滇中引水工程水资源配置方案研究

李波 曹正浩

摘要：滇中地区是云南省经济最为活跃的地区，发展前景广阔，但是区内水资源难以满足经济社会可持续发展的要求，水环境承载力与生态环境保护要求极不匹配，滇池等高原湖泊生态环境问题突出。在节水优先的前提下，分析了受水区生产生活引水需求;在强化治污的前提下，分析了湖泊生态补水需求。结合金沙江石鼓断面可引水量，通过基于MIKE BASIN软件平台建立水资源配置模型，研究提出了滇中引水工程水资源配置方案。

关键词：水资源配置;生态需水;MIKE BASIN软件;滇中引水工程;滇池

中图法分类号：TV213.9 文献标志码：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.01.003

文章编号：1006-0081（2020）01一0013一04

云南省滇中地区地处金沙江、澜沧江、红河、南盘江四大水系分水岭地带，降水量小，蒸发量大，旱灾频发，水资源短缺已成为制约滇中地区乃至云南省经济社会发展的关键因素。滇中引水工程从金沙江石鼓断面提水，以昆明、玉溪、楚雄、大理、红河以及丽江6个州（市）35个县（区、市）为受水区，以解决城镇生活与工业缺水为主，兼顾农业和生态用水。工程多年平均引水量34.03亿m³，泵站设计引水流量135m³/s，输水总干渠全长664km。

滇中引水工程是国务院确定的172项节水供水重大水利工程之一，也是迄今为止我国西南地区规模最大、投资最多的水资源配置工程。工程已于2017年8月正式开工，预计2025年建成通水。

1 滇中地区的缺水形势

1.1 水资源禀赋条件差

滇中地区是传统的干旱缺水地区，年降水量600～900mm，而水面蒸发量达1400～2000mm，干旱指数大于2.0。汛期径流量超过全年径流量的80%，年径流量C_v值高达0.5，水资源年内、年际变化大，开发利用十分困难。受水区历史上旱灾频发，平均2～3a一次，大旱年多以冬春夏连旱或春夏连旱为主，近年来旱灾频次及危害程度呈上升趋势。

1.2 现状开发利用程度高

滇中地区是云南省经济发展最为活跃的地区，面积占云南省9.4%，城镇人口和工业增加值分别占全省的41%和51%。现状已建成约2000座水库和众多引提水工程，水资源开发利用率平均达到50%，滇池流域水资源开发利用率高达133%。水资源的过度开发利用不可避免地造成生产生活挤占河湖生态用水，南盘江、龙川江、沪江等都发生过多次断流。

1.3 未来供需矛盾加剧

随着“一带一路”、长江经济带等发展战略的推进，云南从开放“末梢”转向“前沿”，滇中地区经济社会发展和生态环境保护都对水资源承载能力提出了更高要求。在采取强化节水、充分挖潜后，受水区2040水平年缺水量29.3亿m³，缺水率为44%。

2 受水区需引水量

2.1 生产生活引水需求

根据云南省人口和产业发展规划预测2040水平年滇中受水区经济社会发展指标，依据最严格水资源管理制度和节水要求拟定需水定额，预测2040水平年受水区生产生活需水量66.44亿m³。其中，生活需水13.63亿m³，工业需水19.51亿m³，农业需水33.30亿m³。

滇中引水工程现状基准年为2011年，在退还现状挤占生态水量的前提下，分析受水区2011年已建的63座大中型水库、1938座小型水库、5个高原湖泊（洱海、滇池、星云湖、杞麓湖、异龙湖）等已建水源可供水量，并考虑列入《西南五省（自治区、直辖市）重点水源工程规划》[1]等国家规划的水源供水能力。按照《水污染防治行动计划》（水十条）要求，2040水平年再生水利用率提高到20%以上，届时滇中当地水源生产生活可供水量37.11亿m³，各类水源可供水量见表1。

2.2 湖泊生态补水需求

云南省九大高原湖泊中，6个位于滇中受水区，即滇池、洱海、抚仙湖、杞麓湖、异龙湖、星云湖。其中，滇池、杞麓湖、异龙湖现状水生态环境问题突出，滇中引水工程可向其生态补水。

（1）滇池需补水量。滇池坐落在昆明市区西南侧，是云南省水面最大的天然淡水湖泊。滇池由内湖（草海）、外湖（外海）两部分组成，形似弓形。草海位于滇池北部，外海为滇池的主体，面积约占滇池的96.7%。滇池南北长约40km，东西宽12.5km，湖岸长156km;滇池水位1 887.4m時，平均水深5.3m，最大水深10.9m，湖面面积约309km²，总湖容15.6亿m³，调节库容5.7亿m³。

规划水平年滇池的水质管理目标为草海水质达到Ⅳ类标准，滇池外海总体水质达到Ⅲ类标准。水动力和水质模型分析成果表明，在全部落实滇池流域中远期治理措施的情景下，为实现滇池年均水质达标，2040规划水平年丰、平、枯水年需向滇池引人的生态环境补水量（包括牛栏江-滇池补水工程）分别为8.03亿，4.95亿，6.37亿m³。

（2）杞麓湖需补水量。杞麓湖位于玉溪市通海县，距县城1.3km，属于珠江流域西江水系。杞麓湖形似葫芦，东西长约10.4km，南北平均宽约3.9km，湖岸线全长约42.2km，最大水深6.8m，平均水深4.2m，全湖自西向东逐渐加深。杞麓湖正常蓄水位1797.65m，死水位1794.25m。

规划水平年杞麓湖的水质管理目标为地表水Ⅲ类水质标准。水动力和水质模型分析成果表明，在高锰酸盐指数、TN、TP的人湖负荷削减率分别达到50%，75%，60%的情景下，2040水平年需补水约0.6亿m³。

此外，受水资源过度开发和近年来连续枯水的影响，杞麓湖生态水量不足，已呈现严重的沼泽化趋势。为修复和改善杞麓湖水生态，正常年份湖水位应维持不低于1795m，特枯年湖水位应不低于死水位1794.25m。

（3）异龙湖需补水量。异龙湖位于云南省红河州石屏县境内，在县城异龙镇东南3km处，原系南盘江支流沪江的源头。1971年凿通青鱼湾隧洞后，湖水从青鱼湾隧道进人五朗沟河，经小河底河进人红河。异龙湖形如葫芦，呈东西向，正常蓄水水位1 414.20m，死水位1410.65m。正常蓄水位时，湖岸边线长62.9km，湖长13.8km，湖最宽处6.0km，最窄处1.4km，湖面平均宽度3.6km，湖面面积30.63km²，相应水量1.13亿m³，水深最深6.55m，平均水深2.75m。

规划水平年异龙湖的水质管理目标为地表水Ⅲ类水质标准。水动力和水质模型分析成果表明，异龙湖入湖污染负荷在现状年基础上削减85%的前提下，2040水平年需补水约0.16亿m³。

此外，异龙湖现状生态水量严重不足，已成为无出流的封闭型浅水湖。为解决异龙湖日益严重的沼泽化问题，异龙湖水位应维持不低于1412m。

3 水源区生态需水和可调水量

采用水文学法中的流量历史曲线法、水力学法中的湿周法和生境模拟法分析最小生态流量。

（1）流量历时曲线法。分析石鼓断面生态基流为298m³/s，与（（长江流域综合规划（2012～2030年）》[2]成果一致。

（2）湿周法。在石鼓-虎跳峡河段（长约48km）选取了12个实测断面，其中6个有明显拐点的浅滩断面，拐点对应的流量在195.5～297.5m³/s之间，以297.5m³/s为湿周法推荐的生态需水流量。

（3）生境模拟法。采用河道内流量增加方法IF-IM（Instream Flow Incremental Methodology），选取长丝裂腹鱼为目标鱼类，将冷水滩作为典型评价河段。流量在411m³/s附近时，可利用栖息地面积最大。推荐长丝裂腹鱼产卵时间（5～6月）生态需水流量为411m³/s。

3种方法分析的最小生态流量取外包，再考虑滇中引水工程取水断面以下石鼓一虎跳峡河段河道外用水需求（2m³/s），石鼓断面最小下泄流量为413m³/s（4月下旬至6月），其余时段为300m³/s。

金沙江石鼓断面1960～2011年多年平均天然径流量431.8亿m³，扣除上游耗水并优先满足最小下泄要求，并考虑每年停水检修20d，渠首引水规模Q为130～150m³/s时，石鼓断面多年平均可调水量为36.39亿～41.19亿m³。

4 水资源配置模型、方案及效果

4.1 模型

基于MIKE BASIN平台，建立滇中引水工程水资源配置模型。MIKE BASIN是丹麦DHI公司基于GIS平台开发的模拟水资源分配从而表示出流域在空间和时间上水文特点的模型软件，因其通用性好、操作简便、交互性强的特点，近年来在流域和区域水资源配置中得到广泛应用[3-6]。

滇中引水工程水資源配置模型包含生活、工业、农业等各类用水户140个，湖泊6个，包含大中型水库91座，其他1900余座小型水库和塘堰、引提工程按照计算小区打包概化。

（1）水量平衡方程。滇中引水工程水资源配置模型的水资源系统网络和配置计算内核以MIKEBASIN软件平台为基础，水库、用水户等节点的水量平衡约束通过软件默认设置实现。水库水量平衡方程如下

（2）其他约束条件。河流、输水管线的过流能力约束，水库和泵站调度规则、供用水优先次序、分水点水量分配规则等以参数形式输人，并可通过二次开发程序在计算过程中修改。

滇中引水工程水资源配置模型主要用于确定解决受水区缺水问题所需的新增水源规模和水量分配方案，生产生活供水保证率和生态环境用水满足程度也作为约束条件：生活和工业供水保证率P>98%;灌溉供水年保证率P_a3>75%;生态环境用水公式如下

（3）目标函数。目标函数为工程投资和水库弃水。投资最省、弃水最少方案为最优方案。

4.2 方案

采用上述水资源配置模型，通过1960～2011年长系列模拟计算，确定滇中引水工程规模和水资源配置方案。

2040水平年受水区当地地表水供水35.50亿m³，地下水和中水回用量2.58亿m³，区外调水25.57亿m³，总供水量63.65亿m³0滇中各类水源2040年供水量见表3。

2040水平年当地水资源供水量占总供水量的60%，外调水占40%。在城镇生活与工业用水中，当地水资源供水33%，外调水供水67%;在农业灌溉用水中，当地水资源供水85%，外调水供水15%。见表4。

考虑输水损失，滇中引水工程多年平均引水量34.03亿m³（渠首水量）。其中，供给城镇生活、工业22.31亿m³，供给农业灌溉5.00亿m³，向湖泊环境补水6.72亿m³，各部门分水比重依次约为65%、15%和20%，见表5。

4.3 效果

滇中引水工程建成后，可解决受水区689万人的城镇生活用水，约占受水区城镇人口的64%;可创造工业增加值5291亿元，约占受水区工业增加值的70%;可新增灌溉面积3.28万hm²（49.2万亩），改善灌溉面积4.24万hm²（63.6万亩）。通过与当地水资源的联合供水，使受水区城镇生活、工业用水保证率达到95%、灌溉年保证率达到75%。

滇中引水工程向滇池、杞麓湖、异龙湖补水量分别达湖泊本流域水资源量的%%、84%、82%，可有效提高水资源承载能力。补水后，滇池、杞麓湖、异龙湖多年平均水位比补水前分别提高0.4，2.0，1.7m，湖面面积比补水前分别增大307万，184万，528万m²，水生态将得到明显改善。

5 结语

滇中地区水资源承载能力与经济社会发展、生态环境保护要求极不匹配，滇池等高原湖泊生态环境问题突出。随着经济社会的进一步发展，水资源供需矛盾将愈加尖锐。滇中引水工程建成后，将在受水区形成以滇中引水为骨干、引水工程与当地水源多元互补、丰枯互济的供水保障体系，大幅提升区域水资源调配能力，显著改善滇中生态环境，为云南生态优先、绿色发展提供水资源保障。

参考文献：

[1]水利部.西南五省（自治区、直辖市）重点水源工程建设规划[R].北京：水利部，2010.

[2]水利部长江水利委员会.长江流域综合规划（2012～2030年）[R].武汉：水利部长江水利委员会，2012.

[3]吴泽宇，张娜，黄会勇.长江流域水资源配置模型研究[J].人民长江，2011，42（18）：88-90.

[4]顾世祥，李远华，何大明，等.以MIKE BASIN实现流域水资源三次供需平衡[J].水资源与水工程学报，2007，18（1）：5-10.

[5]李书飞.沱江流域水资源合理配置研究[D].南京：河海大学，2006.

[6]李波，曹正浩，毛文耀，等.基于生态优先的渝西地区水资源配置研究[J].人民长江，2017，48（11）：7-10.

（编辑：唐湘茜）

收稿日期：2019-09-30

作者简介：李波，男，工程师，硕士，主要从事水利规划和水资源配置研究工作。E-mail：libothu@qq.com