云南省地表水資源可利用量計(jì)算分析

1、    云南省地表水資源可利用量計(jì)算分析    段路松 李學(xué)輝 摘要：為研究云南省地表水資源合理開發(fā)利用的最大可利用閾值，基于第三次水資源調(diào)查評(píng)價(jià)19802016年徑流資料，結(jié)合云南省水資源開發(fā)現(xiàn)狀，采用扣損法、“去頭斬尾”法和棄水系數(shù)法計(jì)算云南省地表水資源可利用量。分析結(jié)果表明：扣損法分析結(jié)果較為合理，云南省地表水資源可利用量?jī)H占自產(chǎn)水資源量的18%，其中瀾滄江流域可利用量最大，占全省水資源可利用量的22%;牛欄江地表水資源可利用率最大，為26%。分析結(jié)果與云南省實(shí)際情況相符。研究成果可為云南省水資源管理、配置、合理開發(fā)利用提供基礎(chǔ)依據(jù)。關(guān)鍵詞：水資源

2、可利用量;地表水資源;扣損法;云南省水資源可利用量是綜合規(guī)劃區(qū)域水資源的節(jié)約、保護(hù)、配置、開發(fā)、利用和治理措施的條件，又是進(jìn)行水資源承載能力分析的基礎(chǔ)1。地表水資源可利用量是指在可預(yù)見(jiàn)的時(shí)期內(nèi)，在經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行且滿足最小生態(tài)需水和必要的河道內(nèi)用水需求的前提下，通過(guò)各種工程措施調(diào)節(jié)控制可供河道外生活、生產(chǎn)、生態(tài)用水一次性利用的且不包括回歸水重復(fù)利用等的最大水量2。水資源可利用量在充分考慮水生態(tài)保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的原則下，為今后開展流域或區(qū)域規(guī)劃修編、水量分配與調(diào)度、總量控制指標(biāo)修訂等工作提供科學(xué)依據(jù)。1水資源可利用量計(jì)算方法由于水資源可利用量定義上的區(qū)別，國(guó)內(nèi)外水資源可利用量的計(jì)算方法也存在較

3、大差異。國(guó)內(nèi)通常采用的計(jì)算方法是扣損法1。金新芽等2采用扣損法和“去頭斬尾”法研究金華流域的地表水資源可利用量，緩解了流域內(nèi)不同行政區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、工程措施建設(shè)不平衡帶來(lái)的影響，兼顧了公平的原則。姚水萍等3以富陽(yáng)市為例，提出了以每年最大月流量與多年平均月流量之比值為基準(zhǔn)，確定汛期棄水系數(shù)的方法，提供了一種新思路，符合汛期水量越多，難于利用水量越多的實(shí)際情況。付玉娟等4采用修正的tennant法計(jì)算遼河流域遼寧省內(nèi)河道生態(tài)需水量的上限與下限，采用扣損法算出地表水資源可利用量的上限與下限。徐德龍等5介紹了基于優(yōu)先水權(quán)制度的美國(guó)得克薩斯州wam模型、美國(guó)俄勒崗州水資源可利用量計(jì)算方法以及墨西哥綜合

4、考慮水量和水質(zhì)的水資源可利用量指數(shù)等國(guó)外代表性的地表水資源可利用量計(jì)算方法，但由于這些方法需要大量實(shí)際觀測(cè)資料，不符合我國(guó)的實(shí)際情況，不能被完全采用。1.1 扣損法扣損法通常采用控制站多年平均水資源量扣除不可以被利用水量和不可能被利用水量來(lái)計(jì)算多年平均水資源可利用量。式中： w不可能被利用量是指受各種水資源開發(fā)因素和條件的制約，無(wú)法被利用的水量，包括超出水利工程最大調(diào)蓄能力和供水能力的洪水量以及在可預(yù)見(jiàn)時(shí)期內(nèi)受工程經(jīng)濟(jì)技術(shù)影響不可能被利用的水量和超出最大用水需水的水量等;w不可以被利用量是指為避免造成河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境惡化及破壞而不允許使用的水量。1.1.1 最小生態(tài)需水量最小生態(tài)需水量一般采用多

5、年平均徑流量的百分?jǐn)?shù)或者近10 a最小的月平均徑流量計(jì)算：1.1.2 沖沙輸沙水量河道內(nèi)需水量還應(yīng)考慮為了維持河流中下游侵蝕與淤積的動(dòng)態(tài)平衡而必須在河道內(nèi)保持的沖輸沙水量。1.1.3 水生生物保護(hù)水量為維系水生生物生存與發(fā)展，保存一定數(shù)量和物種的生物資源，河道中必須保持的水量，即維持河流系統(tǒng)水生生物生存的最小生態(tài)環(huán)境需水量。1.1.4 河道內(nèi)生產(chǎn)需水量河道內(nèi)生產(chǎn)需水量主要考慮水力發(fā)電和航運(yùn)需水量。前者是為保持梯級(jí)電站、年調(diào)節(jié)及調(diào)峰等電站的正常運(yùn)行，需要向下游下泄并在河道中保持一定的水量。后者是指河段為滿足通航需求所保持一定的水位和流量，以維持航道必要的深度和寬度。1.1.5 汛期難于控制利用洪

6、水量將流域控制站汛期的天然徑流量減去流域能夠調(diào)蓄和耗用的最大水量，剩余的水量即為汛期難于控制利用的下泄洪水量2。汛期能夠調(diào)蓄和耗用的最大量為汛期水庫(kù)蓄水量、調(diào)出外流域水量和用水消耗量合計(jì)的最大值。計(jì)算分區(qū)汛期下泄洪水量時(shí)，需要考慮控制站以下至流域出口區(qū)間的下泄量，如果區(qū)間基本沒(méi)有調(diào)蓄工程，在計(jì)算水文站下泄水量時(shí)已將區(qū)間用水考慮在內(nèi)，可以認(rèn)為區(qū)間的天然徑流量全部下泄，采用流域多年平均地表水資源量減去水文控制站多年平均天然徑流量。1.2 “去頭斬尾”法“去頭斬尾”法假設(shè)研究區(qū)域有相同的調(diào)蓄和耗用水平，是基于資格水權(quán)下的水資源可利用量。對(duì)研究區(qū)域長(zhǎng)系列逐日流量過(guò)程扣除洪水控制線以上的量，即下泄水量，

7、此為“去頭”;扣除基流控制線以下的量，即基流水量，此為“斬尾”;中間的部分即為可以通過(guò)工程水段加以利用的量。1.3 棄水系數(shù)法以每年月最大流量與多年月平均流量之比為基準(zhǔn)來(lái)確定棄水系數(shù)，棄水系數(shù)與汛期水量的乘積即為汛期棄水，地表水資源量減去汛期棄水和生態(tài)最小允許基流量即為水資源可利用量。一般汛期水量越大，難于利用的水量越多，即汛期棄水量越大，因此具體的量可通過(guò)徑流分析采用不同的棄水系數(shù)來(lái)確定。2 云南省水資源可利用量分析2.1 研究區(qū)域概況云南省位于青藏高原東南側(cè)，地勢(shì)高聳，山高谷深，地形地貌極為復(fù)雜。全省平均海拔高程約2 000 m，總的趨勢(shì)是西北高、東南低，呈不均勻階梯狀逐級(jí)降低。南北走向的

8、山脈地形孕育了六大江河水系，即長(zhǎng)江、珠江、紅河、瀾滄江、怒江、伊洛瓦底江，這六大水系均為入海河流的上中游，除長(zhǎng)江和珠江水系外，其余4條均屬國(guó)際河流，是我國(guó)國(guó)際河流最多、最集中的省份。復(fù)雜的地形條件加上印度洋孟加拉灣的西南支水汽和西太平洋北部灣的東南支水汽兩支海洋暖濕氣流的影響，降水充沛，多年平均自產(chǎn)水資源量為2 141億m3，水資源主要集中在汛期（510月），占全年徑流量的62.2%86.9%，水資源相對(duì)豐富，但時(shí)空分布不均，常有水旱災(zāi)害發(fā)生。2.2 計(jì)算參數(shù)選取云南省屬于南方地區(qū)，南方河流汛期河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境及生產(chǎn)需水量與汛期下泄的洪水具有兼容性，汛期一般不考慮河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境及生產(chǎn)需水量。采用

9、多年平均地表水資源量減去非汛期河道內(nèi)需水量的外包值，再減去汛期難于控制利用的洪水量的多年平均值，得出多年平均地表水資源可利用量（見(jiàn)圖1）。結(jié)合云南省實(shí)際情況，扣損法計(jì)算最小生態(tài)需水量時(shí)考慮到受水利工程經(jīng)濟(jì)技術(shù)影響，河流最小生態(tài)需水量保證率大幅度提高，以滿足全水文年最小生態(tài)需水量的要求，采用tennant法和qp法分別計(jì)算，其中tennant法枯水期（11月至次年4月）k值取15%，qp法采用90%保證率最小月徑流量，水生生物需水量按河道內(nèi)多年平均徑流量的30%估算，并按多年平均年徑流量年內(nèi)分配至112月。由于云南省屬多條河流源頭，有航運(yùn)需求的河段僅為南盤江、紅河、瀾滄江，因此，在估算航運(yùn)需水量

10、時(shí)按設(shè)計(jì)單位提供的航道用水保證率進(jìn)行估算，其中：南盤江為江邊街站95%保證率年徑流中最枯月徑流量，紅河為蠻耗站75%保證率年徑流中最枯月徑流量，瀾滄江為允景洪站95%保證率年徑流中最枯月徑流量。計(jì)算汛期下泄洪水時(shí)，據(jù)云南省降雨及河流洪水特點(diǎn)，將汛期（510月）劃分為57月、810月兩段，分別計(jì)算各期難于控制利用的洪水量。采用“去頭斬尾”法和棄水系數(shù)法，以南盤江為例，通過(guò)試算分析，基流相關(guān)系數(shù)n取10，洪水相關(guān)系數(shù)m取0.36 。每年月最大流量與多年月平均流量之比與所占比例、棄水系數(shù)見(jiàn)表1。2.3 計(jì)算結(jié)果采用以上3種方法，分別計(jì)算了南盤江流域地表水資源可利用量（見(jiàn)圖2），計(jì)算結(jié)果存在一定誤差。

11、“去頭斬尾”法計(jì)算結(jié)果相比扣損法偏小9%，且可利用量小于現(xiàn)狀實(shí)際用水量268 200萬(wàn)m3，表明南盤江流域每個(gè)分區(qū)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展程度不同，地形條件差異大，地表水資源受水利工程控制程度也不同，計(jì)算過(guò)程中不能假設(shè)他們具有相同的調(diào)蓄和耗用水平，不適合采用“去頭斬尾”法。棄水系數(shù)法計(jì)算結(jié)果相比扣損法偏大9%，此方法根據(jù)徑流分析來(lái)確定棄水系數(shù)，但與實(shí)際調(diào)蓄和耗用水平不一致，故合理性需要進(jìn)一步研究。根據(jù)分析南盤江流域3種方法計(jì)算結(jié)果，認(rèn)為云南省采用傳統(tǒng)的扣損法計(jì)算區(qū)域內(nèi)水資源可利用量比較合理，本文基于第三次水資源調(diào)查評(píng)價(jià)19802016年徑流成果計(jì)算云南省8個(gè)主要流域的地表水資源量，與現(xiàn)狀實(shí)際用水量

12、作比較，并且將水資源可利用率和開發(fā)利用程度作對(duì)比分析，結(jié)果見(jiàn)表2、圖3、圖4。從水資源數(shù)量看，瀾滄江、怒江、南盤江水資源豐沛，可利用量占云南省水資源可利用量的46%，其中瀾滄江地質(zhì)條件優(yōu)越、水量豐沛穩(wěn)定，干流云南段規(guī)劃水電站共15級(jí)，總調(diào)節(jié)庫(kù)容為229.2億m3，考慮入境水量的情況下，水資源可利用量全省最大為85.0億m3，占全省22%;怒江干流云南段規(guī)劃水電站13級(jí)，總調(diào)節(jié)庫(kù)容78.7億m3，考慮入境水量的情況下，水資源可利用量為全省第二，占全省16%。從水利工程可控性看，牛欄江干流分8級(jí)開發(fā)，且牛欄江-滇池補(bǔ)水工程多年平均向滇池補(bǔ)水5.72 億m3，開發(fā)利用程度較高，水資源可利用率高達(dá)26

13、%，為全省最大。從可利用量與現(xiàn)狀用水量對(duì)比來(lái)看，可利用量為現(xiàn)狀用水量的15倍，其中怒江的可利用量為現(xiàn)狀用水量的5倍，為全省最大。可利用空間比較大;從可利用率和開發(fā)利用程度對(duì)比分析看，各分區(qū)水資源可利用率均略偏高于開發(fā)利用程度，說(shuō)明計(jì)算結(jié)果合理，且與云南省實(shí)際相符。根據(jù)第三次水資源調(diào)查評(píng)價(jià)，云南省地表水資源可利用量為382.4億m3，僅占全省多年平均自產(chǎn)水資源量的18%，水資源開發(fā)利用程度較低，地區(qū)分布不均，水資源可利用量地區(qū)之間的差異較明顯。3 結(jié) 論（1）云南省位于低緯度、高海拔地區(qū)，境內(nèi)山高、谷深，水資源豐富，然而由于省境內(nèi)自然地理、經(jīng)濟(jì)社會(huì)與水資源時(shí)空分布的巨大差異，導(dǎo)致了資源配置與經(jīng)濟(jì)

14、社會(huì)發(fā)展布局的不協(xié)調(diào)，水資源開發(fā)潛力大但開發(fā)難度更大，水資源開發(fā)利用程度較低。隨著人類調(diào)控水資源的能力越來(lái)越強(qiáng)，滇中引水工程實(shí)施以后，云南省水資源可利用量將進(jìn)一步加大。（2）云南省各地區(qū)水資源可利用量差異較明顯，怒江、瀾滄江、李仙江的水資源可利用空間較大。（3）通過(guò)幾種計(jì)算方法對(duì)比分析，依據(jù)流域天然徑流態(tài)勢(shì)和分布特點(diǎn)，同時(shí)兼顧現(xiàn)狀水資源開發(fā)利用特點(diǎn)和規(guī)劃安排，認(rèn)為扣損法簡(jiǎn)便易操作，且分析結(jié)果合理可靠。參考文獻(xiàn)：1 張洪剛，張翔，呂孫云，等. 國(guó)內(nèi)外水資源可利用量計(jì)算方法概析j. 人民長(zhǎng)江，2008，39（17）：18-20.2 金新芽，張曉文，馬俊. 地表水資源可利用量計(jì)算實(shí)用方法研究j. 水文