保護治理政策影響下撫仙湖流域水資源供需變化研究

馮海濤，張曉旭

(1.云南省生態環境科學研究院，云南省高原湖泊流域污染過程與管理重點實驗室，云南 昆明 650034)

0 引言

水資源是基礎性的自然資源、戰略性的經濟資源和生態環境的控制因素[1]。水資源可持續利用是我國經濟社會發展的戰略問題，水污染、水資源短缺已成為我國經濟和社會發展的嚴重制約因素[2]。區域水資源的可持續利用及流域水資源的健康循環體系構建，是實現新時代“水資源、水生態、水環境”三水統籌的必然要求。撫仙湖是我國天然的優質水資源戰略儲備庫，湖泊蓄水量占全國淡水湖泊總蓄水量的9.2%，占全國優于Ⅱ類水質湖泊淡水資源量的50%以上，是滇中城市經濟圈建設的根本保障。隨著撫仙湖流域國民經濟和社會事業的快速發展，工業化和城鎮化進程加快，每年游客數增加至近1000萬人，2017年流域水資源開發利用率更是達到78%，遠超過國際公認的40%的水資源合理開發程度上限；加之2009—2013年遭遇的五年連旱，五年間平均入湖徑流較多年平均值減少30%，自2014年湖體蓄水位降低至歷史最低開始，年均水位連續四年低于法定最低水位，如無外界優質調水補充和合理的取用水調度保護，撫仙湖的恢復需要一個漫長的過程，湖體水質穩定保持I類壓力大。

鑒于撫仙湖流域面臨資源型缺水和水質型缺水的雙重壓力，為滿足日益增加的流域用水需求，水資源的合理開發利用及水資源保護等需提出更高的要求。本研究通過系統調研分析，以撫仙湖保護治理格局變化為切入點，分析撫仙湖流域實施的“休耕輪作”“保衛撫仙湖雷霆行動”“生態移民搬遷”等重大政策措施對流域水資源需求的影響，結合撫仙湖流域中長期發展的政策導向，設置不同的供水模式，進行多情景供需平衡分析，最終提出合理化建議，以期為構建撫仙湖流域健康水循環體系和水資源的可持續利用提供參考。

1 研究區概況

撫仙湖是我國第二深淡水湖泊，地處長江流域和珠江流域分水嶺地帶，系珠江源頭第一大湖。撫仙湖流域位于云南省玉溪市境內，跨澄江、江川、華寧 3 縣，全流域共 8 個鎮， 42 個行政村或社區，238 個自然村。撫仙湖流域面積674.7km2，當湖水位為 1723.35m 時，湖長約 31.4km，湖最寬處約11.8km，最大水深 158.9m，平均水深 95.2m，湖岸線總長100.8km，水面面積 216.6km2，相應蓄水量 206.2 億 m3。撫仙湖流域屬于亞熱帶高原季風氣候，多年平均氣溫 15.6℃，多年平均降雨量為914.1mm，多年平均蒸發量1197.9mm。流域內共有大小入湖河流103條，河流普遍短小，多為間歇性河流，集水面積>30 km2的有2條，為東大河和梁王河。撫仙湖多年平均入湖水量3.46億m3；全國第二次水資源調查評價結果顯示，撫仙湖流域可開發利用水資源量為0.66億m3。

2 多情景水資源供需平衡分析

2.1 需水變化分析及預測

2.1.1 現狀需水變化分析

(1) 現狀保護治理政策實施情況。為適應新形勢下撫仙湖保護治理的需求，自2017年底至2018年，當地政府采取了“保衛撫仙湖雷霆行動”“生態移民搬遷”“休耕輪作”等一系列重大舉措。保護治理政策實施后，對撫仙湖流域現狀社會經濟基礎指標產生了直接影響，主要體現在農田實際有效灌溉面積由2017年的7.35萬畝減少為5.82萬畝，其中1.67萬畝實施了休耕；完成5.25萬畝土地流轉，進行了烤煙、油菜、香根草、水稻、荷藕種植結構初步調整；完成1090戶規模化畜禽養殖關停搬遷，畜禽存欄數由2017年的139.9萬頭/只銳減至5.25萬頭/只；生態移民搬遷沿湖約1.8萬農村人口轉變為城鎮人口；同時流域內的工業于2017年底已全部搬遷至流域外的提古高新區、東溪哨磷化工區和蛟龍潭輕工區等三工業園區。

(2) 現狀需水變化分析。撫仙湖重大保護治理政策措施實施前后的需水總量變化結果顯示，相關政策實施后，當P=75%時，全流域需水總量由2017年的6484萬m3降為4909萬m3，整體下降24%。就不同用水類型而言，受保護治理政策影響較為顯著的是農業需水和農村生活需水，分別較2017年降低36%、38%；而城鎮生活、旅游業需水和工業需水相應增加了34%、14%、4%。由需水變化可知，即使受“休耕輪作”政策影響農業需水出現大幅下降，但全流域農業需水占總需水量仍然過半，占比57%，現狀需水仍以農業需水為主。

2.1.2 需水預測

撫仙湖流域的需水預測采用定額法進行計算，該方法需綜合考慮影響未來用水量需求的社會經濟指標的發展趨勢，確定撫仙湖流域中長期發展的用水指標及用水定額。社會經濟基礎指標預測涵蓋人口規模、產業規模、土地利用方式等方面；而不同用水戶的用水定額取值則根據中長期發展的社會經濟發展狀況、節水水平以及云南省用水定額標準，再結合實際調研情況綜合確定。基于時間序列，以2017年為基準，考慮2018年為撫仙湖受保護治理政策影響的重要節點，將2018年作為現狀，2025年為中期階段，2035年為遠期階段進行預測。

按照撫仙湖流域已有專項規劃，結合現場調查以及撫仙湖流域“一城三鎮八村”的總體布局，確定人口及產業規模的增長率、城鎮化率等系數，采用綜合增長率法和指數增長模型法分別對人口及產業規模進行預測；依據國土部門提供的國土調查數據，利用3S技術，預測撫仙湖流域土地利用中長期變化格局。撫仙湖流域社會經濟指標預測如表1所示。

表1 研究區社會經濟發展指標預測

(1) 城鎮生活需水。撫仙湖流域城鎮生活需水由城鎮居民家庭生活需水、城鎮公共需水及城鎮生態需水組成，基于現狀用水水平確定2017、2018年的城鎮生活綜合凈定額為200L/(人·d)，預測2025、2035年分別達到215、225L/(人·d)。按照國務院發布的“水十條”要求，到2030年，城市供水管網漏損率降低到10%以內，建制鎮供水管網漏損率降低到12%以內。結合現狀調查，撫仙湖流域預計管網漏失及可預見用水從現狀的12%降低至2025年的10%、2035年的8%，由此確定2025、2035年的城鎮生活毛需水定額分別為230、236L/(人·d)，水廠自用水按凈需水量的5%計算。預測全流域城鎮生活需水量2025、2035年分別為1005、1613 萬m3。

(2) 農村生活需水。撫仙湖流域農村生活需水由農村居民生活需水和畜禽需水組成。現狀農村居民生活凈需水定額為75L/(人·d)，大牲畜、小牲畜、家禽凈需水定額分別為38、20、1L/(頭·d)；根據農村居民的用水方式、生活習俗及供水條件等因素調查，預測農村生活凈需水定額2025、2035年分別達到82、85L/(人·d)，2025年大牲畜、小牲畜、家禽凈需水定額分別達到43、21、1.2L/(頭·d)；2035年大牲畜、小牲畜、家禽凈需水定額分別達到45、22、1.5L/(頭·d)。在凈需水量預測的基礎上，考慮一定比例的輸水損失和未預見水量。到2025、2035年農村生活需水量分別為277、212萬m3。

(3) 工業需水。2017年底—2018年實施“保衛撫仙湖雷霆行動”期間，流域內的工業已全部關停或搬遷至徑流區外的三個工業園區，按照《澄江縣工業園區總體規劃》(2016-2030)，三個工業園區雖處于撫仙湖徑流區外，但未來仍占用撫仙湖徑流區內的水資源量。因此，以三個工業園區的工業增加值為基礎，以萬元工業增加值用水量作為工業需水定額，預測2025、2035年的萬元工業增加值用水量分別達到25、20m3/萬元。到2025、2035年工業需水量分別為1243、1334萬m3。

(4)農業需水。撫仙湖流域的農業需水以農田灌溉需水為主。農田灌溉需水量與農田有效灌溉面積、播種制度、農業產業結構調整以及氣候等因素有關，農田萬畝綜合灌溉定額與灌溉制度和種植結構比例有關，灌溉制度的設計作為核心環節，需分為水稻、旱作物兩大類進行設計。鑒于水稻是耗水量最大的作物，灌溉定額地區差異性較大，因此，以1961—2017年的氣象因子長系列實測資料為依據，結合各類型灌區水稻生育期參數、土壤滲漏參數、灌溉方式、泡田方式、適宜水層、水稻栽培技術等資料和邊界條件，采用彭曼法計算撫仙湖流域多年逐月需水量，再通過田間水量平衡計算對流域水稻進行灌溉制度設計；旱作物的灌溉制度以典型調查方式確定，通過農科站提供的資料及對灌區內的用水習慣、豐產經驗調查綜合進行灌溉制度設計。作物種植結構比例預測依據《撫仙湖流域種植結構調整方案的通知》(2019年)，綜合考慮“休耕輪作”區域未來作物種植結構的變化；在萬畝綜合灌溉凈定額計算的基礎上，農田灌溉利用系數2025年、2035年分別取0.65、0.7，計算保證率為50%、75%、90%的農田萬畝綜合灌溉定額2025年分別為365、392、433萬m3/萬畝，2035年分別為335、360、393萬m3/萬畝。經計算，當保證率為50%、75%、90%時，到2025年農業需水分別為2879、3090、3398萬m3，到2035年分別為2651、2834、3094萬m3。

(5)旅游業需水。根據2013—2017年實際游客接待人數及旅游收入的實際統計數據，結合撫仙湖流域相關專項規劃關于到2035年旅游當量人口為4.9萬人，即年均旅客接待量不超過1800萬人的要求，預測旅游人口規模增長率存在逐漸降低的趨勢，基于此，以2017年撫仙湖流域實際住宿及餐飲數量，參照云南省用水定額標準，結合旅游人口增長率預測中長期的旅游業需水量。預測到2025、2035年，撫仙湖流域的旅游業需水量分別為476、521萬m3。全流域需水預測匯總結果如表2所示。

2.2 供水情景設置及供需平衡分析

按照可供水量的定義，可供水量即考慮來水和用水條件，通過各種工程措施可提供的水資源量[3]。工程措施、用水條件一定時，來水不同，可供水量不同；來水、用水條件一定時，工程措施不同，可供水量不同，因此有不同代表年、不同水平年可供水量之分[4]。撫仙湖可供水量的預測需考慮未來保護治理政策的影響，在現有水利工程不同水平年可供水量復核的基礎上，結合未來保護治理的政策導向以及已規劃或正在實施的新增水利工程的建設，預測2025年、2035年的可供水量。

2.2.1 現狀可供水量

結合現狀調查，撫仙湖流域已有供水設施分為蓄水工程、引水工程、提水工程、地下水井、中水回用工程等五類。蓄水工程的可供水量即水庫可供水量，指一定的來水和用水條件，采用合理的調度運用方式，水庫可提供利用的水量；中型及以上水庫可供水量計算采用年可供水量調節法[4]，主要涉及北岸片區的梁王河和東大河2座中型水庫；其余96座小型及以下水庫及壩塘采用典型水庫水量調節系數法進行現狀年可供水量計算。引水工程可供水量指江河湖泊中自流引用的水量；地表水提水工程可供水量指通過動力機械設備從江河湖泊中提取的水量[4]，撫仙湖流域的提水工程分為湖體提水和其他提水工程，湖體取水可供水量以2018年核定的取水許可證的許可取水量確定；引、提水工程按照用戶用水需求、河道來水情況以及工程供水能力綜合確定。地下水井及中水回用工程可供水量以實際調查為主，受保護治理政策影響，現狀撫仙湖流域絕大多數地下水井工程已取締停用，僅計入撫仙湖北岸片區深井1眼；中水回用量為撫仙湖流域已建規模為1.5萬m3/d的澄江縣城中水廠的實際回用量確定，受2018年實施“休耕輪作”政策的影響，農業用水戶需求發生變化，現狀中水回用量僅達到10%。

表2 撫仙湖流域需水預測匯總 (萬m3)

2018年撫仙湖流域當P為50%、75%、90%時可供水量分別為5015、4517、3775萬m3。當P=75%時，蓄水工程、提水工程、引水工程、中水回用、地下水井的可供水量占比分別為67.2%、25.9%、5.4%、1.2%、0.4%。

2.2.2 供水情景設置

撫仙湖流域中長期水資源可供水量預測，是在考慮保護治理政策措施變化的前提下，根據政策導向及已規劃工程措施，假設不同供水情景，預測不同情景下的可供水量。供水情景設置的可變因素從如下幾個方面切入：

(1)湖體取水量。當前撫仙湖流域低于法定最低運行水位運行，為加快湖體恢復正常運行水位，可通過外流域調水實現湖體取水替代。因此，未來撫仙湖存在全面禁止湖體取水的可能性。

(2)外流域調水工程。撫仙湖為I類優良水體，為滿足撫仙湖流域河湖生態需水要求，鑒于目前缺乏外流域水源可直接向撫仙湖湖體補水的實際，需通過加大外流域調水量置換流域內生活生產用水，間接增加清潔水資源自然下泄補給湖體。目前，撫仙湖流域在建外流調水工程有甸垛龍潭和大龍潭引調水工程。甸垛龍潭調水工程按照設計方案實施，設計可供水量為639萬m3；大龍潭調水工程設計可供水量為7013萬m3，因工程涉及玉溪市、撫仙湖、星云湖和杞麓湖等多區域水資源分配，原設計方案分配供給撫仙湖流域的水資源量為1077萬m3，但隨著中遠期社會經濟的發展，實際需求水資源量存在動態變化，該工程水資源配置存在動態調整的可能性。

(3)原有水利設施變化。按照撫仙湖保護治理的需求，為增加清潔水資源入湖量，可適當取消流域內原有水質優良水源的取用水工程，水質良好的水源可通過天然河渠自然下泄補給撫仙湖，如流域內水質良好的山泉、地下龍潭自流引水工程以及地下水井等。

(4)再生水利用率。中水回用量作為非常規水資源，是構建撫仙湖流域健康水循環體系的核心，通過不斷提高流域再生水利用率，可最大限度降低流域內的水資源消耗。綜合考慮上述可變因素擬定S1、S2、S3、S4四種供水情景，如表3所示。

2.2.3 多情景可供水量預測結果

在S1、S2、S3、S4四種供水情景下，當P=75%時，到2025年，撫仙湖流域可供水量分別達到4529萬m3、5274萬m3、6091萬m3、6091萬m3；到2035年，可供水量分別達到4569萬m3、5696萬m3、6513萬m3、6513萬m3。由結果可知，四種情景下全流域可供水量逐步增加的同時，供水結構由以流域內原有蓄水工程為主逐步轉變為以外流域調水工程為主，最終實現流域內原有水利工程由外流域調水及再生水利用工程全部替代。中、遠期四種供水情景的供水結構變化情形類似，以中期為例進行分析：S1、S2、S3、S4四種情景下，蓄水工程占比依次遞減，分別為68%、58%、50%、0；調水工程的占比依次增加，分別為0、10%、26%、87%。

表3 撫仙湖流域中遠期供水情景

2.3 多情景供需平衡分析

多情景供需平衡顯示，隨著撫仙湖流域中長期社會經濟指標的動態變化，在無外流域調水的情況下，流域內原有水利工程已不能滿足流域內的用水需求，S1情景下，到2025年、2035年全流域缺水率分別達到26%、30%，其中以工業、城鎮生活及旅游業缺水最為突出；農業灌溉則通過“休耕輪作”的種植結構調整、高效節水灌溉、生態農業發展等方式降低了用水需求；隨著城市化進程發展農村生活用水需求亦有所降低，因此，農業灌溉及農村生活缺水情況并不顯著。S3情景通過積極挖潛區域供水能力，合理增加甸垛龍潭和大龍潭外流域調水水量，可供水量與工程設計方案基本吻合，用以保障流域城鎮生活、旅游業、工業發展的用水需求，在禁止湖體取水的情況下，通過適當取締流域內原有山泉、龍潭等引水工程以及地下水井的優質水源供水，達到增加清潔水資源下泄補給湖體的目的；S3情景下，全流域基本可達到供需平衡，在滿足流域內生產生活用水需求的同時，可間接增加773萬m3的清潔水資源補給湖體。S4情景可通過外流域調水及再生水利用實現流域內供水全替代，亦可看作是理想供水模式，此情景大龍潭調水工程需配置4768萬m3水資源量才可滿足用水需求；該情景下全流域生產生活用水亦可達到供需平衡，可間接增加4464萬m3清潔水資源量補給湖體。

表4 2025年多情景供需平衡表 (P=75%)

表5 2035年多情景供需平衡表 (P=75%)

3 結論及建議

(1)流域用水需求受保護治理政策措施影響顯著。2018年受“保衛撫仙湖雷霆行動”“休耕輪作”等保護治理政策影響，全流域用水需求總體呈降低趨勢，尤以農業灌溉、農村生活需水降低最為明顯，相比政策實施前分別降低36%、38%，但農業灌溉需水仍是撫仙湖流域占比最高的用水類型。“休耕輪作”作為農業供給側結構性改革的一項重要舉措，是農業耗水和農業面源控制的重要手段。鑒于“休耕輪作”實施過程中面臨農民收入減少的實際問題，建議因地制宜，進一步探索休耕輪作新模式，在保障區域糧食安全的前提下，走綠色興農和高質量發展相協調的路線，使“休耕輪作”可持續實施下去。

(2)流域供水模式隨社會經濟發展及保護治理需求逐漸轉變。目前撫仙湖水資源開發利用率高達78%，遠超過國際公認的40%水資源合理開發程度上限。為適應流域中遠期城鎮生活及旅游用水增長的需求，可通過合理增加外流域調水，在保障流域生活用水的前提下，適當降低流域內水資源開發利用率，置換流域內清潔水資源通過天然河道下泄補給湖體。考慮到外流域調水替代是一個循序漸進的過程，建議可分中、遠期階段逐步實現供水模式的轉變，近期可深入探索如S3情景的局部替代供水模式，優先取代湖體取水部分；遠期可進一步研究如S4情景的全流域替代的理想供水模式，以期構建撫仙湖全流域健康水循環體系。

(3)流域水資源配置格局的優化與未來保護治理政策密切相關。撫仙湖流域水資源優化配置，需從撫仙湖保護的角度出發，在保障流域基本生活用水的前提下，適當增加清潔水資源入湖量。受保護治理政策影響，目前流域內的工業已全部遷至流域外的三個工業園區，由于工業園區原規劃供水水源為徑流區內水質良好的兩座中型水庫，若按規劃實施，遠期在S3情景的配置方式下，流域內875萬m3的清潔水資源將被流域外的工業園區擠占，建議遠期工業用水可由備用水源供給，或合理配置外流域水源保障。農業灌溉用水建議由原有小型水利設施保障，并通過不斷提高流域再生水利用率，補充保障農業灌溉用水需求。以期減少流域內清潔水資源的消耗。