膠東半島水資源安全保障對策研究

劉 健

（1.武漢大學 水資源與水電工程科學國家重點實驗室，湖北 武漢 430072；2.山東省水利科學研究院、山東省水利科學研究院博士后創新實踐基地、山東省水資源與水環境重點實驗室，山東 濟南 250014）

膠東半島水資源安全保障對策研究

劉 健1，2

（1.武漢大學 水資源與水電工程科學國家重點實驗室，湖北 武漢 430072；2.山東省水利科學研究院、山東省水利科學研究院博士后創新實踐基地、山東省水資源與水環境重點實驗室，山東 濟南 250014）

在分析山東省膠東四市水資源的環境變化響應基礎上，預估出區域未來一段時期內水資源情勢不容樂觀，有針對性地提出了節約用水、提高非常規水資源利用、加快河流入海口地下水庫和海灣水庫建設步伐、做好流域來水預報與水庫（群）運行優化調度等安全保障對策。

膠東半島；氣候變化；水資源；安全保障

在地理學上，膠東半島主要包括膠萊谷地或者膠濰平原以東的山東半島地區，在行政區劃上，廣義的膠東半島則包括煙臺、威海、青島、濰坊和日照等5市。由于特殊的地形地貌和持續性干旱少雨，煙臺、威海、青島和濰坊4市出現了嚴重的水資源短缺問題，許多大中型水庫已經干涸，而日照市的水資源形勢則相對較好。

區域水資源狀況要受到氣候變化和人類活動等諸多環境因素的影響，環境因素變化則水資源也會相應地發生變化。開展區域水資源的變化環境響應，并以此為基礎提出有針對性的安全保障措施，對于揭示變化環境下區域水資源演變情勢，保障未來區域供水安全具有重要的理論價值和現實意義。選擇水資源形勢相對緊張的煙臺市、威海市、青島市和濰坊市等膠東4市為研究區域，在分析4市降水、跨區域調水等環境變化因素對水資源影響的基礎上，預估區域水資源情勢，提出安全保障對策，為區域未來水安全提供基礎支撐。

1 基礎數據與研究方法

基礎數據為膠東4市境內33個氣象站1961—2015年逐日降水觀測，來源于中國氣象局國家氣象信息中心。33個氣象站逐日降水數據均存在一定程度的缺漏，對此采用時間插值和空間插值互補的方法進行處理。區域供水和用水資料來自山東省水利廳公布的 《山東省水資源公報》（2001—2015年）。膠東4市降水的周期、趨勢等特征采用復Morlet小波、線性方程等方法進行計算。

2 膠東四市水資源的環境變化響應

目前膠東4市的水資源主要包括當地水資源和跨流域調水，由于當地水資源主要來源于大氣降水，因此分析降水變化在很大程度上能夠反映當地水資源的變化特征。

2.1 降水的年際變化

經統計，4市1961—2015年多年平均降水量為672.6 mm，其中主汛期（6~8月）多年平均降水量為407.8 mm，占全年總降水量的60.4%，可見年降水主要發生在主汛期（6~8月）。因此，重點分析全年和主汛期的降水年際變化特征。采用線性趨勢方法進行分析，可知1961—2015年膠東4市的全年和主汛期降水均呈明顯的下降趨勢，線性下降速率分別為16.8 mm/10 a和11.9 mm/10 a。膠東4市年降水減少主要由于主汛期（6~8月）降水減少引起的，約占年總降水量70.7%。

2.2 降水的年際周期變化特征

采用復Morlet小波作為母小波進行小波變換，分析膠東4市全年降水序列的周期變化特征。由結果可知，區域年降水存在3個周期變化特征，第一、第二和第三周期分別為3~4 a、15~16 a和36~37 a。繪制區域降水3個周期的年際變化時頻曲線（圖1）。膠東4市降水呈現明顯的周期變化特征，且大變化周期下包含有許多小變化周期。就最大周期（第三周期36~37 a）而言，區域在1961—2015年經歷了明顯的“豐—枯—豐”變化過程，其中20世紀60年代初期至70年代中期處于豐水期，而自70年代中期至90年代中期處于枯水期，90年代中期至21世紀前10年處于豐水期，這3個時間段的多年平均降水量分別為753.0 mm、624.5 mm和679.3 mm。

圖1 膠東四市全年降水序列3個周期年際變化時頻圖

2.3 降水的年內變化特征

膠東地區降水主要集中在汛期幾場大暴雨，分析大暴雨的年內變化特征在很大程度上可以反映區域水資源量的豐枯程度及其開發利用難度。選擇極端降水日數、年極端降水量和極端降水強度3個指數來反映區域極端降水事件變化特征。其中，把區域1961—2015年區域逐日降水量進行排序，將第95個百分位的多年平均值定義為極端降水的閾值，如某日降水量超過該閾值，表明該日發生極端降水事件。某年所有發生計算降水事件的日數總和稱為極端降水日數，某年所有極端降水雨量的總和稱為年極端降水量，年極端降水量與日數的比值稱為極端降水強度。

經過分析，膠東4市極端降水事件的95%閾值為10.6 mm，多年平均極端降水日數為18.3 d，多年平均年極端降水量為395.3 mm，多年平均極端降水強度為21.6 mm/d。通過對膠東4市1961—2015年的極端降水日數、年極端降水量和極端降水強度進行線性趨勢分析，發現山東省極端降水日數和年極端降水量兩個指數呈線性下降趨勢，而極端降水強度則呈現上升趨勢。

2.4 跨流域調水資源變化特征

膠東4市的跨流域調水資源主要是通過引黃濟青工程與膠東調水工程調引的黃河水和長江水。從近幾年來看，跨流域調水在一定程度上成了4市的“保命水”。跨流域調水資源量不僅受最嚴格水資源管理制度用水總量控制指標約束，而且與黃河及長江上游來水、區域調蓄配套工程完善程度、水價高低等多種因素有直接關系。就黃河水而言，黃河干流徑流量自20世紀50年代開始減少，自80年代后減少程度加劇，并且下游減少趨勢比上游更為明顯。并且，相關研究成果預估黃河流域水資源的脆弱性在未來將進一步加大。就長江水而言，其目前的約束不是長江流域來水量的變化，而更重要是水地市調蓄工程配套建設完成情況以及長江水水價太高等因素。

3 未來水資源情勢與安全保障對策

3.1 膠東四市未來水資源情勢

根據對膠東4市水資源的環境變化影響分析結果，基本可以預判區域未來水資源情勢不容樂觀。一是膠東四市當地降水將呈現下降趨勢，根據周期變化特征可以預估區域將會進入下一個歷史上的大枯水期，大約持續到2030年左右，并且枯水程度將會比上一個枯水期 （20世紀70年代中期至90年代中期）更為嚴重。二是膠東地區降水減少主要由主汛期降水減少引起，年內極端降水發生頻率和年極端降水量將減少，而極端降水強度卻增大，當地地表水資源量開發利用難度將進一步加大。三是跨流域調水的黃河水水量不僅減少且脆弱性不斷增強，而長江水主要受配套工程完成情況和高水價的限制。

3.2 水資源安全保障對策

1）持續推進節水型社會建設和全社會節水戰略，提高水資源節約利用水平。下一步不僅要突破農業、工業和生活等用水領域的技術約束，而且要制定“以獎代補”等措施，激勵用水戶充分發揮節約用水的主觀能動性。

2）提高非常規水資源利用程度。膠東4市有大量的污水處理再生水、微咸水、海水淡化水等非常規水資源，可以通過經濟杠桿的作用，鼓勵對水質要求不高的用水戶大力利用非常規水資源。當然，在提高非常規水資源利用程度的同時，需要加快完善非常規水資源的“出、輸、用”等環節的水量監測體系，將非常規水源的利用落到實處。

3）加快河流入海口地下水庫和海灣水庫的建設步伐。山東省在河流入海口修建地下水庫有許多現實工程，積累了豐富的經驗。地下水庫不僅能夠存蓄淡水，增加地下水的年際補給能力，而且具有抬高淡水水頭、防止海水入侵，降低水庫移民影響等優點。同時，可以考慮在膠東半島符合條件的地區修建海灣水庫，這不僅可以有效攔蓄汛期的雨洪資源，提高極端降水條件下的地表水資源開發利用能力，而且可以在一定程度上忽略海灣水庫下游防洪安全問題。對此項工作應盡快開展前期調研工作，論證可行性。

4）做好流域來水預報與水庫（群）的運行優化調度。一是在氣候變化引起的極端天氣事件頻發的背景下，構建流域分布式水文模型，并耦合高精度天氣雷達數據，做好流域來水的實時預報。二是借助來水的實時預報成果，做好水庫的汛限水位的動態調整與安全運行。三是針對流域上中下區域水庫較多的現實，充分協調好暴雨“分散式防洪”與小雨“集中式蓄水”的關系，最大程度地實現地表水資源開發利用和防洪安全的最大化目標。

4 結語

煙臺、威海、青島和濰坊等膠東4市在當前乃至未來一段時間內，水資源情勢不容樂觀，主要表現在當地降水減少，年內極端降水強度增加，當地地表水資源量開發利用難度加大，黃河客水來水減少且脆弱性增強，長江客水利用限制因素多等方面。下一步破解區域經濟社會發展水資源短缺約束，提高水資源安全保障能力，需要做好推進節水型社會建設和全社會節水戰略、提高非常規水資源利用程度、加快河流入海口地下水庫和海灣水庫的建設步伐、做好流域來水預報與水庫（群）的運行優化調度等工作。

（責任編輯 崔春梅）

TV213.4

B

1009-6159（2017）-10-0023-02

劉健（1980—），男，博士，高級工程師

山東省自然科學青年基金項目（ZR2015EQ004）、國家自然科學青年基金項目（41501053）和（41501030）聯合資助。

（指導導師：夏軍院士、王明森研究員）