跨流域調水

一個流域往另一個流域調水以解決缺水地區水資源需求的一項措施。由於天然降水時空不均，造成不同流域間的水量豐沛與緊缺差距大，缺水流域的經濟社會發展與居民生活受水資源制約。為解決缺水地區水資源需求，可以通過修建跨越兩個或兩個以上流域的引水(調水)工程，從豐水流域調入部分水量以調節缺水流域的用水，促進該流域經濟社會可持續發展，但也可能引起社會生活條件及生態環境變化。中國的南水北調工程即是從長江流域向黃河、海河兩個流域調水。此外還有引灤入津、引黃濟青、東深供水等工程。

基本介紹

• 中文名：跨流域調水
• 外文名：interbasin water transfer
• 作用：解決缺水地區水資源需求
• 類型：措施

簡介

跨流域調水（interbasin water transfer）指修建跨越兩個或兩個以上流域的引水（調水）工程,將水資源較豐富流域的水調到水資源緊缺的流域,以達到地區間調劑水量盈虧,解決缺水地區水資源需求的一種重要措施。跨流域調水,關係到相鄰地區工農業的發展。同時,還會涉及相關流域水資源重新分配和可能引起的社會生活條件及生態環境變化。因此,必須全面分析跨流域的水量平衡關係,綜合協調地區間可能產生的矛盾和環境質量問題。

據統計，目前世界調水工程不下160項。在世界的大江大河上幾乎都能找到調水工程的影子。跨流域調水的鼻祖當選我國的京杭大運河。世界著名的調水工程有：美國的中央河谷、加州調水、科羅拉多水道和洛杉礬水道等遠距離調水工程及澳大利亞的雪山工程、巴基斯坦的西水東調工程等，俄羅斯的調水工程更是世界著名。

歷史背景

產生背景

隨著人口的增長和經濟的發展，水資源問題已經成為制約人類21世紀生存與可持續發展的瓶頸因素，水資源分布不均勻性與人類社會需水不均衡性的客觀存在使得調水成為必然，採用跨流域調水的方法，重新分配水資源，緩和以至解決缺水地區的迫切需要，由來已久，許多國家如美國、前蘇聯、加拿大、法國、澳大利亞、巴基斯坦、印度等，都曾進行過嘗試，有些還取得了巨大的效益。

發展背景

20世紀50年代以後，國外提出了許多調水規劃。據不完全統計，目前世界上24個國家已建、在建或擬建的大型跨流域調水工程有160多項，遍布世界各個地區。半個多世紀來，國內外專家學者提出了許多跨流域調水工程規劃、管理運行的決策模型與方法，歸納起來可分為兩大類：一是通過各種方法對複雜跨流域調水系統進行簡化後，採用單一的數規劃模型或模擬模型進行跨流域調水工程的規劃、管理運行決策研究；二是直接採用大系統最佳化決策模型和方法，通過先建立各種類型的大系統遞階結構模型，然後再運用多種數學規劃或模擬技術(含自最佳化模擬技術)相結合的求解方法，進行該類工程的規劃管理決策研究。近些年來，隨著模糊數學、決策支持系統與專家系統、神經網路等新型理論、方法的不斷發展和完善，人們開始探索這些新的理論、方法在跨流域調水工程規劃管理決策研究中套用的可能性。如Jamieson等人(1986年)從一般的跨流域調水系統的規劃、設計和管理決策過程出發，建立了跨流域調水規劃的混合決策模型結構，並建議採用混合整數規劃模型優選系統結構、模擬模型設計所含工程設施的尺寸大小、動態規劃方法進行系統實時決策研究等等。

理論依據

跨流域調水是合理開發利用水資源、實現水資源最佳化配置的有效手段，水資源最佳化配置是多目標決策的大系統問題，必須套用大系統理論的思想進行分析研究，傳統的水資源配置存在對環境保護重視不夠、強調節水忽視高效、注重缺水地區的水資源最佳化配置而忽視水資源充足地區的用水效率提高、突出水資源的分配效率而忽視行業內部用水合理性等問題，影響了區域經濟的發展和水資源的可持續利用，在水資源嚴重短缺的今天，必須注重水資源最佳化配置研究，特別是新理論和新方法的研究，協調好資源、社會、經濟和生態環境的動態關係，確保實現社會、經濟、環境和資源的可持續發展。

跨流域調水理論圖

跨流域調水系統的可行性分析：

水資源承載力是在水與區域社會、經濟、生態環境相互作用關係分析基礎上，全面反映水對區域社會、經濟、生態環境存在與發展支持能力的一個綜合性指標，是反映區域水資源豐缺狀況的一個相對指標。因此，通過調水前後調水區與受水區水資源承載力的對比分析研究論證跨流域調水的可行性問題是合理可行的。

實際運行中合理調水量的分析確定：

由於跨流域調水系統中各區域(流域)的水資源狀況及其社會、經濟、生態環境狀況都在發生變化，因此系統中各區域的水資源承載力狀況也在發生變化，這就可通過水資源承載力分析來確定某時期系統的合理調水量或評價調水的合理性。

跨流域調水的後評價：

對於己建成運用的跨流域調水系統，可根據水資源承載力分析評價有關原則對其實際調水運行狀況進行後評價，為進一步調水的規劃決策提供借鑑。

跨流域調水系統的水資源最佳化配置

理論上講水資源承載力的表現形式是一個數組，用以反映在水資源最優(最合理)配置下區域水資源對區域社會經濟各用水方面的支持能力，為了更直觀地判斷一個區域水資源承載力，可用“水資源的承載人口數”這一綜合性指標來刻划水資源承載力，那么跨流域調水系統的水資源最佳化問題就可以表示為：如何分配有限的水資源使能承擔的人口數量最大。

作用分類

按功能劃分它主要有以下6大類：

跨流域調水工程

①以航運為主體的跨流域調水工程，如中國古代的京杭大運河等；

②以灌溉為主的跨流域灌溉工程，如中國甘肅省的引大入秦工程等；

③以供水為主的跨流域供水工程，如中國山東省的引黃濟青工程、廣東省的東深供水工程等；

④以水電開發為主的跨流域水電開發工程，如澳大利亞的雪山工程、中國雲南省的以禮河梯級水電站開發工程等；

⑤跨流域綜合開發利用工程，如中國的南水北調工程和美國的中央河谷工程等；

⑥以除害為主要目的（如防洪）的跨流域分洪工程，如江蘇、山東兩省的沂沭泗水系供水東調南下工程等。

大型跨流域調水工程通常是發電、供水、航運、灌溉、防洪、旅遊、養殖及改善生態環境等目標和用途的集合體。

系統組成

跨流域調水系統一般包括水量調出區、水量調入區和水量通過區三部分。

水量調出區是指那些水量豐富、可供外部其它流域調用的富水流域和地區；而水量調入區則是那些水量嚴重短缺、急需從外部其它流域調水補給的乾旱流域和地區；溝通上述兩者之間的地區範圍即為水量通過區。

水量通過區，根據不同調水系統，常常又是水量調入區或是水量調出區，人們有時把跨流域調水系統直接分為工程水源區和供水區兩部分。所謂水源區系指水量調出區域，它既可能只包括水量調出區，也可能含有水量調出區和水量通過區中的某些富水地區：而供水區則是所有需調水補給的地區，它可能只包括水量調入區，也可能包括水量調入區和需要補充供水的水量通過區。

跨流域調水的特點

1.跨流域調水系統具有多流域和多地區性

跨流域調水系統涉及到兩個或兩個以上流域和地區的水資源科學再分配。如何正確評估各流域、各地區的水資源供需狀況及其社會經濟的發展趨勢，如何正確處理流域之間、地區之間水權轉移和調水利益上的衝突與矛盾，對工程所涉及到的各個流域和地區實行有效的科學規劃與管理，則是跨流域調水系統規劃管理決策研究中所面臨的一個重要問題。

2.跨流域調水系統具有多用途和多目標特性

大型跨流域調水系統往往是一項發電、供水、航運、灌溉、防洪、旅遊、養殖以及改善生態環境等目標和用途的集合體。如何處理各個目標之間的水量分配衝突與矛盾，使工程具有最大的社會經濟效益和最小的生態環境負效益，則是跨流域調水系統決策中的又—個重要課題。

3.跨流域調水系統具有水資源時空分布上的不均勻性

水資源量在時間和空間分布上的差異，是導致水資源供需矛盾的一個重要因素，也是在地區之間實行跨流域調水的一個重要前提條件。如何把握水資源時空分布上的這種特性，對多流域、多地區的多種水資源（如當地地表水和地下水、外調水等）進行合理調配，則是提高跨流域調水系統內水資源利用率的重要途徑之一。

4.跨流域調水系統中某些流域和地區具有嚴重缺水性

在跨流域調水系統內，必須存在某些流域和地區在實施當地水資源儘量挖潛與節約用水的基礎上水資源量仍十分短缺，難以滿足這些地區社會經濟發展與日益增長的用水需求，由此表現出嚴重缺水性。如何對缺水流域和地區進行科學合理的節水與水資源供需預測，正確評價其缺水程度，則是減少工程規模、提高工程效益、促進節水與水資源合理配置和整個國民經濟發展的重要途徑之一。

5.跨流域調水系統具有工程結構的複雜多樣性

跨流域調水系統中工程結構的複雜多樣性主要表現在以下方面：

a.蓄水水庫或湖泊之間存在多種串聯、並聯以及串、並混聯的複雜關係，與一般水庫系統相比，不僅要考慮各水庫的水量調節和上、下游水庫之間的水量補償作用，還要考慮調水量在各水庫之間(不只局限於上、下游水庫之間)的相互調節與轉移，因而，跨流域調水系統內水庫間的水量補償調節與反調節作用更加複雜多變。

b.系統的骨幹輸配水設施（如渠道、管道、隧洞等）一般規模較大，輸水距離較長，常遇到高填深挖、長隧洞與大渡槽、堅硬岩石和不良土質（如膨脹上、流沙等）地帶等，所有這些都將給規劃設計和施工管理增添較大的難度。

c.系統內往往會涉及到眾多較大規模的河道、公路、鐵路等交叉建築物，這不僅增加了規劃設計和施工管理的難度，還會給防洪、交通運輸等帶來影響，需進行合理布局和統籌安排，使其影響程度降到最低點。

d.有些採用提水方式進行的調水工程，常會面臨高難度的高揚程、人流量等提水泵站規劃設計與運行管理問題，如何對這些提水泵站（群）規模與布局進行合理最佳化規劃，則是待研究的另一重要問題。

e.跨流域調水工程的投資和運行費用大

因跨流域調水工程結構複雜多變，且涉及範圍大，影響因素多，工程規模相對較大：隨著工程規模的增大，投資相對就會大幅度增長。遠距離調水管理難度大，運行費用會相對較高。如何確定滿足社會經濟發展要求的合理工程供水範圍與調水規模，則是減少工程投資和運行管理費用的重要舉措之一。

6.跨流域調水系統具有更廣泛的不確定性

跨流域調水系統的不確定性，和其它一般水資源系統—樣，主要集中在降水、來水、用水、地區社會經濟發展速度與水平、地質等自然環境條件、決策思維和決策方式等方面，而且比較而言其不確定性程度更大，範圍更廣，影響更深，結果是跨流域調水系統比一般水資源系統具有更大的風險性。

7.跨流域調水系統具有生態環境的後效性

任何人工干涉自然生態環境的行為（如各種水利工程等），都將導致自然生態環境的改變。跨流域調水系統由於涉及範圍較一般水利工程大得多，勢必導致更多因素的自然生態環境變化，有些生態環境的變化甚至是不可逆轉的，這就表現出生態環境後效性。如何預見和防治生態環境方面的後效性，則是需要研究的又一重要問題。因此，有必要始終堅持“先治污、後調水”和調水有利於保護、改善生態環境的原則，進行跨流域調水規劃和管理。

總之，跨流域調水系統是一項涉及面廣、影響因素多、工程結構複雜、規模龐大的複雜系統工程，跨流域調水工程的決策本質上是一類不完全信息下的非結構化衝突性大系統多目標群決策問題，需要從戰略高度上，對工程的社會、經濟、工程技術和生態環境等方面進行統一規劃、綜合評價和科學管理，才能取得工程本身所含有的巨大經濟、社會和生態環境效益，促進水利文化的進步。

生態影響

水是自然地理要素之一它是地域綜合特徵形成的基本因素，並對其他因素具有重要影響。因此，跨流域調水必定會影響不同流域地理環境的改變。這種改變，既有有利的一面，又有不利的一面。

跨流域調水工程的生態影響

有利的一面

①擴大農業灌溉面積，提高糧食產量。②提供水電。③促進航運。④改善受水地區的水質。⑤改善受水地區的自然環境。⑥有的調水工程或修築的大壩(水庫)還成為當地的旅遊區。⑦防洪。

不利的一面

①淹沒土地。②大量移民。③下游地區因來水減少，引起下遊河水水質變差；河口地區鹹水滲入；河岸動力失衡，海岸遭受侵蝕；下游沿岸環境質量下降。④可能因調水引發疾病，如瘧疾、腦炎、血吸蟲病等，影響人的健康。⑤因用水過多，或不當，可能造成受水地區耕地鹽鹼化。⑥浮游生物入海的數量減少，使河口地區捕魚量減少。⑦有的河流，在洪峰期“泛濫”的洪水，一是將土壤表層鹽鹼沖走，另是洪水帶來的淤泥為土地增加了肥料。

意義

西北地區是中國降水最為稀少的地區，水已成為區域工農業經濟發展的限制因子，並隨著西部大開發戰略實施和經濟的發展，城市和農村的生活用水越來越緊張。除了研究如何有效利用本地區的水資源，提高水資源綜合利用效率外，跨流域調水也應在有條件的地區積極研究和展開。跨流域調水不僅是一項積極有效的措施來緩解區域水供需的矛盾，而且會大大改善西北地區的生態和環境。中國計畫中和正在開展的跨流域調水有：①從長江上游引水到黃河上游的南水北調的西線工程；②新疆北部引額爾齊斯河的北水南調工程；③甘肅從大通河到秦王川、湟水河的引水工程；④從黑河向古城西安的引水工程等。

南水北調也是一種跨流域調水，分東中西三條線路，把長江流域豐富的水資源，調到缺水的西北華北地區