淮河流域综合规划(2012—2030年)
(中水淮河规划设计研究有限公司 安徽合肥)
摘 要:《淮河流域综合规划(2012—2030年)》根据淮河面临的突出问题和长远发展要求,通过建立整套工具决策分析库,解决流域综合规划作为庞大且复杂的系统工程定量计算的难题,同时通过对行蓄洪区、洪泽湖等特殊工程的调度运用研究,为进一步优化调度洪水和流域治理开发提供技术支持。本次规划系统提出淮河流域治理、开发利用、保护和管理四大规划体系;规划全面构建淮河流域水安全保障体系,从防洪控制、用水总量、用水效率、水资源与水生态保护等方面提出10项流域控制指标,突显规划既具宏观指导性又具微观操作性。本次规划无论在理论研究方面,还是在实际应用方面,均取得一系列创新成果,是今后一个时期流域治理、开发与保护的纲领性文件。
关键词:淮河流域;决策分析;调度研究;规划体系;控制指标;系统规划
1 项目概况
淮河,蜿蜒千里,横贯中原腹地,古代与江、河、济齐名,并称“四渎”。流域跨湖北、河南、安徽、江苏、山东5省40个市,160个县(市),流域面积为27万km2。流域地处我国中东部,人口稠密,流域内人口1.7亿人,占全国的13%;土地肥沃,区内耕地1.9亿亩,粮食产量占全国总产量的17.4%,是国家粮食核心产区;流域位于中原腹地,是我国沟通南北、连接东西的重要交通枢纽地带。此外,淮河流域具备巨大的发展潜力,区内矿产资源丰富、现代工业基础较好,距长三角等经济发达地区较近,承接产业转移的条件优越。尤其是近年来,国家实施了促进中部崛起、保障国家粮食安全等战略规划和江苏沿海地区发展等区域发展规划,对淮河流域的开发格局提出了新的要求。
经过60年的持续治理,淮河流域初步形成了防洪、除涝、灌溉、航运、供水、发电等水资源综合利用体系,减灾兴利能力得到显著提高,在保障防洪安全和粮食安全、促进能源开发利用、推进工业生产、提高人民生活质量等方面,充分显示出基础地位和“命脉”作用。
由于淮河流域特殊的自然地理条件和复杂的气候条件,加之人口密集,土地开发利用程度高,以及历史上黄河长期夺淮的影响,决定了淮河治理的复杂性、艰巨性。流域水利发展中还存在一些突出问题:一是流域防洪安全要求不断提高,防洪能力相对不足;二是经济社会快速发展,水资源供需矛盾仍非常突出;三是水污染形势依然严峻,水资源保护任务艰巨;四是生态建设重视不够,水土流失威胁不可低估;五是农村水利基础设施薄弱,亟须加大投入加快发展;六是社会管理与公共服务要求不断提高,流域综合管理有待加强,淮河流域治理、开发、保护仍然是一项长期任务。进入新的历史时期,落实科学发展观以及流域经济社会快速发展对流域治理、开发和保护提出更高要求。
根据国务院总体部署,中水淮河规划设计研究有限公司从2007年起,历时7年,于2013年编制完成《淮河流域综合规划(2012—2030年)》。该项规划经水利部审查、中国国际咨询公司评估通过,并经国务院以国函〔2013〕35号文批复。
规划编制过程中,开展了一系列治理方案关键技术攻关研究,在技术层面既有关键技术的理论突破,又与流域治理实际相结合,对防洪减灾、水资源配置和开发利用、水资源保护、水土保持、农村水利、航运、水力发电、流域综合管理等方面做出了规划安排,可指导今后一段时期流域治理、开发与保护。本次规划不论在理论还是治理实际应用方面,均取得了一系列创新成果,并在流域综合治理的具体实践中发挥了作用。经安徽省科学技术情报研究所查新,该项规划主要技术经济指标达到同期国际先进水平,部分成果达到了国际领先水平。
2 工程特点及关键技术
2.1 主要内容
《淮河流域综合规划(2012—2030年)》根据淮河面临的突出问题和长远发展要求,对淮河流域的治理、开发和保护进行战略性、全局性、前瞻性的规划部署,涵盖防洪、除涝、供水、灌溉、发电、调水、航运、水资源保护、水生态环境修复、水土保持、水利管理等诸多方面,本规划是今后一个时期流域治理、开发与保护的纲领性文件。
(1)提出了淮河流域治理、开发利用、保护和管理4大体系规划设计。针对淮河面临的突出问题和长远发展需要,根据新时期国家宏观政策,立足流域经济社会发展现状,考虑流域未来发展趋势,紧紧围绕以人为本、转变经济发展方式的要求,突出重点,对淮河流域的治理、开发利用、保护和管理进行战略性、全局性、前瞻性的综合规划设计,实行最严格的水资源管理制度,以水资源的可持续利用保障经济社会的可持续发展,维护河流健康,促进人与自然和谐相处。
(2)从全流域完整地提出了淮河治理开发与保护分区体系设计。根据资源条件、开发潜力、生态环境保护要求、河段形态及存在问题、经济社会发展需求等,对河流治理开发与保护分区及生态环境敏感区进行了深入研究,科学完善了防洪、水功能区划,全面制定了水资源开发、岸线利用和采砂功能区划。为明确治理开发重点、规范开发秩序提供了切实可行的基础依据。
(3)提出了淮河流域防洪控制指标以及流域用水总量,万元工业增加值用水量、灌溉水有效利用系数,水功能区水质达标率、主要污染物限制排污总量意见、重要河流控制断面最小生态流量、重要河流控制断面水质、重要湖泊最低生态水位、重要湖泊水质等9项流域控制指标。淮河流域主要控制站防洪控制水位指标,是推算淮河干流及主要支流治理河段设计洪水位的重要控制节点,是开展区域防洪体系达标建设的基础。通过分析地区的洪灾特点,以及河流水系的上下游、干支流相互关系,明确了防洪对象的防洪标准,据此提出防洪保护区的防洪控制水位及安全超高,并拟定防洪综合治理措施。
(4)突出人水和谐,科学安排洪水合理动态空间,开创性地提出淮河干流行蓄洪区调整的总体布局。淮河行蓄洪区数量多、单个规模小、分布不合理、运用频繁、安全设施薄弱,且区内尚有大量居住不安全人口。规划采用先进的科学技术手段,解决了淮河行蓄洪问题,同时也扩大淮河干流行洪通道。行蓄洪区的调度方式由原来的仅由水位控制的“单控”调整为由水位和滩槽流量控制的“双控”。规划对大江大河干流长期形成的行蓄滞洪工程既有的总体布局作如此大规模的调整,为国内外所罕见。
(5)强调洪涝兼治,对流域涝灾成因机理进行综合分析,以降水量、承泄区为致灾因子研究各种因素对涝灾的影响程度;通过顶托系数法分析解决干支流洪涝关系;研究洼地调蓄与排涝体系之间的关系;利用ArcGIS建立研究区的数字高程模型(DEM),评估洼地历年涝灾灾情。通过建立以工程投资与减灾效益均衡为目标的效益—治理措施—决策的技术平台,模拟洼地治理方案,构建面上产汇流模型、涝灾胁迫条件下作物涝灾损失率与受涝指标之间的定量关系模型等,运用加速遗传算法确定排水区经济效益函数最大时面上治理标准和骨干河道治理标准的最优组合,为排水区排涝标准的控制提供决策依据。
(6)构建淮河流域“四纵一横多点”的水资源配置和开发利用工程框架。提出以淮河一线的水资源开发利用为基础,建设南水北调东线、中线和引江济淮、苏北引江等跨流域调水工程,完善水库、湖泊、闸坝等调蓄工程和沿黄沿江引水工程,点、线、面结合,构筑遍布流域的用水网络,提高流域水资源承载能力,缓解水资源供需矛盾,改善缺水地区发展条件,促进区域协调发展。
(7)针对淮河流域复杂的水利工程、来水、用户之间的供、用、耗、排关系,构建了全流域、全要素水资源配置体系。首次采用水资源合理配置情景共享理论,基于“沟通”与“协商”的和谐新理念,应用现代信息技术,建立了全流域大尺度多目标高效模拟、全要素决策的会商平台,实现了水资源配置要素不确定性分析和不同利益主体之间的决策支持。实现了水质和水量联合配置,并通过水源供水次序设置和断面流量控制,保障生态环境对水资源的需求。
(8)调整规划范围,增加水土流失类型分区,提出“三山二丘二带一区”水土保持防护体系格局设计,多种复合措施进行水土保持防治,突出生态修复和清洁型小流域建设内容。开展水利工程对水生态系统影响效应研究,提出生态保护和恢复措施,以维护河流健康。以淮河干流及主要支流、南水北调调水线路为重点,进一步复核水功能区划和入河排污控制总量,完善水功能区保护目标,提出水资源保护的对策措施,维护河流健康生命;根据水利工程条件,研究提出水生态调度规划意见,改善流域水生态环境。
2.2 项目难点
《淮河流域综合规划(2012—2030年)》是一项复杂的系统工程,经广泛调研、深入论证、反复讨论和协调,并对关键技术问题进行重点深入研究后,2013年3月获得国务院批复(国函〔2013〕35号),本规划主要特点及难点分述如下。
(1)统筹协调防洪兴利与资源环境保护目标,系统提出流域治理、开发利用、保护和管理四大体系。针对淮河面临的突出问题和长远发展需要,根据新时期国家宏观政策,立足流域经济社会发展现状,考虑流域未来发展趋势,紧紧围绕以人为本、转变经济发展方式的要求,突出重点,对淮河流域的治理、开发利用、保护和管理进行战略性、全局性、前瞻性的综合规划设计,突出人水和谐,强调洪涝兼治,实行最严格的水资源管理制度,以水资源的可持续利用保障经济社会的可持续发展,维护河流健康,促进人与自然和谐相处。健全防洪除涝减灾体系,保障流域防洪安全,减少易涝洼地涝灾损失;完善水资源保障体系,保障城乡供水安全,推进节水改造,提高用水效率;构建水资源和水生态保护体系,保护饮用水源地,强化水功能区管理,防治水土流失,维护河湖健康;基本建立流域综合管理体系,强化涉水事务社会管理,提高公共服务能力和水平,规范治理和开发行为。
(2)建立整套工具决策分析库,解决规划所需繁杂定量计算难题。淮河是一条极为特殊和十分复杂的河流。流域水系复杂,地处南北气候过渡带,极易发生洪涝灾害;地势低平,蓄排水条件差,局部呈倒比降;保护区面积大,防洪保安任务重;人水地之间及区域之间矛盾突出,协调难度大;战略地位重要,经济发展潜力大等特点。流域自然条件与洪水、防洪和水资源开发利用、工程措施与管理均密不可分。流域综合规划治理是一个庞大的系统工程,必须通过建立定量分析工具,解决规划所需要的繁杂的定量计算难题,包括建立淮河中游一二维嵌套水动力数学模型与分段建立的淮河中游河工模型、重要行洪区正态水工模型复合模拟平台;建立洼地涝灾治理实施方案的科学决策分析平台;建立全流域多目标高效模拟、全要素决策的会商平台;开发了淮河流域水资源情景配置系统等。
(3)全面构建淮河流域控制指标体系,划出水资源开发利用和保护红线。淮河流域土地垦殖率是全国的3.74倍,防洪除涝标准较低,流域水资源约为全国人均、亩均的1/4,水污染严重,地下水超采导致地面沉降,河湖生态功能下降,水环境现状堪忧。随着工业化、城镇化进程的加快,水资源不足问题已成为制约流域经济社会发展的主要因素。从合理开发、高效利用和有效保护水资源出发,落实最严格水资源管理制度,依据淮河流域水资源状况和经济社会可持续发展要求,从防洪控制、用水总量、用水效率、水资源与水生态保护等方面研究提出10项流域控制指标,这些控制指标充分体现对流域水资源和环境承受力的考量,妥善处理生态环境保护与开发利用的关系,以开发促保护,以保护支撑经济社会可持续发展。
(4)科学灵活调度流域洪水,有效融合河流水系完整性与利益诉求差异性。由于淮河流域特殊的气候、地理和社会条件的影响,淮河干流形成了洪泽湖和行蓄洪区等特殊工程。洪泽湖是黄河夺淮和明清两代实行的“蓄清刷黄济运”治水方略的产物,是分淮入江、入海、入沂的枢纽,同时也是淮河中游的侵蚀基准面,抬高了中游的水位,对河床演变和防洪排涝有深远的影响。淮河干流行蓄洪区数量多,启用标准低,人与水争地现象严重,其运用代价高、社会影响大。洪泽湖和行蓄洪区的调度运用对淮河干流的防洪除涝有重大的影响。因此,通过对洪泽湖和行蓄洪区调度运用条件和方式的研究,为进一步治理淮河提供了技术支撑。
(5)建立水质管理的常态与应急机制,提出最小生态流量和水质控制指标,解决突发性水污染问题,维护河流健康。淮河流域多闸坝,非汛期关闸蓄水,汛期开闸调度洪水,如何考虑常态与应急之间的关系,是解决突发性水污染的难点。通过研究现有部分水利工程调度运行方案,新建工程充分考虑生态用水需求,利用淮河水系和沂沭泗河水系雨洪资源时空分布不均,实施淮沂水资源互补;特别是发挥南水北调东线和苏北江水北调等跨流域调水工程的作用,改善枯水期水环境,规划提出淮河流域重要河流控制断面最小生态流量和水质控制指标,保证闸坝正常期间。
(6)突出流域综合管理,形成权威的流域协商决策和协调议事的机制。本次规划更加重视流域综合管理,将过去单纯的开发利用管理转变为开发与保护管理并重,流域资源、生态与环境保护纳入流域综合管理的目标,建立流域综合管理平台,形成权威的流域协商决策和协调议事的机制,有效地发挥流域机构的协调和仲裁作用。建立洪水风险管理体系,明确流域管理与行政区域管理相协调的管理职责和权限。明确水资源开发利用红线,以总量控制为核心,抓好流域水资源配置;明确水效率控制红线,以提高用水效率和效益为中心,大力推进节水型社会建设。坚持人与自然和谐共处,实现水资源开发利用与生态环境协调发展,坚持依法行政,完善水资源保护法制化监督管理体系。建立内容完备、配套协调、层次完善的水法规体系,建议对“淮河法”进行研究和论证,并列入国家立法计划。建立适应流域经济社会和水利事业可持续发展以及满足流域开发利用、防汛减灾、水资源管理、水资源保护和水害防治等要求的水文水资源监测监控站网、流域信息化和管理基础设施等流域管理能力体系,全面提升为流域水利事业可持续发展的支撑水平。
2.3 项目创新点与先进性
本项目主要创新技术体现在以下几个方面。
(1)综合采用四大规划体系设计理念,全面构建流域水安全保障体系。系统提出淮河流域治理、开发利用、保护和管理四大规划体系,创新性地构建了经济社会发展和水资源环境承载力相协调的水安全保障体系。针对流域历史规划存在体系协调性不足、不够完整清晰等问题,在以往历次规划的基础上,系统分析淮河流域特点和存在问题,总结历次规划的实施情况和取得的成就,继续贯彻“蓄泄兼筹”的治淮方针,按照建立资源节约型、环境友好型社会的要求,全面规划、统筹兼顾、综合治理,提出了淮河流域治理、开发利用、保护和管理四大体系内容,创新了规划思路,转变治水理念,促进生态文明建设,使得本次规划成果在逻辑性、协同性、横向、纵向等方面均有较大提升,取得显著的经济社会效益。
(2)严格定量控制,坚持量水而行,确立流域水利发展控制指标。为合理开发、高效利用和有效保护水资源,从防洪控制、用水总量、用水效率、水资源与水生态保护等方面研究提出10项流域控制指标,包括流域用水总量、万元工业增加值用水量、灌溉水有效利用系数、水功能区水质达标率、主要污染物限制排污总量意见、重要河流控制断面最小生态流量、重要河流控制断面水质、重要湖泊最低生态水位、重要湖泊水质等。到2030年流域用水总量控制在641.6亿m3以内,万元工业增加值用水量降低到35m3以内,农田灌溉水有效利用系数提高到0.61以上,基本实现水功能区COD和NH3-N达标,重要河流控制断面和重要湖泊水质达Ⅲ类标准。在流域不同规划要素目标整体协同的基础上确立了流域水利发展控制指标体系,使得规划成果兼具宏观指导性和微观可操作性,很好地解决了以往规划宏观指导有余、微观操作不足这一难题。
(3)科学提出行蓄洪区水位流量双控调度,凸显行蓄洪区这一防洪部件的特殊地位。淮河干流行蓄洪区调度运用办法为水位控制,即沿淮控制站水位达到规定水位时即开闸或破堤行洪。由于淮河干流行蓄洪区较多,行洪机遇相差较大,再加之支流及分洪河道对干流水位的影响,在洪水实际调度的过程中,河道行洪水位达到或超过行蓄洪区启用水位而未启用的情况较多。淮河干流行蓄洪区调整后,行蓄洪区的数量大为减少,且均建闸控制,调度运用更加灵活可靠,经调洪演算,行蓄洪区的调度方式由原来的仅由水位控制的“单控”调整为由水位和滩槽流量控制的“双控”,解决了淮河干流水位流量相关性差,保证了行蓄洪区及时有效使用,充分发挥效益。对照结合淮河流域生态经济带建设,沿淮行蓄洪区位于沿淮淮北平原生态区内,工程完成后,减灾效益显著,有利于行蓄洪区经济与生态环境的可持续发展。
(4)首次采用共享理论,实现水质和水量联合配置。针对淮河流域复杂的水利工程、来水、用户之间的供、用、耗、排关系,构建了全流域、全要素水资源配置体系。首次采用水资源合理配置情景共享理论,基于“沟通”与“协商”的和谐新理念,应用现代信息技术,建立了全流域大尺度多目标高效模拟、全要素决策的会商平台,实现了水资源配置要素不确定性分析和不同利益主体之间的决策支持。实现了水质和水量联合配置,并通过水源供水次序设置和断面流量控制,保障生态环境对水资源的需求。
2.4 项目创新技术与国内外同类技术比较
安徽省科学技术情报研究所对《淮河流域综合规划(2012—2030年)》科技查新结果(报告编号:2017C2401378)表明,本规划采用四大体系规划理念对淮河流域治理、开发利用保护及管理进行全面规划,综合防洪减灾、水资源配置、水生态保护和流域管理的诸多目标,创新性地构建了经济社会发展和水资源环境承载力相协调的水安全保障体系;从洪水控制、用水总量、用水效率、水资源与水生态保护等方面研究提出10项流域定量控制指标,流域不同规划要素的目标得以整体协同,规划成果兼具宏观指导性和微观可操作性;基于一二维耦合数学模型洪水调算,研究提出淮干行蓄洪区的调度运用方式由水位控制的“单控”调整为由水位和滩槽流量并控的“双控”,进一步优化了行蓄洪区调度运用办法,使得行蓄洪区在流域防洪减灾体系的作用得以充分发挥。
从所查国内文献看,本项目针对淮河流域提出的四大体系规划理念、10项流域控制指标和行蓄洪区调度运用办法,在所查国内文献中未见有相同的报道。目前,国内有单位研究了长江流域、黄河流域、珠江流域等综合规划,并建立了相应的控制性指标,本项目主要创新技术体现在以下几个方面,详细情况见表1。
表1 项目创新技术与国内外同类技术比较表
(1)淮河治理开发与保护分区体系设计。主要包括淮河流域防洪分区、淮河流域水功能区划、淮河流域地下水功能区划、淮河流域水资源分区、淮河流域水土保持分区、淮河流域岸线利用分区和淮河流域采砂分区。
(2)淮河流域控制指标体系设计。主要包括淮河流域防洪控制指标、淮河流域用水总量控制指标、淮河流域用水效率控制指标和淮河流域水资源与水生态保护控制指标。
(3)淮河流域以防洪减灾、水资源综合利用、水资源和生态保护、流域综合管理四大体系综合规划设计。主要包括健全防洪除涝减灾体系,保障流域防洪安全;完善水资源配置体系,保障城乡供水安全;构建水资源和水生态环境保护体系,维护河流健康;基本建立流域综合管理体系,提升流域水管理能力和服务水平。
(4)系统分析流域水利发展面临的形势与问题,提出淮河流域综合治理的工程和非工程措施。主要包括对淮河干流及沂沭泗河设计洪水进行了复核,提出淮河洪水调度方案;提出淮河水系和沂沭泗河水系防洪和除涝工程布局;提出构建淮河流域“四纵一横多点”水资源配置总体格局;提出以淮河干流、南水北调东线输水干线以及城镇集中供水水源地为重点的“两线多点”的水资源和生态保护格局;提出建立由水文水资源监测站网、水利信息网络及信息资源管理体系、重点业务应用系统等组成的流域综合管理平台;提出“三山二丘二带一区”水土保持综合防护体系格局;提出在引江济淮工程的基础上建设江淮运河,在入海水道二期工程的基础上建成出海航道。
3 项目成效及推广
(1)《淮河流域综合规划(2012—2030年)》对流域治理、开发和保护进行战略性、全局性、前瞻性的规划部署,涵盖防洪、除涝、供水、灌溉、发电、调水、航运、水资源保护、水生态环境修复、水土保持和水利管理等诸多方面,是今后一个时期流域治理、开发和保护的纲领性文件。
(2)研究成果在淮河流域规划中安排了防洪水库控制性工程、行蓄洪区调整工程、淮干堤防达标工程、入江入海水道整治工程、跨流域调水工程、重点平原洼地除涝工程、重要支流治理工程、城市防洪工程、灌溉引水工程、航道整治工程、水资源保护工程、水生态修复和流域管理工程等工程措施和非工程措施,流域内各省及国家有关部门正在按要求逐步实施。这些工程建设后,进一步完善流域防洪除涝减灾体系;有效促进水资源可持续利用;提高水资源质量及河流健康状况;改进和完善流域综合管理;提高了淮河的服务功能,提升了淮河流域防洪安全、供水安全、粮食安全、生态安全的保障程度,已取得明显的社会效益和生态环境效益。
(3)淮河是一条极其复杂难治的河流,规划成果对国内外大型复杂流域的综合规划编制具有重要的参考价值和借鉴作用,并具有广发推广应用前景。
4 项目已初步发挥效益
4.1 项目已应用及获得效益
项目已在诸多领域应用,并取得重要成果和初步发挥效益。依据规划成果编制完成《山东省淮河流域综合规划》《安徽省淮河流域(防洪防旱防污供水)综合治理规划纲要》等规划并通过审查;编制完成并经国家防总批复了《淮河洪水调度方案》;主持编制GB 50707—2011《河道整治设计规范》、SL 723—2016《治涝标准》等。国家有关部门及流域内各省依据研究成果开展了大量的防洪、治涝、供水、灌溉、跨流域调水、航运整治、水资源保护、水生态环境保护与修复、水土保持等工程和管理建设,提升了淮河流域防洪安全、供水安全、粮食安全、生态安全的保障程度,已取得明显的经济社会效益和生态环境效益。
4.2 项目应用单位评价
《淮河流域综合规划(2012—2030年)》已广泛应用于流域规划治理中,得到国家相关部门、流域省对技术成果高度评价和认可,主要包括流域四省。主要评价意见见表2。
表2 应用单位主要评价意见表
续表
张学军 何夕龙 执笔