鄱阳湖区灌溉取水保证率变化的定量评估

邹大胜，陈 龙，刘小东

(江西省水利规划设计研究院，江西 南昌 330029)

鄱阳湖区是江西省粮食主产区和重要商品粮基地。湖区农业以种植业为主，农田主要分布在“五河”(赣、抚、信、饶、修)及其他入湖河流尾闾区域或临湖岗地，主要种植早稻、晚稻等，现状农田基本有圩堤保护。湖区农田已建成了较完善的灌排体系，主要灌溉水源为鄱阳湖及入湖尾闾河道，灌溉方式主要为泵站提水或涵闸自流引水，灌溉水源水量丰沛、水质优良，灌溉取水保证率直接受外河(湖)水位高低影响。湖区农田灌溉期为4-10月，其中：4-8月外河(湖)水位较高，灌溉基本能满足，9-10月灌溉易受外河(湖)水位下降影响。

2003年以来，鄱阳湖区枯水位降低、枯水期提前、枯水历时加长的情况呈常态化趋势[1-3]，引起湖区灌溉取水困难，给湖区农业造成了较严重的影响[4]。湖区枯水位变化对农业灌溉的影响在9-10月灌溉用水高峰期表现尤为突出[5]。有关研究表明，湖区枯水位变化发生在三峡工程运行后[6-8]，其原因主要包括三峡水库蓄水、河(湖)床冲淤变化、天然降雨径流减少以及流域用水量的增加等[9]，其中：三峡水库蓄水与河(湖)床冲淤变化是主要原因。三峡水库2003年进入围堰发电期，按135 m蓄水，2007年进行入初期运行，蓄水至156 m，2009年抬高至175 m正常蓄水位[10]。三峡水库蓄水期为9-11月，三峡水库蓄水降低了长江中下游水位，导致鄱阳湖与长江干流的水力坡度加大、鄱阳湖出流加快，降低了鄱阳湖蓄水量，使鄱阳湖应对枯水期问题的能力降低[11-13]。鄱阳湖水位与长江干流水位关系密切[14]，随着长江干支流控制性水库的不断建设，清水下泄引起长江中下游河道冲刷[15,16]，对鄱阳湖水位降低的影响将更大，对鄱阳湖区水资源利用的影响将也进一步增大[17]。目前，有关鄱阳湖区农业灌溉水源条件变化及其影响的研究，大多采用定性方法研究[4,18]，已有的定量研究也仅限于局部典型区域[5]，而对湖区农业灌溉取水保证率总体变化的定量研究，还未有相关的成果。

为定量评估三峡水库蓄水后鄱阳湖区灌溉水源条件的变化，将湖区的水文序列按时间划分为三峡水库蓄水前(简称“三峡前”，1956-2002年，无三峡蓄水与河(湖)床下切影响)、三峡水库蓄水后(简称“三峡后”，2007-2014年，三峡水库初期运行后，有三峡蓄水与河(湖)床下切影响)两种情形，基于两种情形的水位数据，定量分析湖区灌溉取水保证率的变化，旨在为解决湖区水资源利用问题提供一定的科学决策依据。

1 数据选择

1.1 水文数据

本文所采用的水位数据为长江委水文局和江西省水文局水文观测整编资料。根据鄱阳湖区水系特征及区域附近测站分布情况，从鄱阳湖入江水道、湖盆区、五河尾闾共选取了22处资料序列较长、可靠性较高的水文(位)站作为代表站。研究所选取的测站均为国家基本测站，可以满足水文分析的要求。测站位置示意见图1。

1.2 研究对象选择

鄱阳湖区圩区(千亩以上)共有278座，总耕地面积22.73 万hm2，其中：主要圩区(万亩以上)49座，总耕地面积20.32 万hm2，占湖区总面积89.4%。由于主要圩区所占耕地面积比例相对较大，可代表湖区农业灌溉情况，且主要圩区水利设施等资料齐全，故将主要圩区作为研究对象。主要圩区基本情况见表1，分布示意见图1。

表1 鄱阳湖区主要圩区基本情况Tab. 1 Characteristics of main polder in the Poyang Lake area

图1 测站及主要圩区分布示意图Fig.1 Distribution of the hydrological stations and main polder

1.3 取水设施数据

取水设施数据主要有各取水设施最低取水位和各取水设施所承担的灌溉面积。取水设施主要有：取水泵站或穿堤涵闸。取水泵站最低取水位采用泵站设计外水位的最低运行水位；穿堤涵闸最低取水位采用涵闸底板高程加9-10月灌溉设计引水流量相应的最小闸前堰顶水头。各泵站设计水位及涵闸底板高程由湖区各县(区、市)水利(务)局提供。各取水设施承担的灌溉面积，依据各圩区灌溉渠系布置及地形进行划分。部分取水设施最低取水位见表2。

2 分析方法

2.1 水位还现方法

为获得具有较高可比性的水位序列，将三峡前(无三峡水库蓄水与河(湖)床下切影响)1956-2002年的水位序列进行了还现处理，得到三峡后(有三峡水库蓄水与河(湖)床下切影响)1956-2002年水位序列。

(1)湖口站水位还现2006年汛后，三峡水库进入初期运行期。三峡水库蓄水期在9月中旬至10月末，部分年份可延长至11月初。根据国务院批准实施的《三峡水库优化调度方案》，三峡水库蓄水开始时间为9月15日。三峡水库2008、2009年试验性蓄水均未蓄至175 m，而后以《三峡水库优化调度方案》为基础，根据来水预报、上游水库蓄水等情况，动态调整调度方式，蓄水开始时间提前至9月10日[19]。三峡水库蓄水期，出库流量减小，使长江中下游河段水位不同程度降低。2016年，长江勘测规划设计研究有限责任公司在编制《鄱阳湖水利枢纽工程建设必要性专题研究报告》时，针对三峡水库蓄水对湖口站的水位影响，采用长江中下游水文径流数学模型进行了模拟研究，经分析，三峡水库蓄水期湖口站水位平均降低值为0.87 m。

表2 部分取水设施最低取水位Tab.2 Minimum operating water level of partial water intake facilities

湖口站水位还现采用近似方式进行处理，即在三峡前湖口站1956-2002年9-10月的实测水位序列基础上，叠加三峡水库蓄水期湖口站水位平均降低值(0.87 m)，从而近似获得还现后的湖口站1956-2002年9-10月长序列逐日水位数据。

(2)湖区各站水位还现。利用各站历年9-10月逐日水位数据建立两组水位相关关系，即三峡前(1956-2002年)和三峡后(2007-2014年)的湖口水位与湖区各站、湖区相邻各站之间的水位相关关系，部分相关关系见表3和图2。湖区水位越高水位相关性越好，这是由于高水位时河(湖)水位受地形影响相对较小，各站间的水力联系较强，水位相关性也相对较高。各相关关系总体上点据分布趋势明显，满足分析要求。

图2 部分测站水位相关图Fig.2 Water level correlation diagram of partial stations

湖区各站水位还现是以湖口站三峡前、三峡后的水位序列为基础，利用上述两组相关关系，分别求得各站三峡前、三峡后的相关水位序列，再利用各站三峡后的相关水位减去三峡前的相关水位，计算出湖区各站的三峡后水位影响值序列，然后将水位影响值序列叠加到湖区各站实测水位序列上，从而近似得到三峡后湖区各站1956-2002年9-10月的水位数据。

2.2 灌溉取水保证率分析方法

基于三峡前、三峡后两种情形的9-10月水位数据，分析灌溉取水保证率的变化，方法如下：

(1)根据圩区取水设施所处位置及附近测站分布情况，选取水位依据站，按9-10月平均水面比降分别内插出各取水设施处两种情形的长序列水位数据。

表3 部分测站相关关系参数Tab.3 Correlation parameter of partial stations

注：“范围”为分段回归函数自变量范围。

(2)比较各取水设施最低取水位及相应外河(湖)水位，分析各取水设施处两种情形的取水保证率。取水保证率按年统计，若出现农田有灌溉需求且外河湖水位连续3天低于最低取水位时，则认为当年该取水设施灌溉取水受破坏。湖区灌溉需求依据《鄱阳湖水利枢纽灌溉供水专题研究报告》[20]分析计算的长序列灌溉制度确定，某时刻灌水率大于零视为有灌溉需求。

(3)将各取水设施的取水保证率按其对应的灌溉面积进行加权平均，求得单个圩区两种情形的灌溉取水保证率。计算公式如下：

式中：p为圩区灌溉取水保证率；A为圩区总灌溉面积；Ai为第i个取水设施承担的灌溉面积；pi为第i个取水设施取水保证率；n为圩区取水设施总数。

(4)将各圩区的取水保证率按其相应的灌溉面积进行加权平均，求得两种情形下湖区总体的灌溉取水保证率。

3 结果分析

3.1 水位变化分析

表4为湖区部分测站水位变化成果，表中“三峡后”为还现值，“实测”为2007-2014年实测值，“差值1”为“三峡后”减“三峡前”，“差值2”为“实测”减“三峡前”。虽然2007-2014年实测值与还现值的序列长度不一致，且所处的水文周期不同，可比性较低，但实测序列中水位的变化趋势及变化幅度可在一定程度上验证还现值的合理性。

由表4可知，三峡后湖区9-10月平均水位均出现了明显下降，还现值序列三峡后降幅为0.96～2.67 m。其中：赣江尾闾降幅相对较大，降幅为1.46～2.67 m；湖盆区及入江水道降幅为 0.96～1.54 m，湖盆区北部水位降幅大于湖盆区南部。2007-014年实测值序列水位降幅为0.87～2.29 m，最大降幅发生在赣江尾闾，湖盆区北部水位降幅大于南部。还现值的变化幅度及分布特点与实测值一致，说明采用水位相关法获得的还现值序列较合理，满足分析要求。

表4 部分测站水位变化Tab.4 Water level variation of partial stations

3.2 灌溉取水保证率变化分析

表5为主要圩区灌溉取水保证率变化结果。三峡水库蓄水前，9-10月湖区水位相对稳定，灌溉取水保证率为78.5%～89.9%，按灌溉面积加权平均值为85.2%，基本满足灌溉设计标准要求。三峡水库蓄水后，在三峡蓄水、河(湖)床冲淤变化等因素影响下，湖区水位明显下降，灌溉水源条件恶化，9-10月 灌溉取水保证率降为21.0%～80.5%，灌溉取水保证率加权平均值降为64.4%。其中：降幅最小的为信瑞联圩，由80.8%下降为74.7%，降幅最大的为五星圩，由80.6%下降为21%。湖区灌溉取水保证率明显下降，已低于灌溉设计标准要求。

表5 主要圩区灌溉取水保证率变化Tab.5 Variation of irrigation water guarantee rate in main polder

灌溉取水保证率变化幅度除与外河(湖)水位降幅有关外，还与取水设施最低取水位有关，若圩区已建取水设施最低取水位较低，则取水功能受外河水位下降影响较小，反之所受影响较大。五星圩位于赣江尾闾北支，取水设施最低取水位为11.24～11.6 m，而该圩区处9-10月外河平均水位和最低水位在三峡前分别为14.6、11.7 m，三峡后分别为12.7、10.6 m，三峡后9-10月外河最低水位低于取水设施最低取水位0.64～1 m，灌溉取水受破坏概率增加，灌溉取水保证率下降。

4 结 论

鄱阳湖区枯水位降低、枯水期提前、枯水历时加长的情况呈常态化趋势，三峡水库蓄水后湖区及入湖尾闾主要测站9-10月平均水位均出现明显下降，降幅为0.96～2.67 m，其中：赣江尾闾降幅相对较大，降低值为1.46～2.67 m；湖盆区及入江水道降幅为0.96～1.54 m，湖盆区北部水位降幅大于湖盆区南部。

三峡水库蓄水前，9-10月湖区水位相对稳定，灌溉取水保证率为78.5%～89.9%，加权平均值为85.2%，基本满足灌溉设计标准要求。三峡水库蓄水后，9-10月湖区水位明显下降[11-13]，灌溉取水保证率降为21.0%～80.5%，加权平均值降为64.4%，低于灌溉设计标准要求，给湖区农业灌溉造成了较严重的影响。

随着三峡水库蓄水与河(湖)床冲淤变化对鄱阳湖区水位降低的影响不断加重，通过调整水库调度运行方式等非工程措施，也难以根本解决湖区低枯水位的问题[21]，湖区灌溉水源条件恶化等水资源利用问题将更加突出。为系统解决湖区水资源利用问题，迫切需要采用适当的工程措施进行调控[20]。当前江西省大力推进的鄱阳湖水利枢纽工程，通过遵循“控枯不控洪”的原则调节径流，可有效控制9-10月鄱阳湖水位[22]，为湖区灌溉、供水、航运等水资源综合利用创造条件，应加快推进该工程的前期论证工作。

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