环鄱阳湖水资源平衡分析

环鄱阳湖水资源平衡分析

江西省位于长江南岸。它是长江流域最大的通江湖，也是中国最大的淡水湖。鄱阳湖水系完整,纳赣江、抚河、信江、饶河、修河五大河以及博阳河、清丰山溪等河流来水,调蓄后经湖口汇入长江。鄱阳湖环湖区是长江中下游五大平原之一,是我国重要的商品粮生产基地之一。湖区经济发展不平衡,在城镇、园区、工业走廊经济快速发展的同时,农业、渔业发展缓慢,三农问题突出。湖区的余干、鄱阳、星子、都昌4县为国家级或省级贫困县。制约湖区农业发展的自然因素主要有鄱阳湖水位变幅巨大,洪、涝、旱灾发生频繁,水环境问题严重,优越的水土资源没有得到充分利用。本文在对环湖区水资源状况、开发利用现状、社会经济以及水资源配置等情况调查分析的基础上,通过运用数学统计方法和资源配置模拟模型等手段,分析论证了目前环湖区水资源开发利用中存在的问题以及今后水资源可持续利用方面需解决的问题。1域面积9%区鄱阳湖流域地跨江西、安徽、浙江、福建、广东、湖南6省,流域面积162225km2,约占长江流域面积的9%。江西境内有156743km2属鄱阳湖流域,占全省国土面积的93.89%,占鄱阳湖流域面积的96.62%。江西境内鄱阳湖流域多年平均水资源总量为1479.12亿m3,其中,地下水不重复量为19.5亿m3。水资源总量分布及特征值见表1,鄱阳湖环湖区水资源总量分区分布情况见表2。2环城区农业生产现状鄱阳湖环湖区包括九江市、上饶市、南昌市、宜春市、鹰潭市和抚州市6个设区市19个县(市、区)。据2005年统计资料,环湖区用水总人口854.18万人,其中城镇居民279.82万人,农村居民574.37万人,牲畜314万头,实有耕地面积43.97万hm2,其中水田35.67万hm2,旱地8.29万hm2,农田有效灌溉面积36.74万hm2,林牧渔业面积4.73万hm2。粮食总产量402.68万t,农业总产值81.28亿元,工业总产值1019.9亿元。3湖区周边水资源开发利用现状(1)b水放水现状及供热水水质有据调查,2005年,鄱阳湖环湖区建有地表水供水设施共27529座(处),现状供水能力为30.99亿m3;建有地下水供水井共1046929眼,现状供水能力为8.09亿m3。地表水和地下水现状供水设施的总供水能力为39.08亿m3,其中地下水供水设施总供水能力占20.07%。(2)水资源量及其依赖经合理核算,鄱阳湖环湖区各用水区域2005年用(需)水总量为49.04亿m3,其中生活用水4.03亿m3,占8.19%;农田灌溉用水33.61亿m3,占68.24%;林牧渔业用水量1.11亿m3,占2.26%;工业用水量10.50亿m3,占21.31%。环湖区现状用(需)水49.04亿m3,占环湖区自产水资源总量175.2亿m3的27.99%;现状供水设施的供水能力为39.08亿m3,占现状用(需)水总量的79.69%。环湖区是鄱阳湖流域降雨低值区,多年平均降雨量为1400～1600mm。上述数据表明,环湖区的用水对“五河”的入湖水量的依赖性较强,且供水设施供水能力不够,调控性较差,故湖区每年都发生不同程度旱灾,农田多年平均旱灾面积约为4.73万hm2。因此,随着经济社会进一步快速的发展,今后环湖区水资源的开发利用对湖体调节容量的依赖性会更强。4环区内水资源开发利用的开展情况2005～2008年,江西省水利科学研究院编制完成了江西省全省水量分配方案。目前,该方案已经获江西省人民政府批准实施。水量分配方案批准实施后,对各区今后开发利用水资源具有约束性,不能再按原来的“以需定供”随意进行开发,必须要遵照水量分配方案制定的总量控制指标开发。根据江西省全省水量分配方案,鄱阳湖环湖区分水总量为70.8亿m3(以2030年为分配参照年,以50%来水频率计),占本区自产水资源总量的40.4%。环湖区各区中尤其赣抚尾闾的用水对干流的下泄水依赖性强。鄱阳湖环湖区水量分配方案分析见表3。5基于水资源配置方案的供需平衡分析5.1水质调节计算水资源供需平衡分析模型建模的主要思路为:以水量平衡为基础,合理选择控制(计算)节点,以各控制节点泄量是否满足河道内基本生态流量为评判标准,差值为缺水量。模型中,考虑了现有和预期的大型水库联合调度,逐月分析,分析单元按水资源4级分区套县(市、区)。环湖区的水资源供需平衡分析模型节点见图1。鉴于环湖区的情况复杂,建模时进行了以下概化处理:(1)采用节点图模拟实际系统及其内部关系。将湖区各用水区和大型水库以节点的形式反映内部的相关关系,每个节点包含相应用水区的水资源所有信息。(2)大型水库的调蓄作用。鉴于湖区蓄、引、提水利设施众多,在进行水量平衡计算时,只考虑3座大型控制性水库的水量调蓄作用,各水库的基本情况见表4。水库调蓄的最大库容为其兴利库容。选择每年3月～次年2月(汛期3～6月,非汛期7月～次年2月)进行水库调节计算,在满足水库防洪对汛限水位要求的前提下,根据上游来水、下游用水情况进行。采用的水量平衡方程为:Vt+1=Vt+Wt来-Wt泄(1)式中,Vt+1为t+1时段初水库库容,V死≤Vt+1≤V正常;Vt为t时段初水库库容,V死≤Vt≤V正常;Wt来为t时段水库来水量;Wt泄为t时段水库下泄水量(包括下游河道外用水和河道内用水量)。水库是否放水视下游用水情况而定,是否蓄水视时段库容和上游来水情况而定。因本模型不是优化调度模型,所以,对水库自身发电用水不进行优化考虑。(3)鉴于天然径流资料的局限,水量平衡计算时段为月。(4)不考虑河道径流传播时间。(5)计算时不考虑湖区地下水及“五河”来水对各区的调节作用。5.2模型的计算和评估5.2.1各控制点下泄水量节点是模型中的基本计算单元,各节点的水量平衡是汇总各用水区域及全流域水量平衡的基本数据。节点水量平衡的计算考虑了客水(上节点的下泄水和水库调度水)、本节点自产水、回归水(用水减去耗水)、用水(包括生活用水、农业用水、林牧渔业用水、工业用水)及节点泄流等。基本平衡方程为:Q来=Q耗+Q下(2)式中,Q来为结点来水量,等于客水(上节点的下泄水和水库调度水)加本节点的自产水;Q耗为结点耗水量;Q下为结点下泄水量。对于i节点,t时段(t=1～12月),有:Qti来=Qti自+∑Qti-1下+qt(3)Qti用=Qi农kt农+Qi工kt工+Qi林kt林+Qi生kt生(4)Qti下=Qti来-Q用+Qi农kt农k农回+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来为i结点t时段来水量;Qti自为i结点t时段自产水量;∑Qti-1下为1至i-1结点t时段来水量总和;qt为t时段水库提供水量;Qti用为i结点t时段用水量;Qi农为i结点t时段农业用水量;kt农为t时段农业用水量系数;Qi工为i结点工业用水量;kt工为t时段工业用水量系数;Qi林为i结点林业用水量;kt林为t时段林业用水量系数;Qi生为i结点河道内生态环境需水量;kt生为t时段河道内生态环境需水量系数;Qti下为i结点t时段下泄水量;Q用为用水量;k农回为t时段农业用水回归系数;k工回为t时段工业用水回归系数;k林回为t时段林业用水回归系数;k生回为t时段河道内生态需水回归系数。基本输入变量为:Qti自,Qi农,Qi工,Qi林,Qi生,kt农,kt工,kt林,kt生,k农回,k工回,k林回,k生回,qt。模型中,允许一个节点的下泄水回归到多个节点,一个节点也可以接受多个节点的下泄水。5.2.2主要参数根据调查成果,结合江西省水资源综合规划成果,确定了各类用水各月分配系数及回归(耗水)系数,见表5,6。5.2.3生态环境需水量q评价水资源供需是否平衡,主要看各用水区在满足自身的用水时,其下泄水量是否满足河道内生态环境需水量的要求。判断公式为:Qi缺=Qi下-Qi生态(6)式中,Qi缺为i结点缺水量;Qi下为i结点下泄水量;Qi生态为i结点河道内生态环境需水量。各节点的生态环境需水量必须以流域为单元综合考虑、单独计算。根据分析计算结果,确定鄱阳湖环湖区各分区生态需水量,见表7。5.2.4概化模型的应用为验证模型的模拟效果,使用该模型对现状年进行了实例研究,并取得了令人满意的结果。虽然计算中对模型采取了概化处理,但不影响结果的可靠性。因此,通过实例验证,将该模型应用于对鄱阳湖环湖区水资源供需平衡进行计算分析,我们认为获得的结果会是较好的。5.3水资源供需平衡计算经模型分析计算,在保证河道内生态用水的情况下,鄱阳湖环湖区基于2030年分水方案基础上的75%、95%频率的水资源供需平衡计算结果见表8。5.4洪水节点分析从上述模型分析计算的结果看,在3座大型水库参与调度的情况下,如保证各4级区河道内生态用水逐月满足要求,鄱阳湖环湖区2030年分水方案及建立在分水方案基础上的75%,95%频率的分析方案均存在不同程度的缺水。分水方案缺水为2.18亿m3,缺水量相对较小。缺水月份大多在7,8,9,12等月份,缺水节点一般为各四级区中首端节点(无客水)。如考虑各区中、小型水库的局部调蓄作用,分水方案是可以得到满足的。75%、95%频率的分析方案缺水量分别为6.6亿m3和12.2亿m3,缺水幅度相对较大。缺水月份大多在1,2,7,8,9,10,11,12等月份,初步分析,出现上述缺水情况的原因为:①模型没有考虑各区域中、小型水库的调蓄作用;②模型没有考虑各区域开发利用地下水的调剂作用;③模型没有考虑湖水对各区的调剂作用。开发利用地下水和湖水均需要相应的工程措施。相对来说,江西省五河流域雨量虽较充沛,但环湖区为江西省降雨低值区,从模型计算结果可见,环湖区水资源开发利用对五河来水和湖体水资源依赖性很强。由于降雨时间与用水高峰时段上的错位及供水工程调控能力的不足,再加上鄱阳湖是一个吞吐型、季节性湖泊,目前环湖区水资开发利用、供需矛盾等问题较突出,每年都有不同程度的旱涝灾害发生。6加强环区内及其周边地区的水保能力建设通过上述对鄱阳湖环湖区缺水情况的分析,为缓解环湖区水资源的供需失衡问题,以及应对旱年或干旱时段的用水和科学开发利用环湖区的水资源,提高湖区水资源利用效率,经研究提出如下建议与对策:(1)首先环湖区各用水区应加强节约用水,尤其是加强节约工农业用水。(2)加大环湖区水源点的建设力度,特别是增加各河流中上游的水源点(水库)建