实现跨流域和谐调水支撑性技术研究

钮新强

（长江水利委员会长江勘测规划设计研究院，430010，武汉）

一、跨流域调水工程的意义

水是人类社会赖以生存的物质基础，水资源是基础性的自然资源和战略性的经济资源，决定性地支配着大自然的生态与环境。水资源的可持续利用是经济社会可持续发展的重要保障。

我国是一个水资源短缺的国家，人均水资源占有量仅为世界平均数的1/3。同时我国水资源时空分布不均，具有“南方水多，北方水少”的特点。南方(长江、珠江流域，浙闽台及西南诸河)土地面积、耕地面积、人口分别占全国的36%、36%、54%，但水资源总量却占全国的81%；北方(黄河、淮河、海河、黑龙江、辽河等流域)土地面积、耕地面积、人口分别占全国的28.2%、58.2%、43.5%，但水资源总量仅占全国的14.4%。据有关资料统计，我国669座城市中400座城市供水不足，110座城市严重缺水。其中北京、天津、青岛、大连等缺水最为严重。45座重点城市中近一半水质较差。

京津及华北地区是我国政治、经济、文化的中心，同时也是我国人均水资源量最少、水资源利用率最高的地区，水资源承载力与经济社会发展极不适应。华北平原对水资源的需求逐年快速增长，超越了当地的供水能力。根据我国水资源时空分布特点，实施跨流域调水，在更大范围内优化水资源配置，使之适应生产力发展布局，是合理高效利用有限的水资源、解决资源型缺水地区供需矛盾的有效途径，是保证经济社会可持续发展的重要举措，有利于逐步改善区域环境，是新时期治水思路的重要体现。

我国幅员辽阔，已建、在建及规划的长距离输（调）水工程有：南水北调、引滦入津、引黄济青、引黄入晋、引大入秦、东深引水、引江济太、北水南调（东北）、滇中调水、引汉济渭、引江济淮等工程。其中，南水北调工程包括东线、中线和西线三条调水线路。通过三条调水线路与长江、黄河、淮河和海河四大江河联系，可逐步构成以“四横三纵”为主体的总体布局，形成我国巨大的水网，基本可覆盖黄淮海流域、胶东地区和西北内陆河部分地区，有利于实现我国水资源南北调配、东西互济的合理配置格局，具有重大的战略意义。

树立跨流域和谐调水的理念，对工程设计中的支撑性技术问题进行深入研究，是实现工程目标、保证工程安全、充分发挥工程效益的关键。

二、水源地的保护开发

跨流域调水通过系统的工程及环境保护措施，在不影响调出水流域经济社会可持续发展、生态环境长期保护前提下，将丰水流域的一部分水量通过修建蓄、输水工程调向缺水流域，解决缺水流域的缺水问题。和谐调水是在对调水区和受水区的水资源进行系统全面分析的基础上，合理确定调水量、调水方式以及相应的调节、补偿措施，实现水源地与受水区和谐共赢。

跨流域调水，势必对调出水流域内在自然生态、居民生产生活、产业链格局、经济社会发展等诸多方面通过漫长岁月形成的平衡关系造成一定的影响。因此，在调水工程规划中，针对水源地的经济社会条件、当地居民生活习惯等对水源地的水资源状况进行系统的分析研究；在不同的调出水量下，对水源地自然生态、居民生产生活、产业链格局、经济社会发展影响程度进行分析比较；通过系统的政策措施、工程措施、其他保护措施，研究减少或消除这些影响的可行性以及相应的工程建设方案。

根据目前调水工程规划、实施实际状况，水源地的保护与开发需要重点研究以下几方面的问题：

1.取水点上游水资源保护措施研究

为保证输调水工程的长期运行，要求取水点上游水源有稳定的可调水水源和良好的水质。因此，需要根据水源地经济社会状况、产业链结构情况，对工程实施后一段时期水资源开发利用进行合理预测，在有利于水源地经济社会发展、环境保护与改善的前提下，结合受水区需水要求合理确定调出水量，制定相应的水源地水资源利用开发规划和相关政策、环境保护实施规划，对严重影响环境、水资源浪费严重的不合理产业进行调整。

目前，在水源地的保护开发中，越来越重视水源区生态与水资源补偿机制的研究。生态与水资源补偿是一个庞大而复杂的系统工程，国外一些国家在水权管理方面已有成功的经验和模式，国内尚处研究阶段。从市场经济运作来看，如果没有建立明确的跨流域水资源开发和利用的经济补偿机制，必然会影响水源地生态和环境保护的积极性。而生态与水资源补偿机制一旦形成，上游治理有投入，保护有动力；下游用水更合理，促进节水，水源地的保护开发将会形成良性循环和互动的新机制。

2.调水相关影响分析

跨流域调水改变了水源区正常的水资源分配秩序，调水规模不仅是受水区缺水量的反映，而且还受到对调水区生态环境可能造成不利影响的制约，不能以牺牲调出区生态环境为代价增加调入区的供水。跨流域调水对水源区的影响主要分为：①水源区 （取水口以上河段），包括水库加坝、库区水位加高引起的移民搬迁、水土保持和环境保护、发电、航运、供水等影响；②中下游河道（取水口以下河段），包括发电、航运、工农业及生活用水、生态环境等影响。

3.补偿措施研究

针对调水后的影响，水源区的保护开发应从两方面进行深入研究。首先，要对取水点下游的补偿工程进行研究。调水工程建成后或多或少都对取水口下游有一定影响。一般来讲，可接受程度是不降低调出区的用水保证程度。对于调水量较多及影响较大的，还需要建设调出区补偿工程。南水北调东、中线工程，均对调出区安排了补偿工程，如中线工程安排了汉江中下游兴隆水利枢纽、引江济汉工程、局部闸站改造和航道整治工程，并优化丹江口水库的调度。调水影响补偿工程协调工作量很大，与地方政府和群众的利益关系密切，处理妥善与否直接影响到调水工程的建设和效益的发挥。其次，要搞好水源区取水口上游的生态建设和环境保护。温家宝总理在考察南水北调中线工程时指出“搞好生态建设和环境保护，确保丹江口水库永远是一库清水”，说明上游地区做好生态建设和环境保护的重要性。跨流域调水使水源地与受水区形成了一个庞大而复杂的系统工程，调出区和调入区有共同保护水资源和水环境的责任和义务。取水口上游地区应严禁建设污染性项目，加强治理水土流失。

三、水资源优化配置

1.水资源配置机制

目前世界上主要有3种水资源配置机制：行政配置、协商配置和水市场配置。美国加利福尼亚州的北水南调工程就是水市场配置最具代表性的例子。加州政府主导设立“水银行”，当调水量不能满足受水区的用水需求时，它负责购买自愿售水用户的富余水，然后卖给急需用水的其他用户。加州政府为此还制定了《加州水法令》等法律以规范水权交易行为。但是，由于水权的公共属性以及跨流域调水问题的复杂性，立法中明显加强了政府的干预，致力于保障整个国家的用水安全和生态环境。

我国目前跨流域调水的水资源配置综合考虑了以上3种机制。南水北调工程以“国家宏观调控、准市场运作、企业化经营、用水户参与”为基本思路，遵循“先节水后调水、先治污后通水、先环保后用水”的原则，以解决近期受水区城市生活、工业供水为主，适当兼顾生态与其他供水为目标，进行水资源优化配置。在不降低丹江口库区、汉江中下游地区生态环境质量，不降低汉江中下游干流供水区供水保证程度的原则下，实现跨流域和谐调水，缓解京津及华北地区水资源供需的尖锐矛盾，为国民经济可持续发展提供可靠的支撑。

2.水资源配置方法

从20世纪50年代中期至今，水资源配置技术迅猛发展，线性规划、动态规划、多目标规划、群决策和大系统理论被广泛应用于水资源配置。

南水北调中线工程在进行水资源配置时，先对汉江流域水资源进行分析评价，对丹江口水库补偿下泄和调度过程进行了设计，以满足汉江中下游用水需求，并提出了库区可调水量。在对长江、淮河、黄河、海河四大流域水文情势、丰枯互补等特性进行综合分析的基础上，提出受水区当地水与引汉水的联合运用方法，充分、合理利用多水源，达到城市供水高保证率的要求，实现水资源的优化配置。

四、妥善解决工程建设的移民安置问题

移民安置是一道世界性难题，涉及政治、经济、社会、人口、资源、环境、工程技术等多个领域。随着我国经济社会的不断发展，以人为本理念的提升，移民安置处于越来越重要的位置。南水北调中线工程规模大，线路长，移民数量多，涉及领域广，移民能否得到妥善安置已成为南水北调中线工程成败的主要决定性因素。移民安置的目标是使移民搬得出、稳得住、能发展、可致富，而移民安置规划的关键是如何结合工程建设征地区的实际制订科学合理的移民安置方案。

1.结合水源地实际，科学确定移民生产安置方案

丹江口库区是南水北调中线工程的水源地，也是移民安置的重点。而安置的难点又是丹江口农村移民。丹江口大坝加高工程淹没影响涉及河南、湖北两省6个区县的40个乡镇441个村2372个村民小组，淹没耕（园）地 1.71 万 hm2、林地 0.44 万 hm2；淹没影响各类人口22.43万人，各类房屋面积623.98万m2。淹没主要对象在农村，约占受淹人数的90%。全库区规划生产安置人口为28.6万人，总搬迁人口为34.5万人。

在生产安置方式上，为使移民搬迁后的生活不低于原有水平，防止库周过度开发和挤占生产资源，恶化生态环境，保证库区自然生态环境良性循环，确保水源水质，确定了以出县外迁及以土安置为主的生产安置方式。安置区涉及河南、湖北两省15个省辖市的52个区县204个乡镇，共调整耕（园）地2.12万hm2，出县外迁安置22.79万人，占总数的81%，极大地缓解了库区的安置压力，也为水源地的保护奠定了基础。

生产安置标准的确定既考虑了初期工程淹没使得库区人均耕地较少的实际情况，又考虑了库区初期工程消落地利用及渔业、林果业和畜牧业发展的多元化收入构成。通过深入分析论证，将安置标准确定为人均0.093 hm2旱地或0.07 hm2水田，有力地保障了移民搬迁后的生产生活。

2．结合社会主义新农村建设的要求确定移民搬迁安置方案

在搬迁安置方式上，结合社会主义新农村建设的要求，确定了以集中安置为主、分散安置为辅的搬迁安置方式。按初步设计规划，集中安置共28万人，占移民总数的90.3%，集中居民点1 399个，分布于河南、湖北两省16个省辖市的58个区县242个乡镇。

在搬迁安置标准上，大力提高移民人居环境，移民搬迁后，人均建设用地达 85 m2，居民点水、电、路、通信、有线电视、绿化、环卫等基础设施全面配套，适度配置了文化及医疗设施。移民搬迁后居住环境实现了跨越式发展，远好于搬迁前。

3.充分关注民生，保障和谐移民

坚持以科学发展观为指导，以人为本，在国家、地方法律、法规的基础上从库区实际出发，切实维护移民应有权益，保障和谐移民。

（1）关注困难群体

针对丹江口水库淹没区人均房屋面积小，且大多为土坯房的特点，计列了房屋困难补助费，对人均房屋补偿费不足以修建24 m2砖混房屋的移民户予以差额补助，使移民搬迁后居住质量大为改观。

（2）保障移民生产发展后劲

针对由于安置标准高于淹没前人均水平，外迁安置区耕地产值高于库区，库区受淹土地的补偿费不能完全满足移民生产安置需要的问题，计列了生产安置增补费，对不足部分予以补足，用以解决移民生产安置的实际困难。全库区人均增补生产安置费9 324元，搬迁后的人均耕（园）地是搬迁前的1.07～1.53倍；同时，完善田间配套设施，对田林路进行综合治理，为增强移民发展后劲、提高农业综合生产能力创造了条件。

（3）用心体会移民的实际困难，事事为移民着想

移民搬迁后一些生产物资失去了基本用途，应给予合理补偿；移民到安置区后，为解决燃料问题，应考虑户均2 000元左右的沼气池、双瓮厕所建设补偿费用；此外还应结合实际，补助超深基础处理费、抗震处理措施费、村台购土费、移民新村文化活动室建设等费用，保障移民应有的权益，为移民安置目标的实现奠定基础。

五、输水运行调度

1.配水计划

南水北调中线工程配水计划包括年度、月度以及旬的水量分配方案。通常年初根据受水区水情、丹江口水库水量储存并预计来水情况制定年度及月度配水计划。由于降水的随机性，年度配水计划会适时调整，随之本年度剩下各月配水计划也相应调整。根据月配水计划结合中短期气象预报，可确定月内每一旬的配水计划。

2.调度方案

总干渠有正常输水、冰期输水、检修工况、事故工况等各种运行工况，各种工况又有不同的输水流量要求，对每种运行工况以及运行工况之间的转换过程都应制定详细的调度方案。调度方案是在无数次仿真模拟计算和工程运行实践的基础上形成的。基于调度方案的集合最终形成了调度软件，以此对输水系统进行实时调度，使整个调度过程规范化、快捷化、系统化。

南水北调中线工程水力学仿真模型包括恒定流、非恒定流、闸门过流等计算程序模块，可以模拟计算不同闸门控制过程中渠道水位、流量变化情况及渠道运行状态。

节制闸是调节输水流量的工具，分水闸是总干渠系统与受水区连接的桥梁，退水闸是非常情况下保障工程运行安全的重要手段。正常、事故工况工程运行要求各不相同，需要制定不同的闸门操作方案，形成闸门控制策略。

3.应急退水保护

按输水线路选线原则选定渠线，可以总体消除渠道毁损对当地造成的毁灭性灾害，在实际运行中，还必须充分考虑渠道正常和应急维修时的退水措施。经南水北调中线工程设计实践中多方案比较，考虑当地河流的防洪能力，采用结合河渠交叉建筑物布置退水工程措施最为经济有效，而且受水地区一般水资源相对贫乏，退水水量不会对当地生产生活和防洪造成不利影响。

4．冰期输水

冰期顺利输水是提高调水保证率的关键环节之一。在实际运行中，冰期输水保证措施可以通过冰期输水调度和总干渠工程措施来实现。

冰期输水调度可根据总干渠冰情，在冰期到来时，提前抬高渠道运行水位，减小流速 （控制在0.5m/s以下），促使形成冰盖，然后稳定输水流量和水位；在冰花特别严重时，调节水位，形成均匀流状态；在封冻期，合理调节封冻渠段的控放流量，使入渠流量与封冻段输水能力相适应，同时利用下游节制闸控制渠段水位；在解冻期，根据渠道温情和冰情状态，合理控制流量，避免“武开河”现象的发生。