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        鄱陽(yáng)湖區(qū)水資源安全問(wèn)題分析

        2011-02-13 02:38:06徐衛(wèi)紅張雙虎蔣云鐘劉曉志
        關(guān)鍵詞:濱湖區(qū)星子三峽水庫(kù)

        徐衛(wèi)紅,張雙虎,蔣云鐘,劉曉志

        (中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 水資源研究所,北京 100038)

        1 引言

        鄱陽(yáng)湖位于江西省北部,長(zhǎng)江中游南岸,承納贛江、撫河、信江、饒河、修水等五大水系以及博陽(yáng)河等支流來(lái)水,經(jīng)調(diào)蓄后由湖口注入長(zhǎng)江,是一個(gè)過(guò)水型、吞吐型和季節(jié)性的湖泊。湖泊水面面積為4 497km2,湖體容積為355億m3(相應(yīng)于星子水位22.5m,吳淞高程,下同)。鄱陽(yáng)湖是我國(guó)最大的淡水湖泊,是長(zhǎng)江水系及其生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,也是長(zhǎng)江洪水重要的調(diào)蓄場(chǎng)所,在長(zhǎng)江流域治理、開(kāi)發(fā)和保護(hù)中占有十分重要的地位。受湖側(cè)五河來(lái)水和長(zhǎng)江干流來(lái)水的雙重影響,湖區(qū)“高水是湖、低水似河、枯水成溝,洪水一片、枯水一線”特征明顯,湖區(qū)水位年內(nèi)、年際變化較大,給湖區(qū)水資源開(kāi)發(fā)利用帶來(lái)了一定的困難,制約了湖區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。如何興利除弊,合理開(kāi)發(fā)利用水資源,推動(dòng)湖區(qū)又好又快發(fā)展,引起社會(huì)各界高度關(guān)注。

        2 鄱陽(yáng)湖流域水資源演變趨勢(shì)及湖區(qū)水位分析

        鄱陽(yáng)湖流域位于東亞季風(fēng)區(qū),水資源總量豐富,但水資源的年際、年內(nèi)變化較大。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),鄱陽(yáng)湖流域及長(zhǎng)江干流來(lái)水持續(xù)偏枯,枯水期湖區(qū)水位屢創(chuàng)新低,嚴(yán)重影響了環(huán)湖區(qū)的供水安全。

        2.1 鄱陽(yáng)湖流域天然徑流量變化趨勢(shì)分析鄱陽(yáng)湖流域多年平均天然徑流量為1 513億m3,其中年徑流量最大值為2 448億m3,最小值為632億m3,極值比為3.87;豐水期6個(gè)月來(lái)水是枯水期6個(gè)月來(lái)水的兩倍。長(zhǎng)江流域“98”大水年之后,鄱陽(yáng)湖流域來(lái)水持續(xù)偏枯,1998—2008年平均天然徑流量為1 281億m3,與多年平均相比減少了232億m3,減少幅度高達(dá)15%。圖1為1956—2008年鄱陽(yáng)湖流域天然徑流量系列、五年滑動(dòng)平均以及趨勢(shì)線圖。從長(zhǎng)系列來(lái)看,鄱陽(yáng)湖天然年徑流量有緩慢增長(zhǎng)的趨勢(shì),應(yīng)用無(wú)參數(shù)的肯德?tīng)栔却螜z驗(yàn)對(duì)增長(zhǎng)趨勢(shì)的顯著性進(jìn)行檢驗(yàn),增長(zhǎng)趨勢(shì)未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。圖2為鄱陽(yáng)湖流域1956—2008年天然徑流系列差積曲線,表1為1962—1968年、1984—1991年和2003—2008年3個(gè)枯水系列特征值統(tǒng)計(jì)。從圖2及表1可知,鄱陽(yáng)湖流域歷史上曾出現(xiàn)2段類似于2003—2008年的連續(xù)枯水年,分別是1962—1968年和1984—1991年,且1962—1968年系列比2003—2008年系列更枯。

        表1 鄱陽(yáng)湖流域3個(gè)枯水系列特征值統(tǒng)計(jì) (單位:億m3)

        通過(guò)上述分析可以看出:鄱陽(yáng)湖流域天然徑流量沒(méi)有顯著的趨勢(shì)性變化,2003—2008年鄱陽(yáng)湖流域持續(xù)偏枯屬于長(zhǎng)系列水文豐枯交替現(xiàn)象中的枯水段,以后仍有可能出現(xiàn)。

        2.2 湖區(qū)水位分析湖區(qū)水位的高低受湖側(cè)五河來(lái)水和長(zhǎng)江干流頂托雙重影響,每年3—4月份,湖側(cè)五河來(lái)水逐漸增多,水位開(kāi)始緩慢上升;5—9月份,受五河來(lái)水增多和長(zhǎng)江干流來(lái)水頂托影響,湖區(qū)水位較高;10月—翌年2月份,湖側(cè)五河和長(zhǎng)江干流來(lái)水減少,湖口出流大于湖側(cè)總?cè)肓?,湖區(qū)水位持續(xù)降低。圖3為2001年1月1日—2002年12月31日湖區(qū)4個(gè)不同站點(diǎn)水位過(guò)程線。由圖3可見(jiàn):4站水位漲落過(guò)程基本一致;低水位時(shí),同一時(shí)刻湖區(qū)4站水位相差較大,說(shuō)明低水位時(shí)鄱陽(yáng)湖具有河道特征;高水位時(shí),同一時(shí)刻湖區(qū)4站水位相差較小,當(dāng)湖區(qū)星子水位在15m以上時(shí),湖區(qū)4站水位基本一致,表明鄱陽(yáng)湖具有湖泊特征。

        表2為湖區(qū)代表站星子站水位特征值。實(shí)測(cè)星子站日最高水位22.50m,日最低水位7.12m,相差15.38m,相應(yīng)容積差350億m3;從湖區(qū)星子水位年內(nèi)各月分布情況來(lái)看,月最高平均水位17.69m,月最低平均水位9.03m,相差8.66m,相應(yīng)容積差147億m3,湖區(qū)水位年內(nèi)、年際相差較大。

        表2 湖區(qū)星子站水位特征值 (單位:m)

        3 鄱陽(yáng)湖區(qū)水資源安全問(wèn)題

        單從鄱陽(yáng)湖流域水資源總量和水資源開(kāi)發(fā)利用率來(lái)看,濱湖區(qū)(直接以鄱陽(yáng)湖為水源地的地區(qū))并不缺水,但由于降水時(shí)空分布不均,供水設(shè)施建設(shè)滯后,水資源調(diào)蓄能力不足,特別是受湖區(qū)“高水湖相、低水河相”特征的影響,湖區(qū)水位變幅較大,使得濱湖區(qū)存在季節(jié)性和區(qū)域性缺水,缺水類型屬于工程型缺水。

        3.1 供水能力與湖區(qū)水位關(guān)系分析供水能力是指現(xiàn)狀供水設(shè)施在一定時(shí)間內(nèi)、一定來(lái)水頻率下的最大可供水量,與取水水源的來(lái)水狀況、取水水源和供水對(duì)象的相對(duì)應(yīng)位置關(guān)系、供水對(duì)象的需水特性、供水工程的規(guī)模和運(yùn)行調(diào)度方式等因素有關(guān)。圖4是根據(jù)最新調(diào)查成果繪制的湖區(qū)星子水位與湖區(qū)工業(yè)和生活供水能力關(guān)系圖,表3為湖區(qū)星子水位與農(nóng)業(yè)供水能力關(guān)系。從現(xiàn)狀供水設(shè)施供水能力及湖區(qū)需水情況來(lái)看,當(dāng)湖區(qū)星子水位高于14m時(shí),濱湖區(qū)生產(chǎn)生活取水不受水位的影響;若水位低于14m,濱湖區(qū)農(nóng)業(yè)取水受到一定影響,若水位低于13m時(shí),工業(yè)和生活取水會(huì)受到一定的影響。

        表3 湖區(qū)星子水位與農(nóng)業(yè)供水設(shè)施取水能力關(guān)系 (單位:萬(wàn)m3)

        3.2 濱湖區(qū)現(xiàn)狀及未來(lái)缺水分析對(duì)星子站1951—2008年日水位進(jìn)行統(tǒng)計(jì),在濱環(huán)湖區(qū)用水高峰期5—11月,特別是汛后10、11月份分別有38.5%和83.6%的時(shí)段水位低于14m,分別有20.7%和66.4%的時(shí)段水位低于13m,造成濱湖區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉保證率普遍較低,農(nóng)田灌溉保證率一般只有50%~75%。湖區(qū)水位變化影響濱湖區(qū)的水利工程效益的正常發(fā)揮。

        以2007年(來(lái)水頻率75%)為典型年進(jìn)行濱湖區(qū)缺水分析。2007年由于五河入湖徑流減少和長(zhǎng)江九江段水位比歷史同期中水位低,導(dǎo)致全年152d星子水位低于10m,約占全年總天數(shù)的40%,給沿湖地區(qū)居民生活、生產(chǎn)供水造成困難。2007年濱湖區(qū)總需水為39.7億m3,根據(jù)本文調(diào)查統(tǒng)計(jì)星子水位與濱湖區(qū)取水能力關(guān)系,初步估算2007年濱湖區(qū)總供水量約為34.31億m3,缺水量5.39億m3,缺水率為15.8%,其中農(nóng)業(yè)缺水3.7億m3,工業(yè)缺水1.4億m3,生活缺水0.28億m3。濱湖區(qū)缺水主要是農(nóng)業(yè)缺水,約占總?cè)彼?0%。

        濱湖區(qū)目前存在的供水安全問(wèn)題,隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展,人民生活水平提高,特別是鄱陽(yáng)湖區(qū)作為我國(guó)百億斤糧食增產(chǎn)基地,需水量還將持續(xù)增長(zhǎng)。一方面,鄱陽(yáng)湖上游水系未來(lái)用水將進(jìn)一步增加,導(dǎo)致入湖水量還將減少;另一方面,湖區(qū)自身用水量增加,對(duì)湖區(qū)水位的依賴性更強(qiáng),未來(lái)供水安全形勢(shì)將更加嚴(yán)峻。結(jié)合《長(zhǎng)江流域水資源綜合規(guī)劃》的研究,預(yù)計(jì)到2030水平年,50%來(lái)水頻率年鄱陽(yáng)湖上游水系需水量將比2004年基準(zhǔn)年增長(zhǎng)約31.1億m3,若需水全部得到滿足,相應(yīng)減少入湖水量14.2億m3;2020年水平年,75%來(lái)水頻率年,濱湖區(qū)總需水量約為47.9億m3,比2007年現(xiàn)狀年多8.2億m3,若按2007年供水能力供水,濱湖區(qū)將缺水9.5億m3,缺水率達(dá)20%。

        4 三峽水庫(kù)運(yùn)行對(duì)鄱陽(yáng)湖區(qū)水資源安全的影響

        三峽水庫(kù)運(yùn)用后,一方面是清水下泄,河道沖刷,造成同流量下湖口水位降低,另一方面是汛后集中蓄水,使得汛后10—11月長(zhǎng)江干流來(lái)水小于天然流量,兩方面作用使得三峽水庫(kù)蓄水期間鄱陽(yáng)湖出湖流量增加,水位下降加快,湖區(qū)提前進(jìn)入枯水期,加劇了枯水期湖區(qū)用水困難。

        4.1 三峽水庫(kù)運(yùn)行對(duì)枯水期湖區(qū)水位的影響采用一維河網(wǎng)模型計(jì)算三峽水庫(kù)初期運(yùn)行(2006—2008年)對(duì)湖區(qū)水位的影響。2006—2008年三峽水庫(kù)運(yùn)行初期,10—11月日最大降低湖口水位1.76m,降低星子水位1.37m;10月份平均(2006—2008年平均)降低湖口水位0.73m,降低星子水位0.62m;11月份平均降低星子水位0.29m,降低湖口水位0.25m。有無(wú)三峽水庫(kù)情景下,湖口星子水位對(duì)比見(jiàn)表4。

        表4 三峽水庫(kù)初期運(yùn)行對(duì)湖區(qū)水位的影響

        表5為三峽水庫(kù)運(yùn)行20年后,三峽水庫(kù)可能對(duì)湖區(qū)水位造成的影響。三峽水庫(kù)正常運(yùn)行20年,若只考慮清水下泄河道沖刷,汛后10月份湖口水位平均降低1.12m;若考慮清水下泄河道沖刷和汛后集中蓄水雙重影響,汛后10月份湖口水位平均降低1.37m。

        表5 三峽水庫(kù)運(yùn)行20年后對(duì)湖區(qū)水位的影響

        4.2 三峽水庫(kù)運(yùn)行湖區(qū)供水安全的影響三峽水庫(kù)運(yùn)行對(duì)濱湖區(qū)水資源開(kāi)發(fā)利用影響以2007年和2020年(接近三峽水庫(kù)運(yùn)行20年)兩個(gè)典型年進(jìn)行分析,其中2020年濱湖區(qū)需水按2020水平年75%來(lái)水年份考慮。2020年星子水位按相同來(lái)水頻率2007年水位近似代替。兩個(gè)典型年份的主要區(qū)別在于濱湖區(qū)的需水不一樣,所以三峽水庫(kù)對(duì)濱湖區(qū)水資源開(kāi)發(fā)利用的影響也不一樣。

        2007年10月濱湖區(qū)總需水4.86億m3。三峽水庫(kù)正常運(yùn)行,將加大濱湖區(qū)的取水壓力,若只考慮三峽水庫(kù)汛后蓄水對(duì)濱湖區(qū)水資源影響,將增加濱湖區(qū)缺水0.7億m3,濱湖區(qū)10月份缺水量1.81億m3,缺水率高達(dá)37%;若考慮三峽水庫(kù)汛后蓄水和河道沖刷雙重影響,將增加濱湖區(qū)缺水0.87億m3,濱湖區(qū)10月份缺水量1.95億m3,缺水率高達(dá)40%。

        2020年75%來(lái)水頻率年份濱湖區(qū)總需水47.80億m3。無(wú)三峽水庫(kù)情況下濱湖區(qū)總?cè)彼?.20億m3,其中10月份缺水1.47億m3;若考慮三峽水庫(kù)運(yùn)行,2020年濱湖區(qū)總?cè)彼疄?0.30億m3,其中10月份缺水2.5億m3。由于三峽水庫(kù)運(yùn)行,2020年75%來(lái)水年將增加濱湖區(qū)缺水約1億m3。

        5 結(jié)語(yǔ)

        鄱陽(yáng)湖豐富的水資源和特殊的氣候地理?xiàng)l件孕育了豐富的生物多樣性,為區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供了優(yōu)越的自然條件。但由于降水時(shí)空分布不均,水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后,特別是湖區(qū)水位變幅較大,使得濱湖區(qū)存在不同程度的水資源安全問(wèn)題,在一定程度上阻礙了對(duì)湖區(qū)水資源的合理有效利用,制約了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展。通過(guò)以上研究,取得如下初步認(rèn)識(shí):(1)鄱陽(yáng)湖流域天然水資源情勢(shì)未發(fā)生趨勢(shì)性變化,湖區(qū)“高水湖相,低水河相”特征明顯,制約了湖區(qū)水資源有效利用;(2)近年來(lái)鄱陽(yáng)湖上游用水增加,五河入湖流量減少,枯水季節(jié)湖區(qū)用水困難,存在工程型缺水問(wèn)題;(3)三峽水庫(kù)運(yùn)用后,造成長(zhǎng)江中下游河道沖刷、水位下降,鄱陽(yáng)湖蓄水量減少。三峽水庫(kù)蓄水期間鄱陽(yáng)湖出湖流量增加,加劇了枯水期湖區(qū)用水困難。

        [1]中國(guó)水利水電科學(xué)研究院.鄱陽(yáng)湖水利樞紐關(guān)鍵技術(shù)研究[R].北京:中國(guó)水利水電科學(xué)研究院,2010.

        [2]水利部長(zhǎng)江水利委員會(huì).長(zhǎng)江流域水資源綜合規(guī)劃報(bào)告[R].武漢:水利部長(zhǎng)江水利委員會(huì),2007.

        [3]江西省水利廳.江西省水資源及開(kāi)發(fā)利用調(diào)查評(píng)價(jià)報(bào)告[R].南昌:江西省水利廳,2008.

        [4]長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司,江西省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院.鄱陽(yáng)湖區(qū)綜合規(guī)劃[R].南昌:2009.

        [5]長(zhǎng)江水利委會(huì)員長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,江西省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院.鄱陽(yáng)湖水利樞紐項(xiàng)目建議書[R].2009.

        [6]江西省水利科學(xué)研究院.三峽工程運(yùn)用后對(duì)鄱陽(yáng)湖及江西“五河”的影響研究[R].南昌:江西省水利科學(xué)研究院,2009.

        [7]江西省水文局.鄱陽(yáng)湖生態(tài)水利樞紐工程對(duì)湖區(qū)防洪、泥沙、水質(zhì)、枯水期水量補(bǔ)充的影響及對(duì)策研究[R].南昌:江西省水文局,2008.

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