吴江 盛卫荣 陈济天 冯宇

摘 要：通过开展抚河流域水资源分配与调度方案研究，提出了抚河流域水量分配方案，构建了枯水期水量调度模型，并应用于抚河流域枯水期水量调度实践，研究成果可为流域水资源开发、利用与保护提供理论基础，促进流域社会经济可持续发展。

关键词：抚河流域，需水预测，水量分配，水资源调度

中图法分类号：TV213.9              文献标志码：A               DOI：10.19679/j.cnki.cjjsjj.2021.0502

水资源合理利用与分配问题不仅关系国民经济发展和生态文明建设，而且也是影响国家用水安全的重大问题[1-4]。随着工业化、城镇化深入发展，水资源需求将在较长一段时期内持续增长，水资源供需矛盾将更加尖锐，我国水资源面临的形势将更为严峻。由于水量初始权属的不明确和资源时段性的短缺，部分流域内区域之间、行业之间用水矛盾和纠纷问题日益突出[5-8，11]。干旱时段，往往上游用水挤占下游，工业用水挤占农业用水，农业用水得不到合理的保护，河流生态基流保障程度不高。长期以来的水资源优越感，使得部分区域在开发利用水资源方面形成了“以需定供”的管理概念，在区域开发时注重局部利益，盲目而无节制，不考虑优化配置[9]。同时由于缺少用水总量控制制度和节约用水的激励机制，区域用水管理粗放，节水意识淡薄，节水措施匮乏[10]。

1  研究区域

江西省虽然地处丰水地区，但水资源时空分布不均，来水与用水不同步。随着经济社会的快速发展，全省水资源问题开始显现并日益突出，资源性缺水、工程性缺水及水质性缺水等问题在部分地区不同程度地出现。

抚河流域位于江西省东部，是鄱阳湖水系的主要河流之一，地跨东经115°30′至117°10′，北纬26°30′至28°37′，主河源出于赣、闽边界武夷山西麓广昌县梨木庄。河流自南向北，流经广昌、南丰、南城、右汇黎滩河经浒湾进入下游平原，至抚州左纳抚河最大支流临水，西北向流经南昌县境，在荏港改道由青岚湖入鄱阳湖。流域内有抚州地区11个县（区）和南昌市的南昌县、进贤县及宜春地区丰城县的一部份（赣抚平原灌区）。流域形状呈菱形，南北长，东西狭，东南高，西北低。流域南北长240km，平均宽70km，最大宽度140km，最小宽度20km。地面海拔高程在17～1 300m之间。干流全长349km，李家渡以上流域面积15 811km2（含境外23km2），河长278km，从河源到李家渡干流平均坡降2.09‰。抚州地区占流域总面积的91.2%。流域内山地占27%，丘陵占63%，平原占10%。

2  水资源供需分析和配置方案

2.1  需水预测

定量需水预测的方法较多，归纳起来主要有趋势分析法、综合指标法、分类用水定额法、数学模型推算法等。趋势分析方法相对便捷，但不能反映用水机制，一般不单独作为定量预测的依据。综合指标法是以人均用水量、单位建设用地或万元GDP用水量等综合用水指标，结合经济发展指标进行需水预测，综合指标中对各行业用水指标进行了简化，是工程实际中用水区域资料相对匮乏时常用。分类用水定额法是在水资源规划中常用的方法，即用社会经济发展指标和相应的定额预测需水量。数学模型法是依据过去若干年的统计资料，建立模型，找出影响用水量变化的因素、时间因子与用水量之间的关系，进而预测用水，有一元线性回归、灰色系统理论、人工神经网络模型和系统动力学等。我国用水量数据时间系列较短，数学模型对于水资源中长期预测的可靠性低，因此仅局限于理论研究或局部资料条件较好地区使用。本文考虑数据收集情况，主要采用分类用水定额法和综合指标法进行需水预测。

（1）生活需水预测

生活用水在取水到用水的过程中存在一定的输水损失，其中主要为自来水厂的制水损失和管网输水损失，不同的供水方式存在不同的输水损失，所以要考虑农村集中供水工程建设的覆盖率情况。生活需水预测流图如下。

（2）工业需水

工业需水的预测主要采用万元工业总产值用水指标的方法。同时，工业用水同生活用水一样，从水源到用水户之间损失的水量应予以考虑，按照现在国内的平均工业水平，这个指标一般在10%～15%之间，平均情况下取12%。预测年工业用水量的表达式为：

W工i=Gi*m工i  /（1-ci）   （1）

其中W工i为第i年工业需水量，Gi为第i年工业总产值（万元），m工i 为第i年万元工业总产值用水定额（m?/万元），ci为第i年工業输水损失率。

工业需水预测流图如下。

（3）农业需水

农业需水主要有农业灌溉需水和林牧渔业需水两大部分。农业灌溉需水包括水浇地和水田的灌溉需水。预测方法采用灌溉定额法，考虑灌溉保证率水平。林牧渔业需水包括林果地灌溉、牲畜用水和鱼塘补水三类。由于林牧渔业用水定额资料少且用水量不大，故而不做变化预测。农业需水预测流程如下。

（4）生态需水

河道内生态环境需水量的计算，可以采用分项计算的方法。根据河道功能，分项计算需水量，然后分月取最大值，得到维持河道一定功能的年需水量。计算方法如下：

①生态基流：一般可取近10年每年最小月流量的平均值Wmin

②输沙需水量：河道水流泥沙的冲淤平衡所需水量计算公式如下

式中S1为多年平均输沙量，单位kg;Scwmax为多年平均汛期（最大月平均）含沙量，单位kg/m?。

③水生生物需水量Wsw：维持河道内水生生物群落的稳定性和保护生物多样性所需水量。一般枯水期取多年平均径流量的10%～20%，丰水期可取多年平均径流量的20%～30%。

总的生态需水量：W生=max[Wmin，WS，WSW]

生态需水预测流程如下。

2.2  水量分配

流域水资源配置在多次供需反馈并协调平衡的基础上，一般进行二至三次水资源供需分析。一次供需分析是考虑人口的自然增长、经济的发展、城市化程度和人民生活水平的提高，按供水预测的“无新建水源工程的方案”，即在现状水资源开发利用格局和发挥现有供水工程潜力的情况下，进行水资源供需分析。若一次供需分析有缺口，则在此基础上进行二次供需分析，即新建水源工程进行水资源供需分析。若二次供需分析仍有较大缺口，应考虑强化节水、污水处理再利用、挖潜配套以及合理提高水价、调整产业结构、合理抑制需求和保护生态环境等措施，并进行三次供需分析。

河道外水资源供需平衡分析是以各项工程设施供水量与各项需水量（农业灌溉、工业、城乡生活等）进行水量平衡分析。抚河流域水资源总量较为丰富，但年内分布不均，枯水期供需水矛盾突出。随着流域经济持续增长、人口不断增加、城镇化和工业化进程加快，对水资源的需求将不断增长，水资源开发利用与环境保护的矛盾将日益突出。在进行水资源供需配置时须遵循如下基本原则：全面节约、有效保护、合理开源，实现水资源的可持续利用;推行节水减污政策，促进经济增长方式的转变。

抚河流域2030年分水总量控制指标如下：

（1）50%频率情况：34.73亿m3～37.13亿m3;

（2）75%频率情况：39.28亿m3～42.15亿m3;

（3）95%频率情况：39.72亿m3。

政府余留可利用水资源量为机动水量，为应对公共突发事件的应急用水及调整初始水权的分配和规范水市场而合理保留的水量等。初步确定，政府余留可利用水资源量等于流域可供分配的水资源量减去用于分配的总量。2030年政府余留可利用水资源量指标如下，水量分配方案如表1所示：

（1）50%频率情况：余留可利用水资源量为10.29～12.69亿m3;

（2）75%频率情况：余留可利用水资源量为3.95～6.82亿m3;

（3）95%频率情况：余留可利用水资源量为0。

3  枯水期水量调度方案

3.1  水量调度模型

调度目标：（1）基于三条红线和流域控制取用水总量，通过大型水库调度和断面流量控制达到抚河流域各县区用水限额不超过2030水平年所分配的水量;（2）合理配置抚河流域水资源，保障流域内各区域公平用水权益;（3）同时兼顾地区间的用水公平以及水资源的健康、可持续发展要求。

调度范围：（1）主要集中在廖坊水库和洪门水库之下河段，下游至抚河干流李家渡水文控制站;（2）廖坊水库、洪门水库之上和抚河其他支流主要依靠中、小型水库和枯水时水量等比缩减来进行调度;（3）调度时段主要集中在每年的枯水期，即7月至次年3月份。汛期只统计各用户需水量和耗水量，不实行控制。

调度原则：（1）各用水区实行用水总量控制。根据抚河流域水量分配方案，各县区用水限额不超过2030年所分配水量;（2）水量调度主要考虑水量和水质两大控制因子，根据实测流量、降雨量、各用水区域用水量和水质监测情况，结合调度启动条件进行综合评判。当枯水期水量丰沛，河道外需水量与人河污水量较少时，在最小需水量中水量指标占比较大，将成为调度预警、启动的主要条件;当枯水期来水较少，河道内纳污废水较多时，水质要素为调度预警和启动的主要条件。

分区分级调度：当控制断面来水量达到分级预警流量时，及时启动不同等级的预警，并采取限污、节水、限水、水库调水等措施。分区是指根据关键控制断面、水库所处地理空间位置，以就近原则来确定属于分区。

鉴于流域蓄、引、提水利设施众多，但调蓄能力较低，因此，在进行水量平衡计算时，只考虑洪门、廖坊两座大型控制性水库的水量调蓄作用，两座水库的基本情况及概化处理方法如下：

洪门水库总库容12.14亿m3，调节库容3.738亿m3，正常蓄水位100.0m（相应库容5.418亿m3），死水位92.0m（相应库容1.68亿m3），防洪限制水位100.0m，属不完全年调节水库。廖坊水库总库容4.32亿m3，调节库容1.14亿m3，正常蓄水位65.0m（相应库容2.0亿m3），实际现阶段蓄水位只能达到63.0m（相应库容1.4亿m3），死水位61.0m（相应库容0.86亿m3），防洪限制水位61.0m，属不完全年调节水库。

选择水文年度为7月至次年3月份，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，进行水量平衡计算。枯水期水量优化分配是在将区域用水量总量在不同水平年下，在一定原则的基础上合理分配给区域内各行业。模型的建立遵循基本生活用水保障，基本生态用水保障，粮食安全保障，可持续发展，占用优先、面积优先、水源地优先等基本原则。结合上述原则，以及经济发展目标、实际水资源量、供水能力等构成模型的约束条件。

水量调度模型的以各分区供水缺额最小为目标，其优化约束主要包括各县区所需水量、水库运行要求、用水总量以及各县区分解控制约束等。

式中，为j时段的供水缺额;T为时段数。

3.2  调度结果

根据年、月、旬降雨量和河道流量，采用产汇流模型计算各时段流域、控制区间可供水量，水资源配置结果，计算各时段、各断面的水量余缺程度，然后根据缺水量，按照调度启动条件进行水量调度。以50%，75%和95%来水频率进行调度。根据抚河流域大型水库洪门和廖坊水库调度运行方式，对枯水期进行统筹考虑，在水库运行规则下，通过优化调度实现供需满足，根据调度规则、调度时间和调度模型，对年水量调度方案进行编制。以下为频率来水进行实例分析，根据频率水量调度方案结果，各断面预警等级均为正常。根据抚河流域大型水库洪门和廖坊水库调度运行方式，对枯水期统筹考虑，在水库运行规则下，适当增加或削减水库出库流量，水库调度后供需结果大于水库调度前供需结果。对于廖坊水库，调度前流量为计算下泄流量，调度后流量为运用模型后廖坊水库的下泄流量。在50%，75%，95%的来水频率下，各調度结果如表2-4所示。

4  结语

2012年国务院发布《关于实行最严格水资源管理制度的意见》，对我国水资源的合理高效使用提出指导方针和总体要求。可见，水量分配工作正是落实最严格水资源管理制度和高效合理用水要求的重要途径。本文通过分析抚河流域水文特性和行业用户需水特征，揭示行业用户需水演变规律;研究水库群联合调控下流域水资源供需关系，制订流域水量分配方案;建立抚河流域枯水期水量调度模型，并应用于抚河流域枯水期水量调度实践。研究成果可为流域水资源开发、利用与保护提供理论基础，促进流域社会经济可持续发展。

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Research on Water Resources Allocation and Regulation Plan of Fuhe River Basin

WU Jiang1   SHENG Wei rong2    CHEN Ji tian2   FENG Yu1

（1.Changjiang River Scientific Research Institute，Wuhan430010，China;

2. Hydrographic Bureau of Jiangxi Province，Nanchang330025，China）

Abstract：This paper puts forward a water allocation plan for the Fuhe River Basin by carrying out the research on the water resources allocation and dispatching plan of the Fuhe River Basin，constructs a water dispatching model during the dry season，and applies it to the practice of water dispatching during the dry season in the Fuhe River Basin. The development，utilization and protection of water resources provide a theoretical basis to promote sustainable social and economic development in the basin.

Keywords：Fuhe River Basin，water demand forecast，water distribution，water resources dispatch