鄱陽湖地區(qū)水資源與水資源問題分析

鄱陽湖地區(qū)水資源與水資源問題分析

我國水資源時空分配不均與現(xiàn)階段社會發(fā)展需求之間的突出矛盾，決定加強水資源保護，增加有效水資源供應。這是解決當前水資源保護不足問題的重要途徑。即使是傳統(tǒng)濕潤地區(qū),例如鄱陽湖地區(qū),年均降水量為1570mm,但受季風影響,降水季節(jié)分配不均。其中汛期4—9月降水占70%以上,集中降水形成的徑流多以洪水形式出現(xiàn),不僅造成洪澇災害,也不利于水資源利用;而非汛期降水偏少,地表徑流難以滿足社會生產和居民生活用水需求。通過相關水利工程和非工程措施,使水資源在空間和時間上合理地再分配,來滿足不同地區(qū)和季節(jié)的需要,是目前實現(xiàn)“開源”的重要策略之一,這其中洪水資源是最有潛力可挖的水資源。如何安全有效地調蓄洪水,彌補干旱和枯季水資源的不足,是現(xiàn)階段洪水資源開發(fā)利用的重要任務,統(tǒng)稱為洪水資源利用。也就是圍繞著如何將部分有危害性和不易利用的突發(fā)性洪水,轉化為安全和持續(xù)可靠的水資源,或者是為生態(tài)環(huán)境服務的水資源。本文將針對鄱陽湖地區(qū)的水文特性和近期干旱問題,從防洪與抗旱統(tǒng)籌的角度,提出加強洪水資源利用的主要途徑與措施,以緩解該地區(qū)汛期大量洪水排棄與枯季干旱缺水的尷尬局面。1湖口水位下降,洪水情況惡化鄱陽湖是我國最大的淡水湖,位于江西省北部,長江以南,它匯集贛江、撫河、信江、饒河、修河五大河流來水,為吞吐型湖泊,汛期蓄水,枯水期吐水,不僅對贛江等五河洪水具有較大的調蓄作用(100億m3左右),且是補給湖口以下長江干流的主要水源之一。整個水系匯流面積為16.22萬km2,年均徑流量為1436億m3,約占同期大通流量的15.5%。鄱陽湖區(qū)呈葫蘆狀,湖底平坦。每當洪水季節(jié),水位升高,湖面寬闊,在湖口水位達22.59m的實測最高值時(吳淞基面),湖水面積最大能達到4070km2,容積320億m3;枯水季節(jié),水位下降,洲灘出露,湖水歸槽,當湖口水位為5.9m的實測最低值時,湖水面積僅146km2,容積4.5億m3。洪、枯水位的水面積和容積相差達27倍和71倍之多,因此有“高水是湖、低水是河”和“洪水一片、枯水一線”的自然地理特征。該地區(qū)暴雨主要發(fā)生在4—9月,以6月和7月最多。湖水位漲落受五河和長江來水雙重影響,4—6月為五河主汛期,水位一般不高;7—9月五河來水減小,湖水位受長江洪水頂托或倒灌影響而壅高;9月份后湖水隨長江水位下降而開始外泄,湖區(qū)水位降低。鄱陽湖水位年變幅最大達8.91~14.04m,為大湖泊水位變化中所罕見,這也是沿湖居民長期面臨“水多成患,水少則憂”不利局面的直接起因,每年都有輕重不同的水旱災害發(fā)生。汛期洪水滿溢,漬澇嚴重,而到了枯水季節(jié)沿湖水荒嚴重,航運阻塞。尤其是近年來受全球氣候變化影響,汛期降水呈增加趨勢,而非汛期降水減少,干旱頻次趨于增加。例如在2007年秋、冬季,鄱陽湖發(fā)生了約50年一遇的干旱災害,至12月中旬湖區(qū)竟然只剩下面積不足50km2的水域,保有水量僅1億多m3,這是有記載以來鄱陽湖最小的面積。干旱缺水不僅影響了生活用水,而且導致農業(yè)減收,漁業(yè)減產,船只擱淺事件也時常發(fā)生。此外,因旱所致的水環(huán)境惡化和水生態(tài)系統(tǒng)退化問題更為嚴重,由于濕地銳減、湖區(qū)洲灘提前干涸、土壤板結、底棲水生動物減少,造成候鳥覓食困難、數(shù)量減少。隨著湖區(qū)經濟發(fā)展和生活水平提高,人們在防洪安全得到基本保障的同時,還要求干旱季節(jié)的用水也能得到保障,同時也意識到良好的生態(tài)環(huán)境是鄱陽湖地區(qū)經濟發(fā)展的重要基礎,也是實現(xiàn)人與水及自然全面和諧的前提條件。此外,考慮三峽工程建成運行后,汛末10月份水庫蓄水減泄,引起湖口水位下降,加速湖水外泄進程,導致湖區(qū)枯水期提前、枯水位降低,從而加劇湖區(qū)枯水季節(jié)干旱缺水問題。因此,如何在保障防洪安全的前提下,適度調控湖區(qū)水位年內變幅,避免出現(xiàn)極端水旱條件和生態(tài)環(huán)境惡化現(xiàn)象,已成為目前亟需解決的一個重要任務。2洪水資源潛力的估計2.1洪水資源潛力及剩余徑流以鄱陽湖水系主要控制性水文站1961~2000年期間的流量觀測數(shù)據(jù)為依據(jù),采用綜合估算方法,對鄱陽湖及其主要子流域理論上的洪水資源利用潛力進行了初步估算。所考慮的計算條件為:(1)考慮到汛期與非汛期并沒有明確的界限,而且非汛期產生的洪水更利于安全利用,因此將汛期與非汛期的洪水一并考慮;(2)當某時段內區(qū)域流出水量超過該時段的多年平均徑流量的η倍系數(shù)時,才考慮將超過的水量計為有利用潛力的洪水資源量,見式(1),以避免少水年份過量取水,而破壞湖泊內洪水的自然脈動性,這里η分別取60%,70%和80%,以做對比;(3)河道剩余徑流量以不低于河道最小生態(tài)基流作為下限,并考慮1.5的安全裕度。Qf(t)={Q(t)-η×ˉQ(t)?Q(t)＞η×ˉQ(t)Q(t)-1.5Qemin?η×ˉQ(t)＜1.5Qemin0?Q(t)＜1.5Qemin(1)式中:Qf(t)為理論上的洪水資源潛力;Q(t)為某時段河道觀測流量;ˉQ(t)為該時段多年平均流量;Qemin為控制斷面的最小生態(tài)基流,采用Tennant方法求得。按照上述條件,以旬為時間步長來計算每年的可利用洪水資源量。以1995年為例(見圖1),當每旬的徑流量大于該旬的多年平均流量的80%,且大于生態(tài)基流的1.5倍時,才考慮將多余的徑流量計為有利用潛力的洪水資源,如圖1中的豎線陰影部分所示。2.2年徑流總量以湖口站觀測的出境流量為依據(jù),表1統(tǒng)計了整個鄱陽湖流域理論上的洪水資源利用潛力。當η=80%時,鄱陽湖流域多年平均洪水資源潛力接近486億m3/a(其中汛期332億m3/a,非汛期154億m3/a),占年徑流總量的32.1%。相對于η取70%和60%的方案而言,η取80%的方案能夠維持汛期湖泊的洪水脈動性,其中在豐水年份,洪水量大且往往超過多年平均值,洪水資源潛力就大,而在枯水年份,洪水量小,相應計算的洪水資源潛力就小。表1還統(tǒng)計了鄱陽湖主要支流贛江、撫河、信江、昌江、樂安江的洪水資源潛力。其中贛江洪水資源潛力最大,為225億m3/a(η=80%時,其中汛期160億m3/a,非汛期65億m3/a)?？梢钥闯?理論上鄱陽湖流域洪水資源潛力是相當巨大的,即使是在非汛期,湖口外流水量中也有154億m3/a(η=80%時)的水資源量是可以利用的。3合理科學規(guī)劃,依法管理,解決人水關系“做什么”的問題結合國內已開展的洪水資源利用實踐,鄱陽湖流域可以采取的洪水資源利用工程和非工程措施如圖2所示。其中工程措施可分為三類:一是布設在流域面上的截留工程(面式措施),就地減少和延緩暴雨形成的徑流,蓄水防旱,包括為維護生態(tài)環(huán)境的山地水土保持措施、為農業(yè)灌溉服務的農田洼地截留措施;二是河流渠道的引泄工程措施(線式措施),主要是通過對進入河道的洪水采用引泄方式來分流泄洪;三是湖泊濕地及水庫的蓄滯工程(點式措施),應該從生態(tài)友好、人水和諧的角度,為難以消化的量大峰高的洪水,提供更多活動空間,包括天然湖泊和濕地的有序安全蓄水措施,在保障防洪安全的前提下,盡可能維系和營造良好的湖泊生態(tài)環(huán)境。非工程措施是指在現(xiàn)有工程基礎上,一方面通過合理調度,適度地攔蓄洪水資源,延長其在流域內的滯留時間,滿足不同季節(jié)經濟社會及生態(tài)環(huán)境的需水要求;另一方面通過科學規(guī)劃,因地制宜地制定與當?shù)厮Y源特點相適應的土地利用策略和經濟發(fā)展規(guī)劃,從可持續(xù)發(fā)展角度調整或避免今后人與水不協(xié)調關系的出現(xiàn),從根本上促進人水和諧共處。此外,建立有效的社會保障體制,是均衡洪水資源利用效益和社會安定協(xié)調發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié),包括洪水風險管理體制、保險補償制度、應急救災機制等非工程措施。以前對建立社會保障體制的重要性認識不夠,不僅公眾對提高洪水資源利用而承擔的風險不理解,而且公眾也沒有從中分享效益,因此對洪水資源利用存在抵觸甚至反對的心理。從鄱陽湖流域當前水利建設與開發(fā)現(xiàn)狀來看,現(xiàn)階段可以重點采取以下措施。(1)繼續(xù)加大贛江和撫河等支流水庫建設,提高洪水控制硬件能力。該地區(qū)現(xiàn)有蓄滯洪水能力,相對于國內其它流域而言是比較低的,以贛江為例,已建水庫總調節(jié)庫容約80億m3,約為年徑流量的5.3%,不到全國平均水平的1/3,因此繼續(xù)興建一些調節(jié)能力強的大中型水庫是必要的。(2)進一步做好大中型水庫科學調度,挖掘水庫防洪調度與興利的潛力,這是目前階段比較切實可行的非工程措施之一,這其中包括:一是搞好大中型的水庫加固除險,并依據(jù)多年調度經驗,改一級汛限為多級汛限水位控制,或實施汛末提前蓄水;二是利用現(xiàn)代預報技術,如衛(wèi)星云圖、雷達測雨、水情遙測以及氣象水文預報模型等手段,實現(xiàn)汛限水位動態(tài)控制,如“預蓄預泄”等方式;三是建立健全風險管理、補償和保障機制,協(xié)調洪水資源利用效益與風險,并科學設計和制定水庫洪水資源利用管理條例,逐步實現(xiàn)對洪水資源的依法科學管理和調度。針對鄱陽湖區(qū)非澇即旱的尷尬局面,以及近期因干旱導致的生態(tài)環(huán)境問題,現(xiàn)階段要適當轉變“重防洪輕抗旱”觀念,變被動“抗”向主動“防”旱,將防汛與防旱統(tǒng)籌考慮,適度攔蓄洪水以應對干旱問題,這對維系湖區(qū)生態(tài)環(huán)境和促進人水和諧,意義重大。因此,近期更應重點考慮結合鄱陽湖綜合治理,利用湖區(qū)天然調蓄空間,對洪水進行調控,繼而整合上游水庫與鄱陽湖之間的蓄洪調峰條件,進行聯(lián)合調度以實現(xiàn)對洪水的有效管理,提高洪水資源利用效率。從前面的洪水資源潛力估算結果來看,即使在汛后鄱陽湖都有154億m3的棄水外流。如果在湖口設置控水工程,只需要做到延緩汛后湖水外泄進程,也就是說將154億m3棄水適當加以約束,不至于快速外流,就可以極大地緩解枯季湖區(qū)及周邊的干旱缺水和生態(tài)環(huán)境惡化問題。因此,在湖口設置一定的控水工程措施,是十分必要的。4海洋入口控水工程的概念設計4.1湖口控水工程在湖口設置控水工程,不僅為科學調節(jié)湖區(qū)水位變幅、減少水旱災害奠定基礎,也為有效利用洪水資源創(chuàng)造條件,同時也是維系湖泊生態(tài)健康的迫切需求。但與在上游興建水庫等措施相比,該措施還不為公眾所接受,爭議也比較多,主要擔憂有兩個:一是工程有可能干擾鄱陽湖與長江干流之間的水力聯(lián)系,影響汛期防洪安全;二是可能會破壞湖區(qū)水生態(tài)與環(huán)境系統(tǒng),影響江湖之間的連貫性,不利于魚類洄游。因此,如果想在湖口設置一定的控制工程,應謹慎對待。湖口控水工程必須遵循以下原則:(1)不能對湖區(qū)水生態(tài)與環(huán)境系統(tǒng)造成大的影響;(2)有足夠排泄和調控能力,既能控制湖水向外排泄,又能順暢地納入江水;(3)不能割斷江湖之間的水流連續(xù)性,也不能破壞河流與湖泊的貫通性和脈動性;(4)能允許魚類自由遷徙洄游,且不影響或有利于航運;(5)還要有利于防洪和防旱的統(tǒng)籌安排;(6)有助于該地區(qū)水生態(tài)旅游和水文的發(fā)展。4.2防風固沙工程控水工程設計和建設一定要遵循江湖自然規(guī)律,這是工程成敗的關鍵。早在2300年前的都江堰工程(見圖3),就很好地做到了師法于自然,既充分利用河流地勢,筑分水魚嘴、沙石堰、開鑿引水渠,巧妙處理分水、分沙和防洪、灌溉等問題。還有荷蘭鹿特丹附近入海河道的防潮屏障(見圖4),設計成為兩扇可以移動的浮動弧門,平時?？吭诎渡?不影響河流和海運,只有當風暴潮到來之時,才啟用滑動到河道上,抵御因風暴形成的高位潮水。再例如英國倫敦泰晤士河上的防潮屏障,采用U型閘,見圖5,平時潛伏河底,不影響河流也無礙航運,也只有在高海潮到來時,才啟用一下?？梢钥闯?這些工程都是在充分地掌握水流自然規(guī)律之后,通過巧妙構思和設計,發(fā)揮作用的同時又避免對河流干擾和破壞,較筑壩方式要好得多,很值得借鑒學習。在鄱陽湖口處建閘對于科學調控出入水流、增強防洪調蓄能力、提高洪水資源利用和改善湖區(qū)非澇即旱的不利局面都是非常必要的。但關鍵在于建什么樣的閘,實施怎樣的運行調度方式,而不違背上述基本原則,這是關系工程成敗的重要因素。4.3交通發(fā)展現(xiàn)狀考慮到鄱陽湖洪水資源利用和生態(tài)環(huán)境保護的需要,本文提出了一個“仿都江堰式生態(tài)水利工程”概念設計方案。該方案比較謹慎,只是為了適度攔蓄汛末洪水外泄、控制湖區(qū)水位平緩變化、提高枯水位、增加枯季湖盆水量,以避免出現(xiàn)對生態(tài)環(huán)境或經濟發(fā)展不利的極端水文情況,同時也為了促進當?shù)厣鷳B(tài)旅游和文化交通發(fā)展。工程位于屏峰山附近的鄱陽湖出口處,采用類似于都江堰的內外江形式,外江行洪、內江行船(見圖6)。外江由潛伏式U型活動閘(或橡膠堰)組成,U型水閘(或橡膠堰)只在汛末啟用,攔蓄洪水抬高湖水位,保證湖區(qū)灌溉和供水,汛期則根據(jù)江湖水位關系,或潛伏于底或半開半啟,在安全行洪的原則下,適當調控長江干流與湖區(qū)洪水之間的關系,避免出現(xiàn)相互頂托現(xiàn)象。內江由活動魚嘴和多級平底斜面橡膠堰組成,一則通過活動魚嘴,調節(jié)下泄寬度、控制下泄流量;二則通過多級橡膠堰調節(jié)上下游水位差,保持平緩水流自堰坡流下,以保證枯水期水流連續(xù)性,便于行船和魚類洄游。由一個白鰭豚式的魚形島將內、外江分開,該魚形島可以利用主體工程施工開挖和河道疏浚棄料來填筑,高程在12~23m之間,從魚尾向魚頭處逐漸抬升,四周采用樁和灌籠做好護岸防護,并形成錯落有致的臺階式親水平臺。在低水位時魚身全部顯現(xiàn),高水位時僅魚頭出露。在此魚形島上,可以設置工程調度控制中心,也備有旅游產業(yè)發(fā)展空間。4.4仿東南角的湖控工程的工程效益分析游中瓊對湖口建閘控制后的防洪作用與影響進行了初步探討,認為湖控工程建成后對防洪有利有弊,對長江干流和鄱陽湖區(qū)各自的防洪作用及影響,主要取決于工程的調度運行方式。胡廣熙也曾建議在湖口處建開敞式U型閘蓄水,并強調建閘后對該地區(qū)的水資源開發(fā)利用、水力發(fā)電、改善航行條件、增加水產、消滅釘螺、提高沿湖土地利用和發(fā)展旅游等方面均具有顯著的工程效益。采取本文提出的仿都江堰式的湖控工程方案,汛期閘口全部敞開,因此不會增加鄱陽湖區(qū)防洪壓力,也不會影響長江干流防洪安全,對泥沙沖淤影響也較小。初步考慮,工程只在每年汛末啟用,此時五河及長江主汛期已過,江湖水位較低,因此工程運用的風險較小。即使是這樣,根據(jù)洪水資源潛力估算結果,按照鄱陽湖現(xiàn)