劉 健

（1.武漢大學(xué) 水資源與水電工程科學(xué)國家重點實驗室，湖北 武漢 430072；2.山東省水利科學(xué)研究院、山東省水利科學(xué)研究院博士后創(chuàng)新實踐基地、山東省水資源與水環(huán)境重點實驗室，山東 濟南 250014）

膠東半島水資源安全保障對策研究

劉 健1，2

（1.武漢大學(xué) 水資源與水電工程科學(xué)國家重點實驗室，湖北 武漢 430072；2.山東省水利科學(xué)研究院、山東省水利科學(xué)研究院博士后創(chuàng)新實踐基地、山東省水資源與水環(huán)境重點實驗室，山東 濟南 250014）

在分析山東省膠東四市水資源的環(huán)境變化響應(yīng)基礎(chǔ)上，預(yù)估出區(qū)域未來一段時期內(nèi)水資源情勢不容樂觀，有針對性地提出了節(jié)約用水、提高非常規(guī)水資源利用、加快河流入?？诘叵滤畮旌秃乘畮旖ㄔO(shè)步伐、做好流域來水預(yù)報與水庫（群）運行優(yōu)化調(diào)度等安全保障對策。

膠東半島；氣候變化；水資源；安全保障

在地理學(xué)上，膠東半島主要包括膠萊谷地或者膠濰平原以東的山東半島地區(qū)，在行政區(qū)劃上，廣義的膠東半島則包括煙臺、威海、青島、濰坊和日照等5市。由于特殊的地形地貌和持續(xù)性干旱少雨，煙臺、威海、青島和濰坊4市出現(xiàn)了嚴重的水資源短缺問題，許多大中型水庫已經(jīng)干涸，而日照市的水資源形勢則相對較好。

區(qū)域水資源狀況要受到氣候變化和人類活動等諸多環(huán)境因素的影響，環(huán)境因素變化則水資源也會相應(yīng)地發(fā)生變化。開展區(qū)域水資源的變化環(huán)境響應(yīng)，并以此為基礎(chǔ)提出有針對性的安全保障措施，對于揭示變化環(huán)境下區(qū)域水資源演變情勢，保障未來區(qū)域供水安全具有重要的理論價值和現(xiàn)實意義。選擇水資源形勢相對緊張的煙臺市、威海市、青島市和濰坊市等膠東4市為研究區(qū)域，在分析4市降水、跨區(qū)域調(diào)水等環(huán)境變化因素對水資源影響的基礎(chǔ)上，預(yù)估區(qū)域水資源情勢，提出安全保障對策，為區(qū)域未來水安全提供基礎(chǔ)支撐。

1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與研究方法

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為膠東4市境內(nèi)33個氣象站1961—2015年逐日降水觀測，來源于中國氣象局國家氣象信息中心。33個氣象站逐日降水數(shù)據(jù)均存在一定程度的缺漏，對此采用時間插值和空間插值互補的方法進行處理。區(qū)域供水和用水資料來自山東省水利廳公布的 《山東省水資源公報》（2001—2015年）。膠東4市降水的周期、趨勢等特征采用復(fù)Morlet小波、線性方程等方法進行計算。

2 膠東四市水資源的環(huán)境變化響應(yīng)

目前膠東4市的水資源主要包括當?shù)厮Y源和跨流域調(diào)水，由于當?shù)厮Y源主要來源于大氣降水，因此分析降水變化在很大程度上能夠反映當?shù)厮Y源的變化特征。

2.1 降水的年際變化

經(jīng)統(tǒng)計，4市1961—2015年多年平均降水量為672.6 mm，其中主汛期（6~8月）多年平均降水量為407.8 mm，占全年總降水量的60.4%，可見年降水主要發(fā)生在主汛期（6~8月）。因此，重點分析全年和主汛期的降水年際變化特征。采用線性趨勢方法進行分析，可知1961—2015年膠東4市的全年和主汛期降水均呈明顯的下降趨勢，線性下降速率分別為16.8 mm/10 a和11.9 mm/10 a。膠東4市年降水減少主要由于主汛期（6~8月）降水減少引起的，約占年總降水量70.7%。

2.2 降水的年際周期變化特征

采用復(fù)Morlet小波作為母小波進行小波變換，分析膠東4市全年降水序列的周期變化特征。由結(jié)果可知，區(qū)域年降水存在3個周期變化特征，第一、第二和第三周期分別為3~4 a、15~16 a和36~37 a。繪制區(qū)域降水3個周期的年際變化時頻曲線（圖1）。膠東4市降水呈現(xiàn)明顯的周期變化特征，且大變化周期下包含有許多小變化周期。就最大周期（第三周期36~37 a）而言，區(qū)域在1961—2015年經(jīng)歷了明顯的“豐—枯—豐”變化過程，其中20世紀60年代初期至70年代中期處于豐水期，而自70年代中期至90年代中期處于枯水期，90年代中期至21世紀前10年處于豐水期，這3個時間段的多年平均降水量分別為753.0 mm、624.5 mm和679.3 mm。

圖1 膠東四市全年降水序列3個周期年際變化時頻圖

2.3 降水的年內(nèi)變化特征

膠東地區(qū)降水主要集中在汛期幾場大暴雨，分析大暴雨的年內(nèi)變化特征在很大程度上可以反映區(qū)域水資源量的豐枯程度及其開發(fā)利用難度。選擇極端降水日數(shù)、年極端降水量和極端降水強度3個指數(shù)來反映區(qū)域極端降水事件變化特征。其中，把區(qū)域1961—2015年區(qū)域逐日降水量進行排序，將第95個百分位的多年平均值定義為極端降水的閾值，如某日降水量超過該閾值，表明該日發(fā)生極端降水事件。某年所有發(fā)生計算降水事件的日數(shù)總和稱為極端降水日數(shù)，某年所有極端降水雨量的總和稱為年極端降水量，年極端降水量與日數(shù)的比值稱為極端降水強度。

經(jīng)過分析，膠東4市極端降水事件的95%閾值為10.6 mm，多年平均極端降水日數(shù)為18.3 d，多年平均年極端降水量為395.3 mm，多年平均極端降水強度為21.6 mm/d。通過對膠東4市1961—2015年的極端降水日數(shù)、年極端降水量和極端降水強度進行線性趨勢分析，發(fā)現(xiàn)山東省極端降水日數(shù)和年極端降水量兩個指數(shù)呈線性下降趨勢，而極端降水強度則呈現(xiàn)上升趨勢。

2.4 跨流域調(diào)水資源變化特征

膠東4市的跨流域調(diào)水資源主要是通過引黃濟青工程與膠東調(diào)水工程調(diào)引的黃河水和長江水。從近幾年來看，跨流域調(diào)水在一定程度上成了4市的“保命水”?？缌饔蛘{(diào)水資源量不僅受最嚴格水資源管理制度用水總量控制指標約束，而且與黃河及長江上游來水、區(qū)域調(diào)蓄配套工程完善程度、水價高低等多種因素有直接關(guān)系。就黃河水而言，黃河干流徑流量自20世紀50年代開始減少，自80年代后減少程度加劇，并且下游減少趨勢比上游更為明顯。并且，相關(guān)研究成果預(yù)估黃河流域水資源的脆弱性在未來將進一步加大。就長江水而言，其目前的約束不是長江流域來水量的變化，而更重要是水地市調(diào)蓄工程配套建設(shè)完成情況以及長江水水價太高等因素。

3 未來水資源情勢與安全保障對策

3.1 膠東四市未來水資源情勢

根據(jù)對膠東4市水資源的環(huán)境變化影響分析結(jié)果，基本可以預(yù)判區(qū)域未來水資源情勢不容樂觀。一是膠東四市當?shù)亟邓畬⒊尸F(xiàn)下降趨勢，根據(jù)周期變化特征可以預(yù)估區(qū)域?qū)M入下一個歷史上的大枯水期，大約持續(xù)到2030年左右，并且枯水程度將會比上一個枯水期 （20世紀70年代中期至90年代中期）更為嚴重。二是膠東地區(qū)降水減少主要由主汛期降水減少引起，年內(nèi)極端降水發(fā)生頻率和年極端降水量將減少，而極端降水強度卻增大，當?shù)氐乇硭Y源量開發(fā)利用難度將進一步加大。三是跨流域調(diào)水的黃河水水量不僅減少且脆弱性不斷增強，而長江水主要受配套工程完成情況和高水價的限制。

3.2 水資源安全保障對策

1）持續(xù)推進節(jié)水型社會建設(shè)和全社會節(jié)水戰(zhàn)略，提高水資源節(jié)約利用水平。下一步不僅要突破農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生活等用水領(lǐng)域的技術(shù)約束，而且要制定“以獎代補”等措施，激勵用水戶充分發(fā)揮節(jié)約用水的主觀能動性。

2）提高非常規(guī)水資源利用程度。膠東4市有大量的污水處理再生水、微咸水、海水淡化水等非常規(guī)水資源，可以通過經(jīng)濟杠桿的作用，鼓勵對水質(zhì)要求不高的用水戶大力利用非常規(guī)水資源。當然，在提高非常規(guī)水資源利用程度的同時，需要加快完善非常規(guī)水資源的“出、輸、用”等環(huán)節(jié)的水量監(jiān)測體系，將非常規(guī)水源的利用落到實處。

3）加快河流入海口地下水庫和海灣水庫的建設(shè)步伐。山東省在河流入?？谛藿ǖ叵滤畮煊性S多現(xiàn)實工程，積累了豐富的經(jīng)驗。地下水庫不僅能夠存蓄淡水，增加地下水的年際補給能力，而且具有抬高淡水水頭、防止海水入侵，降低水庫移民影響等優(yōu)點。同時，可以考慮在膠東半島符合條件的地區(qū)修建海灣水庫，這不僅可以有效攔蓄汛期的雨洪資源，提高極端降水條件下的地表水資源開發(fā)利用能力，而且可以在一定程度上忽略海灣水庫下游防洪安全問題。對此項工作應(yīng)盡快開展前期調(diào)研工作，論證可行性。

4）做好流域來水預(yù)報與水庫（群）的運行優(yōu)化調(diào)度。一是在氣候變化引起的極端天氣事件頻發(fā)的背景下，構(gòu)建流域分布式水文模型，并耦合高精度天氣雷達數(shù)據(jù)，做好流域來水的實時預(yù)報。二是借助來水的實時預(yù)報成果，做好水庫的汛限水位的動態(tài)調(diào)整與安全運行。三是針對流域上中下區(qū)域水庫較多的現(xiàn)實，充分協(xié)調(diào)好暴雨“分散式防洪”與小雨“集中式蓄水”的關(guān)系，最大程度地實現(xiàn)地表水資源開發(fā)利用和防洪安全的最大化目標。

4 結(jié)語

煙臺、威海、青島和濰坊等膠東4市在當前乃至未來一段時間內(nèi)，水資源情勢不容樂觀，主要表現(xiàn)在當?shù)亟邓疁p少，年內(nèi)極端降水強度增加，當?shù)氐乇硭Y源量開發(fā)利用難度加大，黃河客水來水減少且脆弱性增強，長江客水利用限制因素多等方面。下一步破解區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展水資源短缺約束，提高水資源安全保障能力，需要做好推進節(jié)水型社會建設(shè)和全社會節(jié)水戰(zhàn)略、提高非常規(guī)水資源利用程度、加快河流入?？诘叵滤畮旌秃乘畮斓慕ㄔO(shè)步伐、做好流域來水預(yù)報與水庫（群）的運行優(yōu)化調(diào)度等工作。

（責(zé)任編輯 崔春梅）

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1009-6159（2017）-10-0023-02

劉?。?980—），男，博士，高級工程師

山東省自然科學(xué)青年基金項目（ZR2015EQ004）、國家自然科學(xué)青年基金項目（41501053）和（41501030）聯(lián)合資助。

（指導(dǎo)導(dǎo)師：夏軍院士、王明森研究員）