椒江河口建闸对区域水资源配置的影响分析

贺春雷，周 芬，马海波

（1.浙江省水利厅，310009，杭州；2.浙江省水利水电勘测设计院，310002，杭州）

椒江河口建闸对区域水资源配置的影响分析

贺春雷1，周 芬2，马海波2

（1.浙江省水利厅，310009，杭州；2.浙江省水利水电勘测设计院，310002，杭州）

椒江河口建闸的主要任务之一是增加流域水资源可利用量。针对椒江流域水资源系统特点和骨干工程布局，建立了流域水资源系统模拟模型，通过分析建闸后的新增水资源可利用量，提出了建闸后区域水资源配置总体格局，并对建闸后水资源综合利用效益进行评估分析。

椒江流域；河口建闸；水资源可利用量；水资源配置

椒江流域位于浙东南沿海，是浙江省第三大河流，主要流经台州市的仙居县、天台县、临海市、黄岩区和椒江区，于松浦闸外注入东海台州湾，流域面积6 603 km2。椒江是台州市人民的母亲河，合理开发利用和优化配置流域水资源是缓解台州市局部地区尤其是沿海地区水资源供需矛盾的有效措施。台州市于20世纪90年代已提出在椒江河口建闸的构想，即在椒江河口适当位置建设挡潮闸，使闸上潮汐江道变成淡水江，增加流域水资源开发利用。本文针对椒江流域水资源系统特点和骨干工程布局，建立流域水资源系统模拟模型，结合椒江河口建闸的初步建设方案，分析建闸后新增水资源可利用量，开展水资源配置方案分析，提出建闸后区域水资源配置总体格局，评估建闸后水资源综合利用效益。

一、椒江流域水资源系统特点与概化

1.水资源系统特点

椒江流域水资源系统是由若干个供水区（生产、生活、生态等用水户）和供水水源（蓄、引、提等水利工程）组成，这些供水区和供水水源既相互独立又相互联系。其主要特点有：

①跨行政区：流域主要分属台州市天台县、仙居县、临海市和台州市区，源头区涉及金华市、绍兴市、丽水市、温州市小部分地区。

②跨流域（区域）：椒江流域存在多项流域内、外的跨流域（区域）引调水，如流域内部的牛头山水库向东部平原引水,朱溪水库向长潭水库引水；流域外的黄龙水库向天台县城供水；椒江流域与相邻的金清水系、洞港水系等紧密相连，椒江流域除向本流域用水户供水外，还向域外的温黄平原、桃渚平原供水。

③多种水源：各供水区的主要水源有水库蓄水、河道（河网）内地表径流、境外引水等。

④多种用水户：各供水区的用水户有城乡生活、工农业生产、生态环境等用水户，同时还涉及水闸冲淤用水等，各用水户对水量、水质和保证率均有不同要求。

⑤多级串并联：水利工程和供水区之间的水力或水利联系形成了多级串并联关系，如位于不同支流上的水利工程向同一供水区供水则形成并联关系，位于同一支流的上下游水利工程向同一供水区供水则形成串联关系，上述情况在整个流域内则形成多级串并联关系。

⑥多级反馈：供水区在流域内处于上下游关系，上游区的排水进入下游区，作为下游区的水源之一；沿江河网的部分或全部弃水是江道的水源之一，而沿江河网蓄水不足时又抽取江水充蓄河网；水库、河道（河网）向供水区供水，供水区用户的部分或全部退水又成为水库、河道（河网）的水源之一。

综上，椒江流域水资源系统是一个以水库、河道（河网）供水为主的跨行政区、跨流域（区域）、多水源、多用户、多级串并联、多级反馈的大型复杂水资源系统。

2.水资源系统概化

椒江流域水资源系统中各供水区通过各种水利工程和用水户相联系，从而实现流域水资源的统一配置。水资源系统概化的原则是以供水区为中心，各供水区（计算单元）的取水口（合并）和退水口（合并）、河道控制断面作为水量控制节点。为反映影响供需分析中各个主要因素的内在联系，根据供水区、流域水系、重要水利工程之间的地理关系和水力联系，绘制了椒江流域水资源系统概化网络图。

二、椒江流域水资源系统模拟模型

模拟模型根据对系统实际过程的深入分析，模仿实际系统的各种效应，对系统输入给出预定规则下的响应过程，即按照符合实际流程的逻辑推理对水资源存蓄、供给等进行定量分析和计算。椒江流域水资源系统模拟模型由降雨径流模拟模型和水量配置模拟模型组成。

1.降雨径流模拟模型

根据地貌特点，降雨径流模拟分为两大类：一是山丘区径流模拟模型，二是平原区径流模拟模型。山丘区视具体情况和资料条件，径流模拟可以采用径流模型法、水文比拟法及降雨径流相关法等；平原区径流模拟视下垫面条件分别采用不同的产流方式，根据不同的土地利用方式对流域产流的影响程度，结合平原地区土地利用的实际情况以及资料的易获取性，将下垫面归纳为5种类型，即水面（湖泊、河道）、城镇建成区、杂地、水田和旱地，杂地主要指乡村、丘陵、荒地等非耕地。

2.水量配置模拟模型

（1）目标函数

系统总缺水量最小：

Ls（i，j，k）=D（i，j，k）-W（i，j，k）式中，D（i，j，k）为第i时段第j个计算单元第k个用水户的需水量；W（i，j，k）为系统第i时段向第j个计算单元第k个用水户的供水量；Ls（i，j，k）为第i时段第j个计算单元第k个用水户的缺水量。m1为计算时段数，m2为计算单元个数，m3为用水户个数。

（2）约束条件

①水量平衡约束用水户水量平衡：

式中，H（i，j，k，l）为第i时段第l个水源工程向第j个计算单元第k个用水户的供水量；n（jk）为向第j个计算单元第k个用水户供水的水源工程个数。

水源工程水量平衡：

式中，V（i+j，l）为第l个水源工程第i时段末的蓄水量；V（i，l）为第l个水源工程第i时段初的蓄水量；Wr（i，l）为第l个水源工程第i时段的来水量；Wg（i，l）为第l个水源工程第i时段向其所有供水单元的总供水量；Ww（i，l）为第 l个水源工程第 i时段的弃水量；Wl（i，l）为第l个水源工程第i时段的损失水量。

②蓄水库容约束

式中，Vmin（l）为第l个水源工程的供水死库容；Vmax（l）为第l个水源工程的控制蓄水量，梅汛期、台汛期和非汛期采取不同的控制。

③输水能力约束

式中，Hmax（jk）为第l个水源工程向第j个计算单元第k个用水户的最大输水能力。

④最小取（供）水保证率约束

城市公共水厂取水保证率不小于95%，其他用水户取水保证率不小于90%。

三、闸址径流及水资源可利用量

1.考虑人类活动影响的闸址径流

椒江河口大闸闸址初步选定在牛头颈至台州湾头门岛一带，其中头门岛闸址集水面积7 031 km2，闸上江道正常蓄水位2.6 m，相应蓄水容积18.22亿m3；最低蓄水位 1.6 m，相应蓄水容积15.71亿m3。头门岛闸址断面多年平均天然年径流量为67.21亿m3，椒江流域人类活动对径流量的影响较大，主要体现在3个方面：

①椒江流域中上游已建或在建的大中型水库工程对流域径流进行了调控，一定程度上影响了流域径流的年内及年际分配，主要体现在汛期径流量减少、枯水期径流量增加，丰水年径流量减小、枯水年径流量增加。

②跨区域引调水工程更是对流域径流量、径流分配产生了较大影响，如长潭、牛头山、朱溪（拟建）、方溪（拟建）水库向温黄平原和东部平原供水减少了椒江流域的径流量。

③流域内经济社会、工业化水平发展较快，耗用水量不断增长，导致流域径流量也随之发生变化。

考虑人类活动影响的闸址径流计算时采用前述水资源系统模拟模型，该模型能够反映流域内降雨径流特性、水利工程调蓄、跨流域调水以及其他供用耗排等人类活动对径流量及过程的影响。根据模型计算分析，头门岛闸址断面规划2030水平年多年平均年径流量为54.15亿m3。

2.水资源可利用量

椒江河口建闸后闸上江道水资源可利用量以河口敏感生态需水作为控制。根据《水工程规划设计生态指标体系与应用指导意见》（水总环移〔2010〕248号），现有的河口敏感生态需水计算方法不统一，且比较复杂，推荐以河口50%保证率下年来水量的60%～80%作为河口敏感生态需水。椒江河口大闸位于台州湾头门岛附近，闸下海域宽阔，可以按照闸址径流的60%作为河口敏感生态需水，闸址径流的40%作为闸上江道最大水资源可利用量。根据分析，头门岛闸址规划2030水平年50%保证率下的年来水量为55.87亿m3，则相应头门岛闸址闸上江道水资源可利用量为22.35亿m3。

四、椒江河口建闸后水资源配置分析

1.水资源配置方案分析

椒江河口建闸后，闸上江道可向椒江两岸平原提供丰富的淡水资源，对提升台州市尤其是东部地区水资源保障能力具有非常重要的意义。闸上江道水资源主要利用方向为：农灌供水、一般工业（主要是台州湾循环经济产业集聚区）供水、椒江两岸平原河网环境配水等。根据建闸方案、水资源利用方向等，拟定了4个方案进行水资源系统供需平衡分析。

方案1：河口不建闸，上游建水库。该方案下，在椒江上游支流继续新建指岩、十三都等水库，联合下岸水库等向长潭、牛头山水库供水区引水，增加城镇供水量约2.5亿m3，牛头山水库供水区和长潭水库供水区仍存在3.3亿m3的供水缺口。

方案2：河口建闸，向两岸平原提供灌溉供水。该方案下，可以满足椒江两岸临海市江北供水区、临海市江南供水区、东部平原供水区和温黄平原供水区的农灌用水需求，90%保证率提供农灌供水量2.18亿m3，并可将长潭水库、牛头山水库原来用于灌溉供水的库容和水量置换出来提供城镇供水，分别增加城镇供水量约 1.28亿 m3（折合35万m3/d）和0.51亿m3（折合14万m3/d）。

方案3：河口建闸，向两岸平原提供灌溉、一般工业供水。该方案下，在满足椒江两岸供水区农灌用水的基础上，可向产业集聚区提供约7.3亿m3（折合200万m3/d）的一般工业供水。

方案4：河口建闸，向两岸平原提供灌溉、一般工业供水和河网环境配水。该方案下，在满足椒江两岸供水区工农业用水的基础上，可以向温黄平原、东部平原提供14.17亿m3的环境配水量，相当于将温黄、椒北河网平均换水12次/a。

2.水资源配置总体格局

椒江河口建闸后，其闸上江道水资源综合利用方向如下：向椒江两岸供水区（东部平原供水区和温黄平原供水区）提供农灌供水、一般工业供水和环境配水，兼顾向灵江两岸供水区 （临海市江北供水区和江南供水区）提供农灌供水，同时置换出长潭水库现状向温黄平原的农灌和环境供水用于城镇供水，置换出牛头山水库现状向大田平原和东部平原的农灌供水用于城镇供水。

椒江河口建闸后，牛头山水库供水区水资源配置总体格局为“四库一闸”（牛头山水库、溪口水库、童燎水库、方溪水库、椒江大闸）；长潭水库供水区水资源配置总体格局为“六库一闸”（长潭水库、湖漫水库、太湖水库、秀岭水库、佛岭水库、朱溪水库、椒江大闸）。椒江河口建闸后水资源配置总体格局见图1。

五、效益评估

图1 椒江河口建闸（头门岛闸址）后水资源配置总体格局

①彻底解决台州市东部地区水资源供需矛盾，缓解椒江流域中上游向台州东部地区调水的压力，为椒江流域实现水资源优化配置创造条件。椒江河口建闸后，可以向椒江两岸供水区提供农灌供水、一般工业供水和环境配水，同时置换出牛头山水库和长潭水库的优质水转向城镇供水，联合近期拟建的方溪水库和朱溪水库，可以彻底解决台州市东部地区 （牛头山水库供水区和长潭水库供水区）水资源供需矛盾，从而缓解椒江流域中上游向台州东部地区的调水压力，有利于保护椒江流域中上游的生态环境。

②提供一般工业供水，支撑台州湾循环经济产业集聚区发展，为台州沿海地区实施大分质供水创造条件。椒江河口建闸后，可以向台州湾循环经济产业集聚区提供丰富的一般工业供水，不仅能够满足台州湾循环经济产业集聚区规划2030水平年的用水需求，还可以为椒江两岸远景新增围垦区提供水资源保障。丰富的一般工业供水量不仅有力地支撑了台州湾循环经济产业集聚区的发展，而且减轻了长潭水库和牛头山水库的供水压力，为台州沿海地区实施大分质供水（水库以城镇供水为主，闸上江道以工业供水为主）创造条件。

③提供农业灌溉供水，增加水库城镇供水能力，为台州市沿海地区实现优水优用创造条件。椒江河口建闸后，可以向椒江两岸供水区提供农业灌溉供水，一方面可以提高农灌用水保证率，实现牛头山和长潭两个大型灌区的增产增收；另一方面通过农灌任务的替代，可使得两座大型水库成为专供城镇用水的供水水库，通过将水库优质水高效利用于城镇生活，保障城乡居民饮水安全，为台州市沿海地区实现“优水优用”创造条件。

④提供河网环境配水，改善椒（灵）江两岸平原河网水环境，为台州市生态文明建设创造条件。随着经济社会的发展和人民生活水平的提高，对城市河网水环境的改善需求日益迫切。椒江河口建闸后，可以向椒（灵）江两岸的大田平原、江南平原、东部平原和温黄平原等提供充足的河网环境配水（初步估算多年平均可提供环境配水量12.8亿m3），将有利于持续改善平原河网水环境。利用椒江河口大闸的蓄淡功能，可使包括临海城区以下的椒（灵）江干流沿岸实现“咸水”变“淡水”、“混浊”变“清澈”的转变，展现“水清、岸绿、景美”的风貌，提升椒（灵）江两岸城市品位，改善两岸的投资环境，促进经济社会的可持续发展，为台州市建设新型城市、优化市域空间布局、开展生态文明建设创造有利条件。 ■

[1]浙江省水利水电勘测设计院，等.椒（灵）江建闸对区域水资源配置影响研究[R].2016.

[2]游进军.水资源系统模拟理论与实践[D].北京：中国水利水电科学研究院，2005.

[3]甘治国，蒋云钟，鲁帆，等.北京市水资源配置模拟模型研究[J].水利学报，2008，39（1）.

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[5]周芬，郑雄伟，马俊.考虑供水权重系数的水库群联合供水调度[J].水利水电科技进展，2011，31（5）.

[6]吴文静，周芬，等.浙东水资源系统仿真模拟模型研究[J].浙江水利水电专科学报，2012，24（1）.

[7]周芬，钟名军，黄昉.宁波市西线水库群联网供水系统模拟研究[J].浙江水利科技，2015，43（6）.

责任编辑 张瑜洪

Impact analysis on construction of Jiaojiang Estuary Sluice to local water resource allocation

He Chunlei,Zhou Fen,Ma Haibo

The main function of Jiaojiang Estuary Sluice is increasing basin water availability.A simulation model of water resources system of Jiaojiang River Basin was created considering the features of water resources conditions and layout of backbone water structures.The general layout of water resources allocation after the completion of Jiaojiang Estuary Sluice was designed through evaluation of newly-increased water availability.Comprehensive benefits of the project are also evaluated and summarized.

Jiaojiang River Basin;estuary sluice construction;water availability;water resources allocation

TV213.4

B

1000-1123（2017）09-0015-04

2017-03-31

贺春雷，高级工程师。