保护治理政策影响下抚仙湖流域水资源供需变化研究

冯海涛，张晓旭

(1.云南省生态环境科学研究院，云南省高原湖泊流域污染过程与管理重点实验室，云南 昆明 650034)

0 引言

水资源是基础性的自然资源、战略性的经济资源和生态环境的控制因素[1]。水资源可持续利用是我国经济社会发展的战略问题，水污染、水资源短缺已成为我国经济和社会发展的严重制约因素[2]。区域水资源的可持续利用及流域水资源的健康循环体系构建，是实现新时代“水资源、水生态、水环境”三水统筹的必然要求。抚仙湖是我国天然的优质水资源战略储备库，湖泊蓄水量占全国淡水湖泊总蓄水量的9.2%，占全国优于Ⅱ类水质湖泊淡水资源量的50%以上，是滇中城市经济圈建设的根本保障。随着抚仙湖流域国民经济和社会事业的快速发展，工业化和城镇化进程加快，每年游客数增加至近1000万人，2017年流域水资源开发利用率更是达到78%，远超过国际公认的40%的水资源合理开发程度上限；加之2009—2013年遭遇的五年连旱，五年间平均入湖径流较多年平均值减少30%，自2014年湖体蓄水位降低至历史最低开始，年均水位连续四年低于法定最低水位，如无外界优质调水补充和合理的取用水调度保护，抚仙湖的恢复需要一个漫长的过程，湖体水质稳定保持I类压力大。

鉴于抚仙湖流域面临资源型缺水和水质型缺水的双重压力，为满足日益增加的流域用水需求，水资源的合理开发利用及水资源保护等需提出更高的要求。本研究通过系统调研分析，以抚仙湖保护治理格局变化为切入点，分析抚仙湖流域实施的“休耕轮作”“保卫抚仙湖雷霆行动”“生态移民搬迁”等重大政策措施对流域水资源需求的影响，结合抚仙湖流域中长期发展的政策导向，设置不同的供水模式，进行多情景供需平衡分析，最终提出合理化建议，以期为构建抚仙湖流域健康水循环体系和水资源的可持续利用提供参考。

1 研究区概况

抚仙湖是我国第二深淡水湖泊，地处长江流域和珠江流域分水岭地带，系珠江源头第一大湖。抚仙湖流域位于云南省玉溪市境内，跨澄江、江川、华宁 3 县，全流域共 8 个镇， 42 个行政村或社区，238 个自然村。抚仙湖流域面积674.7km2，当湖水位为 1723.35m 时，湖长约 31.4km，湖最宽处约11.8km，最大水深 158.9m，平均水深 95.2m，湖岸线总长100.8km，水面面积 216.6km2，相应蓄水量 206.2 亿 m3。抚仙湖流域属于亚热带高原季风气候，多年平均气温 15.6℃，多年平均降雨量为914.1mm，多年平均蒸发量1197.9mm。流域内共有大小入湖河流103条，河流普遍短小，多为间歇性河流，集水面积>30 km2的有2条，为东大河和梁王河。抚仙湖多年平均入湖水量3.46亿m3；全国第二次水资源调查评价结果显示，抚仙湖流域可开发利用水资源量为0.66亿m3。

2 多情景水资源供需平衡分析

2.1 需水变化分析及预测

2.1.1 现状需水变化分析

(1) 现状保护治理政策实施情况。为适应新形势下抚仙湖保护治理的需求，自2017年底至2018年，当地政府采取了“保卫抚仙湖雷霆行动”“生态移民搬迁”“休耕轮作”等一系列重大举措。保护治理政策实施后，对抚仙湖流域现状社会经济基础指标产生了直接影响，主要体现在农田实际有效灌溉面积由2017年的7.35万亩减少为5.82万亩，其中1.67万亩实施了休耕；完成5.25万亩土地流转，进行了烤烟、油菜、香根草、水稻、荷藕种植结构初步调整；完成1090户规模化畜禽养殖关停搬迁，畜禽存栏数由2017年的139.9万头/只锐减至5.25万头/只；生态移民搬迁沿湖约1.8万农村人口转变为城镇人口；同时流域内的工业于2017年底已全部搬迁至流域外的提古高新区、东溪哨磷化工区和蛟龙潭轻工区等三工业园区。

(2) 现状需水变化分析。抚仙湖重大保护治理政策措施实施前后的需水总量变化结果显示，相关政策实施后，当P=75%时，全流域需水总量由2017年的6484万m3降为4909万m3，整体下降24%。就不同用水类型而言，受保护治理政策影响较为显著的是农业需水和农村生活需水，分别较2017年降低36%、38%；而城镇生活、旅游业需水和工业需水相应增加了34%、14%、4%。由需水变化可知，即使受“休耕轮作”政策影响农业需水出现大幅下降，但全流域农业需水占总需水量仍然过半，占比57%，现状需水仍以农业需水为主。

2.1.2 需水预测

抚仙湖流域的需水预测采用定额法进行计算，该方法需综合考虑影响未来用水量需求的社会经济指标的发展趋势，确定抚仙湖流域中长期发展的用水指标及用水定额。社会经济基础指标预测涵盖人口规模、产业规模、土地利用方式等方面；而不同用水户的用水定额取值则根据中长期发展的社会经济发展状况、节水水平以及云南省用水定额标准，再结合实际调研情况综合确定。基于时间序列，以2017年为基准，考虑2018年为抚仙湖受保护治理政策影响的重要节点，将2018年作为现状，2025年为中期阶段，2035年为远期阶段进行预测。

按照抚仙湖流域已有专项规划，结合现场调查以及抚仙湖流域“一城三镇八村”的总体布局，确定人口及产业规模的增长率、城镇化率等系数，采用综合增长率法和指数增长模型法分别对人口及产业规模进行预测；依据国土部门提供的国土调查数据，利用3S技术，预测抚仙湖流域土地利用中长期变化格局。抚仙湖流域社会经济指标预测如表1所示。

表1 研究区社会经济发展指标预测

(1) 城镇生活需水。抚仙湖流域城镇生活需水由城镇居民家庭生活需水、城镇公共需水及城镇生态需水组成，基于现状用水水平确定2017、2018年的城镇生活综合净定额为200L/(人·d)，预测2025、2035年分别达到215、225L/(人·d)。按照国务院发布的“水十条”要求，到2030年，城市供水管网漏损率降低到10%以内，建制镇供水管网漏损率降低到12%以内。结合现状调查，抚仙湖流域预计管网漏失及可预见用水从现状的12%降低至2025年的10%、2035年的8%，由此确定2025、2035年的城镇生活毛需水定额分别为230、236L/(人·d)，水厂自用水按净需水量的5%计算。预测全流域城镇生活需水量2025、2035年分别为1005、1613 万m3。

(2) 农村生活需水。抚仙湖流域农村生活需水由农村居民生活需水和畜禽需水组成。现状农村居民生活净需水定额为75L/(人·d)，大牲畜、小牲畜、家禽净需水定额分别为38、20、1L/(头·d)；根据农村居民的用水方式、生活习俗及供水条件等因素调查，预测农村生活净需水定额2025、2035年分别达到82、85L/(人·d)，2025年大牲畜、小牲畜、家禽净需水定额分别达到43、21、1.2L/(头·d)；2035年大牲畜、小牲畜、家禽净需水定额分别达到45、22、1.5L/(头·d)。在净需水量预测的基础上，考虑一定比例的输水损失和未预见水量。到2025、2035年农村生活需水量分别为277、212万m3。

(3) 工业需水。2017年底—2018年实施“保卫抚仙湖雷霆行动”期间，流域内的工业已全部关停或搬迁至径流区外的三个工业园区，按照《澄江县工业园区总体规划》(2016-2030)，三个工业园区虽处于抚仙湖径流区外，但未来仍占用抚仙湖径流区内的水资源量。因此，以三个工业园区的工业增加值为基础，以万元工业增加值用水量作为工业需水定额，预测2025、2035年的万元工业增加值用水量分别达到25、20m3/万元。到2025、2035年工业需水量分别为1243、1334万m3。

(4)农业需水。抚仙湖流域的农业需水以农田灌溉需水为主。农田灌溉需水量与农田有效灌溉面积、播种制度、农业产业结构调整以及气候等因素有关，农田万亩综合灌溉定额与灌溉制度和种植结构比例有关，灌溉制度的设计作为核心环节，需分为水稻、旱作物两大类进行设计。鉴于水稻是耗水量最大的作物，灌溉定额地区差异性较大，因此，以1961—2017年的气象因子长系列实测资料为依据，结合各类型灌区水稻生育期参数、土壤渗漏参数、灌溉方式、泡田方式、适宜水层、水稻栽培技术等资料和边界条件，采用彭曼法计算抚仙湖流域多年逐月需水量，再通过田间水量平衡计算对流域水稻进行灌溉制度设计；旱作物的灌溉制度以典型调查方式确定，通过农科站提供的资料及对灌区内的用水习惯、丰产经验调查综合进行灌溉制度设计。作物种植结构比例预测依据《抚仙湖流域种植结构调整方案的通知》(2019年)，综合考虑“休耕轮作”区域未来作物种植结构的变化；在万亩综合灌溉净定额计算的基础上，农田灌溉利用系数2025年、2035年分别取0.65、0.7，计算保证率为50%、75%、90%的农田万亩综合灌溉定额2025年分别为365、392、433万m3/万亩，2035年分别为335、360、393万m3/万亩。经计算，当保证率为50%、75%、90%时，到2025年农业需水分别为2879、3090、3398万m3，到2035年分别为2651、2834、3094万m3。

(5)旅游业需水。根据2013—2017年实际游客接待人数及旅游收入的实际统计数据，结合抚仙湖流域相关专项规划关于到2035年旅游当量人口为4.9万人，即年均旅客接待量不超过1800万人的要求，预测旅游人口规模增长率存在逐渐降低的趋势，基于此，以2017年抚仙湖流域实际住宿及餐饮数量，参照云南省用水定额标准，结合旅游人口增长率预测中长期的旅游业需水量。预测到2025、2035年，抚仙湖流域的旅游业需水量分别为476、521万m3。全流域需水预测汇总结果如表2所示。

2.2 供水情景设置及供需平衡分析

按照可供水量的定义，可供水量即考虑来水和用水条件，通过各种工程措施可提供的水资源量[3]。工程措施、用水条件一定时，来水不同，可供水量不同；来水、用水条件一定时，工程措施不同，可供水量不同，因此有不同代表年、不同水平年可供水量之分[4]。抚仙湖可供水量的预测需考虑未来保护治理政策的影响，在现有水利工程不同水平年可供水量复核的基础上，结合未来保护治理的政策导向以及已规划或正在实施的新增水利工程的建设，预测2025年、2035年的可供水量。

2.2.1 现状可供水量

结合现状调查，抚仙湖流域已有供水设施分为蓄水工程、引水工程、提水工程、地下水井、中水回用工程等五类。蓄水工程的可供水量即水库可供水量，指一定的来水和用水条件，采用合理的调度运用方式，水库可提供利用的水量；中型及以上水库可供水量计算采用年可供水量调节法[4]，主要涉及北岸片区的梁王河和东大河2座中型水库；其余96座小型及以下水库及坝塘采用典型水库水量调节系数法进行现状年可供水量计算。引水工程可供水量指江河湖泊中自流引用的水量；地表水提水工程可供水量指通过动力机械设备从江河湖泊中提取的水量[4]，抚仙湖流域的提水工程分为湖体提水和其他提水工程，湖体取水可供水量以2018年核定的取水许可证的许可取水量确定；引、提水工程按照用户用水需求、河道来水情况以及工程供水能力综合确定。地下水井及中水回用工程可供水量以实际调查为主，受保护治理政策影响，现状抚仙湖流域绝大多数地下水井工程已取缔停用，仅计入抚仙湖北岸片区深井1眼；中水回用量为抚仙湖流域已建规模为1.5万m3/d的澄江县城中水厂的实际回用量确定，受2018年实施“休耕轮作”政策的影响，农业用水户需求发生变化，现状中水回用量仅达到10%。

表2 抚仙湖流域需水预测汇总 (万m3)

2018年抚仙湖流域当P为50%、75%、90%时可供水量分别为5015、4517、3775万m3。当P=75%时，蓄水工程、提水工程、引水工程、中水回用、地下水井的可供水量占比分别为67.2%、25.9%、5.4%、1.2%、0.4%。

2.2.2 供水情景设置

抚仙湖流域中长期水资源可供水量预测，是在考虑保护治理政策措施变化的前提下，根据政策导向及已规划工程措施，假设不同供水情景，预测不同情景下的可供水量。供水情景设置的可变因素从如下几个方面切入：

(1)湖体取水量。当前抚仙湖流域低于法定最低运行水位运行，为加快湖体恢复正常运行水位，可通过外流域调水实现湖体取水替代。因此，未来抚仙湖存在全面禁止湖体取水的可能性。

(2)外流域调水工程。抚仙湖为I类优良水体，为满足抚仙湖流域河湖生态需水要求，鉴于目前缺乏外流域水源可直接向抚仙湖湖体补水的实际，需通过加大外流域调水量置换流域内生活生产用水，间接增加清洁水资源自然下泄补给湖体。目前，抚仙湖流域在建外流调水工程有甸垛龙潭和大龙潭引调水工程。甸垛龙潭调水工程按照设计方案实施，设计可供水量为639万m3；大龙潭调水工程设计可供水量为7013万m3，因工程涉及玉溪市、抚仙湖、星云湖和杞麓湖等多区域水资源分配，原设计方案分配供给抚仙湖流域的水资源量为1077万m3，但随着中远期社会经济的发展，实际需求水资源量存在动态变化，该工程水资源配置存在动态调整的可能性。

(3)原有水利设施变化。按照抚仙湖保护治理的需求，为增加清洁水资源入湖量，可适当取消流域内原有水质优良水源的取用水工程，水质良好的水源可通过天然河渠自然下泄补给抚仙湖，如流域内水质良好的山泉、地下龙潭自流引水工程以及地下水井等。

(4)再生水利用率。中水回用量作为非常规水资源，是构建抚仙湖流域健康水循环体系的核心，通过不断提高流域再生水利用率，可最大限度降低流域内的水资源消耗。综合考虑上述可变因素拟定S1、S2、S3、S4四种供水情景，如表3所示。

2.2.3 多情景可供水量预测结果

在S1、S2、S3、S4四种供水情景下，当P=75%时，到2025年，抚仙湖流域可供水量分别达到4529万m3、5274万m3、6091万m3、6091万m3；到2035年，可供水量分别达到4569万m3、5696万m3、6513万m3、6513万m3。由结果可知，四种情景下全流域可供水量逐步增加的同时，供水结构由以流域内原有蓄水工程为主逐步转变为以外流域调水工程为主，最终实现流域内原有水利工程由外流域调水及再生水利用工程全部替代。中、远期四种供水情景的供水结构变化情形类似，以中期为例进行分析：S1、S2、S3、S4四种情景下，蓄水工程占比依次递减，分别为68%、58%、50%、0；调水工程的占比依次增加，分别为0、10%、26%、87%。

表3 抚仙湖流域中远期供水情景

2.3 多情景供需平衡分析

多情景供需平衡显示，随着抚仙湖流域中长期社会经济指标的动态变化，在无外流域调水的情况下，流域内原有水利工程已不能满足流域内的用水需求，S1情景下，到2025年、2035年全流域缺水率分别达到26%、30%，其中以工业、城镇生活及旅游业缺水最为突出；农业灌溉则通过“休耕轮作”的种植结构调整、高效节水灌溉、生态农业发展等方式降低了用水需求；随着城市化进程发展农村生活用水需求亦有所降低，因此，农业灌溉及农村生活缺水情况并不显著。S3情景通过积极挖潜区域供水能力，合理增加甸垛龙潭和大龙潭外流域调水水量，可供水量与工程设计方案基本吻合，用以保障流域城镇生活、旅游业、工业发展的用水需求，在禁止湖体取水的情况下，通过适当取缔流域内原有山泉、龙潭等引水工程以及地下水井的优质水源供水，达到增加清洁水资源下泄补给湖体的目的；S3情景下，全流域基本可达到供需平衡，在满足流域内生产生活用水需求的同时，可间接增加773万m3的清洁水资源补给湖体。S4情景可通过外流域调水及再生水利用实现流域内供水全替代，亦可看作是理想供水模式，此情景大龙潭调水工程需配置4768万m3水资源量才可满足用水需求；该情景下全流域生产生活用水亦可达到供需平衡，可间接增加4464万m3清洁水资源量补给湖体。

表4 2025年多情景供需平衡表 (P=75%)

表5 2035年多情景供需平衡表 (P=75%)

3 结论及建议

(1)流域用水需求受保护治理政策措施影响显著。2018年受“保卫抚仙湖雷霆行动”“休耕轮作”等保护治理政策影响，全流域用水需求总体呈降低趋势，尤以农业灌溉、农村生活需水降低最为明显，相比政策实施前分别降低36%、38%，但农业灌溉需水仍是抚仙湖流域占比最高的用水类型。“休耕轮作”作为农业供给侧结构性改革的一项重要举措，是农业耗水和农业面源控制的重要手段。鉴于“休耕轮作”实施过程中面临农民收入减少的实际问题，建议因地制宜，进一步探索休耕轮作新模式，在保障区域粮食安全的前提下，走绿色兴农和高质量发展相协调的路线，使“休耕轮作”可持续实施下去。

(2)流域供水模式随社会经济发展及保护治理需求逐渐转变。目前抚仙湖水资源开发利用率高达78%，远超过国际公认的40%水资源合理开发程度上限。为适应流域中远期城镇生活及旅游用水增长的需求，可通过合理增加外流域调水，在保障流域生活用水的前提下，适当降低流域内水资源开发利用率，置换流域内清洁水资源通过天然河道下泄补给湖体。考虑到外流域调水替代是一个循序渐进的过程，建议可分中、远期阶段逐步实现供水模式的转变，近期可深入探索如S3情景的局部替代供水模式，优先取代湖体取水部分；远期可进一步研究如S4情景的全流域替代的理想供水模式，以期构建抚仙湖全流域健康水循环体系。

(3)流域水资源配置格局的优化与未来保护治理政策密切相关。抚仙湖流域水资源优化配置，需从抚仙湖保护的角度出发，在保障流域基本生活用水的前提下，适当增加清洁水资源入湖量。受保护治理政策影响，目前流域内的工业已全部迁至流域外的三个工业园区，由于工业园区原规划供水水源为径流区内水质良好的两座中型水库，若按规划实施，远期在S3情景的配置方式下，流域内875万m3的清洁水资源将被流域外的工业园区挤占，建议远期工业用水可由备用水源供给，或合理配置外流域水源保障。农业灌溉用水建议由原有小型水利设施保障，并通过不断提高流域再生水利用率，补充保障农业灌溉用水需求。以期减少流域内清洁水资源的消耗。