（中水淮河規(guī)劃設(shè)計研究有限公司 合肥 230601）

1 研究背景

淮河流域地處我國南北氣候過渡帶，水資源時空分布不均，受全球氣候變化以及人口和經(jīng)濟社會的快速發(fā)展影響，淮河流域已成為我國水資源短缺和水污染嚴重的地區(qū)，嚴峻的水資源安全問題已成為制約流域經(jīng)濟社會發(fā)展的重要因素。

開展淮河流域供水安全保障關(guān)鍵技術(shù)研究，可以充分認識經(jīng)濟社會發(fā)展與水資源的供求關(guān)系及相互影響，從時序斷面、區(qū)域空間、經(jīng)濟領(lǐng)域發(fā)展結(jié)構(gòu)需求等方面，全面深入論證淮河和諧發(fā)展的經(jīng)濟模式和水資源規(guī)劃與配置方略，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)區(qū)域之間、行業(yè)之間、區(qū)域規(guī)劃和專業(yè)規(guī)劃之間的矛盾，科學(xué)編制流域綜合規(guī)劃，保障淮河流域城鄉(xiāng)飲水安全、糧食需求安全、生態(tài)發(fā)展安全，實現(xiàn)流域水資源—經(jīng)濟社會—生態(tài)與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。

淮河流域供水安全保障關(guān)鍵技術(shù)研究，是經(jīng)水利部國際合作與科技司批復(fù)的國家公益性行業(yè)科研專項，是淮河流域水資源安全問題研究的課題之一。本課題包括氣候變化對流域供水安全保障影響研究、流域經(jīng)濟社會與水資源協(xié)調(diào)發(fā)展評估標準研究、流域經(jīng)濟社會、生態(tài)環(huán)境與水資源協(xié)調(diào)發(fā)展模擬技術(shù)研究、糧食生產(chǎn)供水安全標準及實現(xiàn)途徑研究、城鄉(xiāng)飲水安全供水預(yù)警技術(shù)研究共5 個子課題。

2 研究思路

通過未來氣候情景設(shè)計和水文模擬，研究氣候變化對流域供水安全保障影響；根據(jù)歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計與對比分析，選取定量化指標構(gòu)建評價指標體系和評價標準，進行流域經(jīng)濟社會與水資源協(xié)調(diào)發(fā)展評估；根據(jù)淮河流域水資源、經(jīng)濟社會與生態(tài)環(huán)境統(tǒng)計數(shù)據(jù)，通過分解與整合技術(shù)，開展流域經(jīng)濟社會、生態(tài)環(huán)境與水資源協(xié)調(diào)發(fā)展模擬技術(shù)研究；評價農(nóng)業(yè)灌溉對糧食生產(chǎn)的作用，研究虧水灌溉對糧食產(chǎn)量的影響，提出糧食生產(chǎn)供水安全標準及實現(xiàn)途徑；建立流域城鄉(xiāng)飲水安全供水預(yù)警模型，構(gòu)建流域城鄉(xiāng)飲水安全供水預(yù)警體系，開展流域城鄉(xiāng)飲水安全供水預(yù)警技術(shù)研究。

其中氣候變化對流域供水安全保障影響研究、流域經(jīng)濟社會與水資源協(xié)調(diào)發(fā)展評估是流域經(jīng)濟社會、生態(tài)環(huán)境與水資源協(xié)調(diào)發(fā)展模擬技術(shù)研究的基礎(chǔ)，糧食生產(chǎn)供水安全標準及實現(xiàn)途徑及城鄉(xiāng)飲水安全供水預(yù)警技術(shù)研究與流域經(jīng)濟社會、生態(tài)環(huán)境與水資源協(xié)調(diào)發(fā)展模擬技術(shù)研究相互聯(lián)系相互制約。

3 主要研究成果

3.1 氣候變化對淮河流域水資源趨勢影響

流域未來氣候變化對水資源趨勢影響研究采用美國國家大氣研究中心（NCAR）研發(fā)的通用氣候系統(tǒng)模式第3 版NCAR-CCSM3.3 氣候模式資料，建立了流域情境氣候模式—水資源的月水量平衡模型，分析了流域未來不同氣候情境下的水資源變化趨勢。

相對于現(xiàn)狀多年平均年徑流量（1980—2010年），NCAR-CCSM3.3 氣候模式預(yù)估流域大部分區(qū)域在未來情景下，2001年—2100年淮河流域年徑流量呈現(xiàn)不顯著上升趨勢，其中A2、A1B、和B1情景下增加速率分別為7mm/10年、11mm/10年和2mm/10年。

3.2 經(jīng)濟社會與水資源協(xié)調(diào)發(fā)展評估

3.2.1 經(jīng)濟社會與水資源的關(guān)系研究

利用完全分解模型，分析了淮河流域各城市用水量的影響因素及單位GDP 用水量變化的影響因素。研究發(fā)現(xiàn)淮河流域各省均表現(xiàn)為富裕程度和技術(shù)水平對用水變化的影響較大，而對各省單位GDP用水量變化影響因素的研究發(fā)現(xiàn)淮河流域效率提升占主要貢獻，而結(jié)構(gòu)優(yōu)化的提升效應(yīng)只在部分年份較為明顯。在各產(chǎn)業(yè)用水效率提升的貢獻中，第一產(chǎn)業(yè)和第二產(chǎn)業(yè)貢獻較大。

3.2.2 淮河流域經(jīng)濟社會與水資源協(xié)調(diào)發(fā)展評價指標體系

通過建立經(jīng)濟社會與水資源協(xié)調(diào)發(fā)展指標體系來對淮河流域協(xié)調(diào)發(fā)展程度進行評價。指標體系由水資源系統(tǒng)與流域三生系統(tǒng)這兩部分組成，水資源系統(tǒng)的指標從水質(zhì)、水量兩方面對其進行評價，流域三生系統(tǒng)指流域生產(chǎn)、流域生活和流域生態(tài)三個方面。經(jīng)濟社會與水資源協(xié)調(diào)發(fā)展的評估標準由水資源系統(tǒng)和流域三生系統(tǒng)共同決定。指標體系共有七項指標，每一項指標都根據(jù)淮河流域水資源剛性制約和經(jīng)濟發(fā)展客觀需求給出了評估標準值。七個指標全部達標，方表明淮河流域經(jīng)濟社會與水資源發(fā)展協(xié)調(diào)，如果七個指標中有任何一項指標不達標，即表明淮河流域經(jīng)濟社會與水資源發(fā)展欠協(xié)調(diào)（見表1）。

3.3 淮河流域經(jīng)濟社會、生態(tài)環(huán)境與水資源協(xié)調(diào)發(fā)展技術(shù)

3.3.1 淮河流域經(jīng)濟社會—水資源—生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展模擬模型

設(shè)定不同的情景方案，率定水資源的開發(fā)利用、污染物質(zhì)入河控制量、投資消費積累率等一系列水資源環(huán)境經(jīng)濟參數(shù)，設(shè)定相關(guān)的時空邊界條件，采用整體模型技術(shù)，構(gòu)建淮河流域經(jīng)濟社會—水資源—生態(tài)環(huán)境多過程模擬的協(xié)調(diào)分析模型，主要包括多目標分析模型、人口預(yù)測模型、宏觀經(jīng)濟預(yù)測模型、土地利用與糧食生產(chǎn)模塊、需水節(jié)水預(yù)測模型、供需分析模塊、水污染負荷排放與調(diào)控模型、水投資模塊和水資源利用模型等模塊。

通過模型分析，未來淮河流域經(jīng)濟社會慣性發(fā)展趨勢下水資源壓力巨大：考慮不同的節(jié)水情景（一般、強化、超強）在不同的經(jīng)濟發(fā)展模式下（高、中、低增長速度），淮河流域2020年需水量為595.9～680億m3，2030年為617.2～737.1 億m3（見表2）。從預(yù)測成果可以看出，無論采取什么樣的發(fā)展模式和嚴格的節(jié)水措施，淮河流域在2030年以前河道外需水量總體仍呈現(xiàn)出增長趨勢，未來淮河流域經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展面臨巨大的水資源壓力。

表1 經(jīng)濟社會與水資源協(xié)調(diào)發(fā)展指標體系及評價標準表（2030年）

表2 淮河流域不同情景河道外需水量表（單位：億m3）

3.3.2 利用模型進行多方案情景模擬

通過設(shè)定節(jié)水、治污、生態(tài)環(huán)境保護的不同情景，利用淮河流域水資源－經(jīng)濟社會－生態(tài)環(huán)境整體協(xié)調(diào)分析模型進行情景模擬。模擬成果顯示：節(jié)水和治污對淮河流域GDP 規(guī)模有顯著作用，除了能有效增加GDP 規(guī)模，加強節(jié)水治污力度，還能擴大農(nóng)田灌溉面積、增加糧食產(chǎn)量；加大節(jié)水、治污和再生水利用力度能有效提高淮河流域水資源承載能力；淮河流域治污效益大于節(jié)水效益。

根據(jù)《淮河區(qū)水資源綜合規(guī)劃》成果，2030年淮河流域用水總量指標應(yīng)不超過641 億m3。結(jié)合節(jié)水情景、治污情景分析成果，基于“以水定發(fā)展”的思路，推薦方案為22 方案（強化節(jié)水強化治污）。將推薦方案各二級流域不同子系統(tǒng)指標值進行協(xié)調(diào)度分析計算，結(jié)果顯示：淮河流域四個二級區(qū)按照推薦情景的發(fā)展、節(jié)水、治污方式，2020年、2030年社會經(jīng)濟、水資源與生態(tài)環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)與2009年相比，均向更加協(xié)調(diào)趨勢發(fā)展，整個流域也向著更加協(xié)調(diào)的方向發(fā)展。因此，該方案是在滿足用水總量控制目標前提下、有限的可利用水資源量得到最優(yōu)配置的多目標綜合最優(yōu)方案。

3.4 淮河流域糧食生產(chǎn)供水安全標準及實現(xiàn)途徑

3.4.1 虧水灌溉對糧食產(chǎn)量的影響

通過糧食作物受旱試驗，分析了淮河流域典型地區(qū)典型農(nóng)作物的需水量與需水規(guī)律，提出了淮河流域典型農(nóng)作物的作物水分生長函數(shù)；通過對照試驗，重點研究淮河流域各典型農(nóng)作物虧水灌溉條件下對糧食產(chǎn)量影響，試驗結(jié)果表明，當淮河流域糧食灌溉水量缺水4.71%時，三種主要糧食作物綜合減產(chǎn)率小于3%。

表3 典型城市城鄉(xiāng)生活供水警戒線表

3.4.2 淮河流域農(nóng)業(yè)供水安全標準體系

從糧食產(chǎn)量、農(nóng)田有效灌溉面積、糧食灌溉水量和設(shè)計灌溉保證率與灌溉定額四個方面構(gòu)建了淮河流域農(nóng)業(yè)供水安全標準體系：①2030年淮河流域糧食產(chǎn)量1169 億kg；②2030年淮河流域農(nóng)田有效灌溉面積16568 萬畝；③2030年淮河流域糧食灌溉供水量355 億m3，淮河流域發(fā)生干旱時，若要控制糧食減產(chǎn)率低于3%時，則至少保證糧食灌溉供水量338 億m3；④2030年淮河流域農(nóng)業(yè)基本保障灌溉定額217m3/畝，充分保障灌溉定額227m3/畝。最后，從保障農(nóng)業(yè)用水供給、提高農(nóng)業(yè)用水效率和灌溉保證率三方面提出了淮河流域農(nóng)業(yè)供水安全保障途徑。

3.5 城鄉(xiāng)飲水安全供水預(yù)警技術(shù)研究

3.5.1 城鄉(xiāng)飲水安全供水預(yù)警模型

整個模型框架應(yīng)由大量相似的子模型塊組成，子模型以地市為單元，建立各地市的水文預(yù)報、水資源量、經(jīng)濟社會需水、水源地、水資源工程分布及供水量等各項指標與預(yù)警標志之間的邏輯關(guān)系，把人口和不同保障程度的用水定額做為預(yù)測規(guī)劃水平年城鄉(xiāng)居民生活用水警戒線的輸入量，分析規(guī)劃水平年各地市城鄉(xiāng)飲水安全供水保障程度，對供水量達到各種警戒線時，分析其危害程度，判定應(yīng)采取的工程及非工程措施，并對采取措施后的條件重新進入模型運行分析。供水警戒線分為四級，分別為藍色警戒線、黃色警戒線、橙色警戒線和紅色警戒線。

3.5.2 城鄉(xiāng)飲水安全供水預(yù)警體系

城鄉(xiāng)飲水安全供水預(yù)警體系中包含三大部分，一是制度體系，二是預(yù)警體系，三是措施體系。制度體系是城鄉(xiāng)飲水安全供水預(yù)警體系框架的基礎(chǔ)，主要為城鄉(xiāng)飲水安全供水預(yù)警制度的建設(shè)，包括預(yù)警制度的制定，組織實施的形式。預(yù)警體系是整個預(yù)警體系框架中的核心內(nèi)容，主要包括預(yù)警指標的選擇，預(yù)警指標的判別，供水量預(yù)警線的核算及利用模型進行預(yù)警。措施體系是預(yù)警體系框架中的保障，主要包括發(fā)出預(yù)警后采取的工程措施和非工程措施。

3.5.3 典型城市城鄉(xiāng)飲水安全供水預(yù)警體系

選取蚌埠市和亳州市作為典型城市，將城鄉(xiāng)飲水安全供水預(yù)警模型和城鄉(xiāng)飲水安全供水預(yù)警體系應(yīng)用于典型城市，采用城鄉(xiāng)飲水安全供水預(yù)警模型，分析規(guī)劃水平年各地市城鄉(xiāng)飲水安全供水保障程度，對供水量達到各種警戒線時，分析其危害程度，判定應(yīng)采取的工程及非工程措施，建立典型城市城鄉(xiāng)飲水安全供水預(yù)警體系（見表3）。

4 成果的創(chuàng)新性

（1）首次提出了淮河流域中長期水文情勢變化，提出了未來50～100年的流域降水、氣溫、徑流可能變化趨勢。

（2）揭示了淮河流域經(jīng)濟社會與水資源協(xié)同發(fā)展規(guī)律，提出淮河流域經(jīng)濟社會與水資源協(xié)調(diào)發(fā)展評估標準。

（3）提出了經(jīng)濟社會—水資源—生態(tài)環(huán)境協(xié)同發(fā)展模擬技術(shù)。構(gòu)建了淮河流域水資源環(huán)境經(jīng)濟一體化核算投入產(chǎn)出分析模型、水資源與經(jīng)濟社會協(xié)調(diào)發(fā)展研究的模型體系，系統(tǒng)地對淮河流域水資源與社會經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展進行了多目標、多情景、多視角的方案研究，提出了不同情景下的流域水資源承載能力和供水總量控制目標。

（4）首次提出了保障淮河流域糧食生產(chǎn)安全的用水量標準338 億m3。

（5）建立了淮河流域城鄉(xiāng)飲水安全供水預(yù)警體系、構(gòu)建了城鄉(xiāng)飲水安全供水預(yù)警模型。

5 成果推廣應(yīng)用情況

本課題研究成果直接服務(wù)于淮河流域水資源規(guī)劃和管理工作，可為淮河流域水利發(fā)展規(guī)劃和戰(zhàn)略目標的制定提供定量技術(shù)支持，為淮河流域未來建立與水資源相適應(yīng)的經(jīng)濟發(fā)展格局與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)提供指導(dǎo)和參考，為淮河流域水資源安全保障提供技術(shù)支持和政策支撐，對實現(xiàn)淮河流域糧食安全、城鄉(xiāng)供水安全和生態(tài)環(huán)境改善都具有重要意義，經(jīng)濟和社會效益巨大。

研究成果將在水利部、水利部淮河水利委員會、各參加研究的單位、流域各省水利主管部門和規(guī)劃設(shè)計部門共享?？芍苯討?yīng)用于流域的工程規(guī)劃設(shè)計、水資源優(yōu)化配置和調(diào)度、水資源管理等，同時也可直接推廣到國內(nèi)的其他流域■