騰沖灌區(qū)水資源供需平衡指數(shù)分析研究

摘要：水資源供需平衡分析對灌區(qū)水資源的可持續(xù)開發(fā)利用乃至保障國家糧食安全意義重大。以騰沖灌區(qū)為研究對象，對現(xiàn)狀年和規(guī)劃水平年灌區(qū)的需水量和可供水量進(jìn)行分析，計算了各水平年水資源供需平衡指數(shù)。結(jié)果表明：現(xiàn)狀年P(guān)=80%，95%保證率下水資源供需平衡指數(shù)分別為1.27，1.47，水資源處于輕度短缺及高度短缺狀態(tài)；2035年P(guān)=80%保證率下水資源供需平衡指數(shù)為1.0，需水量與供水量基本持平；2035年P(guān)=95%保證率下水資源供需平衡指數(shù)為1.1，處于臨界缺水狀態(tài)。研究成果可為騰沖灌區(qū)水資源開發(fā)利用提供參考。

關(guān) 鍵 詞：水資源；供需平衡分析；供需平衡指數(shù)；騰沖灌區(qū)

中圖法分類號：TV213 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.S2.016

0 引言

水資源供需平衡分析是指對特定地區(qū)或區(qū)域的水資源供應(yīng)和需求進(jìn)行綜合評估和分析。通過水資源供需平衡分析，可以促進(jìn)水資源合理配置和可持續(xù)利用，有效應(yīng)對水資源短缺和環(huán)境問題，實現(xiàn)經(jīng)濟、社會和生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展^［1-4］。灌區(qū)水資源是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要保障。農(nóng)業(yè)灌溉是灌區(qū)水資源利用的主要形式，通過合理利用灌溉水資源，可以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展，保障糧食安全^［5-6］。目前，國內(nèi)外對灌區(qū)水資源供需平衡分析的研究成果較多。雷志棟等^［5］根據(jù)青銅峽灌區(qū)“四水”轉(zhuǎn)化的特點，從引水、耗水與排水3個方面對灌區(qū)水資源供需平衡狀態(tài)進(jìn)行了分析；趙維嶺等^［7］以引沁灌區(qū)為研究對象，采用指數(shù)分析方法對灌區(qū)的水資源平衡狀況進(jìn)行了分析；張媚青^［8］對陽東五鎮(zhèn)水資源供需平衡進(jìn)行了分析，提出了區(qū)域水資源配置策略；張麗等^［9］依據(jù)1991～2000年寶雞峽灌區(qū)相關(guān)資料計算分析了農(nóng)田灌溉需水量及其變化趨勢，并進(jìn)行了灌區(qū)供需水量平衡分析；楊明杰等^［10］利用系統(tǒng)動力學(xué)模型定量模擬了瑪納斯河灌區(qū)水資源供需狀況，對瑪納斯河灌區(qū)未來水資源的供需平衡狀況進(jìn)行分析；李成振等^［11］利用MIKE BASIN軟件建立了西遼河平原區(qū)水資源管理規(guī)劃模型。

騰沖灌區(qū)位于云南省滇西邊陲，其地理位置、農(nóng)田灌溉條件及作物種植結(jié)構(gòu)等各方面均具有典型代表性，且灌區(qū)內(nèi)水資源供需矛盾問題突出。為了探究該區(qū)域水資源供需盈缺程度，本文分別計算騰沖灌區(qū)2021年及2035年不同情景下的供需水量，通過構(gòu)建該區(qū)域水資源供需平衡指數(shù)，分析灌區(qū)水資源的盈缺程度，為灌區(qū)現(xiàn)狀和規(guī)劃水平年不同情景下的水資源管理提供參考。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

騰沖灌區(qū)位于滇西邊陲，屬亞熱帶氣候，受印度洋西南季風(fēng)影響，具有明顯的高原山地西部型季風(fēng)氣候特點。氣候在空間上分布具有較大差異，具有四季不明顯、干濕季分明、春溫高、夏季長、秋多雨、冬極短、雨熱同季、干冷同季、年溫差小、日溫差大的氣候特點。騰沖灌區(qū)涉及騰沖市共13個鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道），灌區(qū)內(nèi)現(xiàn)有總?cè)丝?1.49萬人，灌區(qū)設(shè)計灌溉面積58.81萬畝，灌區(qū)現(xiàn)狀主要作物種類有水稻、玉米、烤煙、豆類、薯類、藥材等。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文所用數(shù)據(jù)均來自《云南省統(tǒng)計年鑒》《云南省資源公報》《云南省國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和二○三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》《云南省水資源綜合規(guī)劃》及相關(guān)部門工作報告。本次研究現(xiàn)狀年取2021年，規(guī)劃水平年取2035年。

2 水資源供需平衡分析及區(qū)域水資源供需平衡指數(shù)

2.1 灌區(qū)水資源供需平衡問題

區(qū)域水資源供需平衡分析是在統(tǒng)籌協(xié)調(diào)河道內(nèi)與河道外用水的基礎(chǔ)上，進(jìn)行河道外水資源供需平衡分析，從不同用水戶角度出發(fā)，對現(xiàn)狀進(jìn)行不同頻率下水資源供需平衡分析，通過現(xiàn)狀供需分析進(jìn)一步認(rèn)識現(xiàn)狀水資源開發(fā)利用存在的主要問題和水資源對經(jīng)濟社會發(fā)展的制約和影響，以此預(yù)測未來區(qū)域水資源開發(fā)利用的方向及目標(biāo)，為區(qū)域水資源規(guī)劃的制定提供技術(shù)支持^［6］。騰沖灌區(qū)現(xiàn)狀供需矛盾問題突出，其主要問題包括：

（1）灌區(qū)水資源開發(fā)利用率低，工程性缺水嚴(yán)重。騰沖市水資源量豐富，多年平均水資源總量74.25億m³，人均水資源量達(dá)11 344 m³/人，灌區(qū)范圍內(nèi)現(xiàn)有水利工程現(xiàn)狀總供水量為1.52億m³，現(xiàn)狀水資源開發(fā)利用程度為2.8%。灌區(qū)現(xiàn)狀年凈耕地面積63.24萬畝，有效灌溉面積36.74萬畝，有效灌溉率僅為58.1%，還有26.5萬畝耕地?zé)o供水保障。區(qū)域內(nèi)水資源時空分布不均，汛、枯期降水差異較大，11月至次年4月降水量約占年降水量的15%。同時供水工程以引水工程為主，引水工程無調(diào)節(jié)能力，同時灌區(qū)水資源豐枯變化懸殊，供水保證率較低，水資源供需矛盾和工程性缺水狀況突出。

（2）灌區(qū)灌溉體系不配套，灌溉水利用系數(shù)及供水設(shè)施利用率低。騰沖灌區(qū)灌溉體系不配套，各供水設(shè)施實際供水量低于設(shè)計供水量，供水設(shè)施利用率低，區(qū)域水資源得不到有效利用，作物產(chǎn)量不高，導(dǎo)致當(dāng)?shù)卮迕窀胤N植積極性不高，嚴(yán)重制約著灌區(qū)內(nèi)社會經(jīng)濟發(fā)展。

（3）工程管理水平較落后，影響工程效益的充分發(fā)揮。由于多種原因，工程管理水平落后是騰沖灌區(qū)目前普遍存在的問題，絕大多數(shù)蓄水工程缺乏科學(xué)管理或科學(xué)管理水平很低，致使這些工程不能發(fā)揮其應(yīng)有的效益；一些水源工程由于工程點與受益區(qū)的行政區(qū)劃不同，缺乏權(quán)威的協(xié)調(diào)管理機構(gòu)，工程效益一直未能正常發(fā)揮，且引水工程老化，供水保證程度越來越低，灌區(qū)的用水、節(jié)水缺乏必要的管理機構(gòu)與措施。

2.2 需水量和供水量計算

2.2.1 需水量計算

需水量包括城鎮(zhèn)生活需水量、農(nóng)村生活需水量、工業(yè)需水量和農(nóng)業(yè)需水量。其中城鎮(zhèn)生活需水又包括城鎮(zhèn)居民生活用水、公共用水和環(huán)境用水；農(nóng)村生活需水包括農(nóng)村居民生活用水和牲畜用水。本文需水量計算采用定額指標(biāo)法，根據(jù)社會經(jīng)濟發(fā)展預(yù)測指標(biāo)，對應(yīng)各用水戶需水定額，考慮用水效率后計算各類用水戶相應(yīng)供水源頭的毛需水量。

城鎮(zhèn)生活需水量以城鎮(zhèn)用水人口和需水定額計算出凈需水量，再考慮供水管網(wǎng)漏失率以及水廠自用水和未預(yù)見水量后得城鎮(zhèn)生活毛需水量，計算公式為

W_{城鎮(zhèn)}=P×q/1000×365×（1+i）（1）

式中：W_{城鎮(zhèn)}為某一年城鎮(zhèn)生活需水量，m³；P為某一年區(qū)域內(nèi)城鎮(zhèn)人口總數(shù)，人；q為人均綜合日用水量，L/人·天;i為從水源到用水戶的輸水損失率再加上水廠自用水和未預(yù)見水量占比，水廠自用水量和未預(yù)見水量分別按生活凈需水量的5%考慮。

農(nóng)村生活需水量為農(nóng)村人口及牲畜數(shù)量分別乘以對應(yīng)需水定額求和得出凈需水量，再考慮供水管網(wǎng)漏失率以及水廠自用水和未預(yù)見水量后得出城鎮(zhèn)生活毛需水量，計算公式為

W_{農(nóng)村}=（P×q/1000+A×a/1000）×365×（1+i）（2）

式中：W_{農(nóng)村}為某一年農(nóng)村生活需水量，m³;P為某一年區(qū)域內(nèi)農(nóng)村人口總數(shù)，人;q為農(nóng)村居民生活日用水量，L/（人·d）;A為區(qū)域內(nèi)牲畜數(shù)量，頭;a為牲畜日用水量，L/（頭·d）。

工業(yè)需水量采用萬元工業(yè)增加值定額法進(jìn)行計算，計算公式為

W_工業(yè)=K×q×（1+j）（3）

式中：W_工業(yè)為某一年工業(yè)需水量，m³;K為區(qū)域內(nèi)工業(yè)增加值，萬元;q為萬元工業(yè)增加值用水定額，m³/萬元;j為從水源到工廠的輸水損失率。

農(nóng)業(yè)灌溉需水量計算根據(jù)有效灌溉面積（有水利工程控制灌溉的耕地面積），以及擬定的農(nóng)田灌溉凈定額，計算出灌溉凈需水量，再除以灌溉水利用系數(shù)即得農(nóng)業(yè)灌溉需水量：

W_{農(nóng)業(yè)}=（B×q）/η（4）

式中：W_{農(nóng)業(yè)}為某一年農(nóng)業(yè)需水量，m³;B為區(qū)域內(nèi)有效灌溉面積，畝;q為單位面積上的灌溉凈用水量，m³/畝;η為灌溉水利用系數(shù)。

本文中的人口、牲畜數(shù)量、工業(yè)增加值、有效灌溉面積、灌溉定額等均根據(jù)騰沖市國土空間規(guī)劃、“十四五”發(fā)展規(guī)劃、農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃等進(jìn)行預(yù)測。

2.2.2 供水量計算

水資源開發(fā)利用要統(tǒng)籌安排河道內(nèi)、河道外用水，本文中供水量計算是針對河道外，計算原則為優(yōu)先下放下游河道生態(tài)水量后，結(jié)合各用水戶需水預(yù)測成果，再滿足各用水戶供水保證率下的水利工程供水量。

2.3 區(qū)域水資源供需平衡指數(shù)計算及理論體系

水資源平衡指數(shù)計算主要借鑒生態(tài)承載力供需平衡指數(shù)^［6］和以引沁灌區(qū)為例的區(qū)域水資源供需平衡指數(shù)分析方法^［7］，區(qū)域水資源供需平衡指數(shù)（regional water resources supply and demand balance index，RWRI）是指區(qū)域需水量與區(qū)域供水量的比值，反映了水資源供給與需求的關(guān)系^［7］，其計算式為

RWRI=WD/WS（5）

式中：WD為區(qū)域水資源需求量，m³;WS為區(qū)域水資源供給量，m³。

當(dāng)WDlt;WS時，區(qū)域內(nèi)水資源量供大于求，表現(xiàn)為區(qū)域內(nèi)水資源量有盈余；當(dāng)WDgt;WS時，區(qū)域內(nèi)水資源量需大于供，表現(xiàn)為區(qū)域內(nèi)水資源短缺；當(dāng)WD=WS時，區(qū)域內(nèi)水資源供需相等，表現(xiàn)為區(qū)域內(nèi)水資源供需平衡?；赗WRI的區(qū)域水資源供需平衡分類評價標(biāo)準(zhǔn)主要參考以引沁灌區(qū)為例的區(qū)域水資源供需平衡指數(shù)分析方法擬定的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)RWRI的大小關(guān)系，結(jié)合SL 424—2008《中華人民共和國水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)旱情等級標(biāo)準(zhǔn)》計算不同水資源狀況下RWRI取值范圍，見表1^［7］。

根據(jù)不同水資源類型對應(yīng)的水資源狀況，應(yīng)采取不同的應(yīng)對措施。針對不同的水資源盈余狀況適度增加用水，水資源平衡是供需的理想狀態(tài)，水資源短缺情況下應(yīng)調(diào)整作物種植結(jié)構(gòu)和用水結(jié)構(gòu)，適度提前限制供水應(yīng)對水資源短缺問題，同時防止生產(chǎn)生活用水造成河道斷流等水生態(tài)環(huán)境惡化事件的發(fā)生。

3 騰沖灌區(qū)水資源供需平衡分析

3.1 供水量分析

騰沖灌區(qū)供水水源主要為地表水、少量地下水及再生水等。

3.1.1 地表水

以區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有水利工程為基礎(chǔ)，根據(jù)徑流量成果優(yōu)先下放下游河道生態(tài)水量后，按現(xiàn)有工程規(guī)?！耙怨┒ㄐ琛钡贸鯬=80%、P=95%頻率下供水量和多年平均可供水量分別為17 030.1萬，16 519.2萬，15 542.6萬m³；2035年加入新建水利工程后，灌區(qū)內(nèi)P=80%、P=95%保證率下供水量和多年平均可供水量分別為28 963.7萬，28 094.8萬，25 833.3萬m³。

3.1.2 地下水

區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有觀音塘、上馬常、黑魚河3個泉點，均為生活供水水源，根據(jù)騰沖市供水統(tǒng)計資料，現(xiàn)狀觀音塘供水量613.2萬m³，上馬常供水量615.0萬m³，黑魚河供水量109.5萬m³。觀音塘、上馬常出水點位于縣城內(nèi)，出水點下游為騰沖特有的水文化景觀——洗衣亭，為保護(hù)水文化景觀，觀音塘、上馬常維持現(xiàn)狀不再進(jìn)一步開發(fā)。黑魚河位于騰沖火山國家地質(zhì)公園內(nèi)，依據(jù)《全國主體功能區(qū)規(guī)劃》，屬于國家禁止開發(fā)區(qū)，黑魚河維持現(xiàn)狀不再進(jìn)一步開發(fā)。綜上所述，區(qū)域內(nèi)不同水平年不同設(shè)計保證率下地下水供水量均為1337.7萬m³。

3.1.3 非常規(guī)水

區(qū)域內(nèi)非常規(guī)水主要為再生水，預(yù)測2035年區(qū)域內(nèi)再生水利用率不低于20%，區(qū)域內(nèi)再生水利用量為1 292.7萬m³。

綜合以上分析，區(qū)域內(nèi)現(xiàn)狀年及2035年不同保證率下可供水總量見表2。

3.2 需水量分析

3.2.1 城鎮(zhèn)生活需水量

隨著經(jīng)濟社會發(fā)展、城鎮(zhèn)規(guī)模不斷擴大，城鎮(zhèn)人口大幅增長，居民生活水平不斷提高，城鎮(zhèn)生活綜合用水定額隨之增大。隨著水價改革、節(jié)水器具推廣與普及等，人民節(jié)水意識不斷提高，用水效率逐步提升。現(xiàn)狀年灌區(qū)內(nèi)城鎮(zhèn)生活需水量1 966.3萬m³，2035年城鎮(zhèn)生活需水量7 014.2萬m³，需水預(yù)測結(jié)果見表3。

3.2.2 農(nóng)村生活需水量

農(nóng)村生活需水量為農(nóng)村居民生活需水與農(nóng)村牲畜需水量之和。隨著城鎮(zhèn)化發(fā)展，農(nóng)村人口總體增幅不大，但生活水平的提高使得農(nóng)村居民生活用水定額較現(xiàn)狀略有上升。2035年，大、小牲畜數(shù)量較現(xiàn)狀有所增長，但牲畜用水工藝較現(xiàn)狀不會有太大區(qū)別。經(jīng)計算，騰沖灌區(qū)現(xiàn)狀年農(nóng)村生活需水量為1 649.0萬m³，2035年農(nóng)村生活需水量為1 870.8萬m³，需水預(yù)測結(jié)果見表4。

3.2.3 工業(yè)需水量

隨著節(jié)水型社會建設(shè)，工業(yè)萬元增加值用水定額逐年下降，但隨著社會經(jīng)濟發(fā)展，萬元工業(yè)增加值逐年提升。灌區(qū)范圍內(nèi)現(xiàn)狀年工業(yè)總需水量為618.4萬m³，2035年工業(yè)總需水量為1212.7萬m³，需水預(yù)測結(jié)果見表5。

3.2.4 農(nóng)業(yè)需水量

灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉需水量主要取決于灌溉面積、綜合灌溉定額、灌溉水利用系數(shù)等3個因素的發(fā)展變化?，F(xiàn)狀年灌區(qū)有效灌溉面積36.74萬畝，2035年有效灌溉面積58.81萬畝，較現(xiàn)狀年增加22.07萬畝。根據(jù)國家對糧食安全的要求同時結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，優(yōu)化調(diào)整作物種植結(jié)構(gòu)并大力推廣農(nóng)藝節(jié)水措施，2035年灌溉水利用系數(shù)提高，有效灌溉面積大幅增加但灌溉需水量增加不大，農(nóng)業(yè)灌溉需水預(yù)測結(jié)果見表6。

3.2.5 灌區(qū)需水量匯總

根據(jù)各行業(yè)需水預(yù)測成果，分城鎮(zhèn)生活、農(nóng)村生活、工業(yè)和農(nóng)業(yè)灌溉4類用水戶對騰沖灌區(qū)需水預(yù)測成果進(jìn)行匯總，成果見表7。

3.3 區(qū)域水資源供需平衡指數(shù)計算結(jié)果及分析

圖1為騰沖灌區(qū)不同水平年不同保證率下的供水量和需水量。由圖可知，2035年灌區(qū)供水量與需水量較2021年均有上升，2021年P(guān)=80%、P=95%保證率下均處于缺水狀態(tài)，多年平均工況下也處于缺水狀態(tài)；2035年P(guān)=80%保證率下需水量與供水量基本持平，P=95%保證率下生活、工業(yè)需水基本得到滿足，農(nóng)業(yè)灌溉處于缺水狀態(tài)，由于超過P=80%保證率后農(nóng)業(yè)灌溉有缺水，超過P=95%保證率后生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)灌溉均存在缺水致使多年平均供水量小于多年平均需水量。由此可知，灌區(qū)現(xiàn)狀工程性缺水嚴(yán)重，2035年在現(xiàn)狀基礎(chǔ)上加入新建水利工程，增加供水量，2035年灌區(qū)整體情況優(yōu)于2021年。

根據(jù)2021年、2035年不同保證率下供需水量成果，分別計算出2021年及2035年不同保證率下灌區(qū)水資源供需平衡指數(shù)，結(jié)果見圖2。2021年P(guān)=80%，P=95%保證率下對應(yīng)枯水及特枯水年，水資源供需平衡指數(shù)分別為1.27，1.47，灌區(qū)已進(jìn)入水資源短缺狀態(tài)，枯水年份農(nóng)業(yè)灌溉需水量大，現(xiàn)有水利工程供水能力有限，尤其遇特枯水年，來水量減少可供水量隨之減少，供需矛盾問題更加突出。在此工況下，水資源管理部門需提前做好水量調(diào)度，適當(dāng)壓縮供水對象用水量，優(yōu)先保證生活及重要工業(yè)用水，做好作物生長關(guān)鍵期供水，把因水資源短缺造成的經(jīng)濟損失盡量降到最低。

2035年灌區(qū)在現(xiàn)狀基礎(chǔ)上新建水利工程，供水量增加，灌區(qū)內(nèi)水資源配置優(yōu)先考慮地表水、再生水，地下水尚有開發(fā)利用空間，對于涵養(yǎng)地下水，保護(hù)地下水環(huán)境具有一定的積極作用。P=80%保證率下灌區(qū)需水量與供水量基本持平，各項生產(chǎn)生活可按預(yù)期用水進(jìn)行供水，P=95%保證率下水資源供需平衡指數(shù)為1.1，灌區(qū)處于臨界缺水狀態(tài)。由此可看出2035年灌區(qū)內(nèi)水利工程基本可應(yīng)對95%保證率以下年份的需水要求。

4 結(jié)論

（1）現(xiàn)狀年P(guān)=80%、P=95%保證率下和多年平均供水量分別為18 367.8萬，17 856.9萬m³和16 880.3萬m³，對應(yīng)需水量分別為23 323.5萬，26 187.0萬m³和21 565.8萬m³；2035年P(guān)=80%、P=95%保證率下和多年平均供水量分別為31 594.1萬，30 725.2萬m³和28 697.7萬m³，對應(yīng)需水量分別為31 594.1萬，33 743.8萬m³和29 635.0萬m³。

（2）2021年P(guān)=80%，P=95%保證率下水資源供需平衡指數(shù)分別為1.27，1.47，水資源處于輕度短缺及高度短缺狀態(tài)。2035年P(guān)=80%保證率下灌區(qū)需水量與供水量基本持平，灌區(qū)可維持正常生產(chǎn)生活；P=95%保證率下水資源供需平衡指數(shù)為1.1，灌區(qū)處于臨界缺水狀態(tài)，應(yīng)適時做好水資源調(diào)度。

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（編輯：郭甜甜）