鄒大勝，陳 龍，劉小東

(江西省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，江西 南昌 330029)

鄱陽(yáng)湖區(qū)是江西省糧食主產(chǎn)區(qū)和重要商品糧基地。湖區(qū)農(nóng)業(yè)以種植業(yè)為主，農(nóng)田主要分布在“五河”(贛、撫、信、饒、修)及其他入湖河流尾閭區(qū)域或臨湖崗地，主要種植早稻、晚稻等，現(xiàn)狀農(nóng)田基本有圩堤保護(hù)。湖區(qū)農(nóng)田已建成了較完善的灌排體系，主要灌溉水源為鄱陽(yáng)湖及入湖尾閭河道，灌溉方式主要為泵站提水或涵閘自流引水，灌溉水源水量豐沛、水質(zhì)優(yōu)良，灌溉取水保證率直接受外河(湖)水位高低影響。湖區(qū)農(nóng)田灌溉期為4-10月，其中：4-8月外河(湖)水位較高，灌溉基本能滿足，9-10月灌溉易受外河(湖)水位下降影響。

2003年以來(lái)，鄱陽(yáng)湖區(qū)枯水位降低、枯水期提前、枯水歷時(shí)加長(zhǎng)的情況呈常態(tài)化趨勢(shì)[1-3]，引起湖區(qū)灌溉取水困難，給湖區(qū)農(nóng)業(yè)造成了較嚴(yán)重的影響[4]。湖區(qū)枯水位變化對(duì)農(nóng)業(yè)灌溉的影響在9-10月灌溉用水高峰期表現(xiàn)尤為突出[5]。有關(guān)研究表明，湖區(qū)枯水位變化發(fā)生在三峽工程運(yùn)行后[6-8]，其原因主要包括三峽水庫(kù)蓄水、河(湖)床沖淤變化、天然降雨徑流減少以及流域用水量的增加等[9]，其中：三峽水庫(kù)蓄水與河(湖)床沖淤變化是主要原因。三峽水庫(kù)2003年進(jìn)入圍堰發(fā)電期，按135 m蓄水，2007年進(jìn)行入初期運(yùn)行，蓄水至156 m，2009年抬高至175 m正常蓄水位[10]。三峽水庫(kù)蓄水期為9-11月，三峽水庫(kù)蓄水降低了長(zhǎng)江中下游水位，導(dǎo)致鄱陽(yáng)湖與長(zhǎng)江干流的水力坡度加大、鄱陽(yáng)湖出流加快，降低了鄱陽(yáng)湖蓄水量，使鄱陽(yáng)湖應(yīng)對(duì)枯水期問(wèn)題的能力降低[11-13]。鄱陽(yáng)湖水位與長(zhǎng)江干流水位關(guān)系密切[14]，隨著長(zhǎng)江干支流控制性水庫(kù)的不斷建設(shè)，清水下泄引起長(zhǎng)江中下游河道沖刷[15,16]，對(duì)鄱陽(yáng)湖水位降低的影響將更大，對(duì)鄱陽(yáng)湖區(qū)水資源利用的影響將也進(jìn)一步增大[17]。目前，有關(guān)鄱陽(yáng)湖區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉水源條件變化及其影響的研究，大多采用定性方法研究[4,18]，已有的定量研究也僅限于局部典型區(qū)域[5]，而對(duì)湖區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉取水保證率總體變化的定量研究，還未有相關(guān)的成果。

為定量評(píng)估三峽水庫(kù)蓄水后鄱陽(yáng)湖區(qū)灌溉水源條件的變化，將湖區(qū)的水文序列按時(shí)間劃分為三峽水庫(kù)蓄水前(簡(jiǎn)稱“三峽前”，1956-2002年，無(wú)三峽蓄水與河(湖)床下切影響)、三峽水庫(kù)蓄水后(簡(jiǎn)稱“三峽后”，2007-2014年，三峽水庫(kù)初期運(yùn)行后，有三峽蓄水與河(湖)床下切影響)兩種情形，基于兩種情形的水位數(shù)據(jù)，定量分析湖區(qū)灌溉取水保證率的變化，旨在為解決湖區(qū)水資源利用問(wèn)題提供一定的科學(xué)決策依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)選擇

1.1 水文數(shù)據(jù)

本文所采用的水位數(shù)據(jù)為長(zhǎng)江委水文局和江西省水文局水文觀測(cè)整編資料。根據(jù)鄱陽(yáng)湖區(qū)水系特征及區(qū)域附近測(cè)站分布情況，從鄱陽(yáng)湖入江水道、湖盆區(qū)、五河尾閭共選取了22處資料序列較長(zhǎng)、可靠性較高的水文(位)站作為代表站。研究所選取的測(cè)站均為國(guó)家基本測(cè)站，可以滿足水文分析的要求。測(cè)站位置示意見圖1。

1.2 研究對(duì)象選擇

鄱陽(yáng)湖區(qū)圩區(qū)(千畝以上)共有278座，總耕地面積22.73 萬(wàn)hm2，其中：主要圩區(qū)(萬(wàn)畝以上)49座，總耕地面積20.32 萬(wàn)hm2，占湖區(qū)總面積89.4%。由于主要圩區(qū)所占耕地面積比例相對(duì)較大，可代表湖區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉情況，且主要圩區(qū)水利設(shè)施等資料齊全，故將主要圩區(qū)作為研究對(duì)象。主要圩區(qū)基本情況見表1，分布示意見圖1。

表1 鄱陽(yáng)湖區(qū)主要圩區(qū)基本情況Tab. 1 Characteristics of main polder in the Poyang Lake area

圖1 測(cè)站及主要圩區(qū)分布示意圖Fig.1 Distribution of the hydrological stations and main polder

1.3 取水設(shè)施數(shù)據(jù)

取水設(shè)施數(shù)據(jù)主要有各取水設(shè)施最低取水位和各取水設(shè)施所承擔(dān)的灌溉面積。取水設(shè)施主要有：取水泵站或穿堤涵閘。取水泵站最低取水位采用泵站設(shè)計(jì)外水位的最低運(yùn)行水位；穿堤涵閘最低取水位采用涵閘底板高程加9-10月灌溉設(shè)計(jì)引水流量相應(yīng)的最小閘前堰頂水頭。各泵站設(shè)計(jì)水位及涵閘底板高程由湖區(qū)各縣(區(qū)、市)水利(務(wù))局提供。各取水設(shè)施承擔(dān)的灌溉面積，依據(jù)各圩區(qū)灌溉渠系布置及地形進(jìn)行劃分。部分取水設(shè)施最低取水位見表2。

2 分析方法

2.1 水位還現(xiàn)方法

為獲得具有較高可比性的水位序列，將三峽前(無(wú)三峽水庫(kù)蓄水與河(湖)床下切影響)1956-2002年的水位序列進(jìn)行了還現(xiàn)處理，得到三峽后(有三峽水庫(kù)蓄水與河(湖)床下切影響)1956-2002年水位序列。

(1)湖口站水位還現(xiàn)2006年汛后，三峽水庫(kù)進(jìn)入初期運(yùn)行期。三峽水庫(kù)蓄水期在9月中旬至10月末，部分年份可延長(zhǎng)至11月初。根據(jù)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)實(shí)施的《三峽水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度方案》，三峽水庫(kù)蓄水開始時(shí)間為9月15日。三峽水庫(kù)2008、2009年試驗(yàn)性蓄水均未蓄至175 m，而后以《三峽水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度方案》為基礎(chǔ)，根據(jù)來(lái)水預(yù)報(bào)、上游水庫(kù)蓄水等情況，動(dòng)態(tài)調(diào)整調(diào)度方式，蓄水開始時(shí)間提前至9月10日[19]。三峽水庫(kù)蓄水期，出庫(kù)流量減小，使長(zhǎng)江中下游河段水位不同程度降低。2016年，長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司在編制《鄱陽(yáng)湖水利樞紐工程建設(shè)必要性專題研究報(bào)告》時(shí)，針對(duì)三峽水庫(kù)蓄水對(duì)湖口站的水位影響，采用長(zhǎng)江中下游水文徑流數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了模擬研究，經(jīng)分析，三峽水庫(kù)蓄水期湖口站水位平均降低值為0.87 m。

表2 部分取水設(shè)施最低取水位Tab.2 Minimum operating water level of partial water intake facilities

湖口站水位還現(xiàn)采用近似方式進(jìn)行處理，即在三峽前湖口站1956-2002年9-10月的實(shí)測(cè)水位序列基礎(chǔ)上，疊加三峽水庫(kù)蓄水期湖口站水位平均降低值(0.87 m)，從而近似獲得還現(xiàn)后的湖口站1956-2002年9-10月長(zhǎng)序列逐日水位數(shù)據(jù)。

(2)湖區(qū)各站水位還現(xiàn)。利用各站歷年9-10月逐日水位數(shù)據(jù)建立兩組水位相關(guān)關(guān)系，即三峽前(1956-2002年)和三峽后(2007-2014年)的湖口水位與湖區(qū)各站、湖區(qū)相鄰各站之間的水位相關(guān)關(guān)系，部分相關(guān)關(guān)系見表3和圖2。湖區(qū)水位越高水位相關(guān)性越好，這是由于高水位時(shí)河(湖)水位受地形影響相對(duì)較小，各站間的水力聯(lián)系較強(qiáng)，水位相關(guān)性也相對(duì)較高。各相關(guān)關(guān)系總體上點(diǎn)據(jù)分布趨勢(shì)明顯，滿足分析要求。

圖2 部分測(cè)站水位相關(guān)圖Fig.2 Water level correlation diagram of partial stations

湖區(qū)各站水位還現(xiàn)是以湖口站三峽前、三峽后的水位序列為基礎(chǔ)，利用上述兩組相關(guān)關(guān)系，分別求得各站三峽前、三峽后的相關(guān)水位序列，再利用各站三峽后的相關(guān)水位減去三峽前的相關(guān)水位，計(jì)算出湖區(qū)各站的三峽后水位影響值序列，然后將水位影響值序列疊加到湖區(qū)各站實(shí)測(cè)水位序列上，從而近似得到三峽后湖區(qū)各站1956-2002年9-10月的水位數(shù)據(jù)。

2.2 灌溉取水保證率分析方法

基于三峽前、三峽后兩種情形的9-10月水位數(shù)據(jù)，分析灌溉取水保證率的變化，方法如下：

(1)根據(jù)圩區(qū)取水設(shè)施所處位置及附近測(cè)站分布情況，選取水位依據(jù)站，按9-10月平均水面比降分別內(nèi)插出各取水設(shè)施處兩種情形的長(zhǎng)序列水位數(shù)據(jù)。

表3 部分測(cè)站相關(guān)關(guān)系參數(shù)Tab.3 Correlation parameter of partial stations

注：“范圍”為分段回歸函數(shù)自變量范圍。

(2)比較各取水設(shè)施最低取水位及相應(yīng)外河(湖)水位，分析各取水設(shè)施處兩種情形的取水保證率。取水保證率按年統(tǒng)計(jì)，若出現(xiàn)農(nóng)田有灌溉需求且外河湖水位連續(xù)3天低于最低取水位時(shí)，則認(rèn)為當(dāng)年該取水設(shè)施灌溉取水受破壞。湖區(qū)灌溉需求依據(jù)《鄱陽(yáng)湖水利樞紐灌溉供水專題研究報(bào)告》[20]分析計(jì)算的長(zhǎng)序列灌溉制度確定，某時(shí)刻灌水率大于零視為有灌溉需求。

(3)將各取水設(shè)施的取水保證率按其對(duì)應(yīng)的灌溉面積進(jìn)行加權(quán)平均，求得單個(gè)圩區(qū)兩種情形的灌溉取水保證率。計(jì)算公式如下：

式中：p為圩區(qū)灌溉取水保證率；A為圩區(qū)總灌溉面積；Ai為第i個(gè)取水設(shè)施承擔(dān)的灌溉面積；pi為第i個(gè)取水設(shè)施取水保證率；n為圩區(qū)取水設(shè)施總數(shù)。

(4)將各圩區(qū)的取水保證率按其相應(yīng)的灌溉面積進(jìn)行加權(quán)平均，求得兩種情形下湖區(qū)總體的灌溉取水保證率。

3 結(jié)果分析

3.1 水位變化分析

表4為湖區(qū)部分測(cè)站水位變化成果，表中“三峽后”為還現(xiàn)值，“實(shí)測(cè)”為2007-2014年實(shí)測(cè)值，“差值1”為“三峽后”減“三峽前”，“差值2”為“實(shí)測(cè)”減“三峽前”。雖然2007-2014年實(shí)測(cè)值與還現(xiàn)值的序列長(zhǎng)度不一致，且所處的水文周期不同，可比性較低，但實(shí)測(cè)序列中水位的變化趨勢(shì)及變化幅度可在一定程度上驗(yàn)證還現(xiàn)值的合理性。

由表4可知，三峽后湖區(qū)9-10月平均水位均出現(xiàn)了明顯下降，還現(xiàn)值序列三峽后降幅為0.96～2.67 m。其中：贛江尾閭降幅相對(duì)較大，降幅為1.46～2.67 m；湖盆區(qū)及入江水道降幅為 0.96～1.54 m，湖盆區(qū)北部水位降幅大于湖盆區(qū)南部。2007-014年實(shí)測(cè)值序列水位降幅為0.87～2.29 m，最大降幅發(fā)生在贛江尾閭，湖盆區(qū)北部水位降幅大于南部。還現(xiàn)值的變化幅度及分布特點(diǎn)與實(shí)測(cè)值一致，說(shuō)明采用水位相關(guān)法獲得的還現(xiàn)值序列較合理，滿足分析要求。

表4 部分測(cè)站水位變化Tab.4 Water level variation of partial stations

3.2 灌溉取水保證率變化分析

表5為主要圩區(qū)灌溉取水保證率變化結(jié)果。三峽水庫(kù)蓄水前，9-10月湖區(qū)水位相對(duì)穩(wěn)定，灌溉取水保證率為78.5%～89.9%，按灌溉面積加權(quán)平均值為85.2%，基本滿足灌溉設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。三峽水庫(kù)蓄水后，在三峽蓄水、河(湖)床沖淤變化等因素影響下，湖區(qū)水位明顯下降，灌溉水源條件惡化，9-10月 灌溉取水保證率降為21.0%～80.5%，灌溉取水保證率加權(quán)平均值降為64.4%。其中：降幅最小的為信瑞聯(lián)圩，由80.8%下降為74.7%，降幅最大的為五星圩，由80.6%下降為21%。湖區(qū)灌溉取水保證率明顯下降，已低于灌溉設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

表5 主要圩區(qū)灌溉取水保證率變化Tab.5 Variation of irrigation water guarantee rate in main polder

灌溉取水保證率變化幅度除與外河(湖)水位降幅有關(guān)外，還與取水設(shè)施最低取水位有關(guān)，若圩區(qū)已建取水設(shè)施最低取水位較低，則取水功能受外河水位下降影響較小，反之所受影響較大。五星圩位于贛江尾閭北支，取水設(shè)施最低取水位為11.24～11.6 m，而該圩區(qū)處9-10月外河平均水位和最低水位在三峽前分別為14.6、11.7 m，三峽后分別為12.7、10.6 m，三峽后9-10月外河最低水位低于取水設(shè)施最低取水位0.64～1 m，灌溉取水受破壞概率增加，灌溉取水保證率下降。

4 結(jié) 論

鄱陽(yáng)湖區(qū)枯水位降低、枯水期提前、枯水歷時(shí)加長(zhǎng)的情況呈常態(tài)化趨勢(shì)，三峽水庫(kù)蓄水后湖區(qū)及入湖尾閭主要測(cè)站9-10月平均水位均出現(xiàn)明顯下降，降幅為0.96～2.67 m，其中：贛江尾閭降幅相對(duì)較大，降低值為1.46～2.67 m；湖盆區(qū)及入江水道降幅為0.96～1.54 m，湖盆區(qū)北部水位降幅大于湖盆區(qū)南部。

三峽水庫(kù)蓄水前，9-10月湖區(qū)水位相對(duì)穩(wěn)定，灌溉取水保證率為78.5%～89.9%，加權(quán)平均值為85.2%，基本滿足灌溉設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。三峽水庫(kù)蓄水后，9-10月湖區(qū)水位明顯下降[11-13]，灌溉取水保證率降為21.0%～80.5%，加權(quán)平均值降為64.4%，低于灌溉設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，給湖區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉造成了較嚴(yán)重的影響。

隨著三峽水庫(kù)蓄水與河(湖)床沖淤變化對(duì)鄱陽(yáng)湖區(qū)水位降低的影響不斷加重，通過(guò)調(diào)整水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行方式等非工程措施，也難以根本解決湖區(qū)低枯水位的問(wèn)題[21]，湖區(qū)灌溉水源條件惡化等水資源利用問(wèn)題將更加突出。為系統(tǒng)解決湖區(qū)水資源利用問(wèn)題，迫切需要采用適當(dāng)?shù)墓こ檀胧┻M(jìn)行調(diào)控[20]。當(dāng)前江西省大力推進(jìn)的鄱陽(yáng)湖水利樞紐工程，通過(guò)遵循“控枯不控洪”的原則調(diào)節(jié)徑流，可有效控制9-10月鄱陽(yáng)湖水位[22]，為湖區(qū)灌溉、供水、航運(yùn)等水資源綜合利用創(chuàng)造條件，應(yīng)加快推進(jìn)該工程的前期論證工作。

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