景曉菊，黃志強，黨 祥，張瑞剛

(1.湖北省水利水電科學研究院，湖北 武漢 430070；2.水利部長江水利委員會河湖保護與建設運行安全中心，湖北 武漢 430010)

水資源配置是實現(xiàn)水資源合理開發(fā)利用的基礎，解決水資源供需矛盾的關鍵所在[1]。 已有學者[2-11]主要開展了基于大系統(tǒng)理論的水資源配置，基于協(xié)調(diào)水資源供需與區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的可持續(xù)發(fā)展水資源配置，面向生態(tài)水資源配置，基于ET的水資源配置等。 張守平等[12]提出了水量水質(zhì)聯(lián)合配置研究的理論方法。 邵東國等[13]、蘇心玥等[14]將公平性、用水效率引入水資源配置。 金蓉[15]、馮房觀等[16]提出生活、生產(chǎn)用水優(yōu)化配置的分類細化研究。 水資源優(yōu)化配置研究成果日趨豐富，但對于不同類型用水研究仍舊具有繼續(xù)開拓的空間，區(qū)域用水優(yōu)化配置考慮要素仍有待進一步完善。

香溪河流域現(xiàn)狀開發(fā)利用程度低，水利設施不足導致供需矛盾突出。 本文分析香溪河水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀，綜合考慮農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活、生態(tài)用水戶之間用水權(quán)益，科學制定用水對象的優(yōu)先等級，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高各部門用水效率，合理科學預測需水量，結(jié)合現(xiàn)有水源條件和開發(fā)利用規(guī)劃，提高水資源開發(fā)利用率，計算流域可供水量；按照以供定需原則，通過平衡分析對流域可利用水資源在區(qū)域和各用水戶之間進行配置，確定水資源的優(yōu)化配置方案，解決香溪河局部地區(qū)水資源供需矛盾，維護香溪河流域社會生活、經(jīng)濟發(fā)展需水安全，改善水生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

1 流域基本情況

香溪河為長江三峽庫區(qū)一級支流，分東、西兩大源流，東源為干流，發(fā)源于神農(nóng)架林區(qū)騾馬店，西源發(fā)源于神農(nóng)架山南的紅河。 東、西2 條河流在響灘匯合始稱香溪河，于峽口匯高嵐河，流至游家河入秭歸縣，在秭歸縣境內(nèi)流經(jīng)21 km后匯入長江。 香溪河水系見圖1。 香溪河承雨面積3 238 km2，全長105 km，年均徑流深532 mm，多年平均地下徑流量8.99 億m3，多年平均水資源總量為17.23 億m3。

圖1 香溪河流域水系及站點分布

2 水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

2.1現(xiàn)狀供水工程

香溪河流域共有水庫18 座，1 座大(2)型水庫即古洞口一級水庫，1 座中型水庫即毛家河水庫，3座小(1)型水庫，13 座小(2)型水庫；總庫容17 587萬m3，興利庫容8 557 萬m3。 塘堰298 處，總蓄水量147 萬m3；水窖17 541 處，總蓄水量75 萬m3。引提水工程695 處，設計引水流量1.14 m3/s。 現(xiàn)狀香溪河流域無外流域調(diào)水工程，流域內(nèi)調(diào)水工程歸州灌區(qū)，設計灌溉面積10 km2，流域內(nèi)有效灌溉面積僅2 km2。

2.2 流域水資源開發(fā)利用特點及存在問題

2010—2018 年流域年平均供用水量為5 037 萬m3，占水資源總量的2.92%，開發(fā)利用程度低，存在主要問題如下:一是香溪河流域降雨豐富，時空分布不均，上中下游各區(qū)域水資源不平衡；二是隨著城市供水對水量、水質(zhì)需求不斷提升，城鎮(zhèn)用水擠占農(nóng)業(yè)和生態(tài)用水問題越發(fā)突出；三是現(xiàn)有供水工程不足，配套工程不完善，缺乏統(tǒng)一調(diào)度等導致對地表徑流調(diào)節(jié)能力有限，部分地區(qū)供水能力不能滿足社會經(jīng)濟發(fā)展需要；四是“重建輕管”“重經(jīng)濟輕生態(tài)”等問題存在，水利管理體制還有待完善。

3 水資源供需平衡

3.1 工作范圍及水平年

香溪河流域涉及神農(nóng)架林區(qū)、興山縣、秭歸縣、夷陵區(qū)、?？悼h等3 個地級市5 個縣(市、區(qū))15 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，分別占各個市縣(區(qū))面積比例為27.76%、89.31%、8.93%、1.09%、0.24%，各縣市境內(nèi)流域面積占整個流域比例分別為27.71%、64.21%、6.69%、1.15%、0.24%。 流域涉及?？悼h為香溪河源頭，人口稀少，耕地稀缺，大部分為林區(qū)，幾乎無用水戶，且無水利工程，面積占流域比例、占縣域比例極低，本次香溪河流域水資源配置范圍不考慮?？悼h；現(xiàn)狀年、規(guī)劃水平年范圍基本一致，分為神農(nóng)架林區(qū)、興山縣、秭歸縣、夷陵區(qū)4 個計算分區(qū)，見圖2。 現(xiàn)狀水平年為2018 年，規(guī)劃水平年為2030 年。

3.2 經(jīng)濟社會發(fā)展現(xiàn)狀及預測

根據(jù)2018 年各行政區(qū)統(tǒng)計年鑒，2018 年香溪河流域總?cè)丝?9.93 萬人，其中城鎮(zhèn)人口8.17 萬人，總體城鎮(zhèn)化率41.02%，其中神農(nóng)架林區(qū)33.24%，興山縣41.82%，秭歸縣、夷陵區(qū)均為農(nóng)村。 根據(jù)近幾年各行政區(qū)人口、地區(qū)生產(chǎn)總值增長率趨勢，結(jié)合相關規(guī)劃，分析各行政區(qū)人口、地區(qū)生產(chǎn)總值增長率和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整情況，預測規(guī)劃水平年2030 年經(jīng)濟社會發(fā)展指標。 參考各行政區(qū)城市總體規(guī)劃、《湖北省灌溉發(fā)展總體規(guī)劃》《湖北省水資源綜合規(guī)劃》等關于流域內(nèi)各縣市耕地、灌溉面積預測成果，優(yōu)化作物種植結(jié)構(gòu)，仍以馬鈴薯和玉米為主，適當降低玉米種植比例，適當擴種小麥、中稻、油菜、蔬菜。 香溪河流域現(xiàn)狀、規(guī)劃水平年主要經(jīng)濟指標預測成果見圖2。

圖2 香溪河流域計算分區(qū)范圍、水平年主要經(jīng)濟指標預測示意

3.3 需水預測

在香溪河流域各行政區(qū)2018 年水資源公報現(xiàn)狀定額基礎上，充分考慮節(jié)水技術(shù)、管理水平以及生活水平提高因素，城鎮(zhèn)生活、農(nóng)村人畜飲水采用人均用水定額法計算；調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和優(yōu)化升級，提高用水重復水平和推廣先進節(jié)水工藝與技術(shù)等措施，結(jié)合神農(nóng)架林區(qū)、宜昌市最嚴格水資源管理三條紅線用水效率分解指標、總體規(guī)劃及水利發(fā)展規(guī)劃要求，工業(yè)、建筑業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)等生產(chǎn)需水采用萬元增加值定額法計算。 農(nóng)業(yè)灌水采用灌溉定額計算，收集神農(nóng)架、興山、秭歸3 個氣象站1976—2018 年逐日氣象資料，參照《湖北省灌溉用水定額修編》相關計算參數(shù)成果計算農(nóng)作物灌溉定額。 河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量按多年平均徑流量的10%計算，古洞口水庫最小生態(tài)流量為1.99 m3/s。 河道外生態(tài)用水主要集中在鎮(zhèn)區(qū)道路澆灑和公園綠化，采用單位面積定額法計算。 2030 年香溪河流域總需水量為8 430 萬m3。

3.4 可供水量預測

3.4.1 徑流

a)興山(二)站徑流。 興山(二)站作為本次徑流分析采用的參證站，其1976—1999 年實測徑流接近天然狀況，整編方法一致，能滿足本次規(guī)劃要求。上游古洞口水庫1999 年5 月下閘蓄水，興山(二)站建庫蓄水后的實測徑流一致性遭到破壞。 本次采用紅花、九沖、水果園、中日埡、青山、鄭家坪、南陽河等7 個雨量站及文武、寒溪口、南陽、古夫、興山(二)站5 個水文站降雨量按泰森多邊形法計算興山(二)站以上流域面雨量，擬合興山(二)站以上流域1976—1998 年降雨-徑流關系(圖3)，其降雨徑流點據(jù)基本呈帶狀分布，徑流隨降水增大而增大的趨勢明顯。 依據(jù)興山(二)站以上流域1999—2018年面降雨量及逐年逐月降雨分配比例，比擬得興山(二)站1999—2018 年天然逐月徑流系列，與實測1976—1998 年徑流系列形成興山(二)站1976—2018 年天然徑流系列。

圖3 興山(二)站以上流域面降雨-徑流深

b)分區(qū)徑流。 香溪河流域計算分區(qū)面降雨量按泰森多邊形法計算，天然年、月徑流系列考慮降雨修正按照計算分區(qū)面積與興山(二)站控制面積的比值移置，得香溪河流域1976—2018 年神農(nóng)架林區(qū)、興山縣、秭歸縣、夷陵區(qū)、整個流域多年平均面降雨量分別為1 172、982、972、1 001、1 003 mm，多年平均年徑流深分別為621、521、515、531、532 mm。對照《湖北省第三次全國水資源調(diào)查評價報告》成果，香溪河流域多年平均降雨量主要位于900 ～1 200 mm等值線，多年平均徑流深主要位于500 ～600 mm等值線，本次徑流成果在合理范圍之內(nèi)。

3.4.2 可供水量分析復核

根據(jù)香溪河流域供水規(guī)劃，2030 年新建及擴建供水工程(圖4)，經(jīng)計算，香溪河2030 年可供水量為1.40 億m3。

圖4 香溪河流域2030 年水利工程分布

3.5 水資源供需平衡分析復核

3.5.1 供需平衡分析原則

本次香溪河水資源供需平衡分析分片計算、總體平衡，采用1976 年4 月至2018 年3 月共43 年長系列時歷法計算，計算時段為月。 用水戶優(yōu)先確保生活和二三產(chǎn)業(yè)用水，其次為農(nóng)業(yè)灌溉用水，最后為河道外生態(tài)環(huán)境用水，供水工程優(yōu)先次序為塘堰、小型水庫、中型水庫、引水工程、提水工程、古洞口水庫、地下水。 其中塘堰只供給農(nóng)業(yè)用水，采用復蓄次數(shù)法計算塘堰供水能力，小型水庫、中型水庫分為只供灌溉、生產(chǎn)、生態(tài)用水和各行業(yè)均可供水2 種類型，古洞口水庫負責古夫鎮(zhèn)各行業(yè)用水和昭君鎮(zhèn)部分生活用水，小型水庫分片進行概化合并成若干個“小型水庫”，對唯一的中型和大型水庫單獨調(diào)算，水庫供水量根據(jù)來水量扣除生態(tài)下泄流量、棄水量和蒸發(fā)滲漏損失量。 引提水閘站供水量根據(jù)閘站規(guī)模、控制面積以及水源來水情況分析計算實際供水。地下水主要供水對象為少量農(nóng)村安全飲水，由于供水量極小本次忽略不計。

3.5.2 供需平衡分析

a)基準年供需平衡。 根據(jù)前述供需預測及平衡分析方法，計算基準年水資源供需平衡。

b)規(guī)劃年一次平衡。 規(guī)劃水平年一次供需平衡考慮了人口自然增長、經(jīng)濟發(fā)展、城市化程度和人民生活水平提高，需水量為不考慮節(jié)水條件下的規(guī)劃水平年需水量，按供水預測的“零方案”，即在現(xiàn)狀水資源開發(fā)利用格局和發(fā)揮現(xiàn)有供水工程潛力的情況下進行水資源供需分析，反映已有工程對未來規(guī)劃水平年合理需水要求的滿足程度，為確定未來水資源開發(fā)利用方向、節(jié)水、挖潛等措施提供依據(jù)，為解決水資源供需矛盾奠定基礎。

c)規(guī)劃年二次平衡。 由于一次供需平衡計算結(jié)果有缺口，故在一次平衡基礎上，立足當?shù)厮Y源條件，根據(jù)供水規(guī)劃，2030 年香溪河流域神農(nóng)架林區(qū)新建4 個水廠，改擴建2 個水廠，提升1 個水廠，小型集中工程36 處，分散供水工程368 處。 興山縣生活供水包括現(xiàn)有水源古洞口水庫、后坪水庫2 處水庫外，新增利用現(xiàn)有灘坪水庫，新建小(2)水庫4座、中型水庫1 座；秭歸縣新建1 處引水工程、2 座小(2)型水庫。 通過新建及擴建供水工程、合理調(diào)配，進行二次供需平衡分析，采用原則、調(diào)算方法與一次平衡類似，不同的是供水考慮了規(guī)劃水平年各行業(yè)新增水源工程的供水方案。 香溪河不同水平年水資源供需平衡計算匯總見表1。

表1 基準年及規(guī)劃水平年平衡成果單位:萬m3

本次生活用水、二三產(chǎn)業(yè)用水保證率為95%，農(nóng)業(yè)用水、生態(tài)用水保證率為75%，從以上分析計算可以得知:神農(nóng)架林區(qū)基準年、一次平衡各行業(yè)供水保證率為0；興山縣基準年、一次平衡各行業(yè)均不缺水，水量完全滿足需求；秭歸縣基準年、一次平衡生活、農(nóng)業(yè)供水保證率達不到設計保證率要求，可見基準年神農(nóng)架、秭歸縣供水保證率低，加之工程老損破壞，進一步加深了供水破壞程度，缺水問題嚴重，生活、生產(chǎn)和生態(tài)用水安全均受到嚴重威脅；在發(fā)揮現(xiàn)有供水工程潛力進行一次平衡計算后可知，國民經(jīng)濟各行業(yè)缺水狀況未得到改善，主要為工程性缺水；在充分利用水資源和新建蓄、引水工程進行二次平衡分析可知，平水年(P=50%)、一般枯水年(P=75%)香溪河流域均不缺水；特枯年(P=95%)僅秭歸縣存在農(nóng)業(yè)缺水，其余3 個縣(市)分區(qū)均不缺水，基本實現(xiàn)水資源供需平衡，國民經(jīng)濟各行業(yè)用水需求得到基本保障。

2030 年香溪河流域二次平衡多年平均、平水年、一般枯水年、特枯年需水量比2018 年分別增加了1 686 萬、1 664 萬、1 687 萬、2 468 萬m3；供水工程格局不變、經(jīng)濟社會發(fā)展情況下，充分挖潛配套現(xiàn)有供水工程，香溪河流域一次平衡多年平均、平水年、一般枯水年、特枯年供水量比2018 年分別增加了1 308 萬、1 228 萬、1 269 萬、1 856 萬m3；充分挖潛配套現(xiàn)有供水工程后，通過新建供水工程，香溪河流域二次平衡多年平均、平水年、一般枯水年、特枯年供水量比一次平衡分別增加了681 萬、722 萬、790 萬、1 091 萬m3。

4 水資源配置方案及合理性分析

4.1 水資源配置方案

2030 年香溪河流域多年平均需水量8 430 萬m3，比2018 年實際用水量增加3 086 萬m3。 水資源配置方案依據(jù)香溪河流域社會、經(jīng)濟、生態(tài)、環(huán)境等方面具體情況，遵循全面節(jié)約、有效保護、合理開源的原則優(yōu)化水資源配置，重點是在節(jié)水減污基礎上加強用水總量控制和定額管理，加強現(xiàn)有工程設施的挖潛配套和節(jié)水改造，根據(jù)水資源條件科學合理規(guī)劃新建一批水資源調(diào)控工程，結(jié)合優(yōu)化調(diào)度，合理配置水資源。

2030 年香溪河共配置水資源8 427 萬m3，按用水戶劃分生活用水、二三產(chǎn)業(yè)、農(nóng)業(yè)及生態(tài)環(huán)境用水分別為1 216 萬、3 595 萬、3 573 萬、43 萬m3；按供水水源劃分，塘堰、小(2)型水庫、小(1)型水庫、中型水庫、引水工程、古洞口水庫配置水量分別為174萬、5 563 萬、129 萬、175 萬、605 萬、1 782 萬m3。按香溪河流域、外流域調(diào)入水資源配置劃分，本地水水資源量8 318 萬m3，外流域向香溪河調(diào)入水資源量109 萬m3，無向流域外調(diào)水量。 按照行政區(qū)劃分配置水資源，神農(nóng)架林區(qū)、興山縣、秭歸縣、夷陵區(qū)分別為607 萬、7 439 萬、370 萬、10 萬m3。 2030 年水資源配置成果見表2、圖5—8。

圖5 香溪河2030 年分行業(yè)水資源配置

表2 香溪河2030 年水資源配置成果單位:萬m3

4.2 配置方案合理性分析

本次流域各行政區(qū)水資源配置成果均在紅線指標范圍內(nèi)，與各行政區(qū)用水總量控制指標相銜接。

香溪河流域流域平均水平主要受興山縣影響。興山縣單位國土面積、人均和萬元GDP分配水量相比其他縣市更接近且稍高于流域平均值，其他縣市低于流域平均值。 神農(nóng)架林區(qū)農(nóng)村、城鎮(zhèn)均衡分布，其配置水量占流域比例與其人口、GDP占流域比例協(xié)調(diào)，全為引水工程，灌溉水利用系數(shù)最大，畝均用水量最小。 秭歸縣生產(chǎn)用水僅為灌溉用水，僅占流域1%，萬元GDP水量最大，遠高于流域平均值，灌溉面積占流域14%，畝均定額最小。 夷陵區(qū)僅農(nóng)村生活用水，總配置水量最小。 總體來看，各縣市區(qū)分配水量與總?cè)丝?、GDP、灌溉面積等經(jīng)濟指標較為協(xié)調(diào)。

圖6 香溪河2030 年不同供水水源水資源配置

圖7 香溪河2030 年本地水、外流域調(diào)入水資源配置

圖8 香溪河2030 年不同行政區(qū)水資源配置

5 結(jié)論

香溪河流域水資源豐富，時空地域分布不均，開發(fā)利用程度低，香溪河流域水資源配置成果方案以現(xiàn)狀統(tǒng)計成果、經(jīng)濟和社會發(fā)展指標為依據(jù)，充分落實最嚴格水資源管理制度的用水總量、用水效率控制指標要求，積極推進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整力度，充分利用新建供水工程解決香溪河流域神農(nóng)架林區(qū)、秭歸縣局部缺水問題，為未來香溪河流域各縣(區(qū))、各行業(yè)水資源供需關系提出優(yōu)化配置方案，2030 年香溪河配置水量8 427 萬m3，達到供需平衡，計算成果合理，能為流域水資源合理均衡配置提供一定理論參考，實現(xiàn)水資源支撐生活、生產(chǎn)、生態(tài)可持續(xù)發(fā)展。