河流工程
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第四节 河流水资源规划

一、水资源规划概念

(一)水资源的涵义

水资源大体上包括江河、湖泊、井泉以及高山积雪、冰川等可供长期利用的水源;河川水流、沿海潮汐等所蕴藏的天然水能;江河、湖泊、海港等可供发展水运事业的天然航道以及可用来发展水产养殖事业的天然水域等。其中天然水能又专门称为水能资源,它是一种重要的廉价能源,如水力发电是一个特殊的用水部门,它利用天然水能生产电能,是发展国民经济的重要能源之一。发过电之后下泄的水量,仍可以供给其他用水部门利用。

众所周知,水是人类生活和生产劳动必不可少的重要物质。从人们认识到水是一种具有多种用途的宝贵资源起,就认真考虑水资源的正确涵义。对水资源的正确涵义存在着不同的见解,直到1997年联合国召开的水会议后,联合国教科文组织和世界气象组织共同提出了水资源的涵义:“水资源是指可资利用或有可能被利用的水源,这种水源应当有足够的数量和可用的质量,并在某一地点为满足某种用途而得以利用。”这一涵义为联合国经社理事会所采纳。作为重要资源的水必须具有可以更新补充、可供永续开发利用这样一种不同于其他矿物资源的特点。因此,作为参加水的供需关系分析中的水资源,应当主要指不断通过蒸发、降水、径流的形式参与全球水循环平衡活动的、人类可以控制、开发利用的动态水源。

关于水资源的特点,择要列举以下几点:

(1)流动性。所有的水都是流动的,大气水、地表水、地下水可以相互转化。因此,水资源难以按地区或城乡的界限硬性分割,而是应按流域、自然单元进行开发、利用和管理。

(2)多用途性。水资源是具有多种用途的自然资源,水量、水能、水体均各有用途。人们对水的利用十分广泛,主要的用水部门有:①农业(包括林、牧、副业)生产用水;②工业生产用水;③城镇居民生活用水;④水力发电用水;⑤船筏水运用水;⑥水产养殖用水;⑦生态环境保护等。

(3)公共性。许多部门都需要利用水,这就使水资源具有了公共性,它应为社会所有,共同合理使用。各单位在引水、蓄水、排水过程中会引起种种矛盾,所以《中华人民共和国水法》(1988年7月1日起施行)第十二条明确规定处理这种公共性的一般性准则是任何单位和个人引水、蓄水、排水,不得损害公共利益和他人合法利益。

(4)永续性。处在自然界水循环中的水具有可以更新补充、可供永续开发利用的特点,所以计算水资源量、水能资源量时(尤其是和别的不能永续使用的资源进行比较时),不能只看到一年内的数量。

(5)利与害的两重性。水作为重要资源给人类带来各种利益,但当水量集中得过快、过多时,又会形成洪涝灾害,给人类带来严重灾难。人类在开发利用水资源的过程中,一定要用其利、避其害。“除水害、兴水利”是我们水利工作者的光荣使命。

(二)水资源规划

水资源规划概念的形成由来已久,它是人类与水作斗争的产物,是人类在漫长的防洪、抗旱、供水等水利生产实践中形成的,随着社会经济和科学技术的不断发展而发展,其内容也不断得到充实和提高。概括来讲,“水资源规划”是以水资源利用、调配为对象,在一定流域或区域内为开发水资源、防治水患、保护生态环境、提高水资源综合利用效益而制定的在更高系统层次上的定量分析和综合集成。

水资源规划在我国是综合水利规划的重要组成部分,在江河流域或区域水利综合规划中占有基础与核心的地位,协调各类用水需要的水量科学分配、水的供需分析及解决途径、水污染的防治规划等方面的总体安排。根据水资源规划的不同范围和要求,大致分成以下几种类型。

1.流域水资源规划

流域水资源规划是以整个江河流域为对象的水资源规划,也常称为流域规划。包括大型江河流域的水资源规划和中小型河流流域的水资源规划。其研究的区域一般是按照地表水系空间地理位置划分的,以流域分水岭为研究水资源的系统边界。内容涉及国民经济发展、地区开发、自然资源与环境保护、社会福利与人民生活提高,以及其他与水资源有关的问题,研究的对策一般包括防洪、灌溉、排涝、发电、航运、供水、养殖、旅游、水环境保护、水土保持等内容。针对不同的流域规划,其规划的侧重点也有所不同。比如,黄河流域规划的重点之一是水土保持规划;淮河流域规划的重点之一是水资源保护规划;塔里木河流域规划的重点之一是生态环境保护规划。关于江河流域规划,水利部出台了《江河流域规划编制规范》(SL 201-2015),可供参考。

2.跨流域水资源规划

跨流域水资源规划是以两个及以上的流域为对象、以跨流域调水为目的的水资源规划。如为“南水北调”工程实施进行的水资源规划,为“引黄济秦”“引青济秦”工程实施进行的水资源规划。跨流域调水涉及到多个流域的社会经济发展、水资源利用和生态环境保护等问题。因此,其规划考虑的问题要比单个流域规划更广泛、更深入,需要探讨由于水资源的再分配可能对各个流域带来的社会经济影响、生态环境影响,也要探讨水资源利用的可持续性以及对子孙后代的影响及相应对策。

3.地区水资源规划

地区水资源规划是以行政区或经济区、工程影响区为对象的水资源规划。其研究的内容基本与流域水资源规划相近,其规划的重点视具体的区域和水资源功能的不同而有所侧重。比如,有些地区是洪灾多发区,水资源规划应以防洪排涝为重点;有些地区是缺水的干旱区,则水资源规划应以水资源合理配置、节水与水资源科学管理具体途径为重点。在做地区水资源规划时,既要把重点放在本地区,同时又要兼顾更大范围或流域的水资源总体规划,不能只顾当地局部利益而不顾整体利益。

4.专门水资源规划

专门水资源规划是以流域或地区某一专门任务为对象或某一行业所做的水资源规划。比如,防洪规划、水力发电规划、灌溉规划、城市供水规划、水资源保护规划、航运规划以及某一重大水利工程规划(如三峡工程规划、小浪底工程规划)等。这类规划针对性比较强,就是针对某一专门问题;但在规划时,不能仅盯住要谈论的专门问题,还要考虑对区域或流域的影响以及区域或流域水资源利用总体战略。

通过制定水资源规划,查清水资源现状,在分析评价水资源承载能力的基础上,根据经济社会可持续发展和生态环境保护对水资源的要求,提出水资源合理开发、高效利用、优化配置、全面节约、有效保护、综合治理、科学管理的总体布局和实施方案,作为一定时期内水资源开发利用与管理活动的重要依据,促进和保障城市人口、资源、环境和经济的协调发展,以水资源的可持续利用支撑经济社会的可持续发展。

二、水资源规划原则

我国水资源蕴含量,从总量来看是比较丰富的。流域面积在100km2以上的河流有5000多条,河流总长度约有42万多km,还有众多的天然湖泊。我国水资源总量为28124亿m3,其中河川径流量27115亿m3,居世界第六位。我国可通航的内河水道总里程达16万km,还有2万多km长的海岸线,有许多优良的不冻海湾可供建设海港。我国河湖可供淡水水产养殖的水面面积约有7万km2,沿海还有大面积的海岸水产养殖场可供利用。

应该指出,我国水资源总量虽较丰富,但从人均占有量来看,是不容乐观的,仅居世界第88位,按耕地亩占有量计算,约相当于世界平均数的2/3。特别是由于季风气候的影响,我国水资源具有地区、时间分配上不均匀和变率大的特点。水资源比较集中于长江、珠江及西南国际水系。它的地区分布与人口、耕地的分布不相适应。从全国范围来说,南方水多,水资源总量占全国的81%,人口占全国的54.7%,耕地只占全国的35.9%;北方(不含内陆区)水资源总量只占全国的14.4%,耕地却占全国的58.3%,人口占全国的43.2%。这种分布不相适应的情况是水资源开发利用中的一个突出问题。水资源在时间分配上的不均,常会在不同地区形成洪、涝、旱灾,给国民经济和人民生命财产带来严重损失。因此,在开发利用水资源的同时,还必须十分重视防洪与治涝问题。因此,河流水资源开发规划应遵循以下指导思想和原则。

(一)指导思想

规划的制定要全面贯彻党中央水利工作方针和水利部党组治水新思路,以水资源可持续利用保障经济社会可持续发展作为编制规划的主线,坚持兴利除害结合、开源节流治污并重,通过水资源的合理开发、高效利用、优化配置、全面节约、有效保护、综合治理和科学管理,促进人口、资源、环境和经济的协调发展。

在制定水资源规划工作中,应当坚持按自然规律办事,处理好人与自然、人与水、水与生态环境、水与社会发展的关系。为此,要在水资源规划中体现以下的基本平衡关系:

(1)水量平衡。除为适应各类用水要求要做到水的供需平衡以外,还应包括不同行业间用水的平衡,例如工业、城镇生活和农业用水间的平衡、水力发电用水和河道外用水的平衡,包括水量的合理分配和互相照顾,防止近水楼台先得月以至侵犯下游利益;社会和经济发展用水与生态环境用水的平衡,社会和经济发展用水一般带来直接的经济效益,可有偿使用,而生态环境用水一般只带来间接效益,很难有偿使用,但却涉及长远利益,其重要性越来越为人们所认识。由于社会和经济是不断前进的,并在其前进过程中其数量、结构和分布不断进行调整,科学技术水平也不断提高,从而用水效率和供水能力也不断提高,因此,水量平衡是一种动态平衡,某个阶段的平衡只能是相对的,随时间的进程需要不断进行调整。

(2)水土平衡。主要指农业有关的水问题,即水土资源的匹配效率,要通过水资源规划对水土资源的匹配率进行调整。在水少地多地区要以水定农业土地开发规模,一方面注意防止水资源不足情况下土地过度开发而导致土地的荒漠化,另一方面也要注意水资源的过度开发造成不可逆转的生态环境恶化和破坏水资源的天然恢复能力,最终会导致荒漠化的出现。

(3)水盐平衡。防止盐分在流域中不断积累,对农业灌溉要合理用水,灌排结合;防止因灌溉用水不当,只灌不排,引起地下水位上升,产生次生盐碱化。有条件的要坚持地表-地下水联合运用,加强水盐联调。

(4)水沙平衡。在多沙河流上要注意因上游河道外引水过多,导致输沙水流动力不足,使径流情势发生变化,引起下游河道淤积以致萎缩,以及利用水库加强水沙联调,保持库内冲淤平衡的水库调度方式。在水资源规划中应包括上游水土保持措施以增进减沙效果,使向河道外引水的增淤与水土保持的减沙效益保持协调。

(5)水污染与治理平衡。因水资源的开发利用而增加供水能力,带来废污水排放量的增加。水资源规划中应考虑水污染的治理并和供水工程同步实施。在社会和经济的发展过程中,排向河流及其他地表、地下水体的污染物数量不断增加,从而对污水的处理能力也要相应跟上去。因此,水污染与治理的平衡也是动态的,必须随时间的前进而不断调整。

(6)水投资来源与分配的平衡。水投资指在水资源开发、利用、治理、保护、节水措施等包括前期工作费、建设资金和运行管理费用。水投资来源于总投资,因此与总投资额的大小和水投资在总投资中所占的份额有关。在水投资使用中,则有在水资源的开发、利用、治理、保护、节水等各方面的建设投资和运行管理费用间的分配问题,以及开发项目间投资分配问题。由于社会和经济的发展,水投资来源和分配都有所变化,因而其平衡也是动态的。

(二)基本原则

水资源规划是根据国家的社会、经济、资源、环境的发展计划、战略目标和任务,依据研究区的水文水资源状况来进行工作的。它是关系国计民生、社会经济发展、生态环境保护的一件大事,在制定水资源规划时,要给予很高的重视。在力所能及的范围内,尽可能充分考虑社会经济发展、水资源充分利用、生态环境保护的协调;尽可能满足各方面的需水,以最小的投入获取最满意的社会效益、经济效益和环境效益。一般应遵守以下原则:

(1)遵守国家有关法律、规范的原则。水资源规划是对未来水利开发利用的一个指导性文件。首先应该贯彻执行有关法律、法规,如《中华人民共和国水法》《中华人民共和国水污染防治法》《中华人民共和国水土保持法》《中华人民共和国环境保护法》以及《江河流域规划编制规范》等。

(2)坚持全面规划和统筹兼顾的原则。坚持全面规划、统筹兼顾、防洪抗旱并举,给水与排水协调,标本兼治、综合治理,除害兴利结合,开源、节流、治污并重。妥善处理上下游、左右岸、干支流、城市与农村、开发与保护、建设与管理、近期与远期等各方面的关系。

(3)坚持水资源开发利用与经济社会协调发展的原则。水资源开发利用要与区域经济社会发展的目标、规模、水平和速度相适应,并适当超前。经济社会的发展要与水资源的承载能力相适应,城市发展、生产力布局、产业结构调整以及生态环境建设,都要充分考虑水资源条件。

(4)坚持水资源可持续利用的原则。统筹协调区域生活、生产和生态用水,合理配置地表水与地下水、当地水与外流域调水、传统水源与非传统水源等多种水源,对需水要求与供水可能进行合理安排。在重视水资源开发利用的同时,强化水资源的节约与保护,把节约用水放在首位,积极防治水污染,实现水资源可持续利用。

(5)坚持按社会主义市场经济规律治水的原则。要适应社会主义市场经济的要求,认真研究产权、水权、水价、水市场等问题,研究体制、机制、法律法规问题。科学制定水资源开发、利用、配置、节约、保护、治理的有关经济政策,利用经济手段调节水务活动,发挥政府宏观调控和市场机制的作用。

(6)坚持科学治水,努力实现水利现代化的原则。广泛应用先进的科学技术,努力提高规划的科技含量和创新能力。要运用现代化的技术手段、技术方法和规划思想,科学配置水资源,并用先进的信息技术和手段管理水资源,制定出具有高科技水平的现代化水资源规划。

(7)坚持因地制宜、突出重点的原则。根据各地水资源状况和经济社会条件,确定适合某一个区域实际的水资源开发利用模式。同时,要充分考虑财力状况,界定各类水务工作的优先次序,确定水务工作的重点。

三、水资源规划内容

水资源规划涉及的学科包括水文学、水资源学、社会学、经济学、环境学、管理学及水利工程经济学等多门科学,涉及国家或地区范围内一切与水有关的行政管理部门。江河流域水资源规划,应在分析流域水资源特性的基础上,结合流域社会经济发展计划,预测不同水平年流域水资源供、需水量,并进行供需分析,提出缓解主要缺水地区和城市水资源供需矛盾的途径。主要内容如下。

(一)水资源及开发利用现状评价

在以往工作的基础上,根据近年来水资源条件的变化,准确地评价水资源条件和特点,全面系统地调查评价水资源的数量、质量、可利用量的时空分布特点和演变趋势,分析现状水资源开发利用水平。

(二)提出节水、水污染防治和水资源保护的措施

在对现状水资源利用效率和水污染状况分析的基础上,评估提高水资源利用效率和节水、污水处理再利用的开发潜力,确定节水、水污染防治及污水处理再利用的目标,提出实现这些目标的节水、水污染防治及水资源保护的具体措施。

例如,黄河流域水资源规划近期(2020年)目标是基本建成水资源合理配置和高效利用体系。全面保障城乡居民用水安全,基本保障城镇、重要工业的供水安全。节水型社会建设初见成效。基本完成大中型灌区续建配套和节水改造,灌溉水利用系数由现状的0.49提高到0.56,流域节水工程灌溉面积占有效灌溉面积的75%以上;万元工业增加值取水量比现状年降低50%左右。通过灌区节水改造和配套以及新建灌区,适当增加农田有效灌溉面积,提高国家粮食安全和主要农产品供给保障能力。构建与流域社会经济发展相适应的抗旱减灾体系。搞好南水北调西线等跨流域调水的前期工作,初步建成引汉济渭工程,局部地区缺水有所缓解。合理开发水力、水运资源,充分发挥水资源综合利用效益。远期目标(2030年)是节水型社会建设大见成效,水资源利用效率接近全国先进水平,万元工业增加值用水量比2020年降低40%以上;完成大中型灌区及部分小型灌区的节水改造,灌溉水利用系数提高到0.61,流域工程节水灌溉面积占有效灌溉面积的比例达到90%。完善流域抗旱减灾体系。适时推进南水北调西线工程建设,初步缓解水资源供需矛盾,基本保障人民生活水平提高、经济社会发展、粮食安全和能源安全的用水需求,水力、水运资源得到进一步开发利用。

(三)水资源开发利用潜力和水资源承载能力分析

在水资源评价及开发利用现状分析的基础上,根据节水、水污染防治和水资源保护规划,综合考虑各种水源和经济结构调整的可能性,分析水资源的综合开发利用潜力,综合评估水资源承载能力。在水资源供需动态平衡中,充分发挥节约和挖潜等作用,寻求开发与保护、开源与节流、供水与治污、需要与可能之间的协调,制定经济合理、技术可行、环境安全的水资源可持续利用方式。

(四)制定水资源合理配置方案

根据经济社会发展和环境改善对水资源的要求及水资源的实际条件,进行各规划水平年水资源供需分析,在水资源节约和保护的基础上,建立水资源配置的宏观指标体系,提出协调上、中、下游,生活、生产和生态用水,流域和区域之间的水资源合理配置方案,制定提高水资源利用效率的对策措施,包括调整全市产业结构与生产力布局的建议,建立合理的水价形成机制和节约用水措施等,使经济社会发展与水资源条件相适应。

(五)提出水资源开发、利用、治理、配置、节约和保护的总体布局与实施方案

在水资源合理配置和节约、保护的基础上,统筹规划全市水资源的开发利用和综合治理等措施,提出与生态建设和环境保护相协调,与经济社会发展相适应的水资源布局和实施方案。

(六)建立适应社会主义市场经济体制的管理制度与管理体制

以健全的法制和法规手段规范水务活动,以行政手段界定水务行为,以经济手段调节水务活动和用科学技术手段开发利用和管理水资源;合理确定政府、市场、用户三者在水资源开发、利用、治理、配置、节约、保护中的责任、义务和权利。逐步建立以政府宏观调控、用户民主协商、水市场调节三者有机结合的体制为基础的有效的水务管理模式和高效利用的运行模式。

四、水资源规划方法

水资源规划主要包括水资源量与质的计算与评估、水资源功能的划分与协调、水资源的供需平衡分析与水量科学分配、水资源保护与灾害防治规划以及相应的水利工程规划方案设计及论证等部分。其中,特别介绍水资源的供需平衡分析与水量科学分配方法如下:

(1)流域水资源包括地表水和地下水,可根据实测和调查资料分析推算。地表水和地下水计算中的重复部分应予扣除;人类活动对水资源影响显著的,应估算其影响程度,并对天然水资源量进行调整修正。

(2)区域划分。以流域、水系为主,同时兼顾供需水系统与行政区划。对水资源贫乏、需水量大、供需矛盾突出的,分区宜小些。

(3)水资源供需分析与评价。按现状基准年和近期、远期两个水平年进行。基准年与不同水平年均应分别研究丰、平、枯水等不同年型的水量及其相应的水质。现状基准年是预测和评价近、远期水资源供需情况的基础,可选用规划编制期内资料较完整又具有代表性的某一年份。

(4)可供水量。在总水量允许的前提下,分析现状实际供水量,结合考虑现有工程供水能力可能的增减变化和规划新建、配套、扩建工程项目可能增供的水量,并应充分注意水质与水资源的重复利用。

(5)需水量。分部门调查、预测,预测时应注意在核实现状实际用水的基础上,研究节水措施和科技进步对未来用水的影响以及水资源紧缺对社会经济发展的制约作用,力求使预测成果能较好地符合实际发展情况。缺水严重地区还应从宏观上对区域经济增长的总趋势、速度及产业结构等的合理性进行必要的论证。

预测的需水量,应包括维护河道、河口稳定和维持改善生态与环境的水量。

(6)水资源供需分析。以分区供需水量的预测为基础,按节约用水和水资源优化配置原则,分别对不同水平年和不同保证率相对应的水资源进行合理调配,综合平衡。对缺水地区,应针对缺水性质与程度,提出缓解缺水矛盾的对策和措施。

(7)水资源的供需平衡分析与水量科学分配。当流域水资源有一定余裕时,可研究向邻近缺水地区实施调水的可能性。当流域水资源不足,且缺水量难以在本流域调剂解决时,可根据邻近河流的水资源情况和引水条件,研究跨流域调水。跨流域调水量,应根据调出流域可调水量和调入流域缺水量,结合调水工程的技术、经济特性,综合分析确定。