香溪河流域水資源配置研究

景曉菊，黃志強，黨 祥，張瑞剛

(1.湖北省水利水電科學研究院，湖北 武漢 430070；2.水利部長江水利委員會河湖保護與建設運行安全中心，湖北 武漢 430010)

水資源配置是實現水資源合理開發利用的基礎，解決水資源供需矛盾的關鍵所在[1]。 已有學者[2-11]主要開展了基于大系統理論的水資源配置，基于協調水資源供需與區域經濟發展的可持續發展水資源配置，面向生態水資源配置，基于ET的水資源配置等。 張守平等[12]提出了水量水質聯合配置研究的理論方法。 邵東國等[13]、蘇心玥等[14]將公平性、用水效率引入水資源配置。 金蓉[15]、馮房觀等[16]提出生活、生產用水優化配置的分類細化研究。 水資源優化配置研究成果日趨豐富，但對于不同類型用水研究仍舊具有繼續開拓的空間，區域用水優化配置考慮要素仍有待進一步完善。

香溪河流域現狀開發利用程度低，水利設施不足導致供需矛盾突出。 本文分析香溪河水資源開發利用現狀，綜合考慮農業、工業、生活、生態用水戶之間用水權益，科學制定用水對象的優先等級，調整產業結構，提高各部門用水效率，合理科學預測需水量，結合現有水源條件和開發利用規劃，提高水資源開發利用率，計算流域可供水量；按照以供定需原則，通過平衡分析對流域可利用水資源在區域和各用水戶之間進行配置，確定水資源的優化配置方案，解決香溪河局部地區水資源供需矛盾，維護香溪河流域社會生活、經濟發展需水安全，改善水生態環境，實現可持續發展。

1 流域基本情況

香溪河為長江三峽庫區一級支流，分東、西兩大源流，東源為干流，發源于神農架林區騾馬店，西源發源于神農架山南的紅河。 東、西2 條河流在響灘匯合始稱香溪河，于峽口匯高嵐河，流至游家河入秭歸縣，在秭歸縣境內流經21 km后匯入長江。 香溪河水系見圖1。 香溪河承雨面積3 238 km2，全長105 km，年均徑流深532 mm，多年平均地下徑流量8.99 億m3，多年平均水資源總量為17.23 億m3。

圖1 香溪河流域水系及站點分布

2 水資源開發利用現狀

2.1現狀供水工程

香溪河流域共有水庫18 座，1 座大(2)型水庫即古洞口一級水庫，1 座中型水庫即毛家河水庫，3座小(1)型水庫，13 座小(2)型水庫；總庫容17 587萬m3，興利庫容8 557 萬m3。 塘堰298 處，總蓄水量147 萬m3；水窖17 541 處，總蓄水量75 萬m3。引提水工程695 處，設計引水流量1.14 m3/s。 現狀香溪河流域無外流域調水工程，流域內調水工程歸州灌區，設計灌溉面積10 km2，流域內有效灌溉面積僅2 km2。

2.2 流域水資源開發利用特點及存在問題

2010—2018 年流域年平均供用水量為5 037 萬m3，占水資源總量的2.92%，開發利用程度低，存在主要問題如下:一是香溪河流域降雨豐富，時空分布不均，上中下游各區域水資源不平衡；二是隨著城市供水對水量、水質需求不斷提升，城鎮用水擠占農業和生態用水問題越發突出；三是現有供水工程不足，配套工程不完善，缺乏統一調度等導致對地表徑流調節能力有限，部分地區供水能力不能滿足社會經濟發展需要；四是“重建輕管”“重經濟輕生態”等問題存在，水利管理體制還有待完善。

3 水資源供需平衡

3.1 工作范圍及水平年

香溪河流域涉及神農架林區、興山縣、秭歸縣、夷陵區、保康縣等3 個地級市5 個縣(市、區)15 個鄉鎮，分別占各個市縣(區)面積比例為27.76%、89.31%、8.93%、1.09%、0.24%，各縣市境內流域面積占整個流域比例分別為27.71%、64.21%、6.69%、1.15%、0.24%。 流域涉及保康縣為香溪河源頭，人口稀少，耕地稀缺，大部分為林區，幾乎無用水戶，且無水利工程，面積占流域比例、占縣域比例極低，本次香溪河流域水資源配置范圍不考慮保康縣；現狀年、規劃水平年范圍基本一致，分為神農架林區、興山縣、秭歸縣、夷陵區4 個計算分區，見圖2。 現狀水平年為2018 年，規劃水平年為2030 年。

3.2 經濟社會發展現狀及預測

根據2018 年各行政區統計年鑒，2018 年香溪河流域總人口19.93 萬人，其中城鎮人口8.17 萬人，總體城鎮化率41.02%，其中神農架林區33.24%，興山縣41.82%，秭歸縣、夷陵區均為農村。 根據近幾年各行政區人口、地區生產總值增長率趨勢，結合相關規劃，分析各行政區人口、地區生產總值增長率和產業結構調整情況，預測規劃水平年2030 年經濟社會發展指標。 參考各行政區城市總體規劃、《湖北省灌溉發展總體規劃》《湖北省水資源綜合規劃》等關于流域內各縣市耕地、灌溉面積預測成果，優化作物種植結構，仍以馬鈴薯和玉米為主，適當降低玉米種植比例，適當擴種小麥、中稻、油菜、蔬菜。 香溪河流域現狀、規劃水平年主要經濟指標預測成果見圖2。

圖2 香溪河流域計算分區范圍、水平年主要經濟指標預測示意

3.3 需水預測

在香溪河流域各行政區2018 年水資源公報現狀定額基礎上，充分考慮節水技術、管理水平以及生活水平提高因素，城鎮生活、農村人畜飲水采用人均用水定額法計算；調整產業結構和優化升級，提高用水重復水平和推廣先進節水工藝與技術等措施，結合神農架林區、宜昌市最嚴格水資源管理三條紅線用水效率分解指標、總體規劃及水利發展規劃要求，工業、建筑業、第三產業等生產需水采用萬元增加值定額法計算。 農業灌水采用灌溉定額計算，收集神農架、興山、秭歸3 個氣象站1976—2018 年逐日氣象資料，參照《湖北省灌溉用水定額修編》相關計算參數成果計算農作物灌溉定額。 河道內生態環境需水量按多年平均徑流量的10%計算，古洞口水庫最小生態流量為1.99 m3/s。 河道外生態用水主要集中在鎮區道路澆灑和公園綠化，采用單位面積定額法計算。 2030 年香溪河流域總需水量為8 430 萬m3。

3.4 可供水量預測

3.4.1 徑流

a)興山(二)站徑流。 興山(二)站作為本次徑流分析采用的參證站，其1976—1999 年實測徑流接近天然狀況，整編方法一致，能滿足本次規劃要求。上游古洞口水庫1999 年5 月下閘蓄水，興山(二)站建庫蓄水后的實測徑流一致性遭到破壞。 本次采用紅花、九沖、水果園、中日埡、青山、鄭家坪、南陽河等7 個雨量站及文武、寒溪口、南陽、古夫、興山(二)站5 個水文站降雨量按泰森多邊形法計算興山(二)站以上流域面雨量，擬合興山(二)站以上流域1976—1998 年降雨-徑流關系(圖3)，其降雨徑流點據基本呈帶狀分布，徑流隨降水增大而增大的趨勢明顯。 依據興山(二)站以上流域1999—2018年面降雨量及逐年逐月降雨分配比例，比擬得興山(二)站1999—2018 年天然逐月徑流系列，與實測1976—1998 年徑流系列形成興山(二)站1976—2018 年天然徑流系列。

圖3 興山(二)站以上流域面降雨-徑流深

b)分區徑流。 香溪河流域計算分區面降雨量按泰森多邊形法計算，天然年、月徑流系列考慮降雨修正按照計算分區面積與興山(二)站控制面積的比值移置，得香溪河流域1976—2018 年神農架林區、興山縣、秭歸縣、夷陵區、整個流域多年平均面降雨量分別為1 172、982、972、1 001、1 003 mm，多年平均年徑流深分別為621、521、515、531、532 mm。對照《湖北省第三次全國水資源調查評價報告》成果，香溪河流域多年平均降雨量主要位于900 ～1 200 mm等值線，多年平均徑流深主要位于500 ～600 mm等值線，本次徑流成果在合理范圍之內。

3.4.2 可供水量分析復核

根據香溪河流域供水規劃，2030 年新建及擴建供水工程(圖4)，經計算，香溪河2030 年可供水量為1.40 億m3。

圖4 香溪河流域2030 年水利工程分布

3.5 水資源供需平衡分析復核

3.5.1 供需平衡分析原則

本次香溪河水資源供需平衡分析分片計算、總體平衡，采用1976 年4 月至2018 年3 月共43 年長系列時歷法計算，計算時段為月。 用水戶優先確保生活和二三產業用水，其次為農業灌溉用水，最后為河道外生態環境用水，供水工程優先次序為塘堰、小型水庫、中型水庫、引水工程、提水工程、古洞口水庫、地下水。 其中塘堰只供給農業用水，采用復蓄次數法計算塘堰供水能力，小型水庫、中型水庫分為只供灌溉、生產、生態用水和各行業均可供水2 種類型，古洞口水庫負責古夫鎮各行業用水和昭君鎮部分生活用水，小型水庫分片進行概化合并成若干個“小型水庫”，對唯一的中型和大型水庫單獨調算，水庫供水量根據來水量扣除生態下泄流量、棄水量和蒸發滲漏損失量。 引提水閘站供水量根據閘站規模、控制面積以及水源來水情況分析計算實際供水。地下水主要供水對象為少量農村安全飲水，由于供水量極小本次忽略不計。

3.5.2 供需平衡分析

a)基準年供需平衡。 根據前述供需預測及平衡分析方法，計算基準年水資源供需平衡。

b)規劃年一次平衡。 規劃水平年一次供需平衡考慮了人口自然增長、經濟發展、城市化程度和人民生活水平提高，需水量為不考慮節水條件下的規劃水平年需水量，按供水預測的“零方案”，即在現狀水資源開發利用格局和發揮現有供水工程潛力的情況下進行水資源供需分析，反映已有工程對未來規劃水平年合理需水要求的滿足程度，為確定未來水資源開發利用方向、節水、挖潛等措施提供依據，為解決水資源供需矛盾奠定基礎。

c)規劃年二次平衡。 由于一次供需平衡計算結果有缺口，故在一次平衡基礎上，立足當地水資源條件，根據供水規劃，2030 年香溪河流域神農架林區新建4 個水廠，改擴建2 個水廠，提升1 個水廠，小型集中工程36 處，分散供水工程368 處。 興山縣生活供水包括現有水源古洞口水庫、后坪水庫2 處水庫外，新增利用現有灘坪水庫，新建小(2)水庫4座、中型水庫1 座；秭歸縣新建1 處引水工程、2 座小(2)型水庫。 通過新建及擴建供水工程、合理調配，進行二次供需平衡分析，采用原則、調算方法與一次平衡類似，不同的是供水考慮了規劃水平年各行業新增水源工程的供水方案。 香溪河不同水平年水資源供需平衡計算匯總見表1。

表1 基準年及規劃水平年平衡成果單位:萬m3

本次生活用水、二三產業用水保證率為95%，農業用水、生態用水保證率為75%，從以上分析計算可以得知:神農架林區基準年、一次平衡各行業供水保證率為0；興山縣基準年、一次平衡各行業均不缺水，水量完全滿足需求；秭歸縣基準年、一次平衡生活、農業供水保證率達不到設計保證率要求，可見基準年神農架、秭歸縣供水保證率低，加之工程老損破壞，進一步加深了供水破壞程度，缺水問題嚴重，生活、生產和生態用水安全均受到嚴重威脅；在發揮現有供水工程潛力進行一次平衡計算后可知，國民經濟各行業缺水狀況未得到改善，主要為工程性缺水；在充分利用水資源和新建蓄、引水工程進行二次平衡分析可知，平水年(P=50%)、一般枯水年(P=75%)香溪河流域均不缺水；特枯年(P=95%)僅秭歸縣存在農業缺水，其余3 個縣(市)分區均不缺水，基本實現水資源供需平衡，國民經濟各行業用水需求得到基本保障。

2030 年香溪河流域二次平衡多年平均、平水年、一般枯水年、特枯年需水量比2018 年分別增加了1 686 萬、1 664 萬、1 687 萬、2 468 萬m3；供水工程格局不變、經濟社會發展情況下，充分挖潛配套現有供水工程，香溪河流域一次平衡多年平均、平水年、一般枯水年、特枯年供水量比2018 年分別增加了1 308 萬、1 228 萬、1 269 萬、1 856 萬m3；充分挖潛配套現有供水工程后，通過新建供水工程，香溪河流域二次平衡多年平均、平水年、一般枯水年、特枯年供水量比一次平衡分別增加了681 萬、722 萬、790 萬、1 091 萬m3。

4 水資源配置方案及合理性分析

4.1 水資源配置方案

2030 年香溪河流域多年平均需水量8 430 萬m3，比2018 年實際用水量增加3 086 萬m3。 水資源配置方案依據香溪河流域社會、經濟、生態、環境等方面具體情況，遵循全面節約、有效保護、合理開源的原則優化水資源配置，重點是在節水減污基礎上加強用水總量控制和定額管理，加強現有工程設施的挖潛配套和節水改造，根據水資源條件科學合理規劃新建一批水資源調控工程，結合優化調度，合理配置水資源。

2030 年香溪河共配置水資源8 427 萬m3，按用水戶劃分生活用水、二三產業、農業及生態環境用水分別為1 216 萬、3 595 萬、3 573 萬、43 萬m3；按供水水源劃分，塘堰、小(2)型水庫、小(1)型水庫、中型水庫、引水工程、古洞口水庫配置水量分別為174萬、5 563 萬、129 萬、175 萬、605 萬、1 782 萬m3。按香溪河流域、外流域調入水資源配置劃分，本地水水資源量8 318 萬m3，外流域向香溪河調入水資源量109 萬m3，無向流域外調水量。 按照行政區劃分配置水資源，神農架林區、興山縣、秭歸縣、夷陵區分別為607 萬、7 439 萬、370 萬、10 萬m3。 2030 年水資源配置成果見表2、圖5—8。

圖5 香溪河2030 年分行業水資源配置

表2 香溪河2030 年水資源配置成果單位:萬m3

4.2 配置方案合理性分析

本次流域各行政區水資源配置成果均在紅線指標范圍內，與各行政區用水總量控制指標相銜接。

香溪河流域流域平均水平主要受興山縣影響。興山縣單位國土面積、人均和萬元GDP分配水量相比其他縣市更接近且稍高于流域平均值，其他縣市低于流域平均值。 神農架林區農村、城鎮均衡分布，其配置水量占流域比例與其人口、GDP占流域比例協調，全為引水工程，灌溉水利用系數最大，畝均用水量最小。 秭歸縣生產用水僅為灌溉用水，僅占流域1%，萬元GDP水量最大，遠高于流域平均值，灌溉面積占流域14%，畝均定額最小。 夷陵區僅農村生活用水，總配置水量最小。 總體來看，各縣市區分配水量與總人口、GDP、灌溉面積等經濟指標較為協調。

圖6 香溪河2030 年不同供水水源水資源配置

圖7 香溪河2030 年本地水、外流域調入水資源配置

圖8 香溪河2030 年不同行政區水資源配置

5 結論

香溪河流域水資源豐富，時空地域分布不均，開發利用程度低，香溪河流域水資源配置成果方案以現狀統計成果、經濟和社會發展指標為依據，充分落實最嚴格水資源管理制度的用水總量、用水效率控制指標要求，積極推進產業結構調整力度，充分利用新建供水工程解決香溪河流域神農架林區、秭歸縣局部缺水問題，為未來香溪河流域各縣(區)、各行業水資源供需關系提出優化配置方案，2030 年香溪河配置水量8 427 萬m3，達到供需平衡，計算成果合理，能為流域水資源合理均衡配置提供一定理論參考，實現水資源支撐生活、生產、生態可持續發展。