淮河流域供水安全保障关键技术研究

（中水淮河规划设计研究有限公司 合肥 230601）

1 研究背景

淮河流域地处我国南北气候过渡带，水资源时空分布不均，受全球气候变化以及人口和经济社会的快速发展影响，淮河流域已成为我国水资源短缺和水污染严重的地区，严峻的水资源安全问题已成为制约流域经济社会发展的重要因素。

开展淮河流域供水安全保障关键技术研究，可以充分认识经济社会发展与水资源的供求关系及相互影响，从时序断面、区域空间、经济领域发展结构需求等方面，全面深入论证淮河和谐发展的经济模式和水资源规划与配置方略，统筹协调区域之间、行业之间、区域规划和专业规划之间的矛盾，科学编制流域综合规划，保障淮河流域城乡饮水安全、粮食需求安全、生态发展安全，实现流域水资源—经济社会—生态与环境协调发展。

淮河流域供水安全保障关键技术研究，是经水利部国际合作与科技司批复的国家公益性行业科研专项，是淮河流域水资源安全问题研究的课题之一。本课题包括气候变化对流域供水安全保障影响研究、流域经济社会与水资源协调发展评估标准研究、流域经济社会、生态环境与水资源协调发展模拟技术研究、粮食生产供水安全标准及实现途径研究、城乡饮水安全供水预警技术研究共5 个子课题。

2 研究思路

通过未来气候情景设计和水文模拟，研究气候变化对流域供水安全保障影响；根据历史数据统计与对比分析，选取定量化指标构建评价指标体系和评价标准，进行流域经济社会与水资源协调发展评估；根据淮河流域水资源、经济社会与生态环境统计数据，通过分解与整合技术，开展流域经济社会、生态环境与水资源协调发展模拟技术研究；评价农业灌溉对粮食生产的作用，研究亏水灌溉对粮食产量的影响，提出粮食生产供水安全标准及实现途径；建立流域城乡饮水安全供水预警模型，构建流域城乡饮水安全供水预警体系，开展流域城乡饮水安全供水预警技术研究。

其中气候变化对流域供水安全保障影响研究、流域经济社会与水资源协调发展评估是流域经济社会、生态环境与水资源协调发展模拟技术研究的基础，粮食生产供水安全标准及实现途径及城乡饮水安全供水预警技术研究与流域经济社会、生态环境与水资源协调发展模拟技术研究相互联系相互制约。

3 主要研究成果

3.1 气候变化对淮河流域水资源趋势影响

流域未来气候变化对水资源趋势影响研究采用美国国家大气研究中心（NCAR）研发的通用气候系统模式第3 版NCAR-CCSM3.3 气候模式资料，建立了流域情境气候模式—水资源的月水量平衡模型，分析了流域未来不同气候情境下的水资源变化趋势。

相对于现状多年平均年径流量（1980—2010年），NCAR-CCSM3.3 气候模式预估流域大部分区域在未来情景下，2001年—2100年淮河流域年径流量呈现不显著上升趋势，其中A2、A1B、和B1情景下增加速率分别为7mm/10年、11mm/10年和2mm/10年。

3.2 经济社会与水资源协调发展评估

3.2.1 经济社会与水资源的关系研究

利用完全分解模型，分析了淮河流域各城市用水量的影响因素及单位GDP 用水量变化的影响因素。研究发现淮河流域各省均表现为富裕程度和技术水平对用水变化的影响较大，而对各省单位GDP用水量变化影响因素的研究发现淮河流域效率提升占主要贡献，而结构优化的提升效应只在部分年份较为明显。在各产业用水效率提升的贡献中，第一产业和第二产业贡献较大。

3.2.2 淮河流域经济社会与水资源协调发展评价指标体系

通过建立经济社会与水资源协调发展指标体系来对淮河流域协调发展程度进行评价。指标体系由水资源系统与流域三生系统这两部分组成，水资源系统的指标从水质、水量两方面对其进行评价，流域三生系统指流域生产、流域生活和流域生态三个方面。经济社会与水资源协调发展的评估标准由水资源系统和流域三生系统共同决定。指标体系共有七项指标，每一项指标都根据淮河流域水资源刚性制约和经济发展客观需求给出了评估标准值。七个指标全部达标，方表明淮河流域经济社会与水资源发展协调，如果七个指标中有任何一项指标不达标，即表明淮河流域经济社会与水资源发展欠协调（见表1）。

3.3 淮河流域经济社会、生态环境与水资源协调发展技术

3.3.1 淮河流域经济社会—水资源—生态环境系统协调发展模拟模型

设定不同的情景方案，率定水资源的开发利用、污染物质入河控制量、投资消费积累率等一系列水资源环境经济参数，设定相关的时空边界条件，采用整体模型技术，构建淮河流域经济社会—水资源—生态环境多过程模拟的协调分析模型，主要包括多目标分析模型、人口预测模型、宏观经济预测模型、土地利用与粮食生产模块、需水节水预测模型、供需分析模块、水污染负荷排放与调控模型、水投资模块和水资源利用模型等模块。

通过模型分析，未来淮河流域经济社会惯性发展趋势下水资源压力巨大：考虑不同的节水情景（一般、强化、超强）在不同的经济发展模式下（高、中、低增长速度），淮河流域2020年需水量为595.9～680亿m3，2030年为617.2～737.1 亿m3（见表2）。从预测成果可以看出，无论采取什么样的发展模式和严格的节水措施，淮河流域在2030年以前河道外需水量总体仍呈现出增长趋势，未来淮河流域经济的持续发展面临巨大的水资源压力。

表1 经济社会与水资源协调发展指标体系及评价标准表（2030年）

表2 淮河流域不同情景河道外需水量表（单位：亿m3）

3.3.2 利用模型进行多方案情景模拟

通过设定节水、治污、生态环境保护的不同情景，利用淮河流域水资源－经济社会－生态环境整体协调分析模型进行情景模拟。模拟成果显示：节水和治污对淮河流域GDP 规模有显著作用，除了能有效增加GDP 规模，加强节水治污力度，还能扩大农田灌溉面积、增加粮食产量；加大节水、治污和再生水利用力度能有效提高淮河流域水资源承载能力；淮河流域治污效益大于节水效益。

根据《淮河区水资源综合规划》成果，2030年淮河流域用水总量指标应不超过641 亿m3。结合节水情景、治污情景分析成果，基于“以水定发展”的思路，推荐方案为22 方案（强化节水强化治污）。将推荐方案各二级流域不同子系统指标值进行协调度分析计算，结果显示：淮河流域四个二级区按照推荐情景的发展、节水、治污方式，2020年、2030年社会经济、水资源与生态环境复合系统与2009年相比，均向更加协调趋势发展，整个流域也向着更加协调的方向发展。因此，该方案是在满足用水总量控制目标前提下、有限的可利用水资源量得到最优配置的多目标综合最优方案。

3.4 淮河流域粮食生产供水安全标准及实现途径

3.4.1 亏水灌溉对粮食产量的影响

通过粮食作物受旱试验，分析了淮河流域典型地区典型农作物的需水量与需水规律，提出了淮河流域典型农作物的作物水分生长函数；通过对照试验，重点研究淮河流域各典型农作物亏水灌溉条件下对粮食产量影响，试验结果表明，当淮河流域粮食灌溉水量缺水4.71%时，三种主要粮食作物综合减产率小于3%。

表3 典型城市城乡生活供水警戒线表

3.4.2 淮河流域农业供水安全标准体系

从粮食产量、农田有效灌溉面积、粮食灌溉水量和设计灌溉保证率与灌溉定额四个方面构建了淮河流域农业供水安全标准体系：①2030年淮河流域粮食产量1169 亿kg；②2030年淮河流域农田有效灌溉面积16568 万亩；③2030年淮河流域粮食灌溉供水量355 亿m³，淮河流域发生干旱时，若要控制粮食减产率低于3%时，则至少保证粮食灌溉供水量338 亿m³；④2030年淮河流域农业基本保障灌溉定额217m³/亩，充分保障灌溉定额227m³/亩。最后，从保障农业用水供给、提高农业用水效率和灌溉保证率三方面提出了淮河流域农业供水安全保障途径。

3.5 城乡饮水安全供水预警技术研究

3.5.1 城乡饮水安全供水预警模型

整个模型框架应由大量相似的子模型块组成，子模型以地市为单元，建立各地市的水文预报、水资源量、经济社会需水、水源地、水资源工程分布及供水量等各项指标与预警标志之间的逻辑关系，把人口和不同保障程度的用水定额做为预测规划水平年城乡居民生活用水警戒线的输入量，分析规划水平年各地市城乡饮水安全供水保障程度，对供水量达到各种警戒线时，分析其危害程度，判定应采取的工程及非工程措施，并对采取措施后的条件重新进入模型运行分析。供水警戒线分为四级，分别为蓝色警戒线、黄色警戒线、橙色警戒线和红色警戒线。

3.5.2 城乡饮水安全供水预警体系

城乡饮水安全供水预警体系中包含三大部分，一是制度体系，二是预警体系，三是措施体系。制度体系是城乡饮水安全供水预警体系框架的基础，主要为城乡饮水安全供水预警制度的建设，包括预警制度的制定，组织实施的形式。预警体系是整个预警体系框架中的核心内容，主要包括预警指标的选择，预警指标的判别，供水量预警线的核算及利用模型进行预警。措施体系是预警体系框架中的保障，主要包括发出预警后采取的工程措施和非工程措施。

3.5.3 典型城市城乡饮水安全供水预警体系

选取蚌埠市和亳州市作为典型城市，将城乡饮水安全供水预警模型和城乡饮水安全供水预警体系应用于典型城市，采用城乡饮水安全供水预警模型，分析规划水平年各地市城乡饮水安全供水保障程度，对供水量达到各种警戒线时，分析其危害程度，判定应采取的工程及非工程措施，建立典型城市城乡饮水安全供水预警体系（见表3）。

4 成果的创新性

（1）首次提出了淮河流域中长期水文情势变化，提出了未来50～100年的流域降水、气温、径流可能变化趋势。

（2）揭示了淮河流域经济社会与水资源协同发展规律，提出淮河流域经济社会与水资源协调发展评估标准。

（3）提出了经济社会—水资源—生态环境协同发展模拟技术。构建了淮河流域水资源环境经济一体化核算投入产出分析模型、水资源与经济社会协调发展研究的模型体系，系统地对淮河流域水资源与社会经济协调发展进行了多目标、多情景、多视角的方案研究，提出了不同情景下的流域水资源承载能力和供水总量控制目标。

（4）首次提出了保障淮河流域粮食生产安全的用水量标准338 亿m³。

（5）建立了淮河流域城乡饮水安全供水预警体系、构建了城乡饮水安全供水预警模型。

5 成果推广应用情况

本课题研究成果直接服务于淮河流域水资源规划和管理工作，可为淮河流域水利发展规划和战略目标的制定提供定量技术支持，为淮河流域未来建立与水资源相适应的经济发展格局与产业结构提供指导和参考，为淮河流域水资源安全保障提供技术支持和政策支撑，对实现淮河流域粮食安全、城乡供水安全和生态环境改善都具有重要意义，经济和社会效益巨大。

研究成果将在水利部、水利部淮河水利委员会、各参加研究的单位、流域各省水利主管部门和规划设计部门共享。可直接应用于流域的工程规划设计、水资源优化配置和调度、水资源管理等，同时也可直接推广到国内的其他流域■