基于用水总量控制的沙颍河水量分配技术方法与应用

2017-11-29李忠莉

治淮 2017年11期

孟伟焦军李忠莉

孟伟焦军李忠莉

《中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定》明确提出推进依法行政、实行最严格水资源管理制度、建立和完善国家水权制度、预防和调解水事纠纷、实现水资源可持续利用、维系生态环境良性循环和支撑经济社会可持续发展的要求。为落实文件精神，推进最严格水资源管理制度的实施，完善用水总量控制指标体系，逐步建立主要江河流域用水控制指标，水利部《关于做好水量分配工作的通知》（水资源〔2011〕368号）部署开展全国53条主要江河流域水量分配工作。淮河水利委员会在完成了淮河、沂河、沭河的水量分配方案之后，组织开展了沙颍河、洪汝河、涡河、史灌河等跨省河流的水量分配方案编制工作。

水资源配置是河流水量分配的核心，传统的水资源配置技术偏向于解决资源、工程、用户的关系构建及实现水资源在不同区域间的优化配置，其对来水及需水过程的周期性变化规律及河道内生态环境用水需求考虑较少，且未与最严格水资源管理制度建立紧密联系，对于跨省江河流域水量分配来说，其存在一定的局限性。本文在以往跨省江河流域水量分配经验的基础上，在沙颍河水量分配实践中，应用新方法解决以下问题：（1）来水及需水过程中周期性变化规律对水资源配置及水量分配结果的影响；（2）将跨省江河流域水量分配与以各级行政区为基本单元的用水总量控制指标结合起来；（3）将面向生态的水资源配置理念在跨省江河流域水量分配中体现出来。

一、研究目的和内容

1.研究目的

跨省河流水资源、工程、用水户之间的复杂关系，沙颍河流域存在水资源总量不足，上下游、左右岸用水矛盾突出等问题。为公开、公平、公正、合理地对沙颍河进行水量分配，研究提出分配方法是关键技术问题。本项目将构筑科学、合理、适用的水量分配技术方法，并应用于沙颍河流域水量分配工作，对于促进区域及流域水资源可持续利用具有十分重要的意义。

2.研究内容

根据面向生态的水资源供需分析及配置需要，构架周期序贯数学模型，并利用模型进行水资源供需分析调算；建立沙颍河用水总量指标，综合考虑水资源条件、现状用水、社会经济指标、规划配置水量等因素，将以行政区为基本单元的用水总量控制指标细化分解至河流；对沙颍河流域内水资源、工程、用户情况进行详细调查，在理清水资源、工程、用户、河流水系间供用耗排关系的基础上，对区域水资源、工程、用户进行耦合，提出沙颍河水量分配方案。合理利用周期序贯数学模型，进行水资源供需分析及配置，提出沙颍河水量分配方案，为跨省河流水量分配方案的技术协调及行政协调提供技术支撑。

二、研究方法

在沙颍河水资源开发利用现状调查分析的基础上，对沙颍河流域内水资源、工程、用户进行耦合，构建周期序贯数学模型，合理预测沙颍河涉及各省级行政区需水量，以河流水系用水总量控制指标为主要控制目标参数，分析确定沙颍河省级行政区水资源配置方案。运用本次研究建立的周期序贯数学模型，在区域水资源优化配置的基础上，提出基于用水总量控制的沙颍河当地地表水可分配水量及省际水量分配方案，分析确定沙颍河主要控制断面不同来水频率下泄水量及各主要控制断面最小生态下泄流量。

本次研究的技术路线见图1。

图1 研究技术路线图

1.周期序贯数学模型

各类水资源配置模型其来水和需水的输入系列均相同，而对来水和需水信息不同的描述方式就构成了不同的决策方法。周期序贯决策法保留了确定型长系列调节和两时段法的优点，弥补二者在来水和需水信息描述上的不足，改进模型求解过程，提升水资源配置供水决策的合理性。周期性序贯决策法每次仅对当前时段进行配置决策；在对当前时段进行配置决策时，要考虑以当前时段为首的整个来水（需水）周期内的来水和需水过程。

根据水资源供需分析及配置基本原理，确定任意一年水资源供需平衡设计的主要约束方程。包括节点水量平衡方程、水库水量平衡方程、水库库容约束方程、水库蒸发、渗漏损失方程、计算单元供需平衡方程、节点下泄水量约束（规划下泄水量约束）、计算单污水处理与回用方程、地下水供水约束、生态供水平衡方程、总量控制指标约束。

本文在构建水资源优化配置模型时主要考虑供水效益最大或缺水损失最小调度原则，同时考虑供水水源优先序和用水户供水优先序的目标函数。主要目标函数为：（1）水源配置供水水源优先次序目标，规划供水水源优先次序是地表水、外调水、地下水、当地水和污水回用；（2）水资源配置用户的目标，规划根据生活、工业、农业和生态用水的先后次序，供水量最大和用户供水优先序，构建目标函数；（3）以公平公正为原则，建立区域差异程度最小目标目标函数。

表1 2030水平年沙颍河流域水量分配表（单位：亿m3）

表2 沙颍河主要断面下泄水量及最小生态下泄流量控制指标表

2.沙颍河流域用水总量指标

目前，省级行政区及地市级行政区层面已建立用水总量控制指标体系，江河流域用水总量控制指标尚未建立。省级行政区及地市级行政区的用水总量之中各地市、县各占多少，地表水、地下水等各水源占各多少，生活、工业、农业等各行业又占多少，作为最严格水资源管理制度的顶层设计中没有明确，这是由于全国层面与各级地方水行政管理部门、流域管理机构的管理事权不同所决定的。进一步分解细化用水总量控制指标，不仅是完善最严格水资源管理体系的需要，更是强化水资源管理抓手的需要，是亟待开展的一项工作。

进行流域层面的用水总量控制指标的分解细化任务主要包括纵与横两个方面：纵向上一是将全国分配至流域层面的用水总量控制指标分解细化至流域内的省级行政区，二是在流域总量控制指标框架内确定主要跨省河流的用水总量控制指标及其省际间的分配；横向是确定各省级行政区分行业及分水源的分项指标。

指标的细化分解除了获取社会经济、水文、水资源开发利用等数据外，还要进行：（1）数据差异性分析。差异性指相邻地区间的产业结构、用水水平差异等。地区差异是客观存在的，也是影响用水总量控制指标分解细化成果协调的主要因素之一。地区差异分析主要是分析由地区产业结构、用水习惯、用水效率导致的各地区主要用水户用水定额之间的差异是否合理。用水定额是反映现状用水水平的重要指标，同时也是制定用水总量控制指标分解细化方案的重要基础。（2）与上一级用水总量控制指标的衔接。对于流域管理机构而言，分解细化的流域套行政区用水总量控制指标之和应与流域层面用水总量控制指标一致，包括分行业及分水源的分解细化指标；对行政分区而言，分解细化的地市级行政区用水总量控制指标之和应与国务院批复的相应省级行政区用水总量控制指标一致，分解细化的县级行政区用水总量控制指标之和应与相应的地市级行政区用水总量控制指标一致。

三、实例应用

1.沙颍河流域概况

沙颍河是淮河最大支流，发源于河南省伏牛山区，流经河南省南阳、许昌、洛阳、平顶山、漯河、郑州、开封、驻马店、周口市和安徽省阜阳市，于安徽省颍上县沫河口入淮河。河流全长561km，流域面积36651km2（不含黑茨河流域），多年平均年地表水资源量55.0亿m3。流域地形由上游山丘区经中游广阔丘陵区过渡至下游平原区，山丘区面积约占流域1/3。沙颍河径流量具有年内分配不均匀、年际变化大、空间分布不均匀的特点，水旱灾害频繁。随着经济社会的发展，沙颍河流域用水矛盾和区域生态环境状况恶化问题日趋突出，部分地区地下水超采严重。

2.沙颍河水量分配方案

在红线约束条件下，确定的沙颍河地表水可分配水量为23.63亿m3，按照区域水资源承载能力及水资源配置方案确定沙颍河水量分配方案，详见表1。

按照全国江河流域水量分配方案制订技术大纲，以《综合规划》成果为基础，结合控制断面以上天然来水情况，制订了各主要控制断面下泄水量控制指标。为加强河流水生态与环境保护，以《淮河流域综合规划（2012～2030年）》《淮河流域水资源保护规划》成果为基础，研究控制断面河道内最小生态流量。沙颍河主要控制断面最小生态流量见表2。