郭倩

摘 要：在江湖关系逐渐发生演变的背景下，洞庭湖区入流量呈现出减少趋势，一定程度加剧了湖区水资源供需矛盾。以江湖关系现状为背景，构建了湖区水资源系统概念模型。首先对2008、2020及2030三个水平年下的水资源供需状况进行了分析。结果显示，汨罗—新墙区等5个分区主要的缺水类型为工程性缺水，在未来通过改扩建水厂等措施可逐步满足农业缺水及新增的城市需水;而三口地区则是受江湖关系演变影响最大的区域，在三口分流量逐渐减少的背景下，已无法满足其经济社会发展的需求，在三口择点建立闸控工程、在枯水期引长江客水增大三口河系的分流量，是改善江湖关系较为可行的措施。通过进一步在月尺度上从河道内生态需水与经济社会需水两个方面测算三口地区的水资源形势，在三种水平年下约分别需要151m3/s、149m3/s与169m3/s的枯水期（特枯水年）补水流量。本文针对现有江湖关系下湖区的水资源供需形势进行分析，并根据研究区域内经济社会及生态保护的需求，提出了水资源综合配置的总体布局与江湖关系改善的相关建议。

关键词：江湖关系;水资源配置;洞庭湖区

中图法分类号：TV213.4               文獻标志码：A             DOI：10.19679/j.cnki.cjjsjj.2021.0503

洞庭湖区的“江湖关系”是指长江与洞庭湖之间的水沙联系及其相互影响，两者经由荆江松滋口、太平口、藕池口（以下简称“三口”）分流分沙、下荆江河道的河床冲淤变化、洞庭湖泥沙淤积和城汉河道的冲淤变化的过程共同构成了一个江湖分合相互影响、相互制衡的复杂关系[1]。近几十年来，江湖关系变化速率趋快，洞庭湖来水、来沙量及水位特征等均受到一定影响[2-6]，江湖联系趋于减弱。江湖关系的演变是自然条件变化与人类活动双重驱动的结果，其中下荆江河道裁弯的影响尤为显著，而在未来几十年，受三峡及长江上游水库运用影响，荆江河段还将持续冲刷，三口分流分沙呈进一步减少态势，江湖联系进一步减弱，直至2037～2056年江湖关系基本稳定[7]。

洞庭湖区（以下简称“湖区”）北承长江三口分流，经洞庭湖调蓄后再由城陵矶汇入长江，形成了庞大复杂的河湖水网区，该地区的水资源情势与江湖关系密切相关。

1  现有江湖关系下的湖区水资源配置

1.1  湖区水资源系统概念模型

洞庭湖区是指荆江河段以南，石门、桃源、桃江、株洲等4个尾闾控制站以下，高程在50m以下跨湘、鄂两省的平原、湖泊水网区，湖区总面积约为18 780km2，共涉及7个地级市41个县（市、区）。

本文以流域水循环过程为基础，对计算单元、地表水系和大型水库及其他重要水利工程之间的空间关系和水力联系进行抽象和概化（将湘、资、沅、澧四水流域尾闾河段以上的大型水库分别概化为四水流域控制性枢纽工程），将湖区水资源系统概化为一个涵盖水资源取、用、耗、排过程的多层次物理模型，并绘制了如图1所示的洞庭湖区水资源系统网络图。结合湖区的水系分布与水资源开发利用情况，将湖区进一步划分为三口区、汨罗—新墙区、澧水区、沅江区、资水区与湘江区等6个分区，共计38个计算单元（为便于统计，将湖南6个地级市的各城区分别合并为市辖区）。

1.2  水资源供需平衡分析

运用1959—2008年长系列径流资料，分别以2008年、2020年与2030为现状、近期及远期规划水平年，在充分考虑各种经济社会发展指标、节水指标及工程设施后得到水资源二次供需平衡结果。其中，平水年、枯水年及特枯水年分别以50%、75%与95%来水频率表征。结果表明（见表1—表2），2008现状水平年在P=50%、P=75%及95%下的缺水量分别为2.24亿m3、11.82亿m3和22.84亿m3，湖区综合缺水率分别为2.49%、12.15%和21.13%;2020年在P=50%、P=75%和P=95%情况下缺水量分别为3.22亿m3、13.64亿m3和26.13亿m3，缺水率分别为2.90%、11.45%和19.98%;2030年在P=50%、P=75%和P=95%情况下缺水量分别为2.84亿m3、12.57亿m3和25.06亿m3，缺水率分别为2.31%、9.65%和17.67%。与基准年相比，在充分考虑节水、挖潜并适当新增供水工程的情况下，通过水资源合理配置，洞庭湖区的用水保证程度得到了一定提高，但仍存在一定程度的供需缺口，尤其是在荆南三口地区，在枯水年与特枯水年仍面临着较为严峻的缺水态势。

总体而言，在汨罗—新墙区、澧水区、沅江区、资水区与湘江区等5个分区工程性缺水仍为主要的缺水类型，缺水对象主要为枯水年下的农业缺水及规划水平年新增的城市需水，在未来通过改扩建水厂、兴建平原水库等工程手段增强日常供水能力及干旱应急响应能力，在农业方面，通过对大中型灌区的续建配套及节水改造，增大灌溉供水能力，提高灌溉水利用系数与灌区的灌溉保证率，可逐步缓解水资源供需矛盾。

1.3  江湖关系变化对湖区供用水的影响

现有江湖关系下的配置结果表明，湖区水资源总量虽相对丰沛，但由于时空分布不均、工程措施缺乏、用水结构不尽合理等问题，该地区仍存在一定程度的水资源短缺。缺水比较严重的区域主要集中在洞庭湖腹地三口地区，主要包括湖南省安乡、华容、南县以及湖北省松滋、公安、石首的部分地区。该地区同时也是受江湖关系变化影响最为严重的区域，由于三口分流的减少，冬春枯水季节（11月～5月），尤其是春灌期（4、5月份），沿线闸（站）的引提水量减小或无法引水，致使该地区容易遭受大面积春旱，工农业生产和居民生活用水得不到保障。从水资源开发利用的角度来看，江湖关系的演变对湖区供水的负面影响主要体现在两个方面[2]：（1）荆江分流的持续减小导致湖区，尤其是荆南三口地区可利用水资源量出现一定的减少趋势，在枯水期面临着季节性的资源缺水;（2）三口河系在枯水期水位降低，总的断流时段延长，同流量下的水位下降，使得已有的引提水设施难以正常取水，工程性缺水加剧。

2  江湖关系改善下的配置格局分析

为识别三口地区缺水的时间分布特征，本文进一步在月尺度上从河道内生态需水与经济社会需水两个方面分析该地区的水资源形势，并在此基础上提出改善江湖关系、调整湖区配置格局的相关建议。

2.1  三口河系河道内生态需水分析

河道内生态需水一般是指维持河流生态系统处在某种质量水平下所需要的最低水量。本文采用最小月平均流量法[8]计算三口地区的河道内生态需水量，以河流最小月平均实测流量的多年平均值作为河流的基本生态环境需水量。其计算公式为：

上式中，Qe为河流基本生态需水量，m3;Qimin为第i年实测最小月平均流量，m3/s;n为统计年数。

考虑到自三峡工程2003年蓄水以来，三口地区的江湖关系与水资源态势均发生了较大的变化，流量显著减少，本文采用2003年以前的实测资料来计算多年月流量，并以2003—2008年的月流量作为各个河段的实际流量，二者的差值即为所需的生态补水。各河段的枯水期月平均流量统计结果详见表3，将1月作為最枯代表月，三口河系的生态需水即为52.1m3/s。在现状来水条件下，即使不考虑取水的影响，三口河系在1月、2月、3月及12月等4个月仍无法达到该最低流量，需要进行生态补水，所需的流量分别约为44.5m3/s、45.1m3/s、25.0m3/s与1.3m3/s。

2.2  三口地区重点缺水月份供需平衡分析

为量化分析湖区缺水的年内分布情况，需要计算月尺度上湖区的各类需水。由于湖区大部分用水为农业灌溉用水，在现状水平年下，灌溉用水约占到总用水的65%～68%，且灌溉用水的年内变化较大，构成了湖区主要的缺水类别，而工业与生活用水年内分布相对均匀，本文根据湖区在各水平年下的种植结构与灌溉制度对灌溉需水的年内分配进行计算，其他用水类别则采取平均分配的原则计算各月需水。

洞庭湖区的种植农作物主要有水稻、棉花、油菜等，主要的灌溉期为4月下旬～10月中旬，灌溉水利用系数在2008年、2020年与2030年分别取为0.45、0.52与0.55，种植面积与灌水定额均参考湖南省大型灌区续建配套与节水改造“十一五”规划[9]中的相关参数。由此可得各水平年下的湖区的逐月灌溉用水比例（如表4所示）。

农业灌溉需水的计算公式如下：

式中，AWDj为第j时段农业灌溉需水量（万m3）;Ai为湖区第i种作物种植面积（万亩）;Wij为湖区第i种作物第j时段灌水定额;为灌溉水利用系数;N则为主要作物种类数。

结合上文的供需平衡与逐月需水计算，易知4月为三口地区缺水最为严重的月份，表5为不同水平年下（2008年、2020年和2030年）三口地区主要缺水地区在4月份的水资源供需平衡表，其中2020年与2030年为考虑节水改造与新增水利工程后的计算结果，50%、75%与95%分别代表平水年、枯水年及特枯水年的来水条件。供需缺口最大的水平年为2030年，3种来水频率下的缺口分别约为0.63亿m3、2.08亿m3和3.03亿m3，而在现状年与2020年的缺口分别为0.58亿m3、1.85亿m3、2.49亿m3与0.52亿m3、2.00亿m3、2.55亿m3。

2.3  江湖关系改善的必要性及相关建议

江湖关系的逐渐演变已对三口地区的生态平衡与水资源供给造成较大影响，针对长江分流量减少、湖区水位下降的现状，在三口择点建立闸控工程、引长江客水增大枯水期三口河系的分流量，可有效缓解该地区的水资源供需矛盾、维持三口河系基本的生态需水，是改善江湖关系较为可行的应对措施。此外，通过在华容、南县等地配套建设西水东调等河湖连通工程，可使整个三口地区广泛受益。

结合上文分析，供需缺口最大的水平年为2030年，3种来水频率下的缺口分别约为0.63亿m3、2.08亿m3和3.03亿m3，弥补该缺口所需的流量分别为24.2m3/s、80.2m3/s和116.9m3/s，因此，适宜的枯水期（特枯水年）补水流量约为169m3/s;类似地，近期水平年与现状水平年下的适宜补水流量约为149m3/s和151m3/s。另外，若长江沿岸的华容县将来再加大从长江的引水量，其供需缺口通过长江引水来弥补，3种水平年下的补水流量可适当减少为140m3/s、124m3/s与126m3/s。

3  结论

本文首先立足于现有江湖关系，依据江湖间的水力联系与湖区供用水特征构建了湖区水资源系统概念模型，用以模拟各种配置方案下的水资源供需态势，既而针对水资源供需矛盾分析了江湖关系演变对湖区水资源开发利用的不利影响，以及改善江湖关系的必要性与适宜途径，主要得到以下结论。

在汨罗—新墙区、澧水区、沅江区、资水区与湘江区等5个分区主要的缺水类型为工程性缺水，缺水对象主要为枯（特枯）水年下的农业缺水及规划水平年新增的城市需水，在未来通过改扩建水厂、兴建平原水库、大中型灌区续建配套及节水改造等措施可逐步增强日常供水能力与干旱应急响应能力。

缺水较严重的区域集中在洞庭湖腹地三口地区，该地区主要以三口水系为水源，在江湖关系演变、三口分流量减少的背景下，季节性的资源缺水特征日趋显著，在三口择点建立闸控工程、在枯水期引长江客水增大三口河系的分流量，是改善江湖关系较为可行的措施。此外，通过在华容、南县等地配套建设西水东调等河湖连通工程，可使整个三口地区广泛受益。

经过对三口河系河道内生态需水与三口地区月尺度上经济社会需水的进一步测算，发现在现状、近期、远期3种水平年下约分别需要151m3/s、149m3/s与169m3/s的枯水期（特枯水年）补水流量;另外，若长江沿岸的华容县在将来加大从长江的引水量，其供需缺口通过长江引水来弥补，3种水平年下的补水流量可适当减少为126m3/s、124m3/s与140m3/s。

參考文献：

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[8]王西琴，刘昌明，杨志峰.生态及环境需水量研究进展与前瞻[J].水科学进展，2002，13（4）：507-514.

[9]湖南省政府.湖南省大型灌区续建配套与节水改造“十一五”规划[R].长沙：湖南省政府，2007.

Water resources allocation analysis in Dongting Lake area under a changing river-lake relationship

Guo Qian

（Hubei Electric Survey and Design Institute Limited Corporation，Wuhan，430040，China）

Abstract：In the context of the gradual evolution of the river-lake relationship，the inflow of the Dongting Lake area has shown a decreasing trend，which has exacerbated the contradiction between supply and demand of water resources in the lake area to a certain extent. With the current situation of river-lake relationship as the background，this paper constructs a conceptual model of water resources system in the lake area. First，the water supply and demand situations under the three level years of 2008，2020 and 2030 are analyzed. The results show that the main type of water shortage in the five sub-areas including Miluo-Xinqiang area is characterized by engineering shortage. In the future，measures such as the reconstruction and expansion of water plants can gradually meet the agricultural water shortage and the increased urban water demand. While the Three Outlets area is the most affected by the evolution of the river-lake relationship. Under the background of the gradual decrease in the flow of the three ports，the Three Outlets area has been unable to meet the needs of its economic and social development. Establishing gate-control projects at the the Three Outlets area and increasing the amount of water from the Yangtze River during the dry season are the relatively feasible measures to improve the river-lake relationship. By further calculating the water resources of the Three Outlets area from the aspects of ecological water demand in river channel and socio-economic water demand on a monthly scale，approximately 151m3/s，149m3/s and 169m3/s of complementary water flow in dry season （extra-dry year） are required for the three level years respectively.

Keywords：river-lake relationship;water resource allocation;Dongting Lake area