鄱阳湖地区水资源与水资源问题分析

鄱阳湖地区水资源与水资源问题分析

我国水资源时空分配不均与现阶段社会发展需求之间的突出矛盾，决定加强水资源保护，增加有效水资源供应。这是解决当前水资源保护不足问题的重要途径。即使是传统湿润地区,例如鄱阳湖地区,年均降水量为1570mm,但受季风影响,降水季节分配不均。其中汛期4—9月降水占70%以上,集中降水形成的径流多以洪水形式出现,不仅造成洪涝灾害,也不利于水资源利用;而非汛期降水偏少,地表径流难以满足社会生产和居民生活用水需求。通过相关水利工程和非工程措施,使水资源在空间和时间上合理地再分配,来满足不同地区和季节的需要,是目前实现“开源”的重要策略之一,这其中洪水资源是最有潜力可挖的水资源。如何安全有效地调蓄洪水,弥补干旱和枯季水资源的不足,是现阶段洪水资源开发利用的重要任务,统称为洪水资源利用。也就是围绕着如何将部分有危害性和不易利用的突发性洪水,转化为安全和持续可靠的水资源,或者是为生态环境服务的水资源。本文将针对鄱阳湖地区的水文特性和近期干旱问题,从防洪与抗旱统筹的角度,提出加强洪水资源利用的主要途径与措施,以缓解该地区汛期大量洪水排弃与枯季干旱缺水的尴尬局面。1湖口水位下降,洪水情况恶化鄱阳湖是我国最大的淡水湖,位于江西省北部,长江以南,它汇集赣江、抚河、信江、饶河、修河五大河流来水,为吞吐型湖泊,汛期蓄水,枯水期吐水,不仅对赣江等五河洪水具有较大的调蓄作用(100亿m3左右),且是补给湖口以下长江干流的主要水源之一。整个水系汇流面积为16.22万km2,年均径流量为1436亿m3,约占同期大通流量的15.5%。鄱阳湖区呈葫芦状,湖底平坦。每当洪水季节,水位升高,湖面宽阔,在湖口水位达22.59m的实测最高值时(吴淞基面),湖水面积最大能达到4070km2,容积320亿m3;枯水季节,水位下降,洲滩出露,湖水归槽,当湖口水位为5.9m的实测最低值时,湖水面积仅146km2,容积4.5亿m3。洪、枯水位的水面积和容积相差达27倍和71倍之多,因此有“高水是湖、低水是河”和“洪水一片、枯水一线”的自然地理特征。该地区暴雨主要发生在4—9月,以6月和7月最多。湖水位涨落受五河和长江来水双重影响,4—6月为五河主汛期,水位一般不高;7—9月五河来水减小,湖水位受长江洪水顶托或倒灌影响而壅高;9月份后湖水随长江水位下降而开始外泄,湖区水位降低。鄱阳湖水位年变幅最大达8.91~14.04m,为大湖泊水位变化中所罕见,这也是沿湖居民长期面临“水多成患,水少则忧”不利局面的直接起因,每年都有轻重不同的水旱灾害发生。汛期洪水满溢,渍涝严重,而到了枯水季节沿湖水荒严重,航运阻塞。尤其是近年来受全球气候变化影响,汛期降水呈增加趋势,而非汛期降水减少,干旱频次趋于增加。例如在2007年秋、冬季,鄱阳湖发生了约50年一遇的干旱灾害,至12月中旬湖区竟然只剩下面积不足50km2的水域,保有水量仅1亿多m3,这是有记载以来鄱阳湖最小的面积。干旱缺水不仅影响了生活用水,而且导致农业减收,渔业减产,船只搁浅事件也时常发生。此外,因旱所致的水环境恶化和水生态系统退化问题更为严重,由于湿地锐减、湖区洲滩提前干涸、土壤板结、底栖水生动物减少,造成候鸟觅食困难、数量减少。随着湖区经济发展和生活水平提高,人们在防洪安全得到基本保障的同时,还要求干旱季节的用水也能得到保障,同时也意识到良好的生态环境是鄱阳湖地区经济发展的重要基础,也是实现人与水及自然全面和谐的前提条件。此外,考虑三峡工程建成运行后,汛末10月份水库蓄水减泄,引起湖口水位下降,加速湖水外泄进程,导致湖区枯水期提前、枯水位降低,从而加剧湖区枯水季节干旱缺水问题。因此,如何在保障防洪安全的前提下,适度调控湖区水位年内变幅,避免出现极端水旱条件和生态环境恶化现象,已成为目前亟需解决的一个重要任务。2洪水资源潜力的估计2.1洪水资源潜力及剩余径流以鄱阳湖水系主要控制性水文站1961~2000年期间的流量观测数据为依据,采用综合估算方法,对鄱阳湖及其主要子流域理论上的洪水资源利用潜力进行了初步估算。所考虑的计算条件为:(1)考虑到汛期与非汛期并没有明确的界限,而且非汛期产生的洪水更利于安全利用,因此将汛期与非汛期的洪水一并考虑;(2)当某时段内区域流出水量超过该时段的多年平均径流量的η倍系数时,才考虑将超过的水量计为有利用潜力的洪水资源量,见式(1),以避免少水年份过量取水,而破坏湖泊内洪水的自然脉动性,这里η分别取60%,70%和80%,以做对比;(3)河道剩余径流量以不低于河道最小生态基流作为下限,并考虑1.5的安全裕度。Qf(t)={Q(t)-ηׯQ(t)‚Q(t)＞ηׯQ(t)Q(t)-1.5Qemin‚ηׯQ(t)＜1.5Qemin0‚Q(t)＜1.5Qemin(1)式中:Qf(t)为理论上的洪水资源潜力;Q(t)为某时段河道观测流量;¯Q(t)为该时段多年平均流量;Qemin为控制断面的最小生态基流,采用Tennant方法求得。按照上述条件,以旬为时间步长来计算每年的可利用洪水资源量。以1995年为例(见图1),当每旬的径流量大于该旬的多年平均流量的80%,且大于生态基流的1.5倍时,才考虑将多余的径流量计为有利用潜力的洪水资源,如图1中的竖线阴影部分所示。2.2年径流总量以湖口站观测的出境流量为依据,表1统计了整个鄱阳湖流域理论上的洪水资源利用潜力。当η=80%时,鄱阳湖流域多年平均洪水资源潜力接近486亿m3/a(其中汛期332亿m3/a,非汛期154亿m3/a),占年径流总量的32.1%。相对于η取70%和60%的方案而言,η取80%的方案能够维持汛期湖泊的洪水脉动性,其中在丰水年份,洪水量大且往往超过多年平均值,洪水资源潜力就大,而在枯水年份,洪水量小,相应计算的洪水资源潜力就小。表1还统计了鄱阳湖主要支流赣江、抚河、信江、昌江、乐安江的洪水资源潜力。其中赣江洪水资源潜力最大,为225亿m3/a(η=80%时,其中汛期160亿m3/a,非汛期65亿m3/a)。可以看出,理论上鄱阳湖流域洪水资源潜力是相当巨大的,即使是在非汛期,湖口外流水量中也有154亿m3/a(η=80%时)的水资源量是可以利用的。3合理科学规划,依法管理,解决人水关系“做什么”的问题结合国内已开展的洪水资源利用实践,鄱阳湖流域可以采取的洪水资源利用工程和非工程措施如图2所示。其中工程措施可分为三类:一是布设在流域面上的截留工程(面式措施),就地减少和延缓暴雨形成的径流,蓄水防旱,包括为维护生态环境的山地水土保持措施、为农业灌溉服务的农田洼地截留措施;二是河流渠道的引泄工程措施(线式措施),主要是通过对进入河道的洪水采用引泄方式来分流泄洪;三是湖泊湿地及水库的蓄滞工程(点式措施),应该从生态友好、人水和谐的角度,为难以消化的量大峰高的洪水,提供更多活动空间,包括天然湖泊和湿地的有序安全蓄水措施,在保障防洪安全的前提下,尽可能维系和营造良好的湖泊生态环境。非工程措施是指在现有工程基础上,一方面通过合理调度,适度地拦蓄洪水资源,延长其在流域内的滞留时间,满足不同季节经济社会及生态环境的需水要求;另一方面通过科学规划,因地制宜地制定与当地水资源特点相适应的土地利用策略和经济发展规划,从可持续发展角度调整或避免今后人与水不协调关系的出现,从根本上促进人水和谐共处。此外,建立有效的社会保障体制,是均衡洪水资源利用效益和社会安定协调发展的关键环节,包括洪水风险管理体制、保险补偿制度、应急救灾机制等非工程措施。以前对建立社会保障体制的重要性认识不够,不仅公众对提高洪水资源利用而承担的风险不理解,而且公众也没有从中分享效益,因此对洪水资源利用存在抵触甚至反对的心理。从鄱阳湖流域当前水利建设与开发现状来看,现阶段可以重点采取以下措施。(1)继续加大赣江和抚河等支流水库建设,提高洪水控制硬件能力。该地区现有蓄滞洪水能力,相对于国内其它流域而言是比较低的,以赣江为例,已建水库总调节库容约80亿m3,约为年径流量的5.3%,不到全国平均水平的1/3,因此继续兴建一些调节能力强的大中型水库是必要的。(2)进一步做好大中型水库科学调度,挖掘水库防洪调度与兴利的潜力,这是目前阶段比较切实可行的非工程措施之一,这其中包括:一是搞好大中型的水库加固除险,并依据多年调度经验,改一级汛限为多级汛限水位控制,或实施汛末提前蓄水;二是利用现代预报技术,如卫星云图、雷达测雨、水情遥测以及气象水文预报模型等手段,实现汛限水位动态控制,如“预蓄预泄”等方式;三是建立健全风险管理、补偿和保障机制,协调洪水资源利用效益与风险,并科学设计和制定水库洪水资源利用管理条例,逐步实现对洪水资源的依法科学管理和调度。针对鄱阳湖区非涝即旱的尴尬局面,以及近期因干旱导致的生态环境问题,现阶段要适当转变“重防洪轻抗旱”观念,变被动“抗”向主动“防”旱,将防汛与防旱统筹考虑,适度拦蓄洪水以应对干旱问题,这对维系湖区生态环境和促进人水和谐,意义重大。因此,近期更应重点考虑结合鄱阳湖综合治理,利用湖区天然调蓄空间,对洪水进行调控,继而整合上游水库与鄱阳湖之间的蓄洪调峰条件,进行联合调度以实现对洪水的有效管理,提高洪水资源利用效率。从前面的洪水资源潜力估算结果来看,即使在汛后鄱阳湖都有154亿m3的弃水外流。如果在湖口设置控水工程,只需要做到延缓汛后湖水外泄进程,也就是说将154亿m3弃水适当加以约束,不至于快速外流,就可以极大地缓解枯季湖区及周边的干旱缺水和生态环境恶化问题。因此,在湖口设置一定的控水工程措施,是十分必要的。4海洋入口控水工程的概念设计4.1湖口控水工程在湖口设置控水工程,不仅为科学调节湖区水位变幅、减少水旱灾害奠定基础,也为有效利用洪水资源创造条件,同时也是维系湖泊生态健康的迫切需求。但与在上游兴建水库等措施相比,该措施还不为公众所接受,争议也比较多,主要担忧有两个:一是工程有可能干扰鄱阳湖与长江干流之间的水力联系,影响汛期防洪安全;二是可能会破坏湖区水生态与环境系统,影响江湖之间的连贯性,不利于鱼类洄游。因此,如果想在湖口设置一定的控制工程,应谨慎对待。湖口控水工程必须遵循以下原则:(1)不能对湖区水生态与环境系统造成大的影响;(2)有足够排泄和调控能力,既能控制湖水向外排泄,又能顺畅地纳入江水;(3)不能割断江湖之间的水流连续性,也不能破坏河流与湖泊的贯通性和脉动性;(4)能允许鱼类自由迁徙洄游,且不影响或有利于航运;(5)还要有利于防洪和防旱的统筹安排;(6)有助于该地区水生态旅游和水文的发展。4.2防风固沙工程控水工程设计和建设一定要遵循江湖自然规律,这是工程成败的关键。早在2300年前的都江堰工程(见图3),就很好地做到了师法于自然,既充分利用河流地势,筑分水鱼嘴、沙石堰、开凿引水渠,巧妙处理分水、分沙和防洪、灌溉等问题。还有荷兰鹿特丹附近入海河道的防潮屏障(见图4),设计成为两扇可以移动的浮动弧门,平时停靠在岸上,不影响河流和海运,只有当风暴潮到来之时,才启用滑动到河道上,抵御因风暴形成的高位潮水。再例如英国伦敦泰晤士河上的防潮屏障,采用U型闸,见图5,平时潜伏河底,不影响河流也无碍航运,也只有在高海潮到来时,才启用一下。可以看出,这些工程都是在充分地掌握水流自然规律之后,通过巧妙构思和设计,发挥作用的同时又避免对河流干扰和破坏,较筑坝方式要好得多,很值得借鉴学习。在鄱阳湖口处建闸对于科学调控出入水流、增强防洪调蓄能力、提高洪水资源利用和改善湖区非涝即旱的不利局面都是非常必要的。但关键在于建什么样的闸,实施怎样的运行调度方式,而不违背上述基本原则,这是关系工程成败的重要因素。4.3交通发展现状考虑到鄱阳湖洪水资源利用和生态环境保护的需要,本文提出了一个“仿都江堰式生态水利工程”概念设计方案。该方案比较谨慎,只是为了适度拦蓄汛末洪水外泄、控制湖区水位平缓变化、提高枯水位、增加枯季湖盆水量,以避免出现对生态环境或经济发展不利的极端水文情况,同时也为了促进当地生态旅游和文化交通发展。工程位于屏峰山附近的鄱阳湖出口处,采用类似于都江堰的内外江形式,外江行洪、内江行船(见图6)。外江由潜伏式U型活动闸(或橡胶堰)组成,U型水闸(或橡胶堰)只在汛末启用,拦蓄洪水抬高湖水位,保证湖区灌溉和供水,汛期则根据江湖水位关系,或潜伏于底或半开半启,在安全行洪的原则下,适当调控长江干流与湖区洪水之间的关系,避免出现相互顶托现象。内江由活动鱼嘴和多级平底斜面橡胶堰组成,一则通过活动鱼嘴,调节下泄宽度、控制下泄流量;二则通过多级橡胶堰调节上下游水位差,保持平缓水流自堰坡流下,以保证枯水期水流连续性,便于行船和鱼类洄游。由一个白鳍豚式的鱼形岛将内、外江分开,该鱼形岛可以利用主体工程施工开挖和河道疏浚弃料来填筑,高程在12~23m之间,从鱼尾向鱼头处逐渐抬升,四周采用桩和灌笼做好护岸防护,并形成错落有致的台阶式亲水平台。在低水位时鱼身全部显现,高水位时仅鱼头出露。在此鱼形岛上,可以设置工程调度控制中心,也备有旅游产业发展空间。4.4仿东南角的湖控工程的工程效益分析游中琼对湖口建闸控制后的防洪作用与影响进行了初步探讨,认为湖控工程建成后对防洪有利有弊,对长江干流和鄱阳湖区各自的防洪作用及影响,主要取决于工程的调度运行方式。胡广熙也曾建议在湖口处建开敞式U型闸蓄水,并强调建闸后对该地区的水资源开发利用、水力发电、改善航行条件、增加水产、消灭钉螺、提高沿湖土地利用和发展旅游等方面均具有显著的工程效益。采取本文提出的仿都江堰式的湖控工程方案,汛期闸口全部敞开,因此不会增加鄱阳湖区防洪压力,也不会影响长江干流防洪安全,对泥沙冲淤影响也较小。初步考虑,工程只在每年汛末启用,此时五河及长江主汛期已过,江湖水位较低,因此工程运用的风险较小。即使是这样,根据洪水资源潜力估算结果,按照鄱阳湖现