泄入湖，使得流域水環(huán)境風險顯著增加。為科學支撐東線后續(xù)工程汛期調(diào)水水環(huán)境風險管控和探究湖區(qū)內(nèi)部風險傳導機制，以南水北調(diào)東線調(diào)蓄湖泊南四湖上級湖段為例，構(gòu)建水環(huán)境風險空間傳導分析模型，計算相鄰子湖區(qū)處于不同風險狀態(tài)組合的概率，定量評價汛期調(diào)水時南四湖上級湖流域水環(huán)境風險狀態(tài)，探討豐、平、枯3 種水平年起調(diào)水位下水環(huán)境風險在南四湖上級湖的傳導規(guī)律。結(jié)果表明：豐水年高水位調(diào)水時，南四湖上級湖水環(huán)境風險值最小，枯水年最大；高、中水位調(diào)水時，呈由低風險傳導至中風險、再傳導至高風險的逐步傳導模式，而低水位調(diào)水時，風險由低風險直接傳導至高風險；以平水年為例，白馬河區(qū)至萬福河區(qū)93% 概率為低—中風險增強型傳導、7% 概率為低—高風險增強型傳導。

關(guān)鍵詞： 風險傳導；汛期調(diào)水；起調(diào)水位；風險分析模型；南水北調(diào)后續(xù)工程

中圖分類號： TV697.1 文獻標志碼： A 文章編號： 1001-6791（ 2024） 05-0817-13

跨流域調(diào)水是應對水資源時空分布不均衡的重要工程手段，也是國家水網(wǎng)建設重大戰(zhàn)略的重要組成部分[1]。南水北調(diào)東線工程是中國“四橫三縱”大水網(wǎng)中的重要一縱，自2013 年一期工程通水運行以來，截至2023 年11 月10 日，累計輸水量為67.25 億m3[2]，切實有效地改善了魯南、山東半島和魯北地區(qū)城市缺水態(tài)勢。東線一期工程總體規(guī)劃調(diào)水期為非汛期， 但由于南四湖頻繁出現(xiàn)干湖現(xiàn)象[3]， 東線工程分別于2014—2018 年間實施了4 次汛期應急調(diào)水[4]，以緩解用水緊張問題。隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，加之極端氣候?qū)е碌母珊凳录l發(fā)，山東半島及華北地區(qū)水資源供需矛盾日益嚴重。東線工程僅按照一期規(guī)劃于非汛期開展調(diào)水工作，已無法滿足受水區(qū)用水需求。為此，水利部正大力推進南水北調(diào)東線后續(xù)工程的實施，其中包含對汛期調(diào)水可行性的研究。南四湖是南水北調(diào)東線工程重要的調(diào)蓄湖泊，現(xiàn)狀非汛期主要任務是調(diào)水，湖周河道閘門關(guān)閉；汛期主要任務為防洪，當流域發(fā)生持續(xù)降雨時，湖周河道需開閘泄洪。若進行汛期調(diào)水，此時河道內(nèi)非汛期積累的污染物將隨洪水下泄入湖，增加了湖區(qū)的水環(huán)境風險[5-6]。由于總磷（TP）超標為南四湖上級湖的主要水環(huán)境問題之一[7]，本文以總磷指標表征水環(huán)境風險。

風險傳導指風險在系統(tǒng)內(nèi)經(jīng)由一定路徑的傳遞并造成最終后果的過程，開展風險傳導分析是認識風險演變過程繼而進行有效管控的科學基礎。風險傳導分析主要應用于供應鏈風險管理、安全工程等領域[8-9]，近年來也被引入水環(huán)境風險研究領域，主要涉及突發(fā)性水污染事件、水環(huán)境風險傳導趨勢等[10-11]。但現(xiàn)有研究多基于風險能量理論，通過計算風險水平系數(shù)、綜合風險指數(shù)等方式定性分析流域水環(huán)境的傳導趨勢及傳導過程，未量化風險傳導的程度及概率。此外，水位作為影響水環(huán)境的重要水文參數(shù)[12]，與湖泊蓄水量、水動力條件、水化學過程等直接相關(guān)，因而與湖泊水質(zhì)存在較高的相關(guān)性[13]，是影響湖泊納污能力、生物群落、生產(chǎn)力以及水環(huán)境容量的關(guān)鍵因子。不同起調(diào)水位下水環(huán)境風險傳導過程勢必存在一定差異，但仍不明晰。

在風險傳導分析研究中， 數(shù)據(jù)驅(qū)動模型能反映風險的隨機性， 也能同時考慮風險多因子作用屬性。Sun 等[14] 采用層次分析法綜合考慮風險、暴露、脆弱性和應急能力等因素，評價了北京市洪澇風險及其傳導范圍；Chen 等[15] 利用機器學習確定風險與驅(qū)動因素之間的潛在機制，基于風險傳導過程為特定回歸期的風險事件提供準確的高分辨率風險預測。然而，上述方法高度依賴長時段歷史數(shù)據(jù)，且缺乏對風險發(fā)生物理機制的考量?；谖锢頇C制模型的情景分析法由此產(chǎn)生，吳時強等[16] 對引江濟太連通工程引起的太湖西北部湖區(qū)污水滯留和傳導風險進行了評估。該方法雖然能較好地反映風險發(fā)生的物理機制，但由于人為設置的風險情景有限、樣本小，無法反映風險的隨機性和多因子作用屬性。于是，耦合機理模型和數(shù)據(jù)驅(qū)動模型法應運而生，該方法既考慮了風險的隨機性又能反映風險發(fā)生的物理化學過程，也是本文采用的方法。

針對南水北調(diào)東線工程調(diào)蓄湖泊不同起調(diào)水位對汛期調(diào)水伴生水環(huán)境風險傳導機制的影響尚不明晰這一問題，本研究基于所構(gòu)建的南四湖上級湖水環(huán)境風險空間傳導分析模型，以豐、平、枯3 種典型水文年6 月平均水位作為起調(diào)水位，分析不同起調(diào)水位下汛期調(diào)水時南四湖上級湖的水環(huán)境風險，并進一步分析了南四湖上級湖水環(huán)境風險的傳導規(guī)律。研究成果以期為南水北調(diào)東線后續(xù)工程汛期調(diào)水時的水環(huán)境風險管控提供技術(shù)支持。