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论析水资源综合规划配置的合理性

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关键词:水资源 综合规划 配置阶段 问题 讨论

摘要:结合福建省水资源综合规划配置阶段工作,对频率和频率曲线的组合、长系列法和典型年法的应用、长系列灌溉用水资料的计算、河道外用水的界定、灌溉用水保证程度的分析等技术问题,进行了初步探讨并提出作者的看法。

为了贯彻中央新时期治水的方针政策,落实国家实施可持续发展战略的要求,适应经济社会发展和水资源形势的变化,着力缓解水资源短缺、生态环境恶化等重大水问题,水利部和国家发展计划委员会部署开展全国水资源综合规划编制工作。我们在根据《全国水资源综合规划技术大纲与技术细则》(以下简称《技术细则》)进行全省水资源综合规划配置阶段工作中,对频率和频率曲线的组合、长系列法和典型年法的应用、长系列灌溉用水资料的计算、河道外用水的界定、灌溉用水保证程度的分析等技术问题,做初步探讨。

一、频率和频率曲线的组合

众所周知,根据水文数理统计学理论,频率和频率曲线的组合计算常采用频率组合公式法、图解法和理论分析法进行。不同水资源分区需水预测和供需平衡分析成果不能简单地按同频率相加而得。同一水资源分区各变量因同频率出现机率较大,故在数值上可以相加。正因为水文变量的地域性与差异性,水资源分区往往要从一级区一直分到四级区或五级区,供需平衡成果才能满足水资源综合规划的精度要求。但是,在区域和流域汇总时,在理论上又碰到困难。即在水资源供需平衡分析中,不同频率代表年的来水、需水、可供水量、余缺水量等水文变量有严格的频率概念,不能简单地相加。可是,同一个供水设计保证率(即相同的设计供水标准)下的各计算单元的缺水量,因是各区域需要采取供水工程措施和非工程措施解决的水量,对应的有水利工程量和工程投资,工程量与投资是没有频率概念,缺水量也可不带频率概念,是可汇总相加的。实际上不同保证率的缺水量(如有的区域灌溉保证率取P=90%,有的区域灌溉保证率取P=75%)可理解为满足规划的供水标准(供水保证率)下的缺水量,也可汇总相加。就如防洪规划一样,各地达到规划的防洪标准(有的为200年一遇,有的为50年一遇)的防洪工程量或工程投资可汇总相加成某省的总工程量和总投资。与各地发生设计洪水大多数不会同时出现一样,各区域缺水大多数也不会同一年发生。

二、长系列法和典型年法的应用

根据《技术细则》,“原则上供需分析应采用长系列调节计算”。对此,笔者的理解是:有长系列水文资料的大中型水库及多年调节水库应采用长系列法。长系列法的主要优点是:可进行多年调节,考虑了来用水年际变化,不需要来水、需水、供水是同一频率的不合理假定等。长系列法的主要缺点是:要收集大量的来用水资料,来用水计算工作量大,而对于中小型工程及引提工程,长系列资料是无法得到的,硬性地要求长系列法,其成果精度也是难以把握的。

典型年法的主要优点是资料较易取得,计算工作量较小。《技术细则》规定,“水资源供需分析计算一般采用长系列按月调节计算,无资料或资料缺乏的区域,可采用不同来水频率的典型年法进行”。设计典型年法主要缺点是假定来水、用水、供水是同频率发生,该假定在小区域范围内可近似成立,到大范围区域内来水、用水不同频率,而供水保证率是二者平衡后的成果,更是不同频率。实际典型年法只能反映某年小区域内具体情况,在大区域内,由于水文气象条件的差异较大,某个单元该年受旱严重,另一单元该年可能不缺水,有余水,也可能洪涝严重。例如:东南诸河一级区P=90%保证率选择1971年为实际典型年,我省闽东诸河二级区来水频率P=95.3%,闽江流域二级区来水频率P=78.3%,闽南诸河二级区来水频率P=73.9%。如到三级区或四级区则差异更大。因此,笔者认为,典型年的选取和汇总,不宜在较大范围内进行。

至于采用长系列法和实际典型年法能否解决或避开流域与区域汇总时碰到频率组合的难题,笔者认为也是难以做到。当然,采用长系列法和实际典型年法从五级区、四级区、三级区逐步同时段相加,可以得到二级区和一级区的来水、需水、可供水量和余缺水量成果,理论上可行,但实际应用作用不大。例如,福建省各四级区有1130年长系列资料,汇总到三级区、二级区、全省得到1130年来水、需水、可供水量、余缺水量4个系列资料,通过排频、适线,可得到福建省P=90%来水、需水、可供水量、缺水量成果,但该成果数值被合并、被均化,很难反映福建省实际缺水状况。如从资源角度出发,应用多年平均水资源量、水资源可利用量等指标反映水资源,基本上能满足水资源配置工作的要求。http://wWw.gWyoO.Com

三、长系列灌溉用水资料的计算

水库或灌区记录的长系列灌溉用水资料利用难度较大。因每年灌溉面积、作物组成、渠系运行状况、水库或灌区管理调度等不定因素影响,缺乏一致性,故长系列实际灌溉用水资料不但不能直接利用,而且还原也很难。福建省在规划设计中长系列灌溉用水资料用以下3种方法推求:

a)根据常规气象资料(气温、空气湿度、气压、风速和实际日照时数)及推算地点的海拔高度、纬度,用彭曼公式推算参考作物需水量。根据作物生长期及相应降水,采用逐时段田间水量平衡法求出补水灌溉量。即单项灌水定额,用作物组成(复种指数)加权平均得灌溉定额,乘以规划灌溉面积即得长系列用水资料。

b)只计算50%、75%、90%、95%典型年灌溉定额,把这4个数据点绘在频率格纸。通过4个点绘得灌溉定额经验频率线(灌溉用水量频率曲线也可采用P一Ⅲ曲线),在线上按降雨频率查得各年灌溉定额,灌溉用水年内分配移用邻近典型年年内分配,由此得长系列用水资料。

C)采用枯水年分析灌溉定额。分析连续枯水年、枯水年和枯水年前1~2年灌溉定额,如水库调节性能为年调节及季调节以下水库,可只计算枯水年灌溉定额。如水库为多年调节,除计算各枯水年灌溉定额外,还要计算枯水年前一年灌溉定额,其他年份同b)法。福建省有连续枯水两年(P=90%年前一年为P=85%的破坏程度比P=95%年前一年为P=10%为大),连续3年枯水年较少,选择可能破坏年份及前1—2年计算灌溉定额,其他年可用频率线查,不影响成果。福建省东张水库、东圳水库、山美水库等大型灌溉水库曾按a)法计算,精度是高,但工作量太大,难以普及。b)法工作量小,但精度较差,假定降水用水同频率不合理。c)法工作量比a)法少很多,且精度与a)法不相上下,因丰平水年来水量较多,灌溉定额有误差,不影响水量平衡成果。因此,我恕一般推荐用c)法。

四、河道外用水的界定

福建省的福州和泉州市、漳州市,分别引闽江和晋江、九龙江水对市区内河进行冲污,该部分生态环境用水有人认为是河道内用水,笔者认为是河道外用水。理由是:引水冲污用水与绿化、清洁等生态环境用水一样,也是一个用水户,引进是干净水,回归河道是污水,类似工厂冷却水,引进是冷的干净水,回归河道是热污染的水,虽然水量没有消耗,但水质变了,而航运、保持河道最小生态基流、发电用水等河道内用水,不但没有改变水量,也没有改变水质。

五、灌溉用水保证程度的分析

目前水资源系统多为多目标多用户系统,工业生活用水保证率为95%,灌溉用水中,提水的为75%,引水的为80%~90%。不同用水保证率如何计算不同频率的用水量,以某供水区为例,供水保证率为95%,灌溉保证率为90%,那么在19=90%年份,供水用水、灌溉用水均应保证,那么在P=95%年份,供水要保证,灌溉用水该用多少。福建省对此问题有几种作法:①以该年灌溉需水量的60%~90%给水,这种作法人为因素任意性大。②在P=95%年份以P=90%年份灌溉用水给水,可是P=95%年份的来水已比P=90%年份少,灌溉用水怎么能按P=90%年份给水,应比P=90%年份用水还要少。③按19=90%平衡,供水灌溉均要保证,在P=95%年份仍要按供水灌溉要求进行平衡计算。在满足供水要求条件下,余下的供灌溉用水,灌溉用水该削减多少就削减多少。从用水保证率出发,可能第三种用法较合理。

如从评价缺水角度考虑,目前采用的根据缺水率做评价的方法较合理(缺水率=缺水量/需水量)。但以缺水率<5%为不缺水,缺水率5%~10%为轻微缺水,缺水率10%~20%为轻度缺水,缺水率20%30%为中度缺水,缺水率>30%为严重缺水,值得商讨。因为某一区域总需水量中有生活需水、生态需水、生产需水,生产需水中又有工业需水、牲畜需水、农业需水,其需水组成不同,保证率不同,评价指标也应不同。各地区评价干旱指标中农业干旱、社会经济干旱评价方法,拟定农业缺水率、工业缺水率、生活缺水率、生态缺水率4个指标,一起评价缺水程度。

如从规划水资源配置工程角度考虑,也以上述某供水区为例,在某水平年内,在P=90%年份,供水用水、灌溉用水均应保证。如缺水,要有相应的水资源配置措施,使其不缺水;在P=95%年份,供水用水要保证,灌溉用水因超过其保证率,允许破坏,可根据水资源供需平衡成果,反算灌溉用水缺水率,估计缺水对农业的影响;如某供水区内,农业用水很少,P=95%年份,灌溉用水全破坏后,供水仍缺水,则也要有相应的水资源配置措施。使其不缺水;在P=95%以上的特枯年份,应按生活、生态、工业、农业用水次序供水,各类用水均允许破坏,但要尽量保生活用水,并反算各类用水缺水率,估计缺水对国计民生的影响。

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