基于水资源配置平衡的云南省水系连通格局效果分析

翟正丽，桑学锋，顾世祥，周祖昊，严子奇

(1.中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 100038；2.云南省水利水电勘测设计研究院，云南 昆明 650021)

经济社会跨越式发展造成很多地区的水资源需求达到或者远远超过本区域水资源承载力[1-2]，而水系连通工程则成为解决水资源短缺问题的有效措施之一。水资源三次供需平衡分析是水资源规划和管理的重要方法[3-4]，按照“先节水、后挖潜、再调水”的思路，在节水优先的基础上首先重点考虑蓄水工程建设，再考虑连通工程建设。根据新建蓄水工程、连通工程等水利工程的地理位置、工程条件、供水范围、供水规模等实际情况，通过水资源供需平衡分析，可以确定规划供水工程实施对各单元城市生活(含生态)、农村生活、工业和农业分配的水量和存在的缺口，明晰区域水资源供需形势，以及各种配置措施在实践过程中的客观作用，很多学者做了大量相关的研究[5-9]。

本文以《云南省水中长期供求规划》水系连通工程为基础[10]，根据区域水系连通的功能作用[10-12]，提出水系连通四级划分方法以及“三层四级”水系连通供需平衡分析思路，从而确定各级水系连通工程的作用和效果。

1 水系连通效果分析

1.1 水系连通级别划分方法

以自然水系为基础，以重点水源工程为节点，综合考虑流域分级、行政区划与水系连通的覆盖范围和作用，研究四级河湖水系连通分级划分方法。1级连通工程为跨一级江河流域分区并对省级行政区有重要覆盖作用的连通工程；2级连通工程为一级河道干流并对地市级行政区有重要覆盖作用的连通工程；3级连通工程为跨支流水系并跨区县互连互通的连通工程；4级连通工程为跨支流水系对区县内的连通工程。通过四级水系连通工程的划分识别，可逐步分层进行水资源平衡分析，摸清分区域水系连通效果和作用，水系连通工程级别越大投资也越大、影响也越大，小一级别的连通工程能解决区域水资源问题就不用规划大一级别的连通工程；同时避免水系连通规划重叠，合理且高效利用水资源。

1.2 水系连通效果分析思路

在传统的三次供需平衡方法基础上，针对精确确定外调水类别和规模这一需求，提出“三层四级”水系连通供需平衡分析思路(图1)。该方法在首先开展水资源一次、二次供需平衡，分析区域节水、挖潜措施效果基础上，开展第三次四级连通供需平衡分析，对规划的1、2、3、4级水系连通工程方案进行细化配置，分析不同级别水系连通格局下区域水资源供需形势，支撑水资源精细化规划与管理。

图1 基于水资源配置平衡的水系连通效果分析思路

1.3 云南省水资源单元划分

考虑全国水资源综合规划细则要求，结合云南省地形及区域实际情况，充分考虑已有数据资料，结合单元的自然条件及社会经济发展水平，既要突出各行政区城乡和三产面临的水资源问题，又要体现流域和水系的独立性特点[13-15]，为连通工程布局和水资源配置服务。水资源配置基本单元采用水资源五级区套乡镇进行划分。云南省共有16个州市、1 332个乡镇(街道)，139个五级区。根据上述原则与方法，将全省划分出2 216个五级区套乡镇水资源配置单元(图2)。

图2 云南省五级区套乡镇水资源配置单元

2 云南省水系连通工程规划

至2030年，规划新建233项、续建4项水系连通工程，新增供水量62.41亿m3。其中：1级水系连通工程新建1项(滇中引水工程)，新增供水量34.03亿m3；2级水系连通工程新建16项、续建4项，新增供水量9.87亿m3；3级水系连通工程新建4项，新增供水量为1.80亿m3；4级水系连通工程新建212项，新增供水量16.71亿m3。具体每一项工程的供水量、供水范围、供水对象等资料参见《云南省水中长期供求规划》及附表[10]。

3 水资源配置平衡分析

考虑云南省实际水情省情，水系连通工程以保障重大干旱事件发生时的城乡饮用水安全、生产用水安全和生态用水安全为主要目的，因此本次供需平衡分析采用枯水年各供水方案下的水资源配置[12,16]，以真实分析各水系连通工程的实际效用，确保用水安全。全省水资源配置情况见表1。

表1 云南省水资源供需平衡三层四级配置 亿m3

3.1 一次供需平衡分析

根据水资源一次供需平衡分析，在需求侧主要考虑通过各项节水措施，参考全国行业最严格产业用水定额，压缩各部门水资源需求的增量[4]，识别区域现状供水能力与节水模式下外延式增长的用水需求间的供需矛盾。

图3为水资源一次供需平衡分析后缺水量分布。水资源一次供需平衡分析结果表明，2030年云南省需水量为237.75亿m3[10]，全省缺水量为95.88亿m3，缺水率40.3%，其中农业缺水73.86亿m3，缺水率48.3%；工业缺水12.10亿m3，缺水率31.9%；农村生活缺水2.78亿m3，缺水率18.5%；城镇生活缺水7.14亿m3，缺水率22.4%。按照现状的用水效率和供水能力，未来规划水平年各区基本存在缺水情况。在州市层面上，以昆明市、曲靖市、楚雄市、大理市、红河州、文山市6市缺水量最大，均在6亿m3以上，其中昆明市缺水量高达19.35亿m3。

图3 水资源一次供需平衡分析后缺水量分布

3.2 二次供需平衡分析

水资源二次供需平衡分析的基本思路是在水资源一次供需平衡分析的基础上，在供给侧除了立足于当前已建在建蓄引提调水工程，进一步考虑2030年通过本区域挖潜将要投入使用的拟建水库调蓄工程来进行水资源合理配置。

图4为水资源二次供需平衡分析后缺水量分布。水资源二次供需平衡分析结果表明，2030年全省总缺水量为48.41亿m3，缺水率20.4%，比一次平衡的总缺水率减少19.9%。其中生活用水的供需矛盾基本解决；工业缺水缩小到9.43亿m3，比上一次平衡的缺水量减少7%；农业缺水进一步缩小到32.45亿m3，比一次平衡的缺水量减少27.1%。通过水资源二次平衡结果可以看出，在“十三五”期间，大力增加蓄水工程，对增强区域应对干旱能力、提高云南供水安全保障具有重大作用和意义。

图4 水资源二次供需平衡分析后缺水量分布

3.3 三次供需平衡分析

水资源三次供需平衡分析的基本思路是在水资源二次供需平衡分析的基础上，在供给侧逐级考虑4、3、2、1级连通工程，分析连通工程对水资源配置的作用。

3.3.1考虑4级连通工程

考虑4级连通工程的水资源供需平衡分析，是在水资源二次平衡分析的基础上，考虑2030年能投入使用的拟建4级连通工程，主要解决区县内的用水需求。

图5为考虑4级连通工程的水资源三次供需平衡分析后缺水量分布。分析结果表明，在特殊干旱条件下，2030年全省供水达到203.18亿m2，全省经济社会的总缺水量为34.57亿m3，和二次供需平衡分析结果的总缺水量相比减少5.8%。由图5可见，滇中、滇东南各地市区县缺水情况有所改善。从州市层面来看，昆明、玉溪、楚雄、丽江、红河、德宏等地区缺水状况有明显改善；从区县和乡镇层面上看，昆明(嵩明县)、曲靖(师宗县)、保山(腾冲市)、丽江(玉龙县、华坪县)、临沧(耿马县)、楚雄(姚安县)、红河(蒙自市、泸西县、元阳县)、德宏(芝市)等区县水资源保障有明显改善，其他区域缺水情况仍然严重。

图5 考虑4级连通工程的水资源三次供需平衡分析后缺水量分布

3.3.2考虑4+3级连通工程

考虑4+3级连通工程的水资源供需平衡分析，是在考虑4级连通工程的水资源供需平衡分析的基础上，再考虑2030年能投入使用的拟建3级连通工程所能提供的供水量，主要是解决各地市州内各区县的供需缺水问题。

图6为考虑4+3级连通工程的水资源三次供需平衡分析后缺水量分布。分析结果表明，在特殊干旱条件下，2030年全省供水达到209.51亿m3，全省总缺水量为28.25亿m3，比考虑4级连通工程的总缺水量减少2.7%，全省缺水量进一步减少。从州市层面来看，昆明、玉溪、楚雄、丽江、红河、德宏等地区缺水情况有明显改善；从区县层面上看，昆明(嵩明县)、曲靖(马龙县、师宗县)、保山(昌宁县)、丽江(华坪县)、楚雄(楚雄市、大姚县)、红河(个旧市、蒙自市)等区县水资源保障有明显改善。但其他区域仍然缺水量较大，尤其是昆明(城区)、玉溪(红塔区)等地区缺水情况没有改善。

图6 考虑4+3级连通工程的水资源三次供需平衡分析后缺水量分布

3.3.3考虑4+3+2级连通工程

考虑4+3+2级连通工程的水资源供需平衡分析，是在考虑4+3级连通工程的水资源供需平衡分析的基础上，再考虑2级大中型水电站综合利用连通工程，进一步扩大区域供水能力，提高区域供水保障。

图7为考虑4+3+2级连通工程的水资源三次供需平衡分析后缺水量分布。分析结果表明，在特殊干旱条件下，2030年全省供水量为212.49亿m3，全省总缺水量为25.26亿m3，全省缺水率减少到10.6%。从州市层面来看，曲靖、丽江等地区有明显改善；从区县层面上看，曲靖(麒麟区、陆良县、沾益区)、丽江(玉龙县)等区县水资源保障有明显改善，昆明(城区、晋宁区、禄劝县)、文山(砚山县、丘北县、广南县)和玉溪(红塔区)还有一定程度缺水。从行业缺水结构来看，城市供水基本得到保障(特枯年份供水保障率达到90%以上)，农村供水还需进一步提高(特枯年份供水保障率在85%左右)。从缺水归因来看，文山属于工程型缺水，还有进一步挖潜的余地，可以通过继续在当地兴建蓄水工程来缓解水资源供需矛盾；昆明、玉溪属于资源型缺水问题，需要通过水系连通进行解决。

图7 考虑4+3+2级连通工程的水资源三次供需平衡分析后缺水量分布

3.3.4考虑4+3+2+1级连通工程

考虑4+3+2+1级连通工程的水资源供需平衡分析，是在考虑4+3+2级连通工程的水资源供需平衡分析的基础上，再考虑1级滇中引水连通工程，进一步扩大区域供水能力，提高区域供水保障能力。

图8为考虑4+3+2+1级连通工程的水资源三次供需平衡分析后缺水量分布。分析结果表明，在特殊干旱条件下，2030年全省供水量为225.2亿m3，全省总缺水量为12.56亿m3，全省缺水率减少到5.3%。从州市层面来看，昆明、曲靖、丽江等地区有明显改善；从区县层面上看，曲靖(麒麟区、陆良县、沾益区)、丽江(玉龙县)等区县水资源保障情况有明显改善，昆明(城区、晋宁区、禄劝县)、文山(砚山县、丘北县、广南县)和玉溪(红塔区)还有一定程度缺水。从行业缺水结构来看，城市供水基本得到保障(特枯年份供水保障率达到95%以上)，农村供水还需进一步提高(特枯年份供水保障率在85%左右)。从缺水归因来看，文山属于工程型缺水，还有进一步挖潜的余地，可以通过继续在当地兴建蓄水工程缓解水资源供需矛盾；昆明、玉溪属于资源型缺水问题，需要通过水系连通进行解决，加大滇中引水规模，同时还应控制产业需求，提高行业用水效率。

图8 考虑4+3+2+1级连通工程的水资源三次供需平衡分析后缺水量分布

4 结 论

a. 针对水系连通工程特点，提出水系连通四大级别划分方法和基于水资源配置平衡的水系连通效果“三层四级”分析思路，可以层次化分析区域水资源供需平衡状况以及水系连通工程效果，在一定层面上也符合水资源精细化管理要求。

b. 通过水资源“三层四级”供需平衡分析，发现随着云南省2030年水平年经济社会发展需水增加，由于云南高原山地特点下的水资源空间变化不均衡，导致区域缺水严重，一次供需平衡缺水率40.3%，二次供需平衡缺水率20.4%，供水安全受到严重威胁。

c. 根据水系连通工程的合理布局和供水配置，通过考虑4、3、2、1各级连通工程的3次水资源供需平衡分析，可以使缺水量减小到11.56亿m3，缺水率减小到5.3%。四大级别水系连通布局建设对于云南省供水安全保障具有重要作用。