王 冬,謝 帥,許繼軍,王永強(qiáng)

(1.長(zhǎng)江科學(xué)院 水資源綜合利用研究所,武漢 430010;2.長(zhǎng)江科學(xué)院 流域水資源與生態(tài)環(huán)境科學(xué)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,武漢 430010;3.長(zhǎng)江水利委員會(huì) 長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶保護(hù)與發(fā)展戰(zhàn)略研究中心,武漢 430010;4.長(zhǎng)江電力股份有限公司 智慧長(zhǎng)江與水電科學(xué)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 宜昌 443000)

0 引 言

在人類活動(dòng)和氣候變化的雙重影響下,眾多湖泊水文情勢(shì)發(fā)生調(diào)整,直接影響湖泊在生態(tài)環(huán)境、水文循環(huán)、防洪抗旱方面的功能發(fā)揮[1-3]。21世紀(jì)以來(lái),流域人類活動(dòng)日益增多、增強(qiáng),逐漸成為河湖水文情勢(shì)演化與調(diào)整的主導(dǎo)因素[2-4]。對(duì)于長(zhǎng)江流域而言,于2003年運(yùn)行的三峽工程是流域內(nèi)重要的水利工程,對(duì)流域水文情勢(shì)、泥沙輸運(yùn)、河道調(diào)整、水資源綜合利用等產(chǎn)生了顯著影響,其中以洞庭湖、鄱陽(yáng)湖為代表的河湖關(guān)系研究已成為關(guān)注的重點(diǎn)[1,5-7]。

鄱陽(yáng)湖是中國(guó)最大的淡水湖,和長(zhǎng)江互相連通,在長(zhǎng)江流域的生態(tài)系統(tǒng)、防洪以及湖區(qū)生產(chǎn)生活中發(fā)揮著重要作用。鄱陽(yáng)湖區(qū)是長(zhǎng)江中下游五大平原區(qū)之一,是我國(guó)重要商品糧基地和江西省的主要產(chǎn)糧區(qū),其灌溉極大程度上依賴于湖區(qū)引水,受鄱陽(yáng)湖水位變幅大與低枯水位的影響,當(dāng)湖水位低于工程最低取(用)水位時(shí),就會(huì)造成引水、取水困難,出現(xiàn)農(nóng)田干旱[8]。隨著長(zhǎng)江干支流的水資源綜合開(kāi)發(fā)利用,控制性水庫(kù)的建設(shè)、尤其長(zhǎng)江三峽工程建成蓄水運(yùn)行以來(lái),鄱陽(yáng)湖水文節(jié)律發(fā)生較大變化[9-10],具體表現(xiàn)為枯水時(shí)間提前、枯水期延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、枯水期水位下降[1,11-12],其在經(jīng)濟(jì)和生態(tài)系統(tǒng)中的功能發(fā)揮受到較大影響[1-2,9,13]。文獻(xiàn)[14]的研究表明,受到三峽水庫(kù)蓄水、天然降雨徑流變化、江湖沖淤及流域用水量增加等因素的影響,鄱陽(yáng)湖區(qū)枯水位降低、枯水期提前、枯水歷時(shí)加長(zhǎng)的情況將呈常態(tài)化趨勢(shì),且三峽及上游控制性水庫(kù)運(yùn)用后,蓄水期徑流減少以及干流河道沖刷加大將進(jìn)一步加劇鄱陽(yáng)湖區(qū)的枯水情勢(shì)。已有研究從生態(tài)、生產(chǎn)等角度分析了鄱陽(yáng)湖水文情勢(shì)變化的影響[2,13-14]。有研究認(rèn)為五河入湖流量減少將使枯水期湖區(qū)用水困難,三峽水庫(kù)蓄水期間鄱陽(yáng)湖出湖流量增加加劇了枯水期湖區(qū)用水困難[15]?？菟谒蛔兓瘜?huì)導(dǎo)致城鄉(xiāng)供水困難、灌溉水源不足等多方面問(wèn)題[14]。文獻(xiàn)[15]分析了鄱陽(yáng)湖低水位對(duì)環(huán)湖區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉的影響,結(jié)果表明環(huán)湖區(qū)取水口2003—2012年9—10月份水位相比1953—2002年同期水位降低明顯,給湖區(qū)農(nóng)業(yè)造成嚴(yán)重影響。為減弱三峽工程運(yùn)行后鄱陽(yáng)湖水文情勢(shì)演變對(duì)供水的不利影響,需在流域管理中采取相應(yīng)的措施[15-17]。但是,已開(kāi)展的研究中缺少三峽工程運(yùn)行對(duì)于湖區(qū)灌溉供水水量、水位滿足程度的定量評(píng)估,河湖區(qū)域水資源調(diào)控與湖區(qū)灌溉供水安全的矛盾的研究尚不深入。

本研究以鄱陽(yáng)湖為對(duì)象,研究三峽工程運(yùn)行對(duì)鄱陽(yáng)湖區(qū)水資源量、湖區(qū)水位的影響,定量分析三峽工程運(yùn)行對(duì)湖區(qū)灌溉供水水量和水位滿足程度等的影響,研究三峽水庫(kù)不同蓄水方案對(duì)水資源利用的影響,為長(zhǎng)江—鄱陽(yáng)湖區(qū)水資源利用和水安全保障提供參考。

1 數(shù)據(jù)及方法

1.1 研究區(qū)域

鄱陽(yáng)湖水系是以鄱陽(yáng)湖為匯集中心的輻聚水系,由贛江、撫河、信江、饒河、修水和環(huán)湖直接入湖河流入鄱陽(yáng)湖共同組成,各河來(lái)水匯聚鄱陽(yáng)湖后,于江西省湖口注入長(zhǎng)江,其水系站網(wǎng)圖如圖1所示。

流域地處長(zhǎng)江中下游右岸,位于113°30′E—118°31′E、24°29′N—30°02′N之間,流域面積16.22萬(wàn)km2,約占長(zhǎng)江流域面積的9%。流域內(nèi)河湖密布,控制面積>10 000 km2的河流有贛江、撫河、信江、饒河、修水5條,五河總計(jì)控制流域面積14.70萬(wàn)km2,占鄱陽(yáng)湖水系控制流域總面積的90.6%,其多年平均入湖水量約1 250億m3。本研究以鄱陽(yáng)湖區(qū)為研究對(duì)象,所稱鄱陽(yáng)湖區(qū)是指湖口水位22.50 m(吳淞高程)所影響的區(qū)域,湖區(qū)面積28 264 km2。

1.2 研究數(shù)據(jù)

研究中所采用的水文數(shù)據(jù)均為長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局的日尺度站點(diǎn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),包括1960—2019年的鄱陽(yáng)湖區(qū)水位、流量數(shù)據(jù)以及贛江、撫河、信江、饒河、修水5條河流的流量數(shù)據(jù)。具體水位、流量數(shù)據(jù)如表1所示。鄱陽(yáng)湖區(qū)代表水文站選擇鄱陽(yáng)、都昌、康山、星子站,出湖水文站選擇湖口站。鄱陽(yáng)湖入湖流量采用贛江的外洲站、撫河的李家渡站、信江的梅港站、饒河的虎山和渡峰坑站、修水的虬津和萬(wàn)家埠站的流量合成數(shù)據(jù)。

表1 水文數(shù)據(jù)

此外,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研,收集了鄱陽(yáng)湖區(qū)各水廠、堤垸的取用水?dāng)?shù)據(jù)。鄱陽(yáng)湖湖區(qū)內(nèi)供水水廠約有72座,堤垸約有47個(gè)。水廠和堤垸的數(shù)據(jù)情況如表2所示。

表2 取用水?dāng)?shù)據(jù)

1.3 研究方法

在研究中,首先以三峽水庫(kù)運(yùn)用為時(shí)間節(jié)點(diǎn),分為運(yùn)行前(1960—2002年)和運(yùn)行后(2003—2019年)2個(gè)階段,分析三峽工程運(yùn)行前后鄱陽(yáng)湖區(qū)水量變化及水資源供需平衡,然后定量分析鄱陽(yáng)湖區(qū)水位變化對(duì)鄱陽(yáng)湖區(qū)灌溉及城鄉(xiāng)供水安全的影響,最后分析三峽工程不同蓄水方案對(duì)供水安全的影響。

1.3.1 水量變化及水資源供需平衡分析方法

在水量變化分析中,采用如下水量平衡方程計(jì)算鄱陽(yáng)湖不同時(shí)段的湖區(qū)蓄水量V蓄,即

V蓄=V入-V出。

(1)

式中V入、V出分別為入湖徑流量和出湖徑流量。鄱陽(yáng)湖水在湖口出湖入江,因此以湖口站徑流量作為出湖徑流量V出。入湖徑流量根據(jù)五河七口入湖徑流量計(jì)算。

在水資源供需平衡分析中,根據(jù)鄱陽(yáng)湖天然湖泊容積曲線,結(jié)合湖區(qū)水位計(jì)算鄱陽(yáng)湖不同月份的容積作為湖區(qū)水量,根據(jù)調(diào)研查勘結(jié)果確定逐月需水過(guò)程,對(duì)比分析鄱陽(yáng)湖區(qū)可供水量和需水量。

1.3.2 灌溉供水滿足程度分析方法

在湖區(qū)灌溉供水安全分析中,由于缺乏各取水口的水位歷史數(shù)據(jù),因此需將各取水口的取水水位折算為附近站點(diǎn)的水位,然后分析水位的滿足程度,流程如圖2所示。首先,通過(guò)資料收集、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研等方式收集整理兩湖地區(qū)重要典型的城鄉(xiāng)供水取水口和農(nóng)業(yè)灌溉取水口的取水水位數(shù)據(jù);然后,將取水水位折算到附近水文站,確定不同水文站的灌溉供水安全水位;最后,對(duì)比安全水位和歷史水位過(guò)程,統(tǒng)計(jì)灌溉供水滿足程度及缺水量。

圖2 灌溉供水滿足程度分析流程

折算方法為根據(jù)湖區(qū)水面坡降,結(jié)合取水口和臨近斷面的距離,按如下公式折算,即

Hr=H0+LS。

(2)

式中：H0為取水口的最低取水高程;S為所在區(qū)域的水面坡降;L為取水口距離臨近控制代表站的距離,在控制代表站上游為負(fù),在控制代表站下游為正;Hr為該取水口在臨近控制代表站的最低取水水位,也就是控制代表站水位達(dá)到了Hr高程,該取水口就可以取到水。

將所有的取水口最低取水水位要求都折算到臨近控制代表站以后,對(duì)每個(gè)控制代表站,取各取水口最低取水水位要求的外包絡(luò)線,即最大值,作為控制代表站的灌溉及城鄉(xiāng)供水安全指標(biāo)?？紤]供水對(duì)象以及性質(zhì)不同,分別對(duì)城鄉(xiāng)供水和農(nóng)業(yè)灌溉提出一套水位安全指標(biāo)。

確定不同水文站安全水位后,根據(jù)其歷史水位過(guò)程,統(tǒng)計(jì)城鄉(xiāng)供水、農(nóng)業(yè)灌溉的水位滿足時(shí)間,計(jì)算水位滿足程度及水位不滿足要求時(shí)的缺水量。

1.3.3 三峽水庫(kù)不同蓄水方案的影響分析

基于《水利部關(guān)于“三峽(正常運(yùn)行期)-葛洲壩水利樞紐梯級(jí)度規(guī)程(2019年修訂版)”的批復(fù)》的三峽水庫(kù)蓄水方案,設(shè)置3種蓄水方案,分別模擬8—11月份的湖口水位變化過(guò)程,分析不同蓄水方案下的供水安全。各蓄水方案的控制時(shí)間和水位如表3所示。

表3 三峽水庫(kù)3種蓄水方案設(shè)置

2 鄱陽(yáng)湖區(qū)水量變化及水資源供需分析

2.1 鄱陽(yáng)湖區(qū)水量變化

2.1.1 鄱陽(yáng)湖入湖徑流變化

不同時(shí)段的鄱陽(yáng)湖入湖徑流量及其變化如圖3和表4所示,不同年份的鄱陽(yáng)湖入湖徑流量如圖4所示。1960—2002年、2003—2019年鄱陽(yáng)湖入湖徑流量分別為1 253.7×108m3和1 213.9×108m3,徑流量減少39.8×108m3,減幅為3.2%,其中9—10月份的徑流量減少23.4×108m3,減幅為20.4%。在年內(nèi)徑流量分配關(guān)系上看,11月份—次年3月份的徑流量增加(2.7～14.9)×108m3,增幅為4.9%～39.0%,4—10月份的徑流量減少(3.5～31.9)×108m3,減幅為1.5%～26.4%。整體來(lái)看,三峽運(yùn)行前后鄱陽(yáng)湖入湖徑流量的變化相對(duì)較小,在所有月份中,9月份和10月份的徑流量減少幅度相對(duì)較大,為15.7%和26.4%;1月份和12月份的徑流量增加幅度相對(duì)較大,分別為22.5%和39.0%。

圖3 鄱陽(yáng)湖不同時(shí)段入湖徑流量及其變化量

2.1.2 鄱陽(yáng)湖出湖徑流變化

不同時(shí)段的鄱陽(yáng)湖出湖徑流量及其變化如圖5和表4所示,不同年份的鄱陽(yáng)湖出湖徑流量如圖6所示。1960—2002年、2003—2019年鄱陽(yáng)湖出湖徑流量分別為1 496.6×108m3和1 507.3×108m3,出湖徑流量增加10.7×108m3,增幅為0.7%。在年內(nèi)徑流量分配關(guān)系上看,4—5、9—11月份的出湖徑流量減少(3.6～23.6)×108m3,減幅為3.6%～21.5%,其中9—10月份出湖徑流量減少26.4×108m3,減幅為13.0%。1—3、6—8、12月份出湖徑流量增加(3.4～24.0)×108m3,增幅為2.0%～36.1%。整體來(lái)看,三峽運(yùn)行前后鄱陽(yáng)湖出湖徑流量的變化相對(duì)較小。

圖4 鄱陽(yáng)湖入湖徑流量變化

圖5 鄱陽(yáng)湖不同時(shí)段出湖徑流量及其變化量

圖6 鄱陽(yáng)湖出湖徑流量變化

2.1.3 湖區(qū)蓄水量變化

根據(jù)鄱陽(yáng)湖入湖徑流量和出湖徑流量計(jì)算的不同時(shí)段鄱陽(yáng)湖蓄水量及其變化如圖7和表4所示。1960—2002年、2003—2019年鄱陽(yáng)湖年均蓄水量分別為-242.9×108m3和-293.5×108m3,蓄水量減少50.6×108m3,其中9—10月份蓄水量增加3.0×108m3。在年內(nèi)分配關(guān)系上看,5、10—11月份的蓄水量增加(7.3～21.1)×108m3,其中11月份的蓄水量增加21.1×108m3,增加幅度最大,1—4、6—9月的蓄水量減少(6.4～20.3)×108m3,其中6月份的蓄水量減少20.3×108m3,減少幅度最大。

圖7 鄱陽(yáng)湖不同時(shí)段蓄水量及其變化

2.2 湖區(qū)水資源供需平衡分析

2.2.1 湖區(qū)可供水量

三峽運(yùn)用前后鄱陽(yáng)湖多年平均年內(nèi)容積變化過(guò)程如圖8所示。1960—2002年、2003—2019年鄱陽(yáng)湖區(qū)水量分別在(2.2～139.3)×108m3、(2.1～119.3)×108m3之間,各月份的湖區(qū)水量均有所減少,減少水量在(0.1～41.4)×108m3,減幅為4.5%～73.6%。在所有月份中,9—10月份的湖區(qū)水量減少最為明顯,分別從79.9×108m3、46.9×108m3減少至38.5×108m3、12.4×108m3,減少幅度為51.8%、73.6%。其主要原因在于,一方面五河的天然來(lái)流減少,另一方面三峽水庫(kù)蓄水期下泄流量的減小降低中下游干流水位導(dǎo)致同樣來(lái)流條件下的鄱陽(yáng)湖出流加大。

圖8 三峽運(yùn)用前后湖區(qū)多年平均水量及變化量

2.2.2 鄱陽(yáng)湖區(qū)需水分析

鄱陽(yáng)湖區(qū)需水包括城鄉(xiāng)生活需水和灌溉需水。采用定額法估算鄱陽(yáng)湖區(qū)生活需水量。參考《鄱陽(yáng)湖區(qū)綜合治理規(guī)劃》,鄱陽(yáng)湖區(qū)現(xiàn)狀城鎮(zhèn)生活用水定額約為150 L/(人·d),農(nóng)村生活用水定額約為90 L/(人·d),生活需水量約為1.37億m3,平均分布在各個(gè)月份。農(nóng)業(yè)種植以水稻為主,農(nóng)業(yè)灌溉大部分依賴于湖區(qū)取水,其中主要作物灌溉期為4—10月份。按照現(xiàn)狀灌溉面積,根據(jù)定額法估算,鄱陽(yáng)湖湖區(qū)多年平均灌溉需水量為15.07億m3。綜合生活需水和灌溉需水,鄱陽(yáng)湖湖區(qū)總需水量為16.44億m3,逐月需水過(guò)程見(jiàn)圖9。從圖中可知,鄱陽(yáng)湖湖區(qū)生活和灌溉需水主要集中于4—10月份,需水量為(8 056～32 531)×104m3,其中9月份需水最多,為32 531×104m3,7、8、10月份需水也均超過(guò)2×108m3,分別為28 076×104、28 612×104、20 811×104m3。需水集中于4—10月份的主要原因在于湖區(qū)取水的主要目的在于農(nóng)業(yè)灌溉,其主要集中于4—10月份。

圖9 鄱陽(yáng)湖區(qū)生活和灌溉逐月需水量

2.2.3 鄱陽(yáng)湖區(qū)水資源供需平衡分析

對(duì)比湖區(qū)的總需水量和湖區(qū)水量(圖8和圖9)可知,相比于鄱陽(yáng)湖湖區(qū)水量,從鄱陽(yáng)湖區(qū)取水的灌溉和城鄉(xiāng)供水的需水量占比很小。因此,可以認(rèn)為鄱陽(yáng)湖水量能夠滿足湖區(qū)的生活和灌溉用水需求,從水量角度來(lái)看,不存在缺水問(wèn)題。但是,由湖區(qū)水量的變化趨勢(shì)可知三峽運(yùn)行后不同月份的湖區(qū)水量均有減小趨勢(shì),其中在需水較多的7—10月份的湖區(qū)水量減少(19.9～41.4)×108m3,可能會(huì)對(duì)未來(lái)水資源利用造成威脅。

3 鄱陽(yáng)湖區(qū)水位變化及灌溉供水安全評(píng)估

3.1 鄱陽(yáng)湖區(qū)水位變化

3.1.1 湖區(qū)月平均水位變化

1960—2002年、2003—2019年康山、都昌、星子和鄱陽(yáng)水文站各個(gè)時(shí)段月平均水位變化如圖10所示。對(duì)于康山站,1960—2002年、2003—2019年水位分別為13.4～17.8、13.2～17.3 m,水位變化在-1.5～0.1 m之間,其中6月份水位上升,為0.1 m,其它月份水位下降,9、10月份的水位下降較大,分別為1.2、1.5 m。對(duì)于都昌站,1960—2002年、2003—2019年水位分別為10.5～17.8、9.6～17.1 m,水位變化在-2.5～0.0 m之間,在所有月份,都昌站水位均有降低,其中9—11月份水位降幅較大,分別為1.6、2.5、1.7 m。對(duì)于星子站,1960—2002年、2003—2019年水位分別為9.1～18.0、9.1～17.4 m,水位變化在-2.5～0.0 m之間,在所有月份,星子站水位均有降低,其中9—11月份水位降幅較大,分別為1.6、2.5、1.6 m。對(duì)于鄱陽(yáng)站,1960—2002年、2003—2019年水位分別為13.7～18.0、13.7～17.3 m,水位變化在-1.2～0.1 m之間,在大部分月份,水位均呈下降趨勢(shì),其中9、10月份的水位降幅較大,分別為1.1、1.2 m。整體來(lái)看,各站點(diǎn)10月份的水位變化幅度最大,水位降低1.2～2.5 m,其次為9月份,水位降低1.1～1.6 m。9—10月份水位降低顯著有著多方面的原因,一方面9—10月份包括三峽在內(nèi)的長(zhǎng)江上中游控制性水庫(kù)蓄水導(dǎo)致了水位降低,另一方面長(zhǎng)江干流和入江水道下切也導(dǎo)致了水位的下降[14]。

圖10 不同時(shí)段鄱陽(yáng)湖各站點(diǎn)水位變化

3.1.2 湖區(qū)年最低水位變化

湖口、星子、康山、鄱陽(yáng)、都昌水位站1960—2019年的年最低水位見(jiàn)圖11。由圖11可知,湖口站年最低水位呈現(xiàn)微弱上升趨勢(shì),都昌年最低水位呈現(xiàn)微弱下降趨勢(shì),康山站、星子站和鄱陽(yáng)站年最低水位變化不明顯。年最低水位變化趨勢(shì)和整體水位變化趨勢(shì)不一致的主要原因在于,年最低水位多出現(xiàn)于枯期,而枯期三峽水庫(kù)加大對(duì)長(zhǎng)江中下游補(bǔ)水使得最低水位有所抬升。都昌站的年最低水位降低的主要原因在于采砂和入江水道整治工程等的影響。

圖11 鄱陽(yáng)湖區(qū)各站年最低水位過(guò)程

3.2 湖區(qū)灌溉及城鄉(xiāng)供水安全指標(biāo)

3.2.1 農(nóng)業(yè)灌溉水位安全指標(biāo)

根據(jù)湖水位年內(nèi)變化情況,在湖區(qū)農(nóng)田主灌溉期的4—10月間,低湖水位多發(fā)生于9—10月間,而4—8月間湖水位一般較高,基本能滿足灌溉要求。因此,9—10月是低湖水位對(duì)農(nóng)田灌溉的影響期。根據(jù)9、10月份各站的水位線變化情況和各縣圩區(qū)取水設(shè)施分布情況,分別以星子站、康山站、鄱陽(yáng)站為代表站確定灌溉安全控制水位。對(duì)水位進(jìn)行折算后確定星子站、康山站、鄱陽(yáng)站的控制水位分別為15、15、15.51 m。

3.2.2 城鄉(xiāng)供水水位安全指標(biāo)

鄱陽(yáng)湖湖區(qū)內(nèi)供水水廠較多,其中地處湖盆區(qū)的水廠其最低取水位高程一般較低,多在11～13 m之間;而尾閭河道水廠最低取水位較高,一般為14～17 m之間。經(jīng)過(guò)調(diào)研,湖區(qū)部分水廠采用外延取水口等手段,降低了取水水位。根據(jù)湖區(qū)現(xiàn)有城鎮(zhèn)水廠的設(shè)計(jì)最低取水位及經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展要求,并結(jié)合湖區(qū)鄉(xiāng)村水井供水情況,確定湖區(qū)滿足供水要求的最低控制水位為：星子站8.5 m,都昌站9 m,鄱陽(yáng)站9.5 m。

3.3 湖區(qū)灌溉及城鄉(xiāng)供水安全評(píng)估

3.3.1 灌溉安全評(píng)估

基于星子、康山、鄱陽(yáng)實(shí)測(cè)長(zhǎng)系列水位數(shù)據(jù),統(tǒng)計(jì)分析湖區(qū)堤垸灌溉取水水位的滿足程度及缺水量,結(jié)果如表5所示。1960—2002年,不同堤垸的灌溉水位滿足程度在76%～89.1%之間,平均值為83.6%,對(duì)應(yīng)缺水量為7 032×104m3;2003—2019年,鄱陽(yáng)湖湖區(qū)堤垸的灌溉水位滿足程度下降至13%～62.2%,其中大部分堤垸灌溉水位滿足程度下降至50%以下,平均值下降至42.7%,對(duì)應(yīng)年均缺水量增大至1.86×108m3,占2003—2019年均需水量15.07億m3的12.34%,供水安全受到了極大影響。

表5 鄱陽(yáng)湖湖區(qū)取水水位滿足程度

3.3.2 城鄉(xiāng)供水安全評(píng)估

基于星子、都昌、鄱陽(yáng)的實(shí)測(cè)長(zhǎng)系列水位數(shù)據(jù),統(tǒng)計(jì)分析湖區(qū)水廠取水水位的滿足程度及缺水量,結(jié)果如表5所示。1960—2002年,不同水廠的水位滿足程度在95.3%～100%之間,平均值為99.1%,對(duì)應(yīng)缺水量為78×104m3;2003—2019年,鄱陽(yáng)湖湖區(qū)水廠的水位滿足程度下降至73%～95.1%,平均值下降至87.5%,對(duì)應(yīng)年均缺水量增大至9 385×104m3,用水安全受到了較大影響。

整體來(lái)看,灌溉供水和城鄉(xiāng)供水安全均受到了較大影響,其主要原因在于需水最多的9、10月份的各站點(diǎn)水位下降最為顯著,難以滿足灌溉及城鄉(xiāng)供水的需求。

3.4 三峽水庫(kù)不同蓄水方案對(duì)水位及供水安全的影響

不同蓄水方案下湖口8—11月份多年平均水位過(guò)程與還原計(jì)算的水位過(guò)程如圖12所示,相比于還原計(jì)算的水位,不同蓄水方案在各個(gè)月份的水位下降值如表6所示。由表6可知,對(duì)于方案1,由于8月份蓄水量相對(duì)較小且長(zhǎng)江處于汛期,8月份水位受影響較小(降低0.02 m),9、10月份的蓄水量最大且10月份的蓄水量在3種方案中最大,因此9、10月份的水位受影響較大,其中10月份水位降幅1.21 m為3種方案中最大;對(duì)于方案2,8月份蓄水較早且蓄水量大于另外2種方案,因此8月份水位降幅0.15 m為3種方案中最大,9月份蓄水量雖小于方案1,但8月底湖水位較低導(dǎo)致了9月份水位降幅(0.78 m)大于方案1(0.67 m);對(duì)于方案3,8、9、10月份的蓄水量均不大于另外2種方案,因此水位降幅也為3種方案中最小,但由于11月份仍在蓄水,因此11月份平均水位仍下降顯著,降幅(0.78 m)為3種方案中最大。從水位過(guò)程來(lái)看(圖12),對(duì)于方案1,8月下旬后期就會(huì)對(duì)水位產(chǎn)生影響,9月中旬—10月底的水位降低速率較快;對(duì)于方案2,8月中旬后期就會(huì)對(duì)水位產(chǎn)生影響,9月中旬前對(duì)水位的影響在3種方案中最大,9月中旬—10月底的水位降低速率相對(duì)較小;對(duì)于方案3,在10月底之前對(duì)水位影響最小,11月份對(duì)水位影響顯著。整體來(lái)看,蓄水時(shí)間越靠后,前期影響越小,后期影響越大,蓄水時(shí)間越提前,對(duì)水位的影響越提前,但影響的幅度變化減小。

圖12 不同蓄水方案下湖口水位過(guò)程

表6 不同蓄水方案下湖口月平均水位變化

相較于當(dāng)前的蓄水方案(方案1),方案2和方案3通過(guò)提前或延后蓄水影響了鄱陽(yáng)湖區(qū)供水能力。相比于方案1,方案2降低了8月湖區(qū)水位,但此時(shí)湖區(qū)水位相對(duì)較高,對(duì)取水的影響較小,而9—10月份的湖區(qū)平均水位則上升0.05 m,可提高鄱陽(yáng)湖區(qū)灌溉供水能力0.2%,主要以湖口附近圩垸為主;方案3通過(guò)延后蓄水延長(zhǎng)了水位下降影響的時(shí)間且在11月份的水位降幅更大(0.78 m),但是10月份后的湖區(qū)灌溉用水需求較小,對(duì)灌溉的影響不大,而9—10月份的水位上升0.20 m,可提高鄱陽(yáng)湖區(qū)灌溉供水量0.02億m3,提高供水能力約0.3%。因此,若想緩解三峽水庫(kù)蓄水水資源利用的影響,則需要在長(zhǎng)江干流來(lái)水較大的時(shí)期盡量多蓄水,在9—10月份湖區(qū)灌溉需水期盡量減小蓄水量,增加下泄流量。但是,整體來(lái)看,通過(guò)提前或延后蓄水對(duì)灌溉供水能力的提升效果有限。一方面,提前或延后蓄水并不改變整體的蓄水量,在某一時(shí)段導(dǎo)致的水位上升必然會(huì)導(dǎo)致另一時(shí)段的水位下降,其平均的影響較小。另一方面,導(dǎo)致當(dāng)前水位下降的部分原因在于長(zhǎng)江干流沖刷下切,調(diào)蓄時(shí)間的調(diào)整對(duì)此的作用有限。若想提升供水能力,需綜合采用建設(shè)湖控工程、江-河-湖-庫(kù)水資源聯(lián)合調(diào)控等手段。

4 結(jié) 論

三峽工程運(yùn)行后鄱陽(yáng)湖湖區(qū)水文情勢(shì)發(fā)生變化,影響到湖區(qū)灌溉和城鄉(xiāng)供水。本研究以鄱陽(yáng)湖區(qū)為研究對(duì)象,研究三峽工程運(yùn)行前后鄱陽(yáng)湖水量、水位變化,從供水水量和水位滿足程度的角度分析其對(duì)鄱陽(yáng)湖區(qū)灌溉供水安全的影響。主要結(jié)論如下：

(1)三峽工程運(yùn)行前后,鄱陽(yáng)湖入湖、出湖徑流量及蓄水量的變化較小。相比1960—2002年,2003—2019年鄱陽(yáng)湖的入湖徑流量減少39.8×108m3,減幅為3.2%,出湖徑流量由1 496.6×108m3增加至1 507.3×108m3,湖區(qū)年均蓄水量由-242.9×108m3變?yōu)?293.5×108m3。

(2)三峽工程運(yùn)行后,鄱陽(yáng)湖區(qū)各個(gè)月份的水量減少,其中9、10月份的水量減少最為明顯,分別從79.9×108、46.9×108m3減少至38.5×108、12.4×108m3,減少幅度為51.8%、73.6%。從水量角度來(lái)看,湖區(qū)水量減少情況下仍能滿足湖區(qū)生活和灌溉用水需求,但是水量減少的趨勢(shì)是未來(lái)水資源利用的潛在威脅。

(3)三峽工程運(yùn)行后,康山、都昌、星子和鄱陽(yáng)等站點(diǎn)水位均有所下降,其中10月份水位降低1.2～2.5 m,9月份水位降低1.1～1.6 m。受水位下降影響,灌溉供水的平均水位滿足程度由83.6%下降至42.7%,缺水量由7 032萬(wàn)m3增大至18 611.25萬(wàn)m3,城鄉(xiāng)供水的平均水位滿足程度由99.1%下降至87.5%,缺水量由78萬(wàn)m3增大至9 385萬(wàn)m3。

(4)通過(guò)三峽水庫(kù)提前或延后蓄水,可減小9、10月份的湖區(qū)水位降幅,分別提升供水能力約0.2%、0.3%,一定程度上緩解三峽水庫(kù)蓄水對(duì)9—10月份湖區(qū)灌溉供水的影響,但效果有限,需綜合采用其他方法以緩解9—10月份的枯水情勢(shì)。