调水工程分类方法研究

王宏伟，邱俊楠，姚文锋，周正昊

（1.中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300222；2.水利部南水北调规划设计管理局，北京 100053）

新中国成立以来， 我国陆续建设了许多不同类型、不同规模的流域性、区域性调水工程，提高了受水区的水资源配置能力和供水保障能力，产生了显著的经济社会效益和生态环境效益，为促进受水区经济社会可持续发展发挥了重要支撑与保障作用［1-3］。 据不完全统计，全国在建、已建及规划的调水工程主要有137项，范围涉及全国26个省（自治区、直辖市）。兴建调水工程， 优化水资源调配， 提高水安全保障能力， 是我国当前乃至今后一定时期水利建设的重点之一［4］。 但是由于我国调水工程数量多、范围广、性质多样，且工程进展程度不一，调水工程数据比较零散， 除在近期全国水利普查中开展过部分统计工作外， 目前在国内尚未开展较为系统的数据统计整理和分类工作。鉴于调水工程的复杂性和重要性，为加强调水工程信息化管理薄弱环节［5］，有必要开展调水工程的分类方法研究，制定分类标准，为建立全国调水工程数据台账提供技术支持， 支撑管理单位指导水资源调度并监督实施、 组织指导大型调水工程前期工作、 指导监督跨区域跨流域调水工程的调度管理等。

1 调水工程定义

调水工程是一项工程复杂、体系庞大、影响深远的水利工程，涉及经济、社会、资源、环境等诸多因素。 目前，SL430—2008《调水工程设计导则》、《水利大辞典》及部分研究学者给出了调水工程的定义。

（1）在SL430—2008《调水工程设计导则》中，调水工程是指为了满足供水、灌溉、生态需水要求，兴建的跨水系、跨区域的水资源配置工程。

（2）在《水利大辞典》（2015年）中，将跨流域调水定义为从一个流域往另一个流域调水以解决缺水地区水资源需求的一种措施。

（3）周小兵等在《长距离大型调水工程运行管理实践》中指出，调水工程是指为了补偿缺水（或引出多余的水）而更有效、更安全地利用水资源，从任何一个水源（河流、水库、湖泊、海湾、河口）取水，并沿着河槽、渠道、隧洞或管道送给用户所修建的水利工程。

以上调水工程定义的共同点为 “跨区域或流域”、“水资源配置”，不同点为SL430—2008《调水工程设计导则》中的定义额外包含了供水任务，内容更加全面。 因此本次采用SL430—2008《调水工程设计导则》中调水工程的定义。同时为了便于管理单位开展全国调水工程的行业管理工作， 需在此基础上对其进行范围限定。结合国内调水工程实际情况，本次研究的调水工程不包括以下3种情况： ①为应急供水、临时生态补水而兴建的调水工程；②沿河兴建的引水流量小于1m3/s、灌溉面积小于666.67hm2的调水工程；③在黄河下游（桃花峪至入海口）沿河取水灌溉的调水工程。

2 国内分类方法现状

2.1 调水工程设计导则

根据SL430—2008《调水工程设计导则》，按照调水工程的供水对象重要性、引水流量、年引水量、灌溉面积等来确定调水工程规模，共分为四类，分别为大（1）型、大（2）型、中型、小型。以城市供水为主的调水工程，应按供水对象重要性、引水流量和年引水量3个指标拟定工程等别，确定等别时至少应有两项指标符合要求。以农业灌溉为主的调水工程，应按灌溉面积指标确定工程等别。

2.2 防洪标准

根据GB50201—2014《防洪标准》，按照供水规模、供水对象的重要性、灌溉面积，确定供水、灌溉工程的等别，共分为4类，分别为特大型、大型、中型、小型。以城市供水为主的调水工程，应按供水对象重要性、 引水流量和年引水量3个指标拟定工程等别，确定等别时至少应有两项指标符合要求。 以农业灌溉为主的调水工程，应按灌溉面积指标确定工程等别。

2.3 水利水电工程等级划分及洪水标准

根据SL252—2017《水利水电工程等级划分及洪水标准》，按照水利水电工程规模、效益和在经济社会中的重要性确定水利水电工程的等别， 共分5类，分别为大（1）型、大（2）型、中型、小（1）型、小（2）型。对于供水工程， 选用供水对象重要性和年引水量两项指标确定工程级别。 如按供水对象的重要性确定工程等别时，该工程应为供水对象的主要水源。

2.4 国内分类方法对比分析

SL430—2008《调水工程设计导则》在对调水工程分类时，选用对象重要性、引水流量、年引水量、灌溉面积来确定调水工程规模。 GB50201—2014《防洪标准》中供水工程包括本流域、本区域供水工程和跨流域调水工程，在对其进行等别划分时，综合考虑了SL430—2008《调水工程设计导则》的相关规定，选用供水对象重要性、引水流量、年引水量来确定供水工程规模，选用灌溉面积确定灌溉工程规模。 SL252—2017 《水利水电工程等级划分及洪水标准》 根据GB50201—2014《防洪标准》中供水工程和灌溉工程分类方法， 选用供水对象重要性和年引水量两项指标确定供水工程规模， 选用灌溉面积确定灌溉工程规模。因此，本次按照SL252—2017《水利水电工程等级划分和洪水标准》所制定的年引水量、灌溉面积分等指标进行供水规模分类。 鉴于供水对象重要性不容易判断， 本次不采用供水对象重要性进行供水规模分类。

3 调水工程分类特征研究

3.1 行政区域分布特征分析

调水工程是为了将某水源地多余的水调出，调入补偿某缺水地区， 从而提高调入区的水资源配置能力和供水保障能力。 根据调水工程的取水点和终端最远受水点所在的行政区域， 将调水工程分为跨省、跨市、市内3类。其中调水工程的输水线路区跨越两个及以上省级行政区时，将其归为跨省类；调水工程的输水线路区只在省级行政区内， 且跨越两个及以上地级行政区时，将其归为跨市类；调水工程的输水线路区只在地级行政区内时，将其归为市内类。

3.2 输水干线总长度特征分析

输水干线总长度与受水区范围大小关系密切。目前全国调水工程的输水干线总长度最短的不足10km，最长达1466.5km，且数据离散，差别较大。

在SL252—2017《水利水电工程等级划分及洪水标准》中，没有关于调水工程输水干线总长度的特征值。系统聚类分析法是一种无监督学习、探索性的统计分析方法，它不需预先给定类别，可从样本数据出发，自动按照个体的特征进行分类，使同一类别内的个体具有尽可能高的同质性， 而类别之间则具有尽可能高的异质性［6］。

本次采用系统聚类分析方法分析调水工程输水干线总长度的特征。 当聚类的组间距离为1.5时，将调水工程输水干线总长度分为3类， 分别为小于207.5km、207.5～873.1km、873.1～1466.5km，每个聚类内的工程数量分别为109，24，4项， 据此将输水干线总长度的分类界值初步确定为207.5，873.1km。 为了便于管理单位开展调水工程管理， 将分类界值分别取整为200，800km。 输水干线总长度在200km以内的调水工程数量较多，达109项，考虑到聚类组间均衡和已定分类界值的倍比关系， 将该类别继续细分成两类，增加一个分类界值：50km。

根据调水工程输水干线总长度特征分析， 将其分为短距离、中距离、长距离、超长距离4类。 其中调水工程输水干线总长度小于50km时， 将其归为短距离类；调水工程输水干线总长度大于等于50km、小于200km时，将其归为中距离类；调水工程输水干线总长度大于等于200km、小于800km时，将其归为长距离类； 调水工程输水干线总长度大于等于800km时，将其归为超长距离类。

3.3 供水对象特征分析

调水工程作为优化配置水资源的重要措施，受不同时期社会经济及自然环境等因素的影响， 其供水对象也在逐步发生转变。 我国早期调水工程的供水对象多以灌溉供水为主，到了20世纪后，随着工业化和城镇化的快速发展，水资源短缺程度加剧，调水工程的供水对象逐渐转变成以城市供水（含生活供水和工业供水）为主，同时兼顾灌溉供水。近些年，因缺水导致的生态问题日益突出， 调水工程供水对象又相应增加了生态供水，及时缓解了生态问题，发挥了重要作用。

分析我国调水工程的供水对象， 确定其特征有城市供水、灌溉供水、生态供水3种类型。按照供水量最大的单个供水对象为工程主要对象的原则， 将调水工程分为以城市供水为主、以灌溉供水为主、以生态供水为主3类。

4 全国调水工程分类成果

4.1 行政区域分类成果

按照行政区域分类方法，将调水工程分为跨省、跨市、市内3类。 在全国137项调水工程中，跨省的调水工程有13项，占统计工程总数的9%；跨市的调水工程有64项，占统计工程总数的47%；地市内调水工程有60项，占统计工程总数的44%。

4.2 供水规模分类成果

采用供水规模分类方法，选用年引水量、灌溉面积指标，将调水工程分为小（2）型、小（1）型、中型、大（2）型、大（1）型5类。在全国137项调水工程中，大（1）型调水工程有27项，占统计工程总数的20%；大（2）型调水工程有43项，占统计工程总数的31%；中型调水工程有32项，占统计工程总数的23%；小（1）型型调水工程有29项，占统计工程总数的21%；小（2）型调水工程有6项，占统计工程总数的5%。

4.3 输水干线总长度分类成果

按照输水干线总长度分类方法， 将其分为短距离、中距离、长距离、超长距离4类。在全国137项调水工程中，短距离调水工程有50项，占统计工程总数的37%； 中距离调水工程有59项， 占统计工程总数的43%； 长距离调水工程有21项， 占统计工程总数的15%；超长距离的调水工程有7项，占统计工程总数的5%。

4.4 供水对象分类成果

按供水对象分类方法，将调水工程分为以城市供水为主、以灌溉供水为主、以生态供水为主3类。 在全国137项调水工程中， 以城市供水为主的调水工程有108项，占统计工程总数的79%；以灌溉供水为主的调水工程有21项，占统计工程总数的15%；以生态供水为主的调水工程有8项，占统计工程总数的6%。

5 结语

（1）鉴于调水工程的多样性、复杂性和重要性，本研究对调水工程定义增加限制条件， 提高了研究的适用性。对比分析调水工程分类方法，选择操作性强的供水规模作为一个分类特征。在此基础上，通过对我国137项调水工程整理分析，采用定性归纳法和聚类分析法， 增加了行政区域分布、 输水干线总长度、供水对象等分类特征，共同构建了调水工程分类体系，并采取分类指标对全国调水工程进行统计。开展调水工程的分类方法研究工作，制定分类标准，有利于建立全国调水工程数据台账， 加强调水工程信息化管理薄弱环节，可为管理单位指导、监督水资源调度等工作提供有力技术支持。

（2）建议尽量多收集调水工程属性，如管理体制、投资、水价、调水方式等，满足多种管理需求，同时在调水工程统计管理工作中不断验证总结， 并及时进行修订完善。