東江流域高質量供水優化配置方案研究

摘要：針對粵港澳大灣區高度依賴的河道型水源存在多源復雜水質風險的現實情況，研究大灣區重要水源地——東江流域高質量供水優化配置方案十分必要。通過分析流域潛在高質量用水需求，提出以新豐江、白盆珠等水庫優質水源置換下游地市部分現有河道型水源的供水方案，并在構建流域水量調節計算模型的基礎上，開展庫區引水和釋放壓咸流量等不同配置方案的分析論證。研究結果表明：東江流域現狀工程體系可基本滿足未來經濟社會發展用水需求，但直接從新豐江、白盆珠等水庫引水會造成下游特枯來水年份河道內生態流量和河道外供水破壞；減少下游壓咸流量后可增加庫區引水量，且從保證率角度來看對下游生態和供水影響較小，但從庫區引水會導致下游河道斷面流量的整體性下降，同時也會加大特枯來水時段的缺水程度。研究成果可為優化東江流域供水體系提供參考。

關 鍵 詞：水資源配置； 優質供水； 水源置換； 東江流域； 粵港澳大灣區

中圖法分類號： TV213

文獻標志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2025.02.015

0 引 言

水資源是經濟社會發展的基礎性、先導性、控制性要素。中國水資源總量豐富，但時空分布極不均衡，人均占有量少，水資源優化配置是實現水資源要素在總量和時空分布上與經濟社會發展格局相匹配的重要手段。國內外研究人員圍繞水資源優化配置的理論和方法開展了大量研究^［1～2］。例如，陳曉宏等^［3］針對東江流域水資源系統多目標、多屬性、多層次等特性，基于大系統“分解協調”理論提出流域-用戶多層次優化配置模型；Wang等^［4］提出一種考慮初始水權分配和水權轉移分配的二層合作博弈模式，以解決水資源分配中的競爭性用水問題，從而實現多個利益相關者之間公平且高效的水資源分配；陳南祥等^［5］在水資源優化配置中引入了多目標遺傳算法，并驗證了方法的可行性；呂一兵等^［6］針對水資源管理機構和用水者之間存在的層次關系，采用雙層規劃模型研究如何通過初始水權分配和水資源費調控實現水資源優化配置；Li等^［7］針對水資源管理中的不確定性問題，提出了一個多階段模糊隨機規劃模型，可以將不確定參數表示為模糊集合和隨機變量，直接傳達到優化過程中；張守平等^［8］針對水資源配置對水質因素考慮不足等問題，提出水量水質聯合配置理論和方法；付銀環等^［9］針對灌區水資源系統中存在的不確定性問題，運用區間二階段隨機規劃的方法，建立了地表水和地下水聯合調度的灌區之間水資源優化配置模型；Tian等^［10］提出利用Sperner引理解決不同目標和競爭區域之間的沖突，從而使多個區域之間的水資源分配達到納什均衡；Mirdashtvan等^［11］根據氣候變化情景，建立了多種水資源適應性管理方法，并使用WEAP模型評估了不同適應策略對水資源供需平衡的影響；王發強等^［12］針對水資源系統的不確定性風險問題，引入條件風險價值理論，構建了基于合作博弈的水質水量配置模型。

立足于水資源均衡配置，中國近幾十年來不斷推動水利基礎設施建設，有力支撐了經濟社會的快速發展。至2022年，全國水利工程供水能力已提升至近9 000億m3，城市供水普及率達99.39%。與此同時，中國用水量已經進入平穩緩降期^［13］，隨著高質量發展任務的深入推進，以及人民群眾日益增長的對美好生活的需求，水資源供給的需求面臨從“量足”到“質優”的轉變。

東江是粵港澳大灣區的主要水源地之一，供水區人口近5 000萬，經濟總量超8萬億元，被譽為“生命水、政治水、經濟水”^［14］。然而，廣州市、深圳市、東莞市等東江下游發達城市現狀高度依賴河道型水源，存在咸潮上溯、面源污染和突發性水污染等水質風險^［15-17］。如2021～2022年東江遭遇連旱特枯水情，受咸潮上溯影響，東莞水廠暫停取水時長累計達1 690 h，部分水廠氯化物指標最高值達1 515 mg/L，近400萬人用水安全受到影響。此外，東江還面臨更加嚴峻的新型污染物威脅，如抗生素、微塑料等，珠江流域抗生素排放密度為全國最高^［18］。新型污染物化學結構穩定、易富集、難降解，難以通過水體自凈和常規處理工藝有效去除，對人體健康構成嚴重威脅^［19-20］。對標國內外先進地區，如紐約、舊金山及杭州市等均已建成從城市周邊水庫引水的供水格局^［21］，粵港澳大灣區供水格局距離一流灣區、健康灣區建設還存在差距。

隨著粵港澳大灣區高質量發展深入推進，如何從水源端提升供水品質、優化流域水資源配置格局是亟待探討和解決的問題。本文針對粵港澳大灣區供水水源提質現實需求，首先在需求端通過綜合考慮用水范圍、用水類型、水量分配方案與生態安全開發上限等因素確定高質量用水需求；然后從供給端提出以上游水庫優質水源代替下游河道型水源的水源置換方案和釋放流域壓咸流量的水源改善方案；最后通過構建以流域為單元的水量調節計算模型開展高質量供水優化配置方案的對比論證。

1 研究區域概況及研究總體思路

1.1 研究區域概況

東江是珠江流域三大水系之一，發源于江西省尋烏縣，自東北向西南流經廣東省河源市、惠州市、東莞市注入珠江三角洲網河區，含東江三角洲在內流域面積3.5萬km2（其中廣東省面積占比90%），多年平均水資源量359.5億m3，其中廣東省境內水資源量330億m3。流域內已建大型水庫3座，即新豐江、白盆珠、楓樹壩水庫，均為年調節及以上水庫，興利庫容合計81億m3，庫區水質優良，常年穩定在Ⅰ類；已建東深供水、深圳東部供水、珠江三角洲水資源配置等大型引調水工程，設計供水規模分別為24.23億，7.20億，17.08億m3。東江流域內河源、博羅、東新橋等3個重要控制斷面生態流量現狀控制目標分別為212，114，40 m3/s。東江流域示意見圖1。

1.2 研究總體思路

研究的總體思路如圖2所示，流程如下：

（1） 開展東江流域內各區域全口徑用水需求預測，然后結合存在高質量用水潛在需求的范圍以及用水類型，分析流域高質量用水需求。

（2） 根據流域分水方案合理控制各地市用水需求上限，同時根據水資源開發利用率上限確定優質水源地水庫可供水量。

（3） 構建東江流域調節計算模型，設置由水庫引水和釋放壓咸流量措施相組合的不同高質量供水方案，開展水資源供需計算。

（4） 分析計算結果，對比評估不同高質量供水方案對流域供水和重要控制斷面生態流量的影響。

2 東江流域高質量用水需求分析

2.1 流域供水區域需水預測

東江流域供水區域主要包括廣州市中心六區（越秀區、荔灣區、天河區、海珠區、黃埔區、白云區）、增城區，深圳市市區、深汕合作區，以及惠州市、東莞市。供水區域水量需求預測成果主要引用自《廣東省水網建設規劃》，綜合各地市發展規劃、人口規劃、國土空間規劃等相關成果，在分析近10 a本地經濟社會發展趨勢和用水水平變化情況的基礎上，對標國內先進地區用水指標，采用用水定額法^［22-23］分類開展各地區不同規劃水平年的農業、生活、工業、生態用水需求預測，成果分別列于表1與表2。其中，定額法計算方法如下：

Wi=Hi×Ni×αi（1）

式中：i為用水類型；Wi為需水量預測值；Hi為經濟社會指標的預測值，如人口、工業增加值、農業灌溉面積等；Ni為相應用水類型的用水定額；αi為用水效率系數。

2.2 潛在高質量用水需求分析

東江流域內存在高質量用水需求的潛在區域為位于流域下游且主要依賴河道型水源的市縣，包括廣州市中心六區、深圳市市區、東莞市、惠州市主城區、惠陽區城區、惠東縣城區和稔平半島等地區。同時，根據優水優用的原則，優質水資源優先用于滿足居民生活用水。但考慮到各地市短期內實施分質供水管網的難度較大，因此也分析了各地市大生活（居民生活與城鎮公共）需水量以及非農業需水量預測值，結果列于表3。根據需水預測成果，2035年各市縣居民生活需水量總計約33.5億m3，大生活需水量51.8億m3，非農業需水量78.0億m3；2050年在此基礎上會進一步存在小幅增長。

3 東江流域優質水資源配置方案論證

3.1 優質水資源配置思路

結合東江流域優質水源地與高質量用水需求空間分布情況，水資源配置的總體思路為：以新豐江水庫水源置換廣州市、深圳市、東莞市、惠州市等大灣區核心城市群部分河道型水源，以白盆珠水庫水源置換惠陽區、惠東縣等西枝江南部沿海地區部分河道型水源，其中水庫水源置換水量與供水范圍需結合水庫供水能力來確定（見3.2節）。此外，為保障東江三角洲取水口枯水期水質安全，現狀體系中新豐江、白盆珠水庫承擔了枯水期向下游補水的任務，因此對水庫優質水資源的直接開發利用可能影響下游枯水期的供水、生態安全。為提高兩座優質水源地水庫的供水能力，考慮綜合采取東江下游河口建閘或將現有取水口上移至咸潮最大影響范圍的上游等措施（以下簡稱“御咸擋潮”措施），降低博羅斷面流量控制要求，從而置換出新豐江、白盆珠等上游水庫原本需用于壓咸而下泄至河道內的優質水資源。

3.2 優質水源地水庫供水能力分析

東江流域的水資源開發利用受流域水量分配方案約束^［24］，同時水庫供水量需控制在合理的開發利用率之內，因此需對優質水源地水庫供水能力進行分析。

根據廣東省東江流域水資源分配方案，正常來水年份（P≤90%），廣州市東部取水（不含增城區）分配水量5.53億m3，低于廣州市中心六區居民生活需水量；深圳市（不含深汕）分配水量16.63億m3，高于居民生活需水量，但低于大生活需水量；惠州市、東莞市不同口徑非農業需水量均在水量分配方案以內?；谒糠峙浞桨笇Ω鞯厥行杷啃拚?，2035年各地市居民生活、大生活和非農業需水量列于表4。在此基礎上，根據水資源配置思路中劃定的水庫供水范圍，可分別統計出新豐江和白盆珠水庫供水范圍內的需水量，其中還考慮了已規劃的以白盆珠水庫為水源的深汕合作區引水工程，設計年供水量為1.64億m3。

對于河流水資源的開發利用率，國際上一般選定40%作為合理閾值，盡管相關研究指出該閾值基于大數統計結論，濕潤地區河流由于生態系統對流量變化更加敏感，水資源可開發利用率閾值更低^［25］，但在現階段尚未有相關水生態環境影響分析條件下的研究，本研究仍初步選定該閾值作為優質水源地的開發利用上限進行分析。新豐江水庫和白盆珠水庫多年平均入庫徑流量分別為61.6億m3和11.2億m3，按照40%的開發利用率計算，兩庫最大可利用水資源量分別為24.65億m3和4.49億m3。對比表4中水庫供水范圍內需水可以看出：新豐江水庫最大可開發利用水資源量低于供水范圍內居民生活需水量，因此對于新豐江水庫的水資源配置采取“以供定需”思路，即按照最大可供水量置換下游等量河道取水量；白盆珠水庫最大可利用水資源量高于供水范圍內大生活需水量，因此水資源配置采取“以需定供”思路，即按照供水范圍內居民生活、大生活等不同層次用水需求進行水源置換。

3.3 水資源配置方案設置

3.3.1 流域水量調節計算模型構建

本研究以流域為單元進行水資源配置方案的對比論證，在系統梳理流域供水體系（圖3）的基礎上，構建調節計算模型，構建方法參考前期相關研究^［26］。在模型中，水庫優質水資源優先用于供給城鎮生活或大生活用水，在有余力條件下供給非農業用水（主要針對由白盆珠水庫供水的西枝江南部片區），剩余缺水部分水量由現狀供水工程補充，各地市供水總量控制在水量分配方案范圍內。新豐江水庫由于采取“以供定需”的供水方式，按照供水范圍內各市縣城鎮生活需水量等比例供水至各市縣。水庫需在優先保障生態流量基礎上開展庫區引水，特枯來水年份對河道外用水進行壓減，農業用水破壞深度控制在40%以內，生活工業用水破壞深度控制在15%以內。楓樹壩、新豐江、白盆珠水庫采用現狀調度圖進行調節計算，同時分別對河源、博羅、東新橋斷面動態補水，保障斷面流量控制目標。水庫斷面及河道斷面水文過程基于1956～2016年逐月天然徑流序列獲取。各用戶需水量考慮到2050年較2035年增幅較小，采用2050年預測值。

此外，在考慮“御咸擋潮”措施的供水體系中，通過釋放流量控制目標中的壓咸流量部分，降低流量控制邊界條件。根據水資源分配方案、生態流量保障方案等相關成果^［27-28］，為滿足東江下游生態和壓咸需求，設置東江博羅站壓咸生態流量為212 m3/s，其中生態流量目標為150 m3/s；西枝江河口（即東新橋斷面）非汛期調度管理目標為40 m3/s，其中生態流量目標30 m3/s。珠江三角洲水資源配置工程規劃設計成果^［29］中，在特枯來水年份，為了控制生活工業等供水的破壞深度在20%以內，對博羅斷面生態流量控制目標也采取從212 m3/s壓減至150 m3/s的方式。因此，本研究考慮在實施“御咸擋潮”體系中，將博羅、東新橋斷面控制流量分別由212，40 m3/s降低至150，30 m3/s。

3.3.2 計算方案設置

本次研究共設置9個計算方案，方案設置基本思路為：以現狀工程體系為基礎方案，在此基礎上結合不同類型用水需求逐步增加白盆珠水庫供水量（以需定供），然后再與新豐江水庫引水（以供定需）相組合，此外結合“御咸擋潮”措施降低流量控制邊界條件，分析對下游供水、灌溉、生態的影響程度。具體方案設置見表5。

3.4 結果分析與討論

3.4.1 重要控制斷面生態流量影響分析

圖4～5展示了不同方案中重要控制斷面生態流量保證率和最大破壞深度。根據方案1計算結果，在現狀工程體系下，規劃水平年博羅、東新橋、河源斷面生態流量保證率均高于99%。方案3在新增深汕合作區引水后，東新橋斷面生態流量保證率會有小幅下降，但會出現55%的最大破壞深度。方案4結果顯示，降低博羅、東新橋斷面流量控制要求可有效改善最大破壞深度。方案5～6在方案3基礎上逐步擴大，從白盆珠水庫引水流量后，對東新橋和博羅斷面生態流量保證率影響較小，但東新橋斷面生態流量最大破壞深度分別達60%和90%以上。方案7～9在白盆珠水庫引水基礎上，進一步增加了新豐江水庫引水量。結果顯示，按照降低后的生態流量目標評估，即使按最大可供水量從庫區引水，對生態流量保證率的影響也相對較小，河源、博羅斷面的生態流量保證率整體上仍保持在98%以上，但特枯時段出現較大的破壞深度，分別達70%和50%以上。

圖6所示為不同方案中控制斷面平均流量的變化情況，以變化后平均流量占原平均流量的比值來展示。可以看出，降低博羅、東新橋控制斷面流量保障目標后，斷面的多年平均流量也隨之降低（方案2）。從庫區引水會不可避免地降低下游控制斷面的平均流量，例如在現狀工程體系下，深汕合作區從白盆珠水庫引水后，東新橋斷面平均流量下降4%，即使降低東新橋斷面流量控制目標，也仍會下降3%；白盆珠水庫按最大供水能力供水后，東新橋斷面平均流量會下降12%；白盆珠水庫引水對博羅斷面平均流量影響在3%以內。新豐江水庫引水對河源斷面影響最大，斷面平均流量下降約78 m3/s，降幅達17%；博羅斷面平均流量下降約12 m3/s，降幅約2%。

3.4.2 東江下游用水戶影響分析

對新豐江、白盆珠水庫下游范圍內的生產生活用水影響進行整體分析，其中農業灌溉按年統計，生活工業按月統計。此外，在計算結果中觀察到，雖然水文年1963年4月至1964年3月為特枯年份，但流域下游的缺水現象延續至1964年4月，因此以最長連續缺水時段進行缺水量統計，結果列于表6。

從方案1結果來看，在現狀工程體系下，規劃水平年東江下游的生產生活供水保證率均較高，但生活工業用水在特枯水年個別時段會出現破壞深度較大的情況，最長連續缺水時段（出現在1963～1964年期間）生活工業總缺水量達到2.4億m3。如果進一步從庫區引水（方案3），則特枯水年份的最大破壞深度和最長連續缺水時段缺水量會進一步擴大。方案2在現狀體系基礎上降低控制斷面流量目標后，規劃水平年生產生活基本不缺水。但從方案3～9可以看出，不論是從白盆珠還是新豐江水庫引水，均會增加下游生產生活供水的破壞深度和最長連續缺水時段的缺水量，且破壞程度與庫區引水量呈現正相關關系（圖7），尤其是在方案8～9中，生活工業最大破壞深度超過40%，最長連續缺水時段缺水量超過7億m3。

3.4.3 討 論

綜合分析以上計算結果，新豐江、白盆珠水庫優質水資源的直接開發利用最大的問題在于東江流域供水任務重，但由于天然來水豐枯變化較大，因此不論是供水灌溉，還是斷面流量，均表現為最大破壞深度或最枯時段缺水量指標的敏感程度遠高于保證率。水文分析結果顯示：東江流域年際間徑流量豐枯極值比達6.3，明顯高于廣東省內西江（3.2）、北江（3.8）、韓江（4.3）、鑒江（3.8）等主要江河，甚至高于一些獨流入海的中小河流。優質水資源的開發利用雖然是將部分原先位于下游的河道型水源置換至上游庫區，對用戶端而言在水量上并沒有變化，但由于取水斷面集水面積的減少以及對水庫豐枯調劑能力的影響，最終會加重下游生產生活生態用水的缺水程度。降低控制斷面流量控制目標、釋放水庫枯水期壓咸流量可以提高優質水資源的供水量，但仍不能解決枯水時段的缺水問題。以上結果意味著，在不增加流域內調節水庫或外流域調水的前提下，東江流域的自然稟賦和工程條件可以支撐正常年份對新豐江、白盆珠水庫優質水資源進行一定程度的開發利用，但在特枯來水情況下仍需通過下游河道水源保障供水。

此外，需要說明的是，河口建閘和取水口上移相結合的方式，理論上可以降低控制斷面流量控制目標并釋放一定的壓咸流量，但在具體操作環節仍需開展進一步論證。本文僅是從水量的角度對庫區引水的影響進行了分析，其對庫區及下游河道水生態、水環境等方面的影響也值得深入研究。

4 結 論

（1） 本文面向當前經濟社會高質量發展要求下的實踐需求，以粵港澳大灣區重要水源地——東江流域為研究區開展了高質量供水的水資源優化配置研究。針對東江流域下游河道型水源存在水質風險，同時上游水庫需下泄大量優質水資源用于下游壓咸保供水的現實情況，綜合提出以新豐江、白盆珠水庫優質水源代替下游河道型水源的水源置換方案和“御咸擋潮”釋放壓咸流量的水源改善方案，并在綜合考慮高質量用水需求和水庫供水能力基礎上，確定了新豐江水庫“以供定需”和白盆珠水庫“以需定供”的水源置換原則。

（2） 東江流域以珠江三角洲水資源配置、東深供水等骨干水網工程構建的供水體系可基本滿足未來經濟社會發展用水需求，但在現狀工程體系下直接以水庫水源置換下游河道型水源，會導致特枯時段河道內生態流量和河道外供水破壞。

（3） 采取“御咸擋潮”措施能夠增加庫區引水量，從庫區引水后，雖然從保證率角度來看變化較小，但仍會導致河道斷面的河道內流量整體下降，同時也會加大特枯時段的缺水程度。

（4） 在不增加流域內調節水庫或外流域調水的前提下，構建東江流域高質量供水工程體系的同時，還需要優化供水體系的運用方式，在正常來水年份可從庫區引水，但特枯來水情況下仍需通過下游河道水源保障供水。

（5） 東江流域乃至整個粵港澳大灣區高質量供水優化配置，是實施水資源集約高效利用的重要路徑，然而工程體系實施的可能性與可行性不僅涉及復雜的經濟社會問題，同時也是人與自然和諧發展面臨的問題。未來還需圍繞流域優質水資源的分配、水源地保護、生態補償等機制體制的建立，以及流域-區域-城市多層次工程體系的優化布局和經濟合理性等多方面開展深入研究。

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［29］廣東省水利電力勘測設計研究院.珠江三角洲水資源配置工程初步設計報告［R］.廣州：廣東省水利電力勘測設計研究院，2018.

（編輯：郭甜甜）

Research on optimal allocation of high-quality water supply in Dongjiang River Basin

LI Zejun^1，2，LI Zhen²，WEI Lin^2，3，LIU Zhimin¹

（1.Guangdong Research Institute of Water Resources and Hydropower，Guangzhou 510635，China； 2.General Institute of Water Conservancy and Hydropower Planning and Design，Ministry of Water Resources，Beijing 100120，China； 3.Guangdong Hydropower Planning and Design Institute Co.，Ltd.，Guangzhou 510635，China）

Abstract： Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area heavily relied upon the river-type water sources，which are faced with multi-source and complex water quality risks.In this study we focus on optimal allocation of the high-quality water supply for the Dongjiang River Basin，which is the most important water source for the region.By analyzing the potential demand for high-quality water in the basin，this study proposed high-quality water supply schemes that replace some of the existing river-type water sources in downstream cities with high-quality water sources from the Xinfengjiang Reservoir and Baipenzhu Reservoir.Building upon the development of a water regulation model for the basin，we evaluated and analyzed various water allocation scenarios，including water diversion from the reservoirs and the release of flows to counteract saline intrusions.The results indicated that the current engineering system in the Dongjiang River Basin was generally capable of meeting the water demands of future economic and social development.However，direct water diversion from reservoirs such as Xinfengjiang Reservoir and Baipenzhu Reservoir could disrupt ecological flows and river-off water supply in the downstream river during exceptionally dry years.Reducing saline intrusion-repelling flows toward downstream can leave more water diversion quantity from the reservoir，and from a reliability perspective，it has relatively small impacts on downstream ecological flow and water supply.Nevertheless，water diversion from the reservoir could lead to an overall decrease in downstream river flow and intensify water shortages during particularly dry periods.The findings can offer valuable insights for optimizing the water supply system in the Dongjiang River Basin.

Key words： water resource allocation； high-quality water supply； water source replacement； Dongjiang River Basin； Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area