南水北调对长江流域水资源承载力的影响及水资源优化配置方法.docx

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南水北调对长江流域水资源承载力的影响及水资源优化配置方法

南水北调对长江流域水资源承载力的影响及水资源

优化配置方法

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3水力发电学报2021年长江流域水资源总量为9616亿m,占全国水资源总量的34血水资源利用率为208肌从多年平均降水深

来看，长江流域超过世界平均水平,是世界平均降水深的128倍,是全国平均水平的164倍;从人均水资源量和亩均水量来看，长江流域为全国平均值的108%和238%;从径流系数来看,长江流域达到05,峰枯流量比也比较小，说明地表水量比较丰富、河系比较发达、土壤饱和度和空气湿度都较高，水分蒸发较小。

另一方面，长江流域湖泊总面积约*****krn接近全国湖泊总而积的15,湖泊蓄水量约1000亿m,约占全国湖泊蓄水量的一半。

所以仅从天然水资源量来看，长江流域水资源是比较丰富的;只是由于人口多，人均水资源量只能达到世界平均水平的14o从污径比来看，长江仅为黄河的52%、海河的22%,长江流域水质在总体上也是比较好的。

但这并不是因为排放的废污水量少，而主要是因为长江流域径流量大。

从水质状态来看，长江干流临近城市的若干江段、一些支流和湖泊污染己很严重。

2021年长江流域总人口约为42亿，总用水量17278亿g耗水量8252亿g耗水率478%,回水量9026亿m,入海水量95999亿3m废污水排放量243亿匸污径比0026（没有考虑农业的而源污染）;如果考虑14%的污水处理率，污径比为0022o统计当年长江流域人均综合用水量410m,万元GDP用水量550m,农田灌溉亩均用水量489m,万元工业产值（当年价）用水量109m。

研究表明，当区域水资源的利用率满足下式时,就可以保证流域经济和环境状况在理想的水资源状态下健康的可持续发展：

k!

;二85%;!

20%

中:

k为节水系数，为人口自然增长率，为污废水处理率，为污径比;!

为水资源利用率。

上式给出的是一种充分条件:

节水率大于人口自然增长率,可以保证用水量不增加;污径比小于10%,基木可保证污染不大于河流的自净能力;水资源利用率小于20%,不仅可以保证全流域生态和环境用水，也可保证必要的入海流量使河口的生态环境实现可持续发展。

目前，长江流域还很难达到

（2）式的要求。

一般而言,特定流域的水资源总量和水体自净能力是比较稳定的。

由于以前对于水资源持续利用认识不足，随着人口的增加，用水量也增加，尤其是污水排放没有得到控制,大部分流域都己超过

（1）式的要求。

所以我国水资源和水环境承载力的最低要求，是在保证生态和环境用水条件下以供定需#，在发展经济的同时使水环境条件不再进一步恶化。

对于水资源利用率超过30%的流域，水资源承载力的下限是：

!

的增量现在值

（1）式与

（2）式之间的变动区域就是实现水资源可持续发展,可以利用的弹性空间。

目前，长江流域的水资源利用状况基本可以满足当地经济及生态环境的良性发展，但是部分地区的水资源状况不容乐观,有些区域甚至己经超过了公式

（2）所要求的条件。

如果流域水资源状况继续恶化，影响将更加严重。

3好—好**

（1）

（2）

2调水对长江流域水资源承载力的影响分析

南水北调工程完工后，设计调水量到2030年将达到680亿mo近年来的资料分析3表明，长江流域总供水

3量平均以略高于1%的年增幅满足了长江流域近年来经济社会发展速度需要。

如果长江流域人口按07%增长，到2030年，人口将达到514亿，用水量如果按每年2%增加，长江流域用水量将达到2300亿m,水资源利用率将

达到278%o如果考虑南水北调的680亿rn,水资源利用率将达到29%。

如果废污水量也按2%增加，到2030

3年，废污水量将达到324亿t,污径比将达到0035;如果考虑外调的680亿m水，污径比达到0.037o这样长江流

域部分地区的水资源承载力将不能满足公式

（2）,由于流域的水资源承载能力受到了一定程度减弱，当地的经济、环境的可持续发展将会受到威胁。

21水资源承载力弹性空间的受力分析

水环境承载状态分析可以水环境的承载受力分析作为切入点。

以水环境的自然构成要素为承载媒体（主体），以人类活动为主体的干扰水环境要素的外界为承载对象（客体），对水环境的承载受力和平衡分析见图lo

一般情况下,水资源的承载力受多种因子的影响，若各影响因子设为x2,x2%xm。

则水资源承载支持力CCS（CarryingCapabilitySupport）可用公式表示为：

CCS=fs（xl,x2,%%%Ixm）

.3⑶

第3期严军等:

南水北调对长江流域水资源承载力的影响及水资源优化配置方法107其中fs为各因子的影响函数。

影响因子xl,x2,%,xm的值分别为Sl,S2,%tSm,<

个影响因子的权重为Wi,则承载指数CSI（lndex）为：

CSI=i=lmSWii（4）

水环境承载支持力的大小与CSI的大小相一致。

水环境所承受的压力同样也受多种影响因素，设影

响因子为yl,y2,%,yno流域水资源所受的外界的压力

P就是外界对水环境造成破坏的影响因素。

水环境承载

压力的大小CCP可用公式表示为：

CCP=fp（yl,y2,ft,yn）（5）

fp为各因子的影响函数，同样用分值法表示承载压力的

大小。

设影响因子yl,y2,%,yn的分值分别为P1.P2,%,

Pn,每个因子的权重为Wi,则压力指数CPI为：

CPI二

CPI越大，表示外界对水环境的压力影响越大。

对水资源影响因素的分析表明,要实现区域水资源的可持续利用,该区域水资源所承载的压力与水资源的承载力必须维持在弹性区间以上。

22影响因子的变化特点与控制方法

目前长江流域水资源承载力维持在弹性区间内，可以满足长江流域的持续发展所需要的环境条件。

在南水

3北调工程建成以后，年调水量达680亿g对长江流域的环境压力及环境承载力各因子的影响是很明显的。

南

水北调工程改变了自然水环境的分布，向外流域调水使长江水资源的压力因子的影响增大，支持力因子的影响减小，调水以后长江流域的水资源总承载力会减弱。

随着区域经济的发展、人口的增长,需水量逐年增加，区域经济规模不断扩大，会使污废水排放量进一步扩大;如果得不到及时有效地治理,排入江河的污废水量将逐年增加。

南水北调取水会使江河水体的自净能力降低、水质下降,这将使流域内的水环境承载力进一步减弱，进而带来一系列环境生态问题;同时也将导致用水成本与处理水成本的相应增加。

南水北调方案调水量初步规划为680亿g约为长江多年平均入海水量的68%或枯水年径流量的89%o从总量上讲，调水的影响有限;但是在枯水期或干旱年调水，要设法减少其对长江流域的不利影响。

对各路线方案调水后可能产生的不利影响，应采取必要的补救措施。

工程建设前及建设期内，很多不利因素表现不明显，但在调水工程投入使用时，各种不利情况就可能会相继暴露。

南水北调属超大型工程，一旦其负效应表现出来，处理可能相当困难。

这就需要有准确、有效的预测分析，因此充分做好工程可行性研究，是避免工程建成后出现不利影响的保证。

长江流域水量丰沛、水质相对良好,但是开发不当也会导致水质性缺水。

南水北调工程分三线向北方调水，最终调水量将超过黄河的常年径流量。

目前长江流域每年绝对实际消耗的水量约为825亿g南水北调三线的

3调水量，不会停留在680亿m,最终将超过长江流域的全部水消耗量。

如此大的调水量会对长江流域生态环境

产生不利影响，甚至会影响长江的自然河流生态系统。

所以南水北调工程一定要辅以相应的补偿工程，采取有效措施减弱这些不利因素的影响。

3南水北调工程建成以后，长江的入海流量也将受到影响,仅东线计划规划的取水量为1000mSo东线取水口

位于长江下游南京~上海间的经济发达地区，距离河口也不太远。

实行南水北调之后，长江径流量减少,特别是

3枯水季流量的减少，会改变下游河道与河口的水情。

枯水季节长江的径流量约为6000ms,仅东线取水量就占长

江流量的26%,如果此时中上游的西、中两线再调水，到达下游的水量尚不足5000mSo这样，长江流域的入海流量必然减少，这又将有可能引起盐水内侵的范围扩大。

长江河口目前己经出现海水倒灌现象由于江水的含氯度不太高，历时又较短，影响较轻。

若在一些特干旱年,南水北调会使入海流量明显减小，导致长江入海口处江水含;.,333i-lm图2水环境承载力分析Fig.2Analysisofthewaterresourcesloadcapacityequilibriu

mPWii（6）

108

环境将会受到较大的影响水力发电学报2021年。

因此，必须建立良好的调控机制，对长江水量进行准确的实时监控，调水量根据监测数据及时调整，避免在来水量少的期间进行大规模的调水,尤其是在一些特别干旱年和枯水期。

3减小调水不利影响的初步措施和建议

水域特定的系统构成及特性决定了外界输入反馈机制的功能，也决定了对输入通量转换以及输送的方式和途径,这是认识水环境承载力影响因子改变的基础。

承载因素的影响因子很多，其结构的时空变化性较强，而且因子间的关系也很复杂。

研究长江流域的水资源承载力各个要素之间的联系、分析水域承载力构成的时域差异、从宏观上认识长江流域水环境演化的特性,是研究长江流域水资源承载力变化的基础和前提。

南水北调必然影响长江流域的水资源承载力,实现长江流域水资源的可持续利用，可采取如下措施，尽量减小调水对水资源承载力不利影响：

1•建立流域综合管理系统。

把流域内的地理环境、生态环境、自然资源和社会经济作为相互作用的统一体，通过制定长江流域规划，将持续充足和优质的水资源纳入到流域的开发治理的总体框架中。

通过协调社会、经济、环境之间的关系，维护健康的流域水文环境，发挥流域功能，实现流域经济发展与流域水资源承载力（包括调出的水量）相协调。

2•控制污染物总量，沿江排污不超标或零排污。

经济开发使长江流域污水排放总量愈来愈多,水资源的持续开发利用与南水北调的大规模调水，使长江流域入海径流量逐渐降低，水体纳污能力下降，而排入的污水和污染物质却呈上升趋势。

因此，必须制定严格的污染物排放标准，完善排污管理系统，合理确定水体纳污能力，加强立法和监督的报告,制定相关管理条例,控制水体污染，以完善的管理体制管理长江。

另外.开发研究新的水资源处理技术，鼓励使用中水等，也是提高流域水资源承载力的途径之一。

3•加强信息系统建设。

信息系统是水环境保护管理的决策依据。

目前,我国水环境保护管理相关信息不全，监测站点和频次不足,不能满足工作需要，应该加大资金投入，加强信息系统建设、管理与交流，健全信息系统。

许多部门特别是环保和水利部门之间,监测断面重复，数据不统一，不利于信息系统建设。

必须协调各部门之间的关系，实现信息资源的充分共享。

4•调整工程运行方案。

采用流域内工程运行方案调整，对长江流域的河道流量进行调控。

长江流域己建成

33了大中小型水库4万多座，总库容1222亿rn,其中大型水库152座,总库容1195亿m,调节能力相当可观。

为避

免长江下游出现水荒，中上游的各型水库应该加大对长江水流量的调节力度。

各个库区可以在丰水期提高蓄水量，枯水期减小水库蓄水量。

调整长江河道丰水期与枯水期的流量差值，平衡各个时期流域水资源的承载力,特别是提高枯水期的流域承载力。

4水资源优化配置方法

南水北调工程过程中，可采用以下三大类方法进行水资源优化配置。

41节水灌溉

滴灌技术通过塑料管道系统与滴头将水直接输送到作物根部附近，然后渗入土壤并浸润作物根系区域。

它分为地下滴灌和地表滴灌。

地下滴灌技术通过埋在地下的灌溉系统将灌溉水直接供给作物根部,地表及作物叶而均保持干燥，有效地降低了地表蒸发量，减少了在高湿条件下病虫害的发生，作物棵间蒸发己减至最小，湿润层土壤含水率均低于饱和含水率,基木没有深层渗漏。

地下滴灌的用水只占普通地表用水量的50%~70%,由于供水时不会形成地表水，供水稳定、土壤升温快、通气性好;水、月巴、热、气协调，有利于作物对水分和肥料吸收。

地表滴灌的方法很多，采用波涌灌溉时先用较大流量把水推进一段距离，暂停灌水,间隔一定时间之后再次放水，如此断断续续,使水流呈波涌状推进。

这种灌水方法水流推进速度快，土壤孔隙会自动关闭,在土壤表层形成一个薄封闭层,大大减小深层渗漏。

地面浸润灌溉灌水作业时由土壤借助毛管吸力自动地从一个含水层吸水，当土壤达到一定饱和度时，吸力变小,系统自动停止供水。

负压差灌溉时将多孔管埋入地下，依靠管中水与周围土壤产生的负压差进行自动灌溉,整个系统能适应管四周土壤的干湿状况启动调节水量，管理方便。

膜上灌则通过调整膜畦首尾的渗水孔数及孔的大小来调整畦（沟）首尾的灌水量,获得较普通地面灌溉方法相对高的灌水均匀度，实现节水、增产之目的。

42中水回用，

第3期严军等:

南水北调对长江流域水资源承载力的影响及水资源优化配置方法109对水质要求不高的环节中，达到节水的目的。

如先将清水作为冷却水用，然后送入水处理站经软化后作锅炉供水用;城市污水集中处理后用于市政用水与某些工业生产用水等。

生活污水经过处理、达到使用标准后为生活中水，可用于冲厕、绿化、景观、喷洒路面以及冷却水的补充等。

中水水质应达到生活杂用水水质标准（。

一般可按下列顺序选用杂排水作为中水源:

A、冷却水.B、淋浴排水,C、盥洗排水,D、洗衣排水,E、厨房排水,F、厕所排水。

当以优质杂排水和杂排水作为中水水源时,可采用以物化处理为主的工艺流程，或采用生物处理和物化处理的工艺流程。

当利用生活污水作为中水水源时，可采用二段生物处理,或生物处理与物化处理相结合的处理工艺流程。

长江中、下游许多大中型城市都开始启用中水回用计划,用各种物理、化学、生物手段对工业排出废水进行不同深度的处理,达到不同要求的水质，分别回用到相应不同的系统中去，节约水资源，减少环境污染。

43污染防治

1•多渠道、多方位筹集资金。

将水污染和环境的治理列为重点项目,国家大幅度增加投资，保护水质。

制定信贷、税收等相关优惠政策,甚至可采取从国外贷款的办法，加大投资力度以解决资金短缺问题。

制定合理的水价,收取相应的资源费和污染费，用于污染的集中治理、污染消减技术的研究开发,对新的有利于环境的投资项目进行补贴、政策保护等。

按照谁污染、谁付费;谁破坏、谁补偿#的原则，造成污染的企业和单位负责治理并承担全部治理费用。

对水资源产生严重污染而使水质下降、水域功能遭到破坏的企业，还应交水资源污染补偿费,用于开展水资源的功能恢复、协调污染河上下游之间的关系、形成水资源的良性循环等水源保护工作。

鼓励私人对沿江污水治理进行投资和运营，提出相关的鼓励和优惠政策,进一步拓宽治污资金通道。

2•健全法律、法规。

对沿岸工业产业结构进行调整,合理布控耗水量大、排污量大的企业。

修改水法（，坚持水质、水量统一管理的体系。

要限制排污口、排污量，超过的要罚款,必要时关闭污染严重的企业，严重的要追究相关责任人的刑事责任。

应制定流域水质污染防治法（，各区域应尽快制定相应的地方法规，建立强有力的激励机制和约束机制。

针对有机污染和重金属污染，可以制定严格的地方排污标准，在完善法律的同时要不断完善执法力度。

3•完善长江水资源保护监控中心。

水资源保护监控中心涉及到计算机网络、数据仓库、自动控制、远程监控、决策支持等多方而的最新信息技术。

整个大系统要综合应用多方面、多层次的信息技术进行设计建设;系统建成运行后,流域的水资源保护工作将达到监测技术现代化、数据采集自动化、信息资源共享化、管理决策智能化。

这对水质污染的预防和治理非常有用。

4•加强宣传力度，提高全社会环境意识。

通过电视、网络、广播、标语等进行宣传，使人们认识到保护环境不仅是国家的事，而且关系到自身经济利益和身心健康,增强人们自觉地保护环境的意识。

强化公众的环保意识，使人们认识到，排入江河的污水治理费用是未排人江河污水治理费用的几倍或几十倍，需要一代人甚至几代人的努力。

政府为公众搭建参与环境保护的平台,制定相关法律、法规、政策时举行听证会,提高公众的参与热情，确保公众知情权的实现;还要通过公告制度、反馈制度、参与人的激励制度、参与人的补偿制度、安全保障制度、第三人诉讼制度等的建立,以及信访制度、听证制度、质询制度等的完善，不断规范公众参与的各种途径和程序,畅通公众参与的渠道。

确立污染者缴费、利用者补偿、开发者保护及收费者监督这几个方而的责权关系，充分地体现流域保护所必须遵循的市场经济法则。

5•水污染治理。

对排入河道的工业废水和生活污水进行治理，必要时把不能达标排放的工厂关闭。

对己被污染的河水及时治理，干流治理难度较大时可先治理支流。

河流环境的修复治理方法有:

曝气充氧，提高河水含氧量;增加河水内好氧微生物的活性,增强其降解污染物的能力,降低河水中的污染物浓度;对河底的污泥进行清理,防止产生二次污染等。

5结语

南水北调工程关系国计民生，对于调出区和调入区的经济、环境影响也是空前的，因此应该重视工程的正负两方而效应,减小工程的不利环境影响。

本文综合分析了南水北调工程对长江流域水资源的影响,明确了调水前后流域承载力状况的改变,指出了工程运用后流域可能要而临的一些新的环境压力。

为实现流域调水后经济、环境的可持续发展，可采用建立流域水资源综合管理系统、控制污染物总量、完善健全监测信息系统、调整工程运行方案等具体措施，充分发挥南水北调工程的积极作用，消除它的不利环境影响，将调水、节水和治污防污结合起来，以实现我国跨流域水资源的优化配置。

页）

98水力发电学报2022年挑射角很大，故水舌上表层水流挑得较高而挑射不远，在跌落时砸在主流水舌上，导致水舌水流集中，水舌纵向掺气扩散范围变小，纵向扩散不充分,从而水舌落入河床单位面积上集中能量强度相应较大,同时由于挑坎出口水舌表而挑角随流量增加而增大,若泄洪流量增大到一定值时（如s）J号泄槽出坎的水舌外缘几乎垂直挑起，不仅导致表而水舌水体跌落在水流水舌上，而且使挑射水舌有很大一部分水体落在其下游防淘墙之河道的外侧（即上游侧），其中部分水体落在护坡上，不利于岸坡稳定，从而对挑坎的基础稳定带来隐患。

3

3结论

对水布圾水利枢纽工程高水头大流量泄洪条件下，带有弯曲引水渠和斜型差动窄缝挑坎的溢洪道水力特性进行了模型试验研究。

研究结果表明:

（1）左岸（凹岸）侧和十号泄槽入口处流量要比右岸（凸岸）侧的，和）号泄槽入口处的大，约4%,这反映出溢洪道入口断而前引渠的直线段偏短这一欠缺所造成的影响,但没有对工程运行造成大的影响。

如果地形条件允许,溢洪道前的引渠要保持足够长度的直线段，这样，可最大程度的消除弯道水流所造成的影响。

（2）平而上采用阶梯窄缝挑坎的布置方案,一方面，可巧妙地控制冲淤地形，以及有效地减小电站尾水的波动;但另一方面，如果泄槽窄缝挑坎高程依次升高，出坎水舌流速依次减小，挑射水舌纵向扩散效果依次变差，水舌落入下游河床时在水而形成一条窄而长入水面积依次减小，射流单位而积上的集中能量强度依次增大，水流进入河床的冲刷破坏能力依次增大。

但限于水布域水利枢纽工程所在位置河谷狭窄，以及导流建筑物、泄水建筑物（溢洪道）以及电站尾水出口的布置又相对集中，溢洪道入口断而前引渠直线段布置上存在一定困难，采用差动窄缝挑坎的布置方案时，一定要注意对右侧挑坎处予以保护。