基于用水總量控制的沙潁河水量分配技術方法與應用

孟 偉 焦 軍 李忠莉

基于用水總量控制的沙潁河水量分配技術方法與應用

孟 偉 焦 軍 李忠莉

《中共中央國務院關于加快水利改革發(fā)展的決定》明確提出推進依法行政、實行最嚴格水資源管理制度、建立和完善國家水權制度、預防和調(diào)解水事糾紛、實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用、維系生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)和支撐經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的要求。為落實文件精神，推進最嚴格水資源管理制度的實施，完善用水總量控制指標體系，逐步建立主要江河流域用水控制指標，水利部《關于做好水量分配工作的通知》（水資源〔2011〕368號）部署開展全國53條主要江河流域水量分配工作。淮河水利委員會在完成了淮河、沂河、沭河的水量分配方案之后，組織開展了沙潁河、洪汝河、渦河、史灌河等跨省河流的水量分配方案編制工作。

水資源配置是河流水量分配的核心，傳統(tǒng)的水資源配置技術偏向于解決資源、工程、用戶的關系構建及實現(xiàn)水資源在不同區(qū)域間的優(yōu)化配置，其對來水及需水過程的周期性變化規(guī)律及河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境用水需求考慮較少，且未與最嚴格水資源管理制度建立緊密聯(lián)系，對于跨省江河流域水量分配來說，其存在一定的局限性。本文在以往跨省江河流域水量分配經(jīng)驗的基礎上，在沙潁河水量分配實踐中，應用新方法解決以下問題：（1）來水及需水過程中周期性變化規(guī)律對水資源配置及水量分配結果的影響；（2）將跨省江河流域水量分配與以各級行政區(qū)為基本單元的用水總量控制指標結合起來；（3）將面向生態(tài)的水資源配置理念在跨省江河流域水量分配中體現(xiàn)出來。

一、研究目的和內(nèi)容

1.研究目的

跨省河流水資源、工程、用水戶之間的復雜關系，沙潁河流域存在水資源總量不足，上下游、左右岸用水矛盾突出等問題。為公開、公平、公正、合理地對沙潁河進行水量分配，研究提出分配方法是關鍵技術問題。本項目將構筑科學、合理、適用的水量分配技術方法，并應用于沙潁河流域水量分配工作，對于促進區(qū)域及流域水資源可持續(xù)利用具有十分重要的意義。

2.研究內(nèi)容

根據(jù)面向生態(tài)的水資源供需分析及配置需要，構架周期序貫數(shù)學模型，并利用模型進行水資源供需分析調(diào)算；建立沙潁河用水總量指標，綜合考慮水資源條件、現(xiàn)狀用水、社會經(jīng)濟指標、規(guī)劃配置水量等因素，將以行政區(qū)為基本單元的用水總量控制指標細化分解至河流；對沙潁河流域內(nèi)水資源、工程、用戶情況進行詳細調(diào)查，在理清水資源、工程、用戶、河流水系間供用耗排關系的基礎上，對區(qū)域水資源、工程、用戶進行耦合，提出沙潁河水量分配方案。合理利用周期序貫數(shù)學模型，進行水資源供需分析及配置，提出沙潁河水量分配方案，為跨省河流水量分配方案的技術協(xié)調(diào)及行政協(xié)調(diào)提供技術支撐。

二、研究方法

在沙潁河水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀調(diào)查分析的基礎上，對沙潁河流域內(nèi)水資源、工程、用戶進行耦合，構建周期序貫數(shù)學模型，合理預測沙潁河涉及各省級行政區(qū)需水量，以河流水系用水總量控制指標為主要控制目標參數(shù)，分析確定沙潁河省級行政區(qū)水資源配置方案。運用本次研究建立的周期序貫數(shù)學模型，在區(qū)域水資源優(yōu)化配置的基礎上，提出基于用水總量控制的沙潁河當?shù)氐乇硭煞峙渌考笆‰H水量分配方案，分析確定沙潁河主要控制斷面不同來水頻率下泄水量及各主要控制斷面最小生態(tài)下泄流量。

本次研究的技術路線見圖1。

圖1 研究技術路線圖

1.周期序貫數(shù)學模型

各類水資源配置模型其來水和需水的輸入系列均相同，而對來水和需水信息不同的描述方式就構成了不同的決策方法。周期序貫決策法保留了確定型長系列調(diào)節(jié)和兩時段法的優(yōu)點，彌補二者在來水和需水信息描述上的不足，改進模型求解過程，提升水資源配置供水決策的合理性。周期性序貫決策法每次僅對當前時段進行配置決策；在對當前時段進行配置決策時，要考慮以當前時段為首的整個來水（需水）周期內(nèi)的來水和需水過程。

根據(jù)水資源供需分析及配置基本原理，確定任意一年水資源供需平衡設計的主要約束方程。包括節(jié)點水量平衡方程、水庫水量平衡方程、水庫庫容約束方程、水庫蒸發(fā)、滲漏損失方程、計算單元供需平衡方程、節(jié)點下泄水量約束（規(guī)劃下泄水量約束）、計算單污水處理與回用方程、地下水供水約束、生態(tài)供水平衡方程、總量控制指標約束。

本文在構建水資源優(yōu)化配置模型時主要考慮供水效益最大或缺水損失最小調(diào)度原則，同時考慮供水水源優(yōu)先序和用水戶供水優(yōu)先序的目標函數(shù)。主要目標函數(shù)為：（1）水源配置供水水源優(yōu)先次序目標，規(guī)劃供水水源優(yōu)先次序是地表水、外調(diào)水、地下水、當?shù)厮臀鬯赜茫唬?）水資源配置用戶的目標，規(guī)劃根據(jù)生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生態(tài)用水的先后次序，供水量最大和用戶供水優(yōu)先序，構建目標函數(shù)；（3）以公平公正為原則，建立區(qū)域差異程度最小目標目標函數(shù)。

表1 2030水平年沙潁河流域水量分配表（單位：億m3）

表2 沙潁河主要斷面下泄水量及最小生態(tài)下泄流量控制指標表

2.沙潁河流域用水總量指標

目前，省級行政區(qū)及地市級行政區(qū)層面已建立用水總量控制指標體系，江河流域用水總量控制指標尚未建立。省級行政區(qū)及地市級行政區(qū)的用水總量之中各地市、縣各占多少，地表水、地下水等各水源占各多少，生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等各行業(yè)又占多少，作為最嚴格水資源管理制度的頂層設計中沒有明確，這是由于全國層面與各級地方水行政管理部門、流域管理機構的管理事權不同所決定的。進一步分解細化用水總量控制指標，不僅是完善最嚴格水資源管理體系的需要，更是強化水資源管理抓手的需要，是亟待開展的一項工作。

進行流域?qū)用娴挠盟偭靠刂浦笜说姆纸饧毣蝿罩饕v與橫兩個方面：縱向上一是將全國分配至流域?qū)用娴挠盟偭靠刂浦笜朔纸饧毣亮饔騼?nèi)的省級行政區(qū)，二是在流域總量控制指標框架內(nèi)確定主要跨省河流的用水總量控制指標及其省際間的分配；橫向是確定各省級行政區(qū)分行業(yè)及分水源的分項指標。

指標的細化分解除了獲取社會經(jīng)濟、水文、水資源開發(fā)利用等數(shù)據(jù)外，還要進行：（1）數(shù)據(jù)差異性分析。差異性指相鄰地區(qū)間的產(chǎn)業(yè)結構、用水水平差異等。地區(qū)差異是客觀存在的，也是影響用水總量控制指標分解細化成果協(xié)調(diào)的主要因素之一。地區(qū)差異分析主要是分析由地區(qū)產(chǎn)業(yè)結構、用水習慣、用水效率導致的各地區(qū)主要用水戶用水定額之間的差異是否合理。用水定額是反映現(xiàn)狀用水水平的重要指標，同時也是制定用水總量控制指標分解細化方案的重要基礎。（2）與上一級用水總量控制指標的銜接。對于流域管理機構而言，分解細化的流域套行政區(qū)用水總量控制指標之和應與流域?qū)用嬗盟偭靠刂浦笜艘恢?，包括分行業(yè)及分水源的分解細化指標；對行政分區(qū)而言，分解細化的地市級行政區(qū)用水總量控制指標之和應與國務院批復的相應省級行政區(qū)用水總量控制指標一致，分解細化的縣級行政區(qū)用水總量控制指標之和應與相應的地市級行政區(qū)用水總量控制指標一致。

三、實例應用

1.沙潁河流域概況

沙潁河是淮河最大支流，發(fā)源于河南省伏牛山區(qū)，流經(jīng)河南省南陽、許昌、洛陽、平頂山、漯河、鄭州、開封、駐馬店、周口市和安徽省阜陽市，于安徽省潁上縣沫河口入淮河。河流全長561km，流域面積36651km2（不含黑茨河流域），多年平均年地表水資源量55.0億m3。流域地形由上游山丘區(qū)經(jīng)中游廣闊丘陵區(qū)過渡至下游平原區(qū)，山丘區(qū)面積約占流域1/3。沙潁河徑流量具有年內(nèi)分配不均勻、年際變化大、空間分布不均勻的特點，水旱災害頻繁。隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，沙潁河流域用水矛盾和區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況惡化問題日趨突出，部分地區(qū)地下水超采嚴重。

2.沙潁河水量分配方案

在紅線約束條件下，確定的沙潁河地表水可分配水量為23.63億m3，按照區(qū)域水資源承載能力及水資源配置方案確定沙潁河水量分配方案，詳見表1。

按照全國江河流域水量分配方案制訂技術大綱，以《綜合規(guī)劃》成果為基礎，結合控制斷面以上天然來水情況，制訂了各主要控制斷面下泄水量控制指標。為加強河流水生態(tài)與環(huán)境保護，以《淮河流域綜合規(guī)劃（2012～2030年）》《淮河流域水資源保護規(guī)劃》成果為基礎，研究控制斷面河道內(nèi)最小生態(tài)流量。沙潁河主要控制斷面最小生態(tài)流量見表2。

四、結語

本次圍繞淮河流域跨省河流水量分配進行了深入研究，研究提出的淮河流域沙潁河水量分配方案，為流域?qū)用孢M一步落實最嚴格水資源管理制度提供了技術支撐，對于進一步明確區(qū)域水事權益、加強流域水資源管理、預防或消除省際水事糾紛等具有重要意義。

用水總量控制指標的細化分解是開展跨省河流水量分配的基礎及控制性要素，下一步可結合淮河流域跨省河流實際情況，進一步研究用水總量控制指標細化分解與現(xiàn)狀社會經(jīng)濟指標、用水及規(guī)劃指標、供水量之間的關系，為流域其他跨省河流水量分配方案的制訂提供技術支撐

（作者單位：中水淮河規(guī)劃設計研究有限公司 230000）