南水北調(diào)中線工程受水區(qū)年度水量分配方法研究

馬立亞 惠宇 馬彪 孫寧寧 顧甜甜

摘要：南水北調(diào)中線一期工程已正式通水運行近10 a，隨著受水區(qū)各省（直轄市）配套設(shè)施不斷建成，水量消納能力逐步提高，在水源區(qū)供水有限的情況下，受水區(qū)之間競爭性用水問題日益突出。基于南水北調(diào)中線工程設(shè)計成果，提出一種基于受水區(qū)各省（直轄市）設(shè)計多年平均分配比例的南水北調(diào)中線工程年度水量分配方法。該方法將可調(diào)水量按各省（直轄市）設(shè)計多年平均分配比例進(jìn)行分配，所得結(jié)果為各省（直轄市）的年度可調(diào)水量初始分配值，進(jìn)而取該值與該省（直轄市）用水計劃建議的較小值作為其年度分配水量；最后以南水北調(diào)中線工程可調(diào)水量80億m³為例開展計算。結(jié)果表明：根據(jù)受水區(qū)4省（直轄市）用水計劃建議分析水量分配面臨情況，提出北京市、天津市、河北省、河南省分配的水量分別為10.4億，8.56億，28億，30億m³。該方法可為南水北調(diào)中線工程年度水量調(diào)度計劃編制提供參考，為保障工程效益的發(fā)揮提供支撐。

關(guān) 鍵 詞：水量分配；可調(diào)水量；年度調(diào)度計劃；受水區(qū)；南水北調(diào)中線工程

中圖法分類號：TV697；TV213.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.05.014

0 引 言

南水北調(diào)中線工程從漢江引水，穿越長江、淮河、黃河、海河4個流域，涉及北京市、天津市、河北省、河南省4省（直轄市）的100多個城市，是緩解中國北方城市水資源嚴(yán)重短缺、實現(xiàn)水資源整體優(yōu)化配置、改善生態(tài)環(huán)境的重大戰(zhàn)略性基礎(chǔ)設(shè)施工程^［1-4］。該工程已于2014年12月12日正式通水，截至2024年3月底，累計由丹江口水庫陶岔渠首向北方調(diào)水631.58億m³，惠及4省（直轄市）超1.08億萬人，成為沿線城市供水新的生命線，為受水區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展用水提供了有力保障，為實施京津冀協(xié)同發(fā)展、雄安新區(qū)、北京城市副中心建設(shè)提供了水資源支撐^［5-8］。

水利部組織長江水利委員會等單位每年編制南水北調(diào)中線一期工程年度水量調(diào)度計劃，確定受水區(qū)各省（直轄市）分配水量^［9-11］。南水北調(diào)中線工程于2014年12月正式通水，在運行初期，由于受水區(qū)各省（直轄市）配套工程建設(shè)進(jìn)度不一，為保障工程水資源高效利用，國家發(fā)展和改革委員會及水利部發(fā)文規(guī)定^［12-13］，在受水區(qū)全面形成水量消納能力之前，可根據(jù)工程供水能力等情況調(diào)整各省（直轄市）年度分配水量，把河南省、河北省等地富余水量調(diào)配給北京市、天津市。隨著受水區(qū)各省（直轄市）配套設(shè)施建成，水量消納能力逐步提高，并且中線工程水源已成為受水區(qū)多座城市城區(qū)供水的重要水源，近年來受水區(qū)各省（直轄市）上報的用水計劃建議總和（折算到丹江口水庫陶岔渠首）已接近或超過中線一期工程設(shè)計調(diào)水規(guī)模（95億m³）。在受水區(qū)各省（直轄市）具備設(shè)計規(guī)模的消納能力后，面對水源區(qū)供水不足情況，南水北調(diào)中線水源區(qū)與受水區(qū)各省（直轄市）之間的供需矛盾將日益突出。近年來，在南水北調(diào)中線一期工程年度水量調(diào)度計劃編制中，考慮丹江口水庫實際蓄水和預(yù)測來水情況，結(jié)合受水區(qū)用水需求，按照“節(jié)水優(yōu)先、適度從緊、優(yōu)化配置、留有余地”的原則統(tǒng)籌考慮，確定受水區(qū)各省（直轄市）年度分配水量。

面對新形勢，目前少有研究探究南水北調(diào)中線工程可調(diào)水量不足情況下受水區(qū)分配方式。張愛靜等^［14］對南水北調(diào)工程運行初期水量消納情況進(jìn)行分析，并提出相關(guān)調(diào)度管理建議。王海潮等^［15-16］分析了國內(nèi)外跨流域調(diào)水工程運行管理特點，并提出對南水北調(diào)中線工程的啟示。但相關(guān)研究成果缺乏針對受水區(qū)水量分配方法的研究，難以指導(dǎo)實際水量調(diào)度工作。隨著南水北調(diào)中線一期工程水量調(diào)度工作不斷深入，按照調(diào)度實施中相關(guān)文件要求^［17-19］，為合理分配水量，保障工程供水效益的充分發(fā)揮，亟需開展受水區(qū)年度供水量分配方法研究。

本文基于南水北調(diào)中線工程設(shè)計成果，提出一種基于設(shè)計多年平均分配比例的南水北調(diào)中線工程年度供水量分配方法，明確受水區(qū)4省（直轄市）年度供水指標(biāo)，為科學(xué)實施南水北調(diào)中線工程水量調(diào)度、保障工程效益的發(fā)揮奠定了基礎(chǔ)。

1 受水區(qū)水量分配要求

長江水利委員會于每年9月底前，在綜合漢江來水預(yù)測、丹江口水庫蓄水情況、湖北省上報的漢江中下游及清泉溝用水計劃建議等基礎(chǔ)上，提出中線一期工程年度可調(diào)水量；水利部根據(jù)丹江口水庫可調(diào)水量、受水區(qū)各省（直轄市）上報的用水計劃建議，合理安排、統(tǒng)籌考慮，每年10月批復(fù)南水北調(diào)中線一期工程年度水量調(diào)度計劃。

根據(jù)《南水北調(diào)工程總體規(guī)劃》（國函〔2002〕117號）、《南水北調(diào)工程供用水管理條例》（國務(wù)院令第647號，以下簡稱《條例》）及《南水北調(diào)中線一期工程水量調(diào)度方案（試行）》（水資源〔2014〕337號，以下簡稱《水量調(diào)度方案》）等要求，陶岔年度可調(diào)水量的分配按照各省（直轄市）多年平均分配水量的比例分配（表1）。當(dāng)?shù)そ谒畮祛A(yù)測來水頻率大于75%且小于95%時，視受水區(qū)各省（直轄市）缺水程度，可向缺水嚴(yán)重地區(qū)適當(dāng)傾斜，優(yōu)先保障受水區(qū)生活用水需求。

工程運行以來，由于受水區(qū)配套工程建設(shè)進(jìn)度等原因影響，實際分配水量與多年平均水量分配比例有差距。2016年國家發(fā)改委和水利部印發(fā)的文件明確將2020年作為南水北調(diào)中線一期工程全面實現(xiàn)設(shè)計供水能力的目標(biāo)年份。其中北京市、天津市于2017年底前基本消納全部分配水量，河南省、河北省在2020年底前具備完全消納能力。在全面形成消納能力前，根據(jù)中線工程供水能力等研究調(diào)整受水區(qū)各省市年度分配水量，把河南省、河北省等富余水量調(diào)配給北京市、天津市。

根據(jù)上述原則，并考慮水源區(qū)及受水區(qū)水情、丹江口水庫及總干渠冰期過流能力限制等工情因素開展水量分配。在年度水量調(diào)度計劃編制時，僅考慮正常供水，生態(tài)補(bǔ)水另行安排，按照“節(jié)水優(yōu)先、適度從緊、優(yōu)化配置、留有余地”的原則，統(tǒng)籌考慮。由于北京市、天津市配套工程較早建成，而工程運行初期河南省、河北省又未達(dá)到消納能力，在受水區(qū)總供水量不超過可調(diào)水量的前提下，將河南省、河北省無法消納的部分水量調(diào)配給北京市、天津市，因此，北京市、天津市正常供水計劃折算到陶岔渠首的水量占可調(diào)水量的比例在部分年度超過設(shè)計分配比例。

2 基于設(shè)計多年平均分配比例的年度水量分配方法

考慮南水北調(diào)中線一期工程通水以來受水區(qū)配套工程建設(shè)情況，為保障受水區(qū)各方用水權(quán)益，充分發(fā)揮工程效益，本文提出了一種基于設(shè)計多年平均分配比例的南水北調(diào)中線工程年度水量分配方法。

2.1 有關(guān)定義

（1）年度可調(diào)水量初始分配值：將可調(diào)水量按《水量調(diào)度方案》明確的各省（直轄市）多年平均分配比例（表1）進(jìn)行分配，所得結(jié)果即為各省（直轄市）的年度可調(diào)水量初始分配值。

（2）年度可調(diào)水量初始分配值有剩余：指某省（直轄市）用水計劃建議（折算到陶岔渠首）小于年度可調(diào)水量初始分配值的情況。

（3）年度可調(diào)水量初始分配值不足：指某省（直轄市）用水計劃建議（折算到陶岔渠首）大于年度可調(diào)水量初始分配值的情況。

（4）初始分配剩余水量：當(dāng)某省（直轄市）用水計劃建議（折算到陶岔渠首）小于年度可調(diào)水量初始分配值（即年度可調(diào)水量初始分配值有剩余）時，該省（直轄市）年度可調(diào)水量初始分配值與用水計劃建議（折算到陶岔渠首）的差值即為初始分配剩余水量。

（5）總剩余水量：年度可調(diào)水量初始分配值有剩余的各省（直轄市）初始分配剩余水量之和。

2.2 水量分配情況及分配方法

（1）情況1。各省（直轄市）用水計劃建議（折算到陶岔渠首）的總和小于等于陶岔渠首年度可調(diào)水量，則4省（直轄市）用水計劃建議均得到滿足。受水區(qū)各省（直轄市）按照用水計劃建議進(jìn)行分配。

若各省（直轄市）用水計劃建議（折算到陶岔渠首）的總和大于陶岔渠首年度可調(diào)水量，此時可分為情況2及情況3。

（2）情況2。各省（直轄市）用水計劃建議（折算到陶岔渠首）均大于其年度可調(diào)水量初始分配值，則4省（直轄市）用水計劃建議均無法滿足。此時，受水區(qū)各省（直轄市）按照年度可調(diào)水量初始分配值進(jìn)行分配。

（3）情況3。各省（直轄市）用水計劃建議（折算到陶岔渠首）的總和大于陶岔渠首年度可調(diào)水量，且部分省（直轄市）用水計劃建議（折算到陶岔渠首）小于等于、部分大于年度可調(diào)水量初始分配值。此時，某些省（直轄市）用水計劃建議得到滿足，該省（直轄市）的年度可調(diào)水量初始分配值有剩余；另外的省（直轄市）用水計劃建議得不到滿足，該省（直轄市）的年度可調(diào)水量初始分配值不足。

對于情況3，本次研究結(jié)合年度水量調(diào)度計劃編制實踐情況，擬定以下兩種分配方法。

（1）分配方法1（采用《水量調(diào)度方案》規(guī)定方法）。當(dāng)受水區(qū)某個省（直轄市）用水計劃建議（折算到陶岔渠首）小于等于年度可調(diào)水量初始分配值時，則按該省（直轄市）的用水計劃建議分配；當(dāng)用水計劃建議（折算到陶岔渠首）大于年度可調(diào)水量初始分配值時，按年度可調(diào)水量初始分配值分配。即取該省（直轄市）年度可調(diào)水量初始分配值與用水計劃建議（折算到陶岔渠首）的較小值作為其年度分配水量。

（2）分配方法2（將初始分配剩余水量分配給水量不足地區(qū)的方法）。將初始分配剩余水量按一定的規(guī)則調(diào)劑給年度可調(diào)水量初始分配值不足的省（直轄市），調(diào)劑后不超過其用水計劃建議。具體分配方法如下：① 明確總剩余水量。將年度可調(diào)水量初始分配值有剩余的省（直轄市）初始分配剩余水量加總。② 明確總剩余水量在年度可調(diào)水量初始分配值不足的地區(qū)之間的分配比例。對于年度可調(diào)水量初始分配值不足的省（直轄市），采用該省（直轄市）多年平均水量分配值（即表1中該省（直轄市）的水量）除以年度可調(diào)水量初始分配值不足地區(qū)的多年平均水量分配值的總和，即為再次分配比例。③ 對于年度可調(diào)水量初始分配值不足的省（直轄市），將總剩余水量乘以上述再次分配比例后，與該省（直轄市）的年度可調(diào)水量初始分配值相加。由于分配水量上限為該省（直轄市）的用水計劃建議，如相加后的值大于該省（直轄市）用水計劃建議，則該省（直轄市）分配水量等于其用水計劃建議，多余的水量繼續(xù)調(diào)劑至其他初始分配值不足的省（直轄市），直至將可調(diào)水量分完。

3 實例計算與分析

以南水北調(diào)中線工程可調(diào)水量80億m³為例開展計算，計算結(jié)果見表3。其中，如受水區(qū)北京市、天津市、河北省、河南省用水計劃建議分別為12億，12億，28億，30億m³，合計82億m³，用水計劃建議總和大于陶岔渠首可調(diào)水量，且各省（直轄市）用水計劃建議有的小于等于、有的大于其年度可調(diào)水量初始分配值，屬于情況3。如按照分配方法1，北京市、天津市、河北省、河南省分配的水量分別為10.40億，8.56億，28.00億，30.00億m³，合計76.96億m³；如按照分配方法2，北京市、天津市、河北省、河南省分配的水量分別為12億，10億，28億，30億m³，合計80億m³。

分配方法1為《條例》《水量調(diào)度方案》明確的分水方式。當(dāng)出現(xiàn)情況3時，各省（直轄市）年度分配水量取年度可調(diào)水量初始分配值與用水計劃建議的較小值，總分配水量偏少，可調(diào)水量存在未分完情況。該方法落實各省（直轄市）多年平均分配水量比例，充分尊重各省（直轄市）平等協(xié)商權(quán)益。對于按分配方法1無法滿足用水需求的地區(qū)，可結(jié)合水量轉(zhuǎn)讓實現(xiàn)受水區(qū)水資源優(yōu)化配置。

分配方法2將初始分配剩余水量按照一定規(guī)則調(diào)配給年度可調(diào)水量初始分配值不足地區(qū)，總分配水量多，可調(diào)水量可分完。該方法在受水區(qū)各省（直轄市）全面形成水量消納能力之前，將水量分配方式進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，有利于減緩受水區(qū)相關(guān)省（直轄市）水資源供需矛盾，促進(jìn)南水北調(diào)中線工程供水效益的充分發(fā)揮。

考慮南水北調(diào)中線一期工程受水區(qū)各省（直轄市）配套工程已建設(shè)完成，從落實《條例》《水量調(diào)度方案》以及尊重各省（直轄市）平等協(xié)商權(quán)益的角度出發(fā)，本次研究推薦在情況3時采用分配方法1開展各省（直轄市）年度水量分配。

4 結(jié) 語

南水北調(diào)中線工程通水運行近10 a，受水區(qū)各省（直轄市）配套設(shè)施已經(jīng)全部建成，受水區(qū)對中線水源需求不斷增加。中線工程通水初期，北京市、天津市配套工程建設(shè)進(jìn)度較快，按相關(guān)要求，配置水量向北京市、天津市適當(dāng)調(diào)配。而目前受水區(qū)配套工程已建設(shè)完成，針對南水北調(diào)中線一期工程供水面臨的新形勢，本文提出了一種基于設(shè)計多年平均分配比例的南水北調(diào)中線工程年度水量分配方法，明確中線受水區(qū)各省（直轄市）水量分配問題，為科學(xué)配置水資源，保障中線工程效益的充分發(fā)揮奠定了基礎(chǔ)。實際開展年度水量分配時，應(yīng)結(jié)合丹江口水庫來水、蓄水情況及受水區(qū)消納能力，按照“節(jié)水優(yōu)先、適度從緊、優(yōu)化配置、留有余地”的原則，統(tǒng)籌安排。

鑒于受水區(qū)各省（直轄市）已全面形成消納能力，需水量逐年增加，為合理公平分配供水量，完善調(diào)度管理程序，緩解供需矛盾，建議進(jìn)一步建立完善南水北調(diào)中線工程受水區(qū)跨省（直轄市）水量轉(zhuǎn)讓機(jī)制，合理制定轉(zhuǎn)讓價格，按照基于設(shè)計多年平均分配比例的水量分配方式開展南水北調(diào)中線工程水量分配與調(diào)度工作；受水區(qū)應(yīng)在全面加強(qiáng)節(jié)水、強(qiáng)化水資源剛性約束的前提下，統(tǒng)籌配置南水北調(diào)水與當(dāng)?shù)馗黝愃矗岣邊^(qū)域水安全保障能力。

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（編輯：謝玲嫻）

Study on allocation method of annual water supply for Middle Route of

South-to-North Water Diversion Project

MA Liya，HUI Yu，MA Biao，SUN Ningning，GU Tiantian

（Changjiang Survey，Planning，Design and Research Co.，Ltd.，Wuhan 430010，China）

Abstract：The Middle Route of South-to-North Water Diversion Project has been running for nearly 10 years.With the continuous construction of supporting facilities in the water-receiving area，the absorption capacity is gradually improved.When the water supply in the water source area is limited，the problem of competitive water use among the water-receiving areas is becoming increasingly prominent.In this paper，we proposed an allocation method of annual water supply for the Middle Route of South-to-North Water Diversion Project based on the design proportion of each province.The method was to firstly allocate the divertable water according to annual average distribution ratio of each province，which is considered as the initial allocation value，then take the smaller one between the initial allocation value and the water use plan of each province as its annual allocation water volume.We take the annual divertable water of 8 billion m³of the Middle Route of South-to-North Water Diversion Project as an example to carry out the calculation.The results showed that according to the water use plan of the four provinces in the receiving area，by analyzing the water allocation situation，the water allocation of Beijing，Tianjin，Hebei and Henan was 1.04 billion，0.856 billion，2.8 billion，3.0 billion m³respectively.This method can provide a reference for the preparation of an annual water scheduling plan for the Middle Route of South-to-North Water Diversion Project and can provide support for ensuring the realization of the projects benefits.

Key words：water allocation；divertable water；annual water scheduling plan；water-receiving area；Middle Route of South-to-North Water Diversion Project