香溪河流域水资源配置研究

景晓菊，黄志强，党 祥，张瑞刚

(1.湖北省水利水电科学研究院，湖北 武汉 430070；2.水利部长江水利委员会河湖保护与建设运行安全中心，湖北 武汉 430010)

水资源配置是实现水资源合理开发利用的基础，解决水资源供需矛盾的关键所在[1]。 已有学者[2-11]主要开展了基于大系统理论的水资源配置，基于协调水资源供需与区域经济发展的可持续发展水资源配置，面向生态水资源配置，基于ET的水资源配置等。 张守平等[12]提出了水量水质联合配置研究的理论方法。 邵东国等[13]、苏心玥等[14]将公平性、用水效率引入水资源配置。 金蓉[15]、冯房观等[16]提出生活、生产用水优化配置的分类细化研究。 水资源优化配置研究成果日趋丰富，但对于不同类型用水研究仍旧具有继续开拓的空间，区域用水优化配置考虑要素仍有待进一步完善。

香溪河流域现状开发利用程度低，水利设施不足导致供需矛盾突出。 本文分析香溪河水资源开发利用现状，综合考虑农业、工业、生活、生态用水户之间用水权益，科学制定用水对象的优先等级，调整产业结构，提高各部门用水效率，合理科学预测需水量，结合现有水源条件和开发利用规划，提高水资源开发利用率，计算流域可供水量；按照以供定需原则，通过平衡分析对流域可利用水资源在区域和各用水户之间进行配置，确定水资源的优化配置方案，解决香溪河局部地区水资源供需矛盾，维护香溪河流域社会生活、经济发展需水安全，改善水生态环境，实现可持续发展。

1 流域基本情况

香溪河为长江三峡库区一级支流，分东、西两大源流，东源为干流，发源于神农架林区骡马店，西源发源于神农架山南的红河。 东、西2 条河流在响滩汇合始称香溪河，于峡口汇高岚河，流至游家河入秭归县，在秭归县境内流经21 km后汇入长江。 香溪河水系见图1。 香溪河承雨面积3 238 km2，全长105 km，年均径流深532 mm，多年平均地下径流量8.99 亿m3，多年平均水资源总量为17.23 亿m3。

图1 香溪河流域水系及站点分布

2 水资源开发利用现状

2.1现状供水工程

香溪河流域共有水库18 座，1 座大(2)型水库即古洞口一级水库，1 座中型水库即毛家河水库，3座小(1)型水库，13 座小(2)型水库；总库容17 587万m3，兴利库容8 557 万m3。 塘堰298 处，总蓄水量147 万m3；水窖17 541 处，总蓄水量75 万m3。引提水工程695 处，设计引水流量1.14 m3/s。 现状香溪河流域无外流域调水工程，流域内调水工程归州灌区，设计灌溉面积10 km2，流域内有效灌溉面积仅2 km2。

2.2 流域水资源开发利用特点及存在问题

2010—2018 年流域年平均供用水量为5 037 万m3，占水资源总量的2.92%，开发利用程度低，存在主要问题如下:一是香溪河流域降雨丰富，时空分布不均，上中下游各区域水资源不平衡；二是随着城市供水对水量、水质需求不断提升，城镇用水挤占农业和生态用水问题越发突出；三是现有供水工程不足，配套工程不完善，缺乏统一调度等导致对地表径流调节能力有限，部分地区供水能力不能满足社会经济发展需要；四是“重建轻管”“重经济轻生态”等问题存在，水利管理体制还有待完善。

3 水资源供需平衡

3.1 工作范围及水平年

香溪河流域涉及神农架林区、兴山县、秭归县、夷陵区、保康县等3 个地级市5 个县(市、区)15 个乡镇，分别占各个市县(区)面积比例为27.76%、89.31%、8.93%、1.09%、0.24%，各县市境内流域面积占整个流域比例分别为27.71%、64.21%、6.69%、1.15%、0.24%。 流域涉及保康县为香溪河源头，人口稀少，耕地稀缺，大部分为林区，几乎无用水户，且无水利工程，面积占流域比例、占县域比例极低，本次香溪河流域水资源配置范围不考虑保康县；现状年、规划水平年范围基本一致，分为神农架林区、兴山县、秭归县、夷陵区4 个计算分区，见图2。 现状水平年为2018 年，规划水平年为2030 年。

3.2 经济社会发展现状及预测

根据2018 年各行政区统计年鉴，2018 年香溪河流域总人口19.93 万人，其中城镇人口8.17 万人，总体城镇化率41.02%，其中神农架林区33.24%，兴山县41.82%，秭归县、夷陵区均为农村。 根据近几年各行政区人口、地区生产总值增长率趋势，结合相关规划，分析各行政区人口、地区生产总值增长率和产业结构调整情况，预测规划水平年2030 年经济社会发展指标。 参考各行政区城市总体规划、《湖北省灌溉发展总体规划》《湖北省水资源综合规划》等关于流域内各县市耕地、灌溉面积预测成果，优化作物种植结构，仍以马铃薯和玉米为主，适当降低玉米种植比例，适当扩种小麦、中稻、油菜、蔬菜。 香溪河流域现状、规划水平年主要经济指标预测成果见图2。

图2 香溪河流域计算分区范围、水平年主要经济指标预测示意

3.3 需水预测

在香溪河流域各行政区2018 年水资源公报现状定额基础上，充分考虑节水技术、管理水平以及生活水平提高因素，城镇生活、农村人畜饮水采用人均用水定额法计算；调整产业结构和优化升级，提高用水重复水平和推广先进节水工艺与技术等措施，结合神农架林区、宜昌市最严格水资源管理三条红线用水效率分解指标、总体规划及水利发展规划要求，工业、建筑业、第三产业等生产需水采用万元增加值定额法计算。 农业灌水采用灌溉定额计算，收集神农架、兴山、秭归3 个气象站1976—2018 年逐日气象资料，参照《湖北省灌溉用水定额修编》相关计算参数成果计算农作物灌溉定额。 河道内生态环境需水量按多年平均径流量的10%计算，古洞口水库最小生态流量为1.99 m3/s。 河道外生态用水主要集中在镇区道路浇洒和公园绿化，采用单位面积定额法计算。 2030 年香溪河流域总需水量为8 430 万m3。

3.4 可供水量预测

3.4.1 径流

a)兴山(二)站径流。 兴山(二)站作为本次径流分析采用的参证站，其1976—1999 年实测径流接近天然状况，整编方法一致，能满足本次规划要求。上游古洞口水库1999 年5 月下闸蓄水，兴山(二)站建库蓄水后的实测径流一致性遭到破坏。 本次采用红花、九冲、水果园、中日垭、青山、郑家坪、南阳河等7 个雨量站及文武、寒溪口、南阳、古夫、兴山(二)站5 个水文站降雨量按泰森多边形法计算兴山(二)站以上流域面雨量，拟合兴山(二)站以上流域1976—1998 年降雨-径流关系(图3)，其降雨径流点据基本呈带状分布，径流随降水增大而增大的趋势明显。 依据兴山(二)站以上流域1999—2018年面降雨量及逐年逐月降雨分配比例，比拟得兴山(二)站1999—2018 年天然逐月径流系列，与实测1976—1998 年径流系列形成兴山(二)站1976—2018 年天然径流系列。

图3 兴山(二)站以上流域面降雨-径流深

b)分区径流。 香溪河流域计算分区面降雨量按泰森多边形法计算，天然年、月径流系列考虑降雨修正按照计算分区面积与兴山(二)站控制面积的比值移置，得香溪河流域1976—2018 年神农架林区、兴山县、秭归县、夷陵区、整个流域多年平均面降雨量分别为1 172、982、972、1 001、1 003 mm，多年平均年径流深分别为621、521、515、531、532 mm。对照《湖北省第三次全国水资源调查评价报告》成果，香溪河流域多年平均降雨量主要位于900 ～1 200 mm等值线，多年平均径流深主要位于500 ～600 mm等值线，本次径流成果在合理范围之内。

3.4.2 可供水量分析复核

根据香溪河流域供水规划，2030 年新建及扩建供水工程(图4)，经计算，香溪河2030 年可供水量为1.40 亿m3。

图4 香溪河流域2030 年水利工程分布

3.5 水资源供需平衡分析复核

3.5.1 供需平衡分析原则

本次香溪河水资源供需平衡分析分片计算、总体平衡，采用1976 年4 月至2018 年3 月共43 年长系列时历法计算，计算时段为月。 用水户优先确保生活和二三产业用水，其次为农业灌溉用水，最后为河道外生态环境用水，供水工程优先次序为塘堰、小型水库、中型水库、引水工程、提水工程、古洞口水库、地下水。 其中塘堰只供给农业用水，采用复蓄次数法计算塘堰供水能力，小型水库、中型水库分为只供灌溉、生产、生态用水和各行业均可供水2 种类型，古洞口水库负责古夫镇各行业用水和昭君镇部分生活用水，小型水库分片进行概化合并成若干个“小型水库”，对唯一的中型和大型水库单独调算，水库供水量根据来水量扣除生态下泄流量、弃水量和蒸发渗漏损失量。 引提水闸站供水量根据闸站规模、控制面积以及水源来水情况分析计算实际供水。地下水主要供水对象为少量农村安全饮水，由于供水量极小本次忽略不计。

3.5.2 供需平衡分析

a)基准年供需平衡。 根据前述供需预测及平衡分析方法，计算基准年水资源供需平衡。

b)规划年一次平衡。 规划水平年一次供需平衡考虑了人口自然增长、经济发展、城市化程度和人民生活水平提高，需水量为不考虑节水条件下的规划水平年需水量，按供水预测的“零方案”，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，反映已有工程对未来规划水平年合理需水要求的满足程度，为确定未来水资源开发利用方向、节水、挖潜等措施提供依据，为解决水资源供需矛盾奠定基础。

c)规划年二次平衡。 由于一次供需平衡计算结果有缺口，故在一次平衡基础上，立足当地水资源条件，根据供水规划，2030 年香溪河流域神农架林区新建4 个水厂，改扩建2 个水厂，提升1 个水厂，小型集中工程36 处，分散供水工程368 处。 兴山县生活供水包括现有水源古洞口水库、后坪水库2 处水库外，新增利用现有滩坪水库，新建小(2)水库4座、中型水库1 座；秭归县新建1 处引水工程、2 座小(2)型水库。 通过新建及扩建供水工程、合理调配，进行二次供需平衡分析，采用原则、调算方法与一次平衡类似，不同的是供水考虑了规划水平年各行业新增水源工程的供水方案。 香溪河不同水平年水资源供需平衡计算汇总见表1。

表1 基准年及规划水平年平衡成果单位:万m3

本次生活用水、二三产业用水保证率为95%，农业用水、生态用水保证率为75%，从以上分析计算可以得知:神农架林区基准年、一次平衡各行业供水保证率为0；兴山县基准年、一次平衡各行业均不缺水，水量完全满足需求；秭归县基准年、一次平衡生活、农业供水保证率达不到设计保证率要求，可见基准年神农架、秭归县供水保证率低，加之工程老损破坏，进一步加深了供水破坏程度，缺水问题严重，生活、生产和生态用水安全均受到严重威胁；在发挥现有供水工程潜力进行一次平衡计算后可知，国民经济各行业缺水状况未得到改善，主要为工程性缺水；在充分利用水资源和新建蓄、引水工程进行二次平衡分析可知，平水年(P=50%)、一般枯水年(P=75%)香溪河流域均不缺水；特枯年(P=95%)仅秭归县存在农业缺水，其余3 个县(市)分区均不缺水，基本实现水资源供需平衡，国民经济各行业用水需求得到基本保障。

2030 年香溪河流域二次平衡多年平均、平水年、一般枯水年、特枯年需水量比2018 年分别增加了1 686 万、1 664 万、1 687 万、2 468 万m3；供水工程格局不变、经济社会发展情况下，充分挖潜配套现有供水工程，香溪河流域一次平衡多年平均、平水年、一般枯水年、特枯年供水量比2018 年分别增加了1 308 万、1 228 万、1 269 万、1 856 万m3；充分挖潜配套现有供水工程后，通过新建供水工程，香溪河流域二次平衡多年平均、平水年、一般枯水年、特枯年供水量比一次平衡分别增加了681 万、722 万、790 万、1 091 万m3。

4 水资源配置方案及合理性分析

4.1 水资源配置方案

2030 年香溪河流域多年平均需水量8 430 万m3，比2018 年实际用水量增加3 086 万m3。 水资源配置方案依据香溪河流域社会、经济、生态、环境等方面具体情况，遵循全面节约、有效保护、合理开源的原则优化水资源配置，重点是在节水减污基础上加强用水总量控制和定额管理，加强现有工程设施的挖潜配套和节水改造，根据水资源条件科学合理规划新建一批水资源调控工程，结合优化调度，合理配置水资源。

2030 年香溪河共配置水资源8 427 万m3，按用水户划分生活用水、二三产业、农业及生态环境用水分别为1 216 万、3 595 万、3 573 万、43 万m3；按供水水源划分，塘堰、小(2)型水库、小(1)型水库、中型水库、引水工程、古洞口水库配置水量分别为174万、5 563 万、129 万、175 万、605 万、1 782 万m3。按香溪河流域、外流域调入水资源配置划分，本地水水资源量8 318 万m3，外流域向香溪河调入水资源量109 万m3，无向流域外调水量。 按照行政区划分配置水资源，神农架林区、兴山县、秭归县、夷陵区分别为607 万、7 439 万、370 万、10 万m3。 2030 年水资源配置成果见表2、图5—8。

图5 香溪河2030 年分行业水资源配置

表2 香溪河2030 年水资源配置成果单位:万m3

4.2 配置方案合理性分析

本次流域各行政区水资源配置成果均在红线指标范围内，与各行政区用水总量控制指标相衔接。

香溪河流域流域平均水平主要受兴山县影响。兴山县单位国土面积、人均和万元GDP分配水量相比其他县市更接近且稍高于流域平均值，其他县市低于流域平均值。 神农架林区农村、城镇均衡分布，其配置水量占流域比例与其人口、GDP占流域比例协调，全为引水工程，灌溉水利用系数最大，亩均用水量最小。 秭归县生产用水仅为灌溉用水，仅占流域1%，万元GDP水量最大，远高于流域平均值，灌溉面积占流域14%，亩均定额最小。 夷陵区仅农村生活用水，总配置水量最小。 总体来看，各县市区分配水量与总人口、GDP、灌溉面积等经济指标较为协调。

图6 香溪河2030 年不同供水水源水资源配置

图7 香溪河2030 年本地水、外流域调入水资源配置

图8 香溪河2030 年不同行政区水资源配置

5 结论

香溪河流域水资源丰富，时空地域分布不均，开发利用程度低，香溪河流域水资源配置成果方案以现状统计成果、经济和社会发展指标为依据，充分落实最严格水资源管理制度的用水总量、用水效率控制指标要求，积极推进产业结构调整力度，充分利用新建供水工程解决香溪河流域神农架林区、秭归县局部缺水问题，为未来香溪河流域各县(区)、各行业水资源供需关系提出优化配置方案，2030 年香溪河配置水量8 427 万m3，达到供需平衡，计算成果合理，能为流域水资源合理均衡配置提供一定理论参考，实现水资源支撑生活、生产、生态可持续发展。