跨流域引調水工程規劃方案優選研究
——以滇中引水工程為例

桂 耀，肖昌虎，侯麗娜

(長江勘測規劃設計研究院，武漢 430010)

我國人均水資源量相對貧乏，且水資源時空分布不均，與人口和經濟產業布局不相匹配。隨著經濟社會高速發展，部分地區存在水資源過度開發，擠占河道、湖泊生態環境用水，超采地下水等問題，河流湖泊水質惡化，生態環境形勢嚴峻。國內外許多工程實踐證明，跨流域引調水工程是緩解缺水地區水資源供需矛盾、支撐缺水地區可持續發展的有效途徑[1,2]。

21世紀以來，我國水資源供需矛盾日益突出，各地建設大型引調水工程明顯加速。已建、在建及規劃的工程有：引黃入晉、黑河引水、引乾濟石、引漢濟渭、南水北調、引洮供水、引江濟淮、滇中引水等。這些引調水工程具有規模大、距離長、布置復雜的特點，會對社會生活和生態環境造成影響[3,4]。因此，在進行跨流域引調水工程規劃方案設計時，必須全面論證工程建設的必要性，客觀分析受水區范圍，在經濟社會和資源環境總代價最小的前提下確定工程規模，并通過綜合比選確定工程方案。

滇中引水工程項目建議書[5]按照總報告、7個附件和3個專題3個層次展開，在當代開展的引調水工程規劃中較為全面并具有代表性。本文將以滇中引水工程為例，介紹引調水工程規劃方案的優選過程。

1 工程建設的必要性

工程規劃首先要論證的就是工程建設的必要性。應分析調入區在區域經濟社會發展中的戰略地位、發展目標及布局；分析調入區的氣候條件、水資源時空分布、水資源開發利用現狀及難度、現狀及規劃水平年缺水量；剖析水資源短缺對調入區經濟可持續性發展的影響以及水資源過度開發導致的生態環境問題；根據調入區國民經濟發展和生態環境保護對水資源的需求，從社會、經濟、生態與環境等方面論證工程建設的必要性[6]。

1.1 滇中區是云南省經濟社會發展的核心區

滇中區包括昆明市、玉溪市、楚雄州、曲靖市、大理州、紅河州以及麗江市的49個縣(市、區)，國土面積僅占云南省面積的24%，但人口數量、國內生產總值和農田有效灌溉面積分別達到云南省的40%、61%和41%，是云南省人口最集中、生產生活最活躍的地區。同時，滇中區形成了以昆明、玉溪、楚雄、大理、蒙開個為中心的城市群體，是國家面向東南亞開放的橋頭堡和新一輪西部大開發的重點建設區。因此，滇中地區經濟發展直接關系到云南全省和我國西南地區經濟發展，具有十分重要的戰略地位。

1.2 水資源時空分布不均，旱災頻繁

滇中區水資源分布不均，降水量空間規律為山區大，河谷壩子小，垂直變化明顯，人、水、地資源組合不匹配；時間分布規律為夏秋降水集中多洪澇，冬春干旱少雨，缺水嚴重。受降水季節變化影響，滇中大部分地區70%～80%的降水集中在雨季6-9月，冬春降雨不到年降水量的10%，是該時期全國旱情最嚴重的地區之一。從天然徑流的情況看，汛期和枯期的徑流量差別很大，汛期徑流量占年徑流量的78.3%～92.9%，并且大部分區域的年徑流量Cv值高于0.5。徑流量的年內、年際變化大，造成可供利用的水資源量十分有限。

滇中區是云南省降雨低值區，大部分地區年降水量為600～900 mm，而水面蒸發量為1 400～2 000 mm，干旱指數大于2.0。近年來旱災頻次及危害程度呈上升趨勢，1950-2005年的56 a中，出現嚴重干旱災害12次，時間間隔越來越短，且連續干旱的年份較多。

1.3 水資源開發程度高，進一步開發難

為解決工農業和城鎮的用水需要，云南省進行了大量的水利工程建設，也積極采取節水、治污和鼓勵污水回用，昆明市已成為全國推行節約用水的先進城市。目前滇中區水資源開發程度已經很高，主要河流的水資源開發利用程度已超過國際公認的40%的上限。

滇中區海拔高程相差懸殊，河谷深切，而少有的盆地區工農業生產發達，城鎮集中，缺乏修建蓄水工程的條件。到2008年為止，滇中區僅建成5座大型水庫，其余均為中小型水庫。昆明市本區水資源已高度開發，雖然建成了掌鳩河、清水海引水工程和牛欄江-滇池補水工程，但工程水源均為中小支流，供水量遠不能滿足昆明市發展需求[7]。

1.4 缺水給經濟社會及生態環境造成嚴重影響

隨著工業化和城鎮化進程加速，城市用水需求不斷增長，滇中區80%的城鎮存在缺水問題。水資源供需平衡計算表明，滇中區現狀水平年2008年缺水量25.9 億m3，缺水率為30%，說明滇中區已經處在嚴重的缺水狀況。2040年采取強化節水、充分挖潛措施后，缺水量達37.7 億m3，缺水率為34%。即到2040年，僅靠區內水資源，不足以支撐滇中區的經濟社會發展。

由于工農業大量擠占河湖生態用水，加上工農業及生活污水持續排放，導致滇中湖泊群水質不斷惡化。水環境監測結果表明，星云湖、異龍湖水質為Ⅳ類，杞麓湖為Ⅴ類，滇池為劣Ⅴ類水體。而水資源的過度開發還造成了河道斷流、湖面萎縮等生態問題。

滇中引水工程規劃從經濟社會發展需求、地形地貌及氣候條件、水資源時空分布、水資源開發程度及開發的難度、供需分析現狀及規劃水平年缺水量、缺水對環境造成的嚴重影響等方面，綜合說明滇中水資源十分短缺，制約了國民經濟發展和生態環境維護，實施跨流域引調水工程十分必要。

2 受水區范圍確定

跨流域引調水工程的調入區范圍廣大，缺水問題難以全部依靠區外引水的方式解決，通常需要優選出引水工程的受水區，從而合理確定工程規模。受水區范圍應根據供需平衡分析確定出缺水片區，然后結合各片區水資源狀況、重要性和經濟技術合理性綜合選定。其中技術合理性比選包括缺水規模、自流條件、運行費用、工程投資和配套工程的技術條件等。

2.1 缺水區組成

根據獨立水系和行政區劃，滇中區共分為112個水資源小區。將城鎮生活、工業歷時保證率達不到95%、農業年保證率達不到75%的小區劃分為缺水區。根據2040水平年供需平衡分析結果，城鎮生活、工業缺水區共92個，農業缺水區共85個。

2.2 受水區選擇

對于城鎮生活、工業缺水區，排除缺水量小于100 萬m3，分干線長度大于30 km且提水揚程大于100 m，以及缺水地點特別分散、配套工程艱巨的小區，將剩余經濟技術合理的31個小區納入受水區。

對于農業缺水區，考慮到工程供水任務以城鎮生活與工業供水為主，同時農業對水費的承受能力有限，僅將區地位重要，緊鄰總干線，分干線建設難度小并能自流輸水的3個小區納入受水區。

此外，滇池、杞麓湖和異龍湖水資源極度短缺，水質較差，依靠截污治污等仍難以達到水質目標，并且分布于總干渠沿線，可以利用總干渠富余輸水能力進行補水。

因此確定滇中引水工程受水區為34個水資源小區，補水湖泊3個。

3 工程規模

工程規模是跨流域引調水工程規劃方案的核心內容，包括水源工程建筑物規模、輸水總干渠及各級渠系的規模。確定工程規模需選擇合適的水源，在優先滿足生態與環境用水基礎上，分析水源區的可調水量；對受水區進行供水和需水預測，建立系統網絡節點圖進行水資源供需平衡分析；將外調水與本地水聯合配置，對受水區進行長系列配置計算，在滿足供水目標前提下確定工程規模。

水源區可調水量分析應優先滿足水源區社會經濟長遠發展和生態環境維護對水資源的需求，通過節水、治污工程和補償配套工程建設來協調水源區水資源利用量與可調水量的相互關系[8]。受水區水資源供需分析的重點在于供水量預測應充分挖掘規劃水平年經濟可開發水利工程的供水能力，并詳細說明供水量來源組成；需水量預測應考慮節水措施，遵循從緊原則進行需水量預測，并對預測進行合理性分析[9]。水資源配置的重點在于建立受水區與引調水工程的統一配置模型，通過優化當地水和外調水聯合調度方案，確定最經濟的工程規模。

3.1 可調水量預測

根據引水斷面以上水源區經濟發展狀況，預計未來上游新增耗水較少，規劃年上游來水按天然實測徑流考慮。由于取水點下游基本是高山峽谷，從金沙江干流取水量很小，因此可調水量主要由斷面月來水過程和河道生態基流控制。計算結果表明，渠首引水規模Q為135～155 m3/s時，石鼓斷面多年平均年可調水量為40～45.2 億m3，奔子欄斷面多年平均年可調水量為38.7～43.6 億m3。2個水源斷面可調水量均小于斷面天然徑流量的13%，工程取水對斷面下游的水資源利用基本無影響。

3.2 水資源供需分析

需水量預測時，考慮了節水措施以降低需水定額：城鎮生活與工業需水定額預測中，考慮了城市基礎設施改造等節水措施，將規劃水平年的管網漏失率從現狀的15%降低為10%；灌溉定額預測中，根據各小區的水資源狀況減少水稻的種植面積，加大旱作物和經濟種植比例，將農業灌溉渠系水利用系數從0.543提高到0.652。

供水量預測時，在現有水利工程基礎上，增加了規劃水平年新建的水庫和區內調水工程，包括西南5省重點水源規劃工程5.04 億m3的年供水量、牛欄江-滇池補水工程向滇池補充5.72 億m3生態水量等，同時考慮了昆明市的再生水利用量。

根據1960-2008年長系列供需平衡計算結果，2040年受水區總缺水量28.91 億m3，其中城鎮生活缺水量5.5 億m3，工業缺水量12.14 億m3，農業缺水量11.24 億m3，受水區總的缺水率為44%。

3.3 水資源配置

水資源配置原則為：滇中引水工程與當地水源聯合供水，滇中引水工程優先向城鎮供水，當地水優先供給農業灌溉用水，同時利用干渠的富余輸水能力補充湖泊環境用水。

逐步調整渠首設計流量，分別進行長系列水資源配置調算。結果表明，渠首流量145 m3/s時剛好滿足受水區供水保證率。此規模渠首設計流量條件下，滇中引水工程多年平均引水量34.2 億m3，其中供給城鎮生活、工業23.59 億m3，供給農業灌溉5.76 億m3，向湖泊環境補水4.84 億m3，各部門分水比重依次為69%、17%和14%。

4 工程總布局

工程總體布局方案的擬定應綜合考慮結合水源區取水條件、供水目標的滿足程度、水資源配置成果等因素，并從技術經濟、環境移民等方面進行多方案比選。從技術層面，工程總布局主要包括水源方案比選，輸水線路控制點確定，調蓄水庫布置和分期建設方案比選等。

從調度運行考慮，水源方案具有自流引水條件時宜優先選用。對于需提水引水的水源方案，應綜合考慮運行管理費用、工程投資、社會環境影響等因素進行全面比較。輸水線路控制點的地理位置應根據地形地質條件、線路布局、配水需求和行政區劃等因素來確定，控制點的設計水位應通過水頭分配優化來確定。調蓄水庫不僅可以降低工程規模，還可以提高供水保障率，宜設在輸水線路附近區域有成庫條件的位置。當缺乏修建水庫條件時，可以考慮利用線路附近已有水庫或湖泊。對于工程規模和投資較大的工程，應根據受水區各片區對外調水的緊迫程度，并結合資金籌措和工程實施條件，提出分期建設方案并進行綜合比選[10]。

4.1 水源方案比選

滇中區位于4大水系分水嶺，周邊水系發育。水源比選按照“從內到外、由近及遠”的順序，先分析滇中區內及周邊分散水源方案，然后逐步外延，分析金沙江奔子欄至石鼓河段兩岸支流分散水源方案；最后對周邊5大水系進行篩選，明確重點研究的集中水源點，并進行深入比選。

分散水源方案將受水區劃歸為大理、楚雄、昆明玉溪、紅河4大片，由6項引提水工程組成分散水源。研究表明，分散水源方案存在水源點多，水質Ⅲ～Ⅴ類，水源水質保護難度大；輸水線路超過900 km、最大提水揚程1 015 m、建設難度大、運行費用高等問題，較集中水源方案存在明顯劣勢。

金沙江石鼓至奔子欄支流分散水源方案規劃在定曲河、崗曲河、臘普河和支巴洛河等支流上建壩，并將各取水口連入滇中引水的總干線。該方案投資高，還存在跨省移民安置、資源協調等問題，與干流集中水源方案比，沒有優勢。

紅河水資源短缺，河谷深切，遠低于受水區，與滇中地勢相反；南盤江水量少，高程低，水質Ⅳ～Ⅴ類；怒江干流高程低，向滇中引水提水揚程達900～1 100 m，并需跨越瀾滄江，均不宜選為集中水源地。而瀾滄江相較于金沙江在提水揚程、輸水距離、地質及施工條件以及經濟指標等方面存在劣勢。

從金沙江虎跳峽及以上河段引水，距離相對較近、覆蓋范圍大，是滇中引水較理想的水源地。因此重點研究了金沙江干流奔子欄自流引水和石鼓提水2個方案。

石鼓提水方案引水調度靈活性較差，泥沙處理難度較大，運行費用較高，但輸水線路較奔子欄引水方案短184 km，工程總投資節省275億；奔子欄引水方案可全自流引水，運行調度靈活且運行費用低，但輸水線路較長，一次性投資較大。綜合比較，石鼓方案還具有與金沙江相關規劃可較好銜接、環境影響及協調難度相對小，在采用優惠電價情況下經濟性略好的優勢，故推薦石鼓提水方案為滇中引水工程的水源方案。

4.2 輸水線路控制點確定

輸水工程以石鼓為起點，以紅河蒙自為終點，線路全長663.89 km。按線路格局、配水要求及行政區劃，將石鼓、洱海長育村、楚雄萬家、羅茨、昆明新莊及紅河蒙自新坡背確定為沿線分段控制點。按照上述控制節點，將輸水線路劃分為大理Ⅰ段、大理Ⅱ段、楚雄段、昆明段和玉溪紅河段等5段。新莊為滇池南端，按照枯季具備向滇池生態補水，不應低于滇池正常水位1 887.50 m，考慮一定的水頭取為1 888.00 m；蒙自高程較低，新莊到新坡背之間水頭富裕，初步擬定新坡背水庫正常蓄水位1 400.00 m，作為總干渠末端水位；渠首石鼓至新莊段的輸水線路長，水頭小，其水頭分配方案需要進行優化比選。

根據石鼓、長育村和萬家3個控制點的初擬水位范圍，組合出31個水頭分配方案。經過技術經濟比較，在滿足與虎跳峽河段開發方案適應性要求的方案中，石鼓(2 020.00 m)+長育村(1 986.50 m)+萬家(1 954.00 m)+新莊(1 888.00 m)方案的工程投資最低，因此選為推薦方案。

4.3 調蓄水庫設置

滇中區海拔高程相差懸殊，地面起伏不平，盆地區較少并且城鎮集中；同時滇中引水工程輸水總干渠基本沿4大水系分水嶺布設，設計水位與輸水線路附近的河谷具有顯著的高程差。因此本工程缺乏修建在線調蓄水庫的條件，項目建設階段主要論證利用洱海和利用滇池輸水的在線調蓄方案。

利用洱海和利用滇池輸水可調蓄水量，減少線路長度，節省工程投資。但是從金沙江引水進入洱海，會帶來跨流域生物交互影響和生物入侵問題，還將惡化洱海水質，導致洱海水質從Ⅱ類下降到Ⅲ類[11]，而且工程方案實施涉及大理蒼山洱海國家級自然保護區的核心區、緩沖區，存在法律制約因素。目前滇池外海、草海水質均為劣Ⅴ類，在全面實施滇池綜合治理各項規劃的條件下，規劃水平年9月或10月滇池水質仍存在超標現象，且滇池仍具有藍藻爆發的環境條件，供水安全難以保障，而且利用滇池輸水后，滇池周邊將劃為飲用水源保護區，與環滇區域經濟社會發展的關系難以協調。

考慮滇中引水工程是保障城鄉居民用水的民生工程，以環境影響和社會風險小，供水水質安全保障程度高為主要指標，推薦不利用洱海輸水方案和不利用滇池輸水方案。

4.4 分期建設方案比選

根據滇中特殊地形地質條件及輸水工程以隧洞、渡槽為主的特點，擬定了輸水工程分2期建設的方案。近期工程包括水源工程和輸水總干渠渠首至昆明段，輸水長度476.52 km，后期工程為總干渠玉溪紅河段，長度187.38 km。輸水工程分期建設可減少工程投資72.42億元，減少投資比例10.37%，但相應引水量減少25.68%。此外，玉溪和紅河既是資源性缺水較嚴重的區域，也是滇中重要經濟區，同時也是云南面向東南亞開放的重要門戶。分期建設方案將對玉溪、紅河2個市、州及滇南的城市經濟區發展產生嚴重不利影響。

綜上所述，推薦滇中引水工程采用一次建成方案。

5 結 語

跨流域引調水工程是優化配資區域間水資源配置，支撐缺水地區可持續發展的重要基礎設施。滇中引水工程輸水線路較長，工程規模和投資較大，在受水區范圍、工程規模和總體布局等方面進行了大量規劃方案優選工作，對同類工程具有較大的參考價值。

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[1] 唐景云, 楊 晴. 淺談調水工程對實現區域水資源優化配置的必要性[J]. 中國水利, 2015,(16):13-15.

[2] 王忠靜, 王學鳳. 南水北調工程重大意義及技術關鍵[C]∥ 第十三屆全國結構工程學術會議, 2004.

[3] 趙 敏, 常玉苗. 跨流域調水對生態環境的影響及其評價研究綜述[J]. 水利經濟, 2009,27(1):1-4.

[4] 李 航, 涂瀾濤. 調水工程社會穩定風險因素分析——以鄂北地區水資源配置工程為例[J]. 水利水電技術, 2016,47(7):113-117.

[5] 長江勘測規劃設計研究有限責任公司. 滇中引水工程項目建議書[Z]. 2014.

[6] 劉子慧. 長距離輸水工程[M]. 武漢: 長江出版社, 2010.

[7] 瞿霜菊, 黃 輝, 曹正浩. 云南省滇中引水工程規劃研究[J]. 人民長江, 2013,44(10):80-83.

[8] 劉丙軍, 邵東國, 許明祥, 等. 南水北調中線工程與漢江中下游地區相互影響分析[J]. 長江流域資源與環境, 2005,14(1):66-70.

[9] 關志誠. 跨流域調水工程的關鍵技術與建設實踐[J]. 水利水電技術, 2009,40(8):89-107.

[10] SL 430-2008，調水工程設計導則[S].

[11] 馮 健, 周懷東, 彭文啟, 等. 滇中引水工程對洱海水環境影響[J]. 中國水利水電科學研究院學報, 2012,10(4):241-246.