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水资源管理包括供水管理和需水管理两个方面。纵观世界各国的水资源管理,一般均是从供水管理起步。长期以来,我国水资源管理一直把着力点放在供水管理上,很少研究用水客户的全面需求以及用水需求的科学、合理性,忽视诸如生态环境等无代言人的公共用水需求,同时也助长了用水户以获取经济效益为主要目标的盲目、无序,甚至无约束性的用水,这不仅导致了经济、社会、生态、环境系统的结构失衡,也激化了水资源的供需紧张的矛盾。
本文提出流域水资源功能调度的观点,并以此为基本理论指导,以黄河流域为对象,主要研究内容和结论概括为以下五个方面:
(1)对现有引黄灌区的用水结构进行了分析研究,针对主要农作物生命活动的水分利用及其特点,分析了流域灌溉用水指标严重偏高的四个主要原因。提出了科学的灌溉定额及提高水资源在农业灌溉上的效率和效益对策,并据此确定了黄河下游灌区的需水量及其过程。
(2)对黄河水中泥沙的来源进行了分析研究,根据泥沙淤积的形式及特点,提出了黄河下游河道泥沙冲淤规律,即当含沙量为20 kg/m3,流量2600 m3/s,历时6天(用水量13.5亿m3)时,下游河道不淤积;当含沙量为40~60 kg/m3,流量4000 m3/s,历时11天(用水量38亿m3)时,下流河道不淤积。建立了对水沙关系进行调节的水库调水调沙运行模式,确定了黄河下游河道具有最大输送(或冲刷)效率的流量级及其相应的含沙量和过程。按照洪水、泥沙的不同来源区,提出了采用基于小浪底水库单库运行、基于不同来源区水沙过程对接、基于干流多库联合调度和人工扰动等三种调水调沙模式,出流过程采用输沙效率最高的4000 m3/s。
(3)对黄河河道及河口生态系统的基本要素、生态功能和保护目标进行了研究,分别提出了维护河道生态系统和河口生态系统健康运行的需水量及其过程。提出黄河河道生态系统需水量的确定,应依据以下三方面的耦合:一是河道生态系统净需水量,二是河道损失水量,三是防凌安全水量的观点,并通过计算和对其过程的耦合,给出了黄河干流各主要控制断面的生态流量及其过程。
(4)对黄河流域进行了水功能区划,计算黄河干流的纳污能力,通过对黄河水污染状况及未来发展形势的预测,提出了污染物入河控制方案,确定了满足水质功能要求的需水量及其过程。根据黄河流域自然环境及经济社会发展状况,将黄河干流划分为18个一级水功能区,并对10个开发利用区划分了50个二级水功能区。明确了各功能区的水质目标。在此基础上,分别对干流各河段的纳污能力进行了计算,结果表明,黄河入河污染物现状大大超过了纳污能力。为此本文拟定了下列条件:在现状黄河流域排污情况及经济社会发展水平背景下,所有污染源均达标排放、主要支流断面水质满足相应水功能目标要求、黄河干流各断面水质均达到Ⅲ类水质目标,根据上述条件,确定了现阶段黄河干流各主要控制断面满足水质功能要求的需水量及其过程,并建议据此开展水污染稀释调度。
(5)对黄河下游各项功能需水量及其过程进行了耦合,并对耦合过程设计了实现途径。黄河下游各项功能需水量均以不同的控制断面给出计算结果。本文以断面水量平衡为基本原理,建立了反向控制计算方程,对各项功能需水量及其过程进行了耦合,以此确立了水库功能调度的目标。非汛期调度目标为满足农业灌溉、河道及河口生态系统、满足水质功能要求等需水量及其过程要求,以及小浪底水库水资源筹集的三条途径。汛期调度目标为输送泥沙,并提出了两条实现的途径:一是汛期水库异重流排沙输送,二是汛期不同来源区水沙组合输送。