環(huán)鄱陽湖水資源平衡分析

環(huán)鄱陽湖水資源平衡分析

江西省位于長江南岸。它是長江流域最大的通江湖，也是中國最大的淡水湖。鄱陽湖水系完整,納贛江、撫河、信江、饒河、修河五大河以及博陽河、清豐山溪等河流來水,調(diào)蓄后經(jīng)湖口匯入長江。鄱陽湖環(huán)湖區(qū)是長江中下游五大平原之一,是我國重要的商品糧生產(chǎn)基地之一。湖區(qū)經(jīng)濟發(fā)展不平衡,在城鎮(zhèn)、園區(qū)、工業(yè)走廊經(jīng)濟快速發(fā)展的同時,農(nóng)業(yè)、漁業(yè)發(fā)展緩慢,三農(nóng)問題突出。湖區(qū)的余干、鄱陽、星子、都昌4縣為國家級或省級貧困縣。制約湖區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的自然因素主要有鄱陽湖水位變幅巨大,洪、澇、旱災(zāi)發(fā)生頻繁,水環(huán)境問題嚴重,優(yōu)越的水土資源沒有得到充分利用。本文在對環(huán)湖區(qū)水資源狀況、開發(fā)利用現(xiàn)狀、社會經(jīng)濟以及水資源配置等情況調(diào)查分析的基礎(chǔ)上,通過運用數(shù)學(xué)統(tǒng)計方法和資源配置模擬模型等手段,分析論證了目前環(huán)湖區(qū)水資源開發(fā)利用中存在的問題以及今后水資源可持續(xù)利用方面需解決的問題。1域面積9%區(qū)鄱陽湖流域地跨江西、安徽、浙江、福建、廣東、湖南6省,流域面積162225km2,約占長江流域面積的9%。江西境內(nèi)有156743km2屬鄱陽湖流域,占全省國土面積的93.89%,占鄱陽湖流域面積的96.62%。江西境內(nèi)鄱陽湖流域多年平均水資源總量為1479.12億m3,其中,地下水不重復(fù)量為19.5億m3。水資源總量分布及特征值見表1,鄱陽湖環(huán)湖區(qū)水資源總量分區(qū)分布情況見表2。2環(huán)城區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀鄱陽湖環(huán)湖區(qū)包括九江市、上饒市、南昌市、宜春市、鷹潭市和撫州市6個設(shè)區(qū)市19個縣(市、區(qū))。據(jù)2005年統(tǒng)計資料,環(huán)湖區(qū)用水總?cè)丝?54.18萬人,其中城鎮(zhèn)居民279.82萬人,農(nóng)村居民574.37萬人,牲畜314萬頭,實有耕地面積43.97萬hm2,其中水田35.67萬hm2,旱地8.29萬hm2,農(nóng)田有效灌溉面積36.74萬hm2,林牧漁業(yè)面積4.73萬hm2。糧食總產(chǎn)量402.68萬t,農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值81.28億元,工業(yè)總產(chǎn)值1019.9億元。3湖區(qū)周邊水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀(1)b水放水現(xiàn)狀及供熱水水質(zhì)有據(jù)調(diào)查,2005年,鄱陽湖環(huán)湖區(qū)建有地表水供水設(shè)施共27529座(處),現(xiàn)狀供水能力為30.99億m3;建有地下水供水井共1046929眼,現(xiàn)狀供水能力為8.09億m3。地表水和地下水現(xiàn)狀供水設(shè)施的總供水能力為39.08億m3,其中地下水供水設(shè)施總供水能力占20.07%。(2)水資源量及其依賴經(jīng)合理核算,鄱陽湖環(huán)湖區(qū)各用水區(qū)域2005年用(需)水總量為49.04億m3,其中生活用水4.03億m3,占8.19%;農(nóng)田灌溉用水33.61億m3,占68.24%;林牧漁業(yè)用水量1.11億m3,占2.26%;工業(yè)用水量10.50億m3,占21.31%。環(huán)湖區(qū)現(xiàn)狀用(需)水49.04億m3,占環(huán)湖區(qū)自產(chǎn)水資源總量175.2億m3的27.99%;現(xiàn)狀供水設(shè)施的供水能力為39.08億m3,占現(xiàn)狀用(需)水總量的79.69%。環(huán)湖區(qū)是鄱陽湖流域降雨低值區(qū),多年平均降雨量為1400～1600mm。上述數(shù)據(jù)表明,環(huán)湖區(qū)的用水對“五河”的入湖水量的依賴性較強,且供水設(shè)施供水能力不夠,調(diào)控性較差,故湖區(qū)每年都發(fā)生不同程度旱災(zāi),農(nóng)田多年平均旱災(zāi)面積約為4.73萬hm2。因此,隨著經(jīng)濟社會進一步快速的發(fā)展,今后環(huán)湖區(qū)水資源的開發(fā)利用對湖體調(diào)節(jié)容量的依賴性會更強。4環(huán)區(qū)內(nèi)水資源開發(fā)利用的開展情況2005～2008年,江西省水利科學(xué)研究院編制完成了江西省全省水量分配方案。目前,該方案已經(jīng)獲江西省人民政府批準實施。水量分配方案批準實施后,對各區(qū)今后開發(fā)利用水資源具有約束性,不能再按原來的“以需定供”隨意進行開發(fā),必須要遵照水量分配方案制定的總量控制指標開發(fā)。根據(jù)江西省全省水量分配方案,鄱陽湖環(huán)湖區(qū)分水總量為70.8億m3(以2030年為分配參照年,以50%來水頻率計),占本區(qū)自產(chǎn)水資源總量的40.4%。環(huán)湖區(qū)各區(qū)中尤其贛撫尾閭的用水對干流的下泄水依賴性強。鄱陽湖環(huán)湖區(qū)水量分配方案分析見表3。5基于水資源配置方案的供需平衡分析5.1水質(zhì)調(diào)節(jié)計算水資源供需平衡分析模型建模的主要思路為:以水量平衡為基礎(chǔ),合理選擇控制(計算)節(jié)點,以各控制節(jié)點泄量是否滿足河道內(nèi)基本生態(tài)流量為評判標準,差值為缺水量。模型中,考慮了現(xiàn)有和預(yù)期的大型水庫聯(lián)合調(diào)度,逐月分析,分析單元按水資源4級分區(qū)套縣(市、區(qū))。環(huán)湖區(qū)的水資源供需平衡分析模型節(jié)點見圖1。鑒于環(huán)湖區(qū)的情況復(fù)雜,建模時進行了以下概化處理:(1)采用節(jié)點圖模擬實際系統(tǒng)及其內(nèi)部關(guān)系。將湖區(qū)各用水區(qū)和大型水庫以節(jié)點的形式反映內(nèi)部的相關(guān)關(guān)系,每個節(jié)點包含相應(yīng)用水區(qū)的水資源所有信息。(2)大型水庫的調(diào)蓄作用。鑒于湖區(qū)蓄、引、提水利設(shè)施眾多,在進行水量平衡計算時,只考慮3座大型控制性水庫的水量調(diào)蓄作用,各水庫的基本情況見表4。水庫調(diào)蓄的最大庫容為其興利庫容。選擇每年3月～次年2月(汛期3～6月,非汛期7月～次年2月)進行水庫調(diào)節(jié)計算,在滿足水庫防洪對汛限水位要求的前提下,根據(jù)上游來水、下游用水情況進行。采用的水量平衡方程為:Vt+1=Vt+Wt來-Wt泄(1)式中,Vt+1為t+1時段初水庫庫容,V死≤Vt+1≤V正常;Vt為t時段初水庫庫容,V死≤Vt≤V正常;Wt來為t時段水庫來水量;Wt泄為t時段水庫下泄水量(包括下游河道外用水和河道內(nèi)用水量)。水庫是否放水視下游用水情況而定,是否蓄水視時段庫容和上游來水情況而定。因本模型不是優(yōu)化調(diào)度模型,所以,對水庫自身發(fā)電用水不進行優(yōu)化考慮。(3)鑒于天然徑流資料的局限,水量平衡計算時段為月。(4)不考慮河道徑流傳播時間。(5)計算時不考慮湖區(qū)地下水及“五河”來水對各區(qū)的調(diào)節(jié)作用。5.2模型的計算和評估5.2.1各控制點下泄水量節(jié)點是模型中的基本計算單元,各節(jié)點的水量平衡是匯總各用水區(qū)域及全流域水量平衡的基本數(shù)據(jù)。節(jié)點水量平衡的計算考慮了客水(上節(jié)點的下泄水和水庫調(diào)度水)、本節(jié)點自產(chǎn)水、回歸水(用水減去耗水)、用水(包括生活用水、農(nóng)業(yè)用水、林牧漁業(yè)用水、工業(yè)用水)及節(jié)點泄流等。基本平衡方程為:Q來=Q耗+Q下(2)式中,Q來為結(jié)點來水量,等于客水(上節(jié)點的下泄水和水庫調(diào)度水)加本節(jié)點的自產(chǎn)水;Q耗為結(jié)點耗水量;Q下為結(jié)點下泄水量。對于i節(jié)點,t時段(t=1～12月),有:Qti來=Qti自+∑Qti-1下+qt(3)Qti用=Qi農(nóng)kt農(nóng)+Qi工kt工+Qi林kt林+Qi生kt生(4)Qti下=Qti來-Q用+Qi農(nóng)kt農(nóng)k農(nóng)回+Qi工kt工k工回+Qi林kt林k林回+Qi生kt生k生回(5)式中,Qti來為i結(jié)點t時段來水量;Qti自為i結(jié)點t時段自產(chǎn)水量;∑Qti-1下為1至i-1結(jié)點t時段來水量總和;qt為t時段水庫提供水量;Qti用為i結(jié)點t時段用水量;Qi農(nóng)為i結(jié)點t時段農(nóng)業(yè)用水量;kt農(nóng)為t時段農(nóng)業(yè)用水量系數(shù);Qi工為i結(jié)點工業(yè)用水量;kt工為t時段工業(yè)用水量系數(shù);Qi林為i結(jié)點林業(yè)用水量;kt林為t時段林業(yè)用水量系數(shù);Qi生為i結(jié)點河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量;kt生為t時段河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量系數(shù);Qti下為i結(jié)點t時段下泄水量;Q用為用水量;k農(nóng)回為t時段農(nóng)業(yè)用水回歸系數(shù);k工回為t時段工業(yè)用水回歸系數(shù);k林回為t時段林業(yè)用水回歸系數(shù);k生回為t時段河道內(nèi)生態(tài)需水回歸系數(shù)?；据斎胱兞繛?Qti自,Qi農(nóng),Qi工,Qi林,Qi生,kt農(nóng),kt工,kt林,kt生,k農(nóng)回,k工回,k林回,k生回,qt。模型中,允許一個節(jié)點的下泄水回歸到多個節(jié)點,一個節(jié)點也可以接受多個節(jié)點的下泄水。5.2.2主要參數(shù)根據(jù)調(diào)查成果,結(jié)合江西省水資源綜合規(guī)劃成果,確定了各類用水各月分配系數(shù)及回歸(耗水)系數(shù),見表5,6。5.2.3生態(tài)環(huán)境需水量q評價水資源供需是否平衡,主要看各用水區(qū)在滿足自身的用水時,其下泄水量是否滿足河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量的要求。判斷公式為:Qi缺=Qi下-Qi生態(tài)(6)式中,Qi缺為i結(jié)點缺水量;Qi下為i結(jié)點下泄水量;Qi生態(tài)為i結(jié)點河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量。各節(jié)點的生態(tài)環(huán)境需水量必須以流域為單元綜合考慮、單獨計算。根據(jù)分析計算結(jié)果,確定鄱陽湖環(huán)湖區(qū)各分區(qū)生態(tài)需水量,見表7。5.2.4概化模型的應(yīng)用為驗證模型的模擬效果,使用該模型對現(xiàn)狀年進行了實例研究,并取得了令人滿意的結(jié)果。雖然計算中對模型采取了概化處理,但不影響結(jié)果的可靠性。因此,通過實例驗證,將該模型應(yīng)用于對鄱陽湖環(huán)湖區(qū)水資源供需平衡進行計算分析,我們認為獲得的結(jié)果會是較好的。5.3水資源供需平衡計算經(jīng)模型分析計算,在保證河道內(nèi)生態(tài)用水的情況下,鄱陽湖環(huán)湖區(qū)基于2030年分水方案基礎(chǔ)上的75%、95%頻率的水資源供需平衡計算結(jié)果見表8。5.4洪水節(jié)點分析從上述模型分析計算的結(jié)果看,在3座大型水庫參與調(diào)度的情況下,如保證各4級區(qū)河道內(nèi)生態(tài)用水逐月滿足要求,鄱陽湖環(huán)湖區(qū)2030年分水方案及建立在分水方案基礎(chǔ)上的75%,95%頻率的分析方案均存在不同程度的缺水。分水方案缺水為2.18億m3,缺水量相對較小。缺水月份大多在7,8,9,12等月份,缺水節(jié)點一般為各四級區(qū)中首端節(jié)點(無客水)。如考慮各區(qū)中、小型水庫的局部調(diào)蓄作用,分水方案是可以得到滿足的。75%、95%頻率的分析方案缺水量分別為6.6億m3和12.2億m3,缺水幅度相對較大。缺水月份大多在1,2,7,8,9,10,11,12等月份,初步分析,出現(xiàn)上述缺水情況的原因為:①模型沒有考慮各區(qū)域中、小型水庫的調(diào)蓄作用;②模型沒有考慮各區(qū)域開發(fā)利用地下水的調(diào)劑作用;③模型沒有考慮湖水對各區(qū)的調(diào)劑作用。開發(fā)利用地下水和湖水均需要相應(yīng)的工程措施。相對來說,江西省五河流域雨量雖較充沛,但環(huán)湖區(qū)為江西省降雨低值區(qū),從模型計算結(jié)果可見,環(huán)湖區(qū)水資源開發(fā)利用對五河來水和湖體水資源依賴性很強。由于降雨時間與用水高峰時段上的錯位及供水工程調(diào)控能力的不足,再加上鄱陽湖是一個吞吐型、季節(jié)性湖泊,目前環(huán)湖區(qū)水資開發(fā)利用、供需矛盾等問題較突出,每年都有不同程度的旱澇災(zāi)害發(fā)生。6加強環(huán)區(qū)內(nèi)及其周邊地區(qū)的水保能力建設(shè)通過上述對鄱陽湖環(huán)湖區(qū)缺水情況的分析,為緩解環(huán)湖區(qū)水資源的供需失衡問題,以及應(yīng)對旱年或干旱時段的用水和科學(xué)開發(fā)利用環(huán)湖區(qū)的水資源,提高湖區(qū)水資源利用效率,經(jīng)研究提出如下建議與對策:(1)首先環(huán)湖區(qū)各用水區(qū)應(yīng)加強節(jié)約用水,尤其是加強節(jié)約工農(nóng)業(yè)用水。(2)加大環(huán)湖區(qū)水源點的建設(shè)力度,特別是增加各河流中上游的水源點(水庫)建