馬平森，雷艷嬌，卯昌書，顧世祥，楊樹德

(1．云南省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，云南 昆明 650021;2．云南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電與建筑學(xué)院，云南昆明 650201)

2012年以來，國務(wù)院和水利部相繼頒布了《國務(wù)院關(guān)于實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度的意見》、《國務(wù)院辦公廳關(guān)于印發(fā)實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度考核辦法的通知》和《水利部關(guān)于印發(fā)落實(shí)國務(wù)院關(guān)于實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度的意見實(shí)施方案的通知》等重要文件，要求把實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度作為加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的戰(zhàn)略舉措。在經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和用水需求不斷持續(xù)增長的形勢下，要嚴(yán)格按照水資源承載能力控制用水總量，提高用水效率，把建設(shè)節(jié)水型社會作為推進(jìn)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會建設(shè)的重要措施，強(qiáng)化水資源保護(hù)，保證可持續(xù)利用，形成有利于水資源節(jié)約、保護(hù)的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式、生活方式，促進(jìn)生產(chǎn)發(fā)展、生活富裕、生態(tài)良好的科學(xué)發(fā)展、和諧發(fā)展和跨越發(fā)展。

水資源系統(tǒng)模擬主要根據(jù)水資源合理配置的目的與需要，緊緊抓住主要問題和主要矛盾，深入分析和研究具體水資源系統(tǒng)，對與水資源合理配置目的相關(guān)的各種重要特性和規(guī)律真實(shí)地在模型中加以反映，而對其他次要方面需做適當(dāng)?shù)母呕饕芯€性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、動(dòng)態(tài)規(guī)劃、大系統(tǒng)優(yōu)化理論、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論等方法［1］。

左其亭等［2］解讀了最嚴(yán)格水資源管理制度的理論體系框架，闡述了制度形成的指導(dǎo)思想、基本原則、科技支撐、理論方法和保障措施等;李原園［3］分析了水資源合理配置與最嚴(yán)格水資源管理制度中的開發(fā)利用紅線、用水效率紅線與限制納污紅線的密切關(guān)系，水資源合理配置在實(shí)施最嚴(yán)格水資源管理制度中具有重要的基礎(chǔ)性作用;汪黨獻(xiàn)等［4］探討了用水總量控制制度的主要內(nèi)容以及制定用水總量控制指標(biāo)的原則、依據(jù)、方法和技術(shù)路線等;陳進(jìn)等［5］分析了水資源“三條紅線”管理的內(nèi)涵和三者之間的關(guān)系，提出了“三條紅線”管理區(qū)域差異性和不同地區(qū)的控制重點(diǎn);曾祥等［6］研究了長江流域干支流及各省級行政區(qū)的用水總量控制指標(biāo);安婷［7］提出了青海省黃河流域水資源開發(fā)利用總量控制階段性控制指標(biāo)分解方法;楊永生等［8］研究了贛江袁河流域基于用水總量控制的水資源承載能力;王偲等［9］研究提出了萊州市基本“三條紅線”的多水源聯(lián)合調(diào)度模型和不同規(guī)劃水平年的控制指標(biāo);魏娜等［10］以水量、水質(zhì)的聯(lián)合調(diào)控為目標(biāo)，研究了嫩江流域基于水功能區(qū)的水量調(diào)控模型。本文根據(jù)國家實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度的總體要求和下達(dá)的用水總量控制指標(biāo)，結(jié)合云南省水源工程建設(shè)規(guī)劃布局，運(yùn)用水資源配置管理工具M(jìn)ike Basin建立水資源系統(tǒng)模擬模型，提出云南省2020、2030水平年基于用水總量和效率控制的水資源配置方案。

1 用水總量控制指標(biāo)

1．1 供水體系主要特點(diǎn)

截至2011年底，云南省已建成大、中、小型水庫5590座，塘壩4.5萬座，引水工程18.7萬條，提水工程1.24萬處，配套機(jī)電井3280眼。根據(jù)2000—2011年逐年供水量分析得到目前供水能力為157.29億 m3，其中蓄水工程為 61.60億 m3，占39.2%;引、提水工程為81.33億 m3，占51.7%;江河湖庫水系連通工程(以下簡稱連通工程)為2.65億m3，占1.7%;地下水工程為3.15億m3，占2.0%;污水處理回用為2.23億m3，占1.4%;山區(qū)“五小水利”工程為6.32億m3，占4.0%。供水體系的主要特點(diǎn)是:全省僅有7座大型水庫，其總庫容僅占全部蓄水工程總庫容的20.0%，中、小型水利工程占據(jù)全省供水量的主導(dǎo)地位;滇中的昆明、曲靖、玉溪、楚雄、紅河、大理等6個(gè)州(市)蓄水總庫容達(dá)到77.46億m3，占全省總數(shù)的70%，供水工程的地區(qū)分布不均，嚴(yán)重制約了云南省經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展;截至2011年底，全省水庫對河川徑流的調(diào)節(jié)程度只有5.2%，年缺水總量達(dá)37.8億m3，水利建設(shè)遠(yuǎn)跟不上社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的步伐，工程性缺水是當(dāng)前全省的主要缺水形式。

1．2 用水管理突出問題

云南省自產(chǎn)水資源總量 2210億m3，但水資源時(shí)空分布極為不均，總量雖多，可利用量少，利用難度大。占全省土地面積6%的壩區(qū)，集中了全省2/3人口和1/3耕地，而水資源量僅占全省總量的5%;每年85%左右的降水集中在汛期，洪旱災(zāi)害頻繁。滇中經(jīng)濟(jì)區(qū)是全省經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的龍頭，人均水資源量僅700 m3，其中滇池流域不足200 m3，處于極度缺水狀態(tài)。全省40%的主要河流水體被不同程度污染，滇池等湖泊水功能嚴(yán)重退化，昆明翠湖、麗江黑龍?zhí)兜却笈匾合嗬^枯竭或季節(jié)性斷流。同時(shí)用水方式粗放，工農(nóng)業(yè)用水效率低，社會節(jié)水意識不強(qiáng)，管理薄弱，節(jié)水型社會建設(shè)滯后，單位GDP用水量大幅高于全國平均水平。資源性、工程性、水質(zhì)性缺水已嚴(yán)重制約全省經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展。隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化和民族文化大省戰(zhàn)略的加快推進(jìn)，水資源與人口、土地、生產(chǎn)力等布局不匹配的矛盾將更加尖銳，用水供求矛盾將更加突出。2009—2012年連續(xù)4年特大干旱災(zāi)害，充分暴露了水利基礎(chǔ)設(shè)施薄弱、水資源豐枯調(diào)控能力低的問題，也凸顯了必須建管并重，加快轉(zhuǎn)變水資源粗放利用、遏制用水浪費(fèi)、防止水環(huán)境惡化等的重要性和緊迫性。

1．3 用水總量控制指標(biāo)

根據(jù)國辦發(fā)［2013］2號等文件，國家下達(dá)云南省的用水總量控制紅線指標(biāo)是:2015年、2020年、2030年的用水總量分別為184.87億m3、214.63億m3、226.82億m3。按照云南省用水總量控制目標(biāo)進(jìn)行全省需水量在各行業(yè)的配置，到2020水平年，平水年(多年平均)總需水量214.63億m3，其中城鎮(zhèn)生活需水量20.29億m3，農(nóng)村生活需水量14.27億m3，工業(yè)需水量25.37億m3，農(nóng)業(yè)需水量154.70億m3;中等干旱年(P=75%)總需水量231.42億m3，其中城鎮(zhèn)生活需水量20.29億m3，農(nóng)村生活需水量14.27億m3，工業(yè)需水量25.37億m3，農(nóng)業(yè)需水量171.49億m3;特殊干旱年(P=95%)總需水量239.91億m3，其中城鎮(zhèn)生活需水量20.29億m3，農(nóng)村生活需水量14.27億m3，工業(yè)需水量25.37億m3，農(nóng)業(yè)需水量179.98億m3。

預(yù)測2030水平年，平水年(多年平均)全省總需水量 226.82億 m3，其中城鎮(zhèn)生活需水量26.04億m3，農(nóng)村生活需水量15.76億m3，工業(yè)需水量31.24億m3，農(nóng)業(yè)需水量153.78億m3;中等干旱年(P=75%)總需水量246.72億m3，其中城鎮(zhèn)生活需水量26.04億m3，農(nóng)村生活需水量15.76億m3，工業(yè)需水量31.24億m3，農(nóng)業(yè)需水量173.68億m3;特殊干旱年(P=95%)總需水量254.31億m3，其中城鎮(zhèn)生活需水量26.04億 m3，農(nóng)村生活需水量15.76億m3，工業(yè)需水量31.24億 m3，農(nóng)業(yè)需水量181.27 億 m3。

2 水資源合理配置方案

2．1 水資源配置原則

a．以水資源四級分區(qū)套地級行政區(qū)為計(jì)算單元，以強(qiáng)化節(jié)水措施的水資源供需分析成果為基礎(chǔ)，嚴(yán)格實(shí)行用水總量紅線控制，提高用水效率，強(qiáng)化用水定額管理，嚴(yán)格控制入河湖排污總量，推進(jìn)水生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與修復(fù)，在經(jīng)濟(jì)社會系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)之間、不同流域和區(qū)域之間以及不同用水行業(yè)之間對全省水資源進(jìn)行合理配置，使水資源配置格局與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展及生態(tài)環(huán)境保護(hù)的要求相協(xié)調(diào)。

b．遵循“先節(jié)水后開發(fā)、先本區(qū)后調(diào)水、先治污后用水”的原則，按照節(jié)水、降耗、治污、減排的要求，實(shí)行節(jié)水優(yōu)先、治污為本、多渠道開源，水量、水質(zhì)、水生態(tài)并重，合理調(diào)配水資源，提高水資源循環(huán)利用的水平和效率，統(tǒng)籌考慮水資源利用的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益的關(guān)系，發(fā)揮水資源的多種功能。

c．到2020年，全省萬元工業(yè)增加值用水量(2000年不變價(jià))應(yīng)降到65 m3以下，農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)提高到0.55以上;到2030年，用水效率不低于全國平均水平，萬元工業(yè)增加值用水量(2000年不變價(jià))降低到40 m3以下，農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)提高到0.6以上。上述標(biāo)準(zhǔn)可作為用水效率控制指標(biāo)，復(fù)核全省2020年、2030年的需水預(yù)測成果的合理性。

d．根據(jù)《云南省水資源綜合規(guī)劃》《云南省水利發(fā)展“十二五”規(guī)劃》《西南五省(云南省)重點(diǎn)水源工程近期建設(shè)規(guī)劃》《云南省大中型水電站水資源綜合利用專項(xiàng)規(guī)劃》《滇中引水工程規(guī)劃》《云南省水中長期供求規(guī)劃》等提出的水源工程總體布局，大、中、小型水庫并舉，蓄、引、提、調(diào)結(jié)合，進(jìn)一步推進(jìn)骨干水源工程建設(shè)，進(jìn)一步增強(qiáng)全省水利工程調(diào)蓄能力，基本構(gòu)成全省各主要經(jīng)濟(jì)區(qū)域的水資源合理配置總體格局;加快科學(xué)論證和前期工作，創(chuàng)造條件積極開展以滇中引水為重點(diǎn)的跨流域水資源調(diào)配置工程建設(shè)，努力提升滇中等重點(diǎn)資源性缺水地區(qū)水資源承載能力，統(tǒng)籌解決資源性缺水問題，保障城鄉(xiāng)飲水、工業(yè)用水、糧食主產(chǎn)區(qū)灌溉用水和生態(tài)用水需求;將大、中型水電站納入全省水資源統(tǒng)一配置管理，統(tǒng)籌解決水電站周邊城鄉(xiāng)飲水和農(nóng)田灌溉用水問題，云南省大、中型水電站水資源綜合利用專項(xiàng)規(guī)劃在滇中地區(qū)的項(xiàng)目到2030水平年將調(diào)整作為特枯年的城鄉(xiāng)應(yīng)急供水水源。

e．按照《全國水中長期供求規(guī)劃技術(shù)大綱》的規(guī)定，退減被擠占河道生態(tài)環(huán)境用水的標(biāo)準(zhǔn)是:2010—2020年按斷面多年平均來水量的10%退減;2020—2030年以保證河道生態(tài)環(huán)境“良好”為目標(biāo)，枯水期按多年平均來水量的10%，汛期按多年平均來水量的30%。考慮到云南省水資源時(shí)空分布極不均勻、經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展對水資源的需求與水利工程建設(shè)的資金投入嚴(yán)重不匹配、歷史欠賬大的狀況，2020年滇中等水資源緊缺地區(qū)優(yōu)先保障河湖基本生態(tài)用水、城鄉(xiāng)生活用水，再統(tǒng)籌考慮工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和河湖生態(tài)用水需求，而在滇南、滇西南等水資源豐沛地區(qū)則按“良好”標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行擠占河道生態(tài)環(huán)境用水退減，即2010—2020年考慮河道生態(tài)退減水量應(yīng)按退減總水量的40%考慮，到2030年再退減剩下的60%。

f．由于云南省淺層地下水資源是地表水資源的重復(fù)計(jì)算量，深層地下水與地表水之間的水力聯(lián)系復(fù)雜，因此從保護(hù)地下水生態(tài)環(huán)境的角度出發(fā)，應(yīng)削減地下水工程的取水量，并逐步以地表水源工程替代地下水工程。污水處理回用需投入大量資金進(jìn)行深度處理和建設(shè)配套管網(wǎng)工程，才能滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水要求，因此云南省污水處理回用主要集中在滇中城市群等水資源緊缺地區(qū)。

2．2 水資源供需平衡分析

根據(jù)全省1956—2000年長系列用水資料，滇中引水工程受水區(qū)、車馬碧調(diào)水工程受水區(qū)等重點(diǎn)區(qū)域資料延長至2010年，以水資源四級分區(qū)套地級行政區(qū)為計(jì)算單元，建立基于地理信息系統(tǒng)平臺ArcGis和水資源配置管理工具M(jìn)ike Basin的水資源系統(tǒng)模擬模型［11］，經(jīng)過數(shù)據(jù)輸入、參數(shù)率定、節(jié)點(diǎn)水量平衡檢驗(yàn)、配置方案模擬、成果輸出整理等步驟，得到基于用水總量與用水效率控制的云南省2020、2030水平年水資源配置方案。

2．2．1 水量平衡公式

具有調(diào)節(jié)性能的湖泊及人工建成的水庫、塘壩等蓄水工程，其時(shí)段t的水量平衡公式如下:

式中:St、St+1分別為水庫湖泊時(shí)段初、末蓄水量;It為時(shí)段t的水庫入流量(包括區(qū)間入流);QUt為時(shí)段t的上游泄水量;WDt、WIt、WAt、WEt、WOt、WEBt分別為時(shí)段t的生活用水量、工業(yè)用水量、農(nóng)業(yè)用水量、河道外生態(tài)環(huán)境用水量、其他用水量、河道內(nèi)生態(tài)基流量;TEt、TSt分別為時(shí)段 t的蒸發(fā)量、滲漏量;QDt為時(shí)段t的水庫泄水量或正常供水區(qū)外引水量。

a．2020水平年，河道內(nèi)生態(tài)基流量按照 SL 322—2013《建設(shè)項(xiàng)目水資源論證導(dǎo)則》的規(guī)定，取多年平均流量的10%，即

式中為第i月的多年平均流量。

b．2030水平年，河道內(nèi)生態(tài)基流量為河道維持健康和諧的生態(tài)用水流量，即

式中αi為生態(tài)流量系數(shù)，11月至次年4月取10%，5—10月取30%。

2．2．2 分水節(jié)點(diǎn)和控制節(jié)點(diǎn)

對于水資源模擬系統(tǒng)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，進(jìn)入該節(jié)點(diǎn)的水量必須與從該節(jié)點(diǎn)出來的水量平衡，即

式中:Wti為分水結(jié)點(diǎn)i在時(shí)段t的引水量;Pkit為時(shí)段t第i水源引水量向第k流向分配水量的分配系數(shù);為節(jié)點(diǎn)i所有入流量;為節(jié)點(diǎn)i所有出流量。

根據(jù)建立的水資源配置模擬模型統(tǒng)計(jì)，云南省目前的水資源配置模型中共有2371個(gè)用水和供水節(jié)點(diǎn)，其中用水節(jié)點(diǎn)635個(gè)，供水節(jié)點(diǎn)435個(gè)(水庫節(jié)點(diǎn)237個(gè))，其他節(jié)點(diǎn)1301個(gè);到2030年，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)模型中的供水和用水節(jié)點(diǎn)增加到 3358個(gè)，其中用水節(jié)點(diǎn) 969個(gè)，供水節(jié)點(diǎn) 647個(gè)(水庫節(jié)點(diǎn)400 個(gè))，其他節(jié)點(diǎn)1742 個(gè)［11］。

圖1 云南省2020年各類水源工程可供水量構(gòu)成示意圖

預(yù)測到2020水平年，全省河道生態(tài)環(huán)境用水退減16.17億m3，占總退減水量的39%。多年平均情況下，各類水利工程新增供水量73.51億m3，全省可供水量達(dá)到214.63億m3，各類水源工程供水量構(gòu)成見圖1。全省需水量214.63億 m3，供水量214.63億m3，供需平衡;中等干旱年(P=75%)全省需水量231.42億 m3，供水量220.33億 m3，缺水量11.09億m3，缺水率4.8%;特殊干旱年(P=95%)全省需水量239.91億m3，供水量210.60億m3，缺水量29.31億m3，缺水率12.2%。

預(yù)測到2030水平年，云南省大、中型水電站水資源綜合利用專項(xiàng)規(guī)劃滇中地區(qū)項(xiàng)目將調(diào)整作為特枯年的應(yīng)急供水水源，考慮河道生態(tài)環(huán)境用水退減25.47億m3，占總退減水量的61%。多年平均情況下，各類水利工程新增供水量48.13億m3，全省可供水量為226.82億m3，各類水源工程供水量構(gòu)成見圖2(滇中引水工程供水量已包含在連通工程中)。全省需水量226.82億 m3，供水量226.82億 m3，供需平衡;中等干旱年(P=75%)全省需水量246.72億m3，供水量240.24億m3，缺水量6.48億m3，缺水率2.6%;特殊干旱年(P=95%)全省需水量254.31億m3，供水量233.23億m3，缺水量21.07億m3，缺水率8.3%。

從圖1和圖2可以看出，云南省蓄水工程供水比重由目前的39.2%提高到2030年的42.8%，引、提水工程供水比重由目前的51.7%下降到2030年的32.5%，河湖庫水系連通工程供水比重由目前的1.7%提高到2030年的15.2%，地下水工程供水比重由目前的2.0%下降到2030年的0.6%，其他工程供水比重由目前的5.4%提高到2030年的8.9%。人均用水量由目前的320 m3提高到2030年的414m3，萬元GDP用水量由目前的204m3下降到2030年的85 m3(當(dāng)年價(jià))，萬元工業(yè)增加值用水量由目前的98m3下降到2030年的32 m3(當(dāng)年價(jià))。

圖2 云南省2030年各類水源工程可供水量構(gòu)成示意圖

需要說明的是，云南省境內(nèi)的水電站綜合利用工程，目前還存在提水揚(yáng)程高、運(yùn)行本成較高、投融資體制有待于政策性突破等問題，以水電返哺地方工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，才能和諧處理“云電外送”水電開發(fā)與邊疆少數(shù)民族地區(qū)脫貧致富奔小康之間的關(guān)系，維護(hù)西南邊陲穩(wěn)定。

2．3 州(市)級用水總量控制

根據(jù)全省用水總量控制指標(biāo)，以《云南省水資源綜合規(guī)劃》《滇中引水工程規(guī)劃》《云南省水中長期供求規(guī)劃》等確定的各水平年水資源配置方案為基礎(chǔ)，結(jié)合全省16個(gè)州(市)目前用水水平和全省水源工程布局，編制各州(市)的用水總量控制指標(biāo)。2013年10月，云南省人民政府辦公廳印發(fā)了《云南省人民政府辦公廳關(guān)于印發(fā)云南省實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度考核辦法的通知》，正式頒布各州(市)用水總量控制指標(biāo)。在編制州(市)級用水總量控制指標(biāo)過程中，考慮了各州(市)之間目前用水水平的差異以及已建水利工程供水能力衰減和新建水源工程供水能力等因素，各州(市)的用水總量控制指標(biāo)基本滿足當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會發(fā)展的用水需求，如表1所示。

3 結(jié)語

針對云南省高原山區(qū)水資源系統(tǒng)的復(fù)雜性，分流域水系建立基于ArcGIS平臺的Mike Basin水資源系統(tǒng)模擬模型，按照水資源“三次供需平衡”提出目前、2020水平年、2030水平年全省的水資源合理配置方案和工程總體布局，按照維持河湖健康理念進(jìn)行河道內(nèi)、外生態(tài)用水的需求和配置，解決云南省總體工程性缺水、滇中等局部地區(qū)資源性和水質(zhì)性缺水的問題，表明模擬模型是有效的。

表1 云南省2030年各州(市)用水總量和人均用水量

［1］王浩，秦大庸，王建華，等．黃淮海流域水資源合理配置［M］．北京:科學(xué)出版社，2003．

［2］左其亭，李可任．最嚴(yán)格水資源管理制度理論體系探討［J］．南水北調(diào)與水利科技，2013，11(1):34-38．(ZUO Qiting，LI Keren．Discussion on theoretical system of the strictest water resources management system［J］．South to North Water Transfers and Water Science ＆ Technology，2013，11(1):34-38．(in Chinese))

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