梁書民，龐 華

(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)經(jīng)濟與發(fā)展研究所，北京 100081；2.中國測繪科學(xué)研究院，北京 100036)

1 概述

全球糧食主產(chǎn)區(qū)旱災(zāi)和洪災(zāi)造成的糧食減產(chǎn)是糧食危機的主要誘導(dǎo)因素。21世紀以來人類經(jīng)歷了3次糧食危機，2007—2008年糧食危機緣起于災(zāi)害天氣造成的2005—2006年全球糧食減產(chǎn)；2009—2010年全球糧食減產(chǎn)對應(yīng)2010—2012年糧食危機；2018—2019年的糧食減產(chǎn)和低幅增長造成了2020—2022年糧食危機。2022年3月美國干旱監(jiān)測機構(gòu)報道美國西部遭遇了1200年一遇旱災(zāi)，8月份歐洲干旱觀測站稱歐洲或?qū)⒃庥黾s500年來最嚴重干旱，同月中國水利部宣布長江流域發(fā)生了1961年以來最嚴重的氣象干旱；春夏兩季是北半球糧食生長的關(guān)鍵季節(jié)，且大澇和大旱經(jīng)常伴生，旱澇災(zāi)害造成全球糧食減產(chǎn)已成定局。2022年7月FAO預(yù)測世界谷物產(chǎn)量2022年同比下降0.6%；2022年8月美國農(nóng)業(yè)部預(yù)測全球谷物2022/23年度同比減產(chǎn)3587萬噸，減產(chǎn)1.28%，較7月份調(diào)減了對玉米和大米產(chǎn)量的預(yù)測，2023年或?qū)⒀永m(xù)全球糧食危機。

水資源開發(fā)利用是世界各國經(jīng)濟發(fā)展的必要條件，包括水力發(fā)電、農(nóng)業(yè)灌溉、內(nèi)河航運、工礦業(yè)用水、商業(yè)和城鄉(xiāng)居民用水、休閑娛樂用水、防洪庫容調(diào)節(jié)、生態(tài)用水調(diào)度等關(guān)系國計民生的重要用途。研究表明，世界總庫容最多的國家有加拿大、俄羅斯、美國、中國、巴西、印度和澳大利亞，農(nóng)田灌溉面積最大的國家有中國、印度、美國、土耳其、俄羅斯、巴西、烏茲別克斯坦和西班牙，兩組數(shù)據(jù)均同世界主要農(nóng)業(yè)大國高度重合。依據(jù)全球水庫大壩數(shù)據(jù)庫(GRanD)的研究表明，世界庫容調(diào)節(jié)系數(shù)較高的地區(qū)主要有北美洲干旱半干旱地區(qū)；非洲的尼羅河、贊比西河、奧蘭治河和尼日爾河；南美洲的巴拉那河、圣弗朗西斯科河和內(nèi)格羅河；歐洲的西班牙南部諸河、巴爾干半島河流、烏拉爾河-伏爾加河-頓河-第聶伯河、挪威南部和瑞典諸河；亞洲的葉尼塞河、鄂畢河、中亞各國、土耳其、伊朗、兩河流域、印度河、印度的德干高原、泰國的昭披耶河、中國的黃河和海河流域；以及澳大利亞的墨累河和達令河，庫容調(diào)節(jié)系數(shù)高值區(qū)同灌溉農(nóng)業(yè)的分布高度重合[1]。2020年我國農(nóng)業(yè)用水占比為62.1%，其中農(nóng)業(yè)大省黑龍江、新疆、西藏、寧夏在80%以上，甘肅、海南、青海、內(nèi)蒙古在72%以上。

毛澤東早在1934年就作出了“水利是農(nóng)業(yè)的命脈”的論斷，發(fā)展農(nóng)田灌溉是抗御旱災(zāi)增產(chǎn)糧食的主要措施，水肥一體化高效節(jié)水灌溉既可以提高農(nóng)作物單產(chǎn)，又可以在干旱區(qū)節(jié)水墾荒增加耕地面積，是我國目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵增產(chǎn)技術(shù)。中國政府歷來重視水利建設(shè)和水電開發(fā)，2020年水庫總庫容已經(jīng)達到9306億m3，較2000年的5183.5億立方米增加85.3%。1979年電力部提出《十大水電基地開發(fā)設(shè)想》，包括黃河上游、紅水河、金沙江、雅礱江、大渡河、烏江、長江上游、瀾滄江中游、湘西和閩浙贛水電基地；1989年有關(guān)部門又編印了《十二大水電基地》規(guī)劃性文件，增加了東北和黃河中游北干流兩個水電基地；2003年增加怒江為第十三大水電基地。2020年新疆的總庫容增加到215億m3，較2010年的135.7億m3增加58.4%，是2000年68.1億m3的3.16倍；2014年藏木水電站建成，2020年西藏十四五規(guī)劃提出建設(shè)雅魯藏布江下游水電站，新疆和西藏正在發(fā)展成為新的水電基地，我國在向各流域水利全面開發(fā)邁進。庫容調(diào)節(jié)系數(shù)是衡量流域水資源開發(fā)利用程度的關(guān)鍵指標，趙希濤等通過研究青藏高原東部6條江河的洪水特征指出發(fā)電為目的當(dāng)前水電站建設(shè)興利庫容量太小，對“紅旗河”調(diào)水工程設(shè)計的調(diào)水量可行性提出質(zhì)疑[2]；郎永媛等研究了我國8條主要江河的徑流調(diào)節(jié)能力，發(fā)現(xiàn)隨著梯級水庫的建設(shè)，水庫群的調(diào)節(jié)能力自上游河段而下逐漸增強[3]。

中國和美國同為糧食生產(chǎn)大國，中國水資源總量同美國相當(dāng)，雖然庫容調(diào)節(jié)系數(shù)低于美國[4- 5]，但是得益于農(nóng)田灌溉面積遠大于美國，和以滴灌為主的高效節(jié)水灌溉的快速發(fā)展，中國的單位耕地面積的糧食產(chǎn)量和糧食總產(chǎn)量均高于美國，凸顯了灌溉對糧食生產(chǎn)的重要作用。2022年超強高溫伏旱使四川盆地和長江中下游地區(qū)遭遇旱災(zāi)，需要三峽水庫向下游補水，但是由于三峽水庫缺乏靈活的庫容調(diào)度，按原計劃釋放了221.5億m3的防洪庫容，遇到下游旱情嚴重時只能向下游少量補水，抗旱灌溉功能得不到應(yīng)有的發(fā)揮。由于降水量年際變化和月際變化以及相應(yīng)的水庫庫容系數(shù)是決定水資源供給可靠性的主要因素，本文利用地理信息系統(tǒng)(GIS)和全球降水量月度統(tǒng)計數(shù)據(jù)計算干旱頻率，年際降水量變率和多年庫容系數(shù)，降水量年內(nèi)分配完全調(diào)節(jié)系數(shù)，以及總庫容系數(shù)的全球分布，可用于計算世界各地的理論興利庫容；利用中國大型水庫的庫容特征數(shù)據(jù)計算和比較分省和分流域的理論完全調(diào)節(jié)總庫容系數(shù)和2020年實際庫容系數(shù)，評價水資源開發(fā)程度，進一步結(jié)合我國跨流域調(diào)水對水資源的需求探討各地區(qū)未來水資源開發(fā)利用的發(fā)展目標。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)

本文主要數(shù)據(jù)來源有：全球1990—1998年月度降水量空間數(shù)據(jù)[6]，可用于計算干旱頻率、降水量年際變率和相對變率、理論多年庫容系數(shù)、降水量月際相對變率(年庫容調(diào)節(jié)系數(shù))，從而求算出總庫容系數(shù)；《2007年大型水庫一覽表》列舉的2007年中國分地區(qū)大型水庫庫容數(shù)據(jù)，包括總庫容，興利庫容和防洪庫容，可以計算興利庫容和防洪庫容占總庫容比重；《中國水利年鑒2021》統(tǒng)計的2020年分地區(qū)分流域總庫容數(shù)據(jù)，可根據(jù)2007年分地區(qū)的興利庫容和防洪庫容占比估算2020年的興利庫容和防洪庫容。本文全國分流域數(shù)據(jù)采用《中國水資源公報》通用的10大一級區(qū)，計算結(jié)果可用于指導(dǎo)各地區(qū)各流域的水庫興利庫容建設(shè)。

2.2 干旱頻率

旱災(zāi)是農(nóng)業(yè)減產(chǎn)的最重要因素，本節(jié)用干旱頻率定義旱災(zāi)發(fā)生程度。氣象干旱定義和年干旱頻率的計算是基于國家標準綜合氣象干旱指數(shù)CI[7]，綜述性文獻都列舉有許多旱災(zāi)定義和計算方法[8- 10]。本文采用簡便方法計算干旱頻率，按月降水量距平百分率計算，用小于多年平均值30%的月份出現(xiàn)頻率計算月度的旱災(zāi)頻率。通過計算干旱頻率分布，特別是主要農(nóng)業(yè)區(qū)的干旱頻率分布可以判斷當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定性。如2022年春夏兩季北半球主要農(nóng)業(yè)區(qū)經(jīng)歷的旱災(zāi)，使低頻率旱災(zāi)區(qū)現(xiàn)有的灌溉設(shè)施不能滿足抗旱需求，勢必造成農(nóng)作物不同程度的減產(chǎn)。

世界集中連片農(nóng)業(yè)區(qū)主要有北美洲中部的大平原和密西西比河流域，美國東南部沿海平原，加利福尼亞中央谷地，墨西哥南部和加勒比海島嶼；南美洲的巴西高原，拉普拉塔平原；非洲的上幾內(nèi)亞高原，蘇丹草原(撒哈拉沙漠南緣)，東非大裂谷地區(qū)(東非高原)，南非高原東南部；歐洲的西歐平原、波德平原、東歐平原，地中海-黑海沿岸(地中海式氣候區(qū))，多瑙河-第聶伯河-頓河沿岸平原；亞洲的中國東南部(東亞季風(fēng)氣候區(qū))，中亞-新疆綠洲，南亞次大陸(南亞季風(fēng)氣候區(qū))，中南半島和東南亞島嶼，西西伯利亞平原南部-哈薩克丘陵北部，伊朗高原；大洋洲的澳大利亞東南部和西南部。

1月為南半球夏季，即農(nóng)作物生長旺季，干旱頻率較高地區(qū)不適宜發(fā)展雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，但是發(fā)展灌溉農(nóng)業(yè)的增產(chǎn)效益十分明顯。南美洲中南部農(nóng)業(yè)區(qū)干旱頻率較低，有利于巴西、阿根廷和巴拉圭的大豆生產(chǎn)和出口貿(mào)易發(fā)展；非洲東南部的農(nóng)業(yè)區(qū)干旱頻率較低，但馬達加斯加島西北部為高值區(qū)；澳大利亞東南部和西南部農(nóng)業(yè)區(qū)干旱頻率較高，但新西蘭干旱頻率較低。北半球1月干旱頻率低有利于土壤冬季保墑和春季播種，如中國的青藏高原東緣，地中海東部沿岸國家和北美洲大平原北部，如圖1所示。

圖1 全球1月干旱頻率

4月為北半球春播期，干旱對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響較大，如南亞次大陸，哈薩克丘陵，北美大平原和西南部荒漠區(qū)，中國華北北部；干旱頻率高的地區(qū)灌溉農(nóng)業(yè)發(fā)達，如印度和巴基斯坦，美國西南部和墨西哥。南半球為收獲期，干旱對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也有一定影響，大洋洲、非洲、南美洲干旱頻率遞減，如圖2所示。

圖2 全球4月干旱頻率

7月為北半球夏季，即農(nóng)作物生長旺季，美國西部和地中海式氣候區(qū)干旱頻率較高，需要發(fā)展灌溉保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；西歐-中歐-東歐農(nóng)業(yè)區(qū)，南亞、東亞、東南亞季風(fēng)區(qū)多為雨熱同季，大多數(shù)地區(qū)不需灌溉；伊朗高原干旱頻率高，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要灌溉。圖中顯示鄱陽湖附近干旱頻率為0.292～0.358，遠高于四川盆地干旱頻率(低于0.116)，今年是中國長江中下游地區(qū)伏旱嚴重的年份，需要提水灌溉農(nóng)田抗旱，而四川局地發(fā)生洪災(zāi)，同圖中顯示夏季旱災(zāi)頻率分布相吻合。圖中顯示地中海式氣候區(qū)旱災(zāi)頻率在0.5左右，北部較低而南部可高達0.6以上，今年歐洲意大利、法國、西班牙和德國出現(xiàn)夏季旱災(zāi)，也可解釋為地中海式氣候影響范圍擴大造成的。南半球7月干旱頻率低的地區(qū)，有利于冬季土壤保墑和春季農(nóng)作物播種，如澳大利亞南部、新西蘭和馬達加斯加島北部，如圖3所示。

圖3 全球7月干旱頻率

10月為南半球春播期，圖中顯示南半球主要農(nóng)業(yè)區(qū)旱災(zāi)頻率非洲高于大洋洲，大洋洲高于南美洲，符合旱災(zāi)頻率越低，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)越穩(wěn)定的自然規(guī)律。巴西高原10月份旱災(zāi)頻率較低，且近二十年灌溉面積迅速增加，促使其成為世界糧食出口第一大國。北半球秋季為農(nóng)作物收獲期，由于夏季穩(wěn)定降水使土壤含水量較高，秋季干旱對農(nóng)作物產(chǎn)量影響較小。中國青藏高原東緣秋季干旱頻率很低，是華西秋雨氣候條件造成的結(jié)果，也給這一地區(qū)秋季覆膜保墑創(chuàng)造了穩(wěn)定的氣候條件。如受華西秋雨影響，中國的寧夏南部、甘肅東南部、青海東部在秋季和初冬降水穩(wěn)定，由于增溫保濕效果好，秋季地膜覆蓋正在當(dāng)?shù)剞r(nóng)田普及。如圖4所示。

圖4 全球10月干旱頻率

2.3 年際降水量變率與多年庫容系數(shù)

比較研究表明，用變差系數(shù)Cv表現(xiàn)的降水量年際波動有夸大作用，不能直觀準確反映氣候波動現(xiàn)象。本文采用《中華人民共和國氣候圖集》使用的降水量年際相對變率Dv替代Cv，來衡量降水量的年際波動[11]。

降水量年際絕對變率d:

(1)

降水量年際相對變率dv:

dv=d/X

(2)

式中，X—多年平均降水量，mm；Xi—第i年降水量,mm；n—統(tǒng)計年數(shù)。

相關(guān)文獻研究表明，流域的降水量和徑流量呈高度相關(guān)單調(diào)線性關(guān)系，兩者的相對變率相等或相近[12- 14]。本文用降水量相對變率替代徑流量相對變率，用來計算多年完全調(diào)節(jié)庫容系數(shù)，根據(jù)普列什柯夫α-β多年-Cv線解圖中保證率P=90%，年用水量調(diào)節(jié)系數(shù)α=0.90，偏態(tài)系數(shù)Cs=2Cv情形[15]，以降水量相對變率dv替代徑流量變差系數(shù)Cv，通過回歸計算得出了β多年同dv的關(guān)系公式，R2=0.9996。

β多年=3.8162dv2+0.8461dv-0.0752

(3)

計算結(jié)果表明，由于多年庫容系數(shù)同年際降水量相對變率成單調(diào)線性關(guān)系，兩者的空間分布格局相同，只是數(shù)值不同，如圖5—6所示。理論上推論多年庫容系數(shù)低的地區(qū)水庫單位建設(shè)成本帶來的興利庫容量大，水庫投入產(chǎn)出效益好；多年庫容系數(shù)高的地區(qū)水庫單位建設(shè)成本帶來的興利庫容量小，水庫效益差。多年庫容系數(shù)高值區(qū)為年降水量少的干旱地區(qū)，特別是亞洲、非洲、南北美洲和大洋洲沙漠地區(qū)，雖然多年庫容系數(shù)高，但是由于流域徑流量少，多年調(diào)節(jié)庫容量并不高。極端干旱區(qū)水庫水面蒸發(fā)量大，需采取防止水面蒸發(fā)措施，提高水庫的投入產(chǎn)出效益，如水面覆蓋塑料球，在水庫水面上安裝固定或浮動太陽能電池板等。實際上多年庫容系數(shù)中等偏高地區(qū)多為人口稠密的半干旱地區(qū)，水資源短缺最嚴重，建水庫增加興利庫容產(chǎn)生的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益最佳，如中國的華北、東北、西北地區(qū)，美國的加利福尼亞中央谷地和科羅拉多河流域；多年庫容系數(shù)較低區(qū)多為水資源豐富地區(qū)，對興利庫容需求并不大，對防洪庫容的需求則較大，這些地區(qū)的防洪庫容實際上是廣義的興利庫容。

圖5 全球年際降水量相對變率

圖6 全球河川徑流完全調(diào)節(jié)多年庫容系數(shù)

2.4 降水量月際變化與年內(nèi)分配完全調(diào)節(jié)系數(shù)

本文的年內(nèi)分配完全調(diào)節(jié)系數(shù)Cr計算公式采用標準公式的等價簡化公式，引入絕對值運算，取消了條件項[16]。

年內(nèi)分配完全調(diào)節(jié)系數(shù)Cr：

(4)

式中，R—月多年平均降水量,mm；Rk—第k月多年平均降水量,mm。

由于將各月降水量調(diào)配均勻可以使年內(nèi)降水量得到穩(wěn)定供給，所以用各月的多年降水量平均值計算出的降水量月際相對變率就是降水量年內(nèi)分配完全調(diào)節(jié)系數(shù)，經(jīng)驗測算表明降水量年內(nèi)分配完全調(diào)節(jié)系數(shù)和徑流量年內(nèi)分配完全調(diào)節(jié)系數(shù)相等或相近，可以互換使用。按月計算的年內(nèi)分配完全調(diào)節(jié)系數(shù)Cr值理論最小值為0，降水量或徑流量均勻分配于各年內(nèi)月；理論最大值為0.9167，降水量或徑流量集中于某一個月。

世界年內(nèi)分配完全調(diào)節(jié)系數(shù)低值區(qū)分布在歐洲，北美洲中北部，南美洲北部和中南部，非洲幾內(nèi)亞灣沿岸和剛果河流域、南端沿海和西北部山地，澳大利亞中南部和新西蘭，亞洲的中亞北部和西伯利亞、中國南方、日本和東南亞島嶼。中國高值區(qū)分布在東北、華北、中北(甘寧蒙)、南疆、青藏高原、川西高原和云南高原，大大提高了當(dāng)?shù)氐目値烊菹禂?shù)，相應(yīng)增加了南水北調(diào)西線工程的投資額，如圖7所示。

圖7 全球降水量年內(nèi)分配完全調(diào)節(jié)系數(shù)

2.5 總庫容系數(shù)

總庫容系數(shù)是徑流年完全調(diào)節(jié)和多年完全調(diào)節(jié)狀態(tài)下的總庫容系數(shù)，是多年調(diào)節(jié)庫容系數(shù)同年調(diào)節(jié)庫容系數(shù)之和。在GIS運算中，使用ARCINFO中Grid模塊Combine命令。

β總=β多年+β年

(5)

由于多年調(diào)節(jié)庫容系數(shù)β多年在干旱區(qū)最大值大于1，而年調(diào)節(jié)庫容系數(shù)β年最大值小于1，所以總庫容系數(shù)β總在世界主要農(nóng)業(yè)區(qū)分布基本類同最大值小于1的年調(diào)節(jié)庫容系數(shù)的分布趨勢，低值區(qū)分布在歐洲，北美洲中北部(大平原升為中值區(qū))，南美洲北部和中南部；非洲幾內(nèi)亞灣沿岸、剛果河流域和南端沿海(西北部山地升為高值區(qū))，新西蘭和澳大利亞南部(中部升為高值區(qū))，亞洲的中亞北部、西伯利亞、中國南方、日本和東南亞島嶼。中國總庫容系數(shù)高值區(qū)在東北、華北、中北(甘寧蒙)、南疆、青藏高原。云南高原、川西高原和黃河上游降為中值區(qū)有利于西線南水北調(diào)近期水源區(qū)的庫容調(diào)節(jié)和興利庫容建設(shè)；但是雅魯藏布江流域中上游地區(qū)為高值區(qū)，不利于西線南水北調(diào)中遠期水源區(qū)的庫容調(diào)節(jié)和興利庫容建設(shè)，同樣的調(diào)水量需要規(guī)劃較大的興利庫容和總庫容。南水北調(diào)中線、東線水源區(qū)總庫容系數(shù)低，有利于二期擴大調(diào)水的庫容調(diào)節(jié)和興利庫容建設(shè)，如圖8所示。

圖8 全球河川徑流完全調(diào)節(jié)總庫容系數(shù)

3 結(jié)果應(yīng)用

3.1 分地區(qū)和流域水庫調(diào)節(jié)

水利發(fā)展的最終目標是實現(xiàn)水利水電均衡開發(fā)，大力提高水資源的利用率和利用效率，滿足各地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展需求，爭取實現(xiàn)水資源全面開發(fā)利用，而實現(xiàn)這一目標需要流域水資源進行年調(diào)節(jié)和多年調(diào)節(jié)。本節(jié)通過比較理論完全調(diào)節(jié)總庫容系數(shù)(年調(diào)節(jié)和多年調(diào)節(jié)系數(shù)之和)與當(dāng)前已建成水庫庫容的庫容系數(shù)，評價中國分地區(qū)水利開發(fā)程度，定義水利開發(fā)程度是當(dāng)前庫容系數(shù)同理論完全調(diào)節(jié)總庫容系數(shù)之比值。

水利開發(fā)程度大于1.0的地區(qū)和流域為過度開發(fā)區(qū)，如黃河流域和河南、天津、吉林、湖北、河北、遼寧，未來需優(yōu)化調(diào)度，優(yōu)化發(fā)展；水利開發(fā)程度為0.6～1.0的地區(qū)為高度開發(fā)區(qū)，如遼河、海河流域和貴州、浙江、北京、湖南、海南、山東，未來需低速發(fā)展，優(yōu)化調(diào)度；水利開發(fā)程度為0.3～0.6的地區(qū)為中度開發(fā)區(qū)，如東南諸河、淮河、黑龍江、珠江、長江流域和青海、重慶、云南、內(nèi)蒙古、安徽、甘肅、廣西、江西、陜西、四川、廣東，未來需優(yōu)化設(shè)計，中速發(fā)展；水利開發(fā)程度為0.2～0.3的地區(qū)為低度開發(fā)區(qū)，如新疆、上海、寧夏、福建、山西、黑龍江，未來需優(yōu)化設(shè)計，高速發(fā)展；水利開發(fā)程度為0.0～0.2的地區(qū)為初始開發(fā)區(qū)，如西南諸河、西北諸河流域，以及西藏和江蘇，未來需優(yōu)化設(shè)計，優(yōu)先高速發(fā)展，見表1—2。

表1 分地區(qū)庫容系數(shù)和水資源開發(fā)程度

表2 分流域庫容系數(shù)和水資源開發(fā)程度

3.2 分地區(qū)分流域興利庫容余缺

本節(jié)進一步根據(jù)各地區(qū)各流域多年平均徑流量和總庫容系數(shù)(P=90%，α=0.9，Cs=2Cv)同當(dāng)前興利庫容系數(shù)的差值計算興利庫容余缺值，計算得到的興利庫容量的余缺值可以用來指導(dǎo)各地區(qū)各流域的水庫建設(shè)和水利發(fā)展。從分地區(qū)興利庫容余缺值來看，西藏是南水北調(diào)西線工程的主要水源地，興利庫容欠缺最大，高達3239.4億m3，其次是四川和新疆，分別為759.7和572.0億m3；欠缺200～500億m3興利庫容的地區(qū)有廣東、云南、廣西、福建、黑龍江、江西和青海。興利庫容系數(shù)欠缺0.25以上的地區(qū)主要分布在北方，有寧夏、山西、甘肅、江蘇、內(nèi)蒙古和陜西；欠缺0.10～0.25的地區(qū)有上海、安徽、重慶、山東、海南、北京。天津、河南的興利庫容系數(shù)比理論完全調(diào)節(jié)總庫容系數(shù)分別高0.2160和0.1688；其他地區(qū)兩系數(shù)差值接近于0，在正負0.06之間，見表3。

表3 分地區(qū)河川徑流完全調(diào)節(jié)興利庫容余缺表 單位：億m3

(續(xù)表)

從分流域興利庫容余缺值來看，南水北調(diào)西線工程的水源地西南諸河和長江流域最大分別為2840.5和2250.8億m3，其次是西北諸河731.2億m3和黑龍江329.9億m3，這些干旱半干旱區(qū)或毗鄰地區(qū)的興利庫容欠缺總計6152.4億m3。其中長江上游、西北諸河和黑龍江的興利庫容是我國近期開發(fā)干旱半干旱地區(qū)宜農(nóng)荒地資源和建設(shè)南水北調(diào)西線調(diào)水工程急需增加的興利庫容；西南諸河上游是南水北調(diào)西線中遠期水源地，其興利庫容欠缺是中遠期需要建設(shè)的興利庫容，見表4。

表4 分流域河川徑流完全調(diào)節(jié)興利庫容余缺表 單位：億m3

3.3 分地區(qū)分流域防洪庫容開發(fā)潛力

充分利用防洪庫容具有重大意義，首先可以通過科學(xué)調(diào)度增加興利庫容，使更多防洪庫容興利化；第二可以穩(wěn)定增加跨流域調(diào)水?dāng)?shù)量，如三峽水庫補水中線南水北調(diào)；第三可以節(jié)省建設(shè)投資，降低單方興利庫容的費用，如溢洪道升級改造；第四可以指導(dǎo)優(yōu)化未來水庫大壩設(shè)計，實現(xiàn)防洪庫容全部興利化，提高水庫興利庫容占總庫容的比重。按2007年各流域大型水庫防洪庫容占總庫容比重28.82%估算，2020年全國防洪庫容總計約2703.3億m3，其中黃河防洪庫容占總庫容比重最高為36.80%，有323.5億m3，局部地區(qū)的防洪庫容開發(fā)潛力仍然很大；淮河防洪庫容占比36.06%，有267.2億m3可以轉(zhuǎn)為興利庫容；長江防洪庫容占比34.03%，有1244.8億m3可以轉(zhuǎn)為興利庫容；遼河和海河可利用防洪庫容分別為163.2和95.2億m3，見表5。

表5 分流域可利用防洪庫容 單位：億m3

黃河、淮河、遼河、海河、西北諸河和黑龍江地處或毗鄰干旱半干旱區(qū)，其防洪庫容轉(zhuǎn)變?yōu)榕d利庫容可直接用于本地的農(nóng)田灌溉和跨流域調(diào)水，在總庫容不增加的情況下提高水資源利用率；長江防洪庫容轉(zhuǎn)為興利庫容可以用于南水北調(diào)東線中線增加供水，保障長江中下游航運，在干旱季節(jié)增加向下游供水灌溉沿岸農(nóng)田；珠江、東南諸河、西南諸河的防洪庫容可用于應(yīng)對旱災(zāi)年份農(nóng)田灌溉供水和保障旱季內(nèi)河航運暢通。

3.4 南水北調(diào)西線分流域理論總庫容

前蘇聯(lián)中亞綠洲干旱缺水催生東水西調(diào)計劃；美國大平原和西南部水資源短缺造成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)增長停滯，糧食出口大國地位正在被水資源豐富的巴西取代，北美水電聯(lián)盟(NAWAPA)被提上日程。中國華北西北缺水影響農(nóng)業(yè)發(fā)展，近20多年來糧食自給率每年下降1個百分點，南水北調(diào)工程正在規(guī)劃和實施中，目前東中線一期工程已經(jīng)完工，二期工程開始建設(shè)，西線選線傾向于中低海拔葉巴灘-兩河口-雙江口-洮河線，具有自流調(diào)水和西延瀾滄江、怒江、雅魯藏布江流域的條件。南水北調(diào)西線高海拔線、中高海拔線和中低海拔線自流最大可調(diào)水量為1777.4億m3[17]，本文測算的理論總庫容需求為1068.8億m3，其中7條主要江河的調(diào)水量為1503.9億m3，理論總庫容為930.4億m3，規(guī)劃總庫容可達到1013.5億m3，是理論總庫容的1.0893倍。

在南水北調(diào)西線水源區(qū)，大渡河有規(guī)劃總庫容70.9億m3，主要是規(guī)劃建設(shè)的雙江口、下爾呷水庫和西線中高海拔線建設(shè)的大渡河總庫容；雅礱江有規(guī)劃總庫容162.6億m3，主要是規(guī)劃建設(shè)的兩河口、仁青嶺水庫和西線中高海拔線建設(shè)的雅礱江總庫容；金沙江有規(guī)劃總庫容178.2億m3，主要是規(guī)劃建設(shè)的拉哇高壩、葉巴灘、崗?fù)小⑷魵J、牙哥水庫和西線中高海拔線建設(shè)的通天河總庫容；瀾滄江有規(guī)劃總庫容178.2億m3，主要是規(guī)劃建設(shè)的如美、西線中高海拔線建設(shè)的東灘、日埃內(nèi)拉水庫，和凍中水庫高壩的總庫容37.1億m3[18，19，20]；怒江有規(guī)劃總庫容181.0億m3，主要是規(guī)劃建設(shè)的同卡、熱玉和西線中高海拔線建設(shè)的東巴水庫的總庫容[21]；尼洋河有規(guī)劃總庫容68.8億m3，主要是規(guī)劃建設(shè)的渡口高壩、農(nóng)被高壩和巴松措天然庫容[22]；雅魯藏布江有規(guī)劃總庫容226.7億m3，需規(guī)劃建設(shè)桑白、洞嘎、藏木高壩、涌德、崗科等大型水庫。瀾滄江和怒江的相對規(guī)劃總庫容最低，分別占各自流域理論完全調(diào)節(jié)總庫容的90.74%和94.56%，其他5條主要江河的規(guī)劃總庫容均多于理論完全調(diào)節(jié)總庫容，見表6—7。

表6 南水北調(diào)西線主要水源區(qū)理論總庫容同規(guī)劃總庫容比較 單位：億m3

表7 南水北調(diào)西線主要水源區(qū)河流水庫規(guī)劃總庫容 單位：億m3

4 結(jié)論與對策建議

4.1 主要結(jié)論

(1)我國水資源開發(fā)利用程度地區(qū)差異很大，人口稠密的缺水區(qū)水資源開發(fā)程度接近或超過100%，需要通過跨流域調(diào)水增加水資源供給量，如黃、淮、海和遼河流域。

(2)我國跨流域調(diào)水水資源開發(fā)潛力大，特別是南水北調(diào)水源地長江和西南諸河，西線調(diào)水近期以長江上游為水源地，總庫容系數(shù)低，特別是多年庫容系數(shù)最低，可保障穩(wěn)定供水。

(3)關(guān)鍵地區(qū)防洪庫容開發(fā)利用潛力大，同跨流域調(diào)水相關(guān)的黃淮海流域、遼河流域和長江流域的大型水庫防洪庫容占比多高于全國平均值，有利于防洪庫容開發(fā)利用和興利庫容在短期內(nèi)快速增加，提高當(dāng)?shù)氐乃Y源利用率。

(4)黑龍江流域水資源開發(fā)程度居中等，仍有開發(fā)潛力，當(dāng)前有防洪庫容76.2億m3可利用，高于規(guī)劃的松遼運河年調(diào)水量68.4億m3，若在嫩江上游修建四站水庫和五站水庫作為大小興安嶺山麓調(diào)水首庫，可充分保障東北的北水南調(diào)和松遼運河用水需求。

(5)西北諸河為干旱半干旱缺水區(qū)，雖然西北諸河水資源開發(fā)程度低，但是由于徑流深度低，開發(fā)潛力居中等，且總庫容系數(shù)高，開發(fā)難度大，本地水資源同豐富的土地資源不匹配，需要跨流域調(diào)水才能進行大規(guī)模農(nóng)業(yè)開發(fā)，應(yīng)當(dāng)確定為南水北調(diào)西線工程的主要受水區(qū)。

(6)珠江流域和東南諸河為豐水區(qū)，總庫容系數(shù)低，防洪庫容占比居中等，水資源開發(fā)比較容易，航道跨流域連通是當(dāng)?shù)氐乃_發(fā)重點，但是由于當(dāng)?shù)囟嗯_風(fēng)，秋季和冬季旱災(zāi)頻率較高，應(yīng)注重現(xiàn)有水庫升級改造，優(yōu)化水庫調(diào)度管理，增加防洪庫容利用率。

4.2 對策建議

(1)黑龍江和遼河流域鄰近北方缺水區(qū)，防洪庫容轉(zhuǎn)為興利庫容投資小見效快。建議利用現(xiàn)有的松花湖、哈達山水庫、尼爾基水庫、嫩江下游河灘地滯洪區(qū)、大賚(通其爾)水庫、月亮泡、查干湖聯(lián)合調(diào)度，調(diào)蓄洪水，盡早開鑿松遼運河實施東北北水南調(diào)。

(2)建議黃淮海流域通過擴大南水北調(diào)中線工程調(diào)水量，建設(shè)華北內(nèi)河航道網(wǎng)，推廣水肥一體化高效節(jié)水灌溉，挖掘黃淮海平原農(nóng)業(yè)增產(chǎn)潛力，同時盡快開建規(guī)劃的黃河中上游古賢、磧口、大柳樹(黑山峽)水庫，利用當(dāng)前興利和防洪庫容聯(lián)合調(diào)度，增加興利庫容和提高用水保障水平。

(3)西北諸河多為內(nèi)流區(qū)是南水北調(diào)西線主要受水區(qū)，建議大力推廣普及水肥一體化高效節(jié)水灌溉，先節(jié)水后調(diào)水，挖掘水資源潛力，提高水資源利用率和利用效率。具體措施如加大引黃灌溉力度，優(yōu)化庫容布局和庫容調(diào)度，增加防洪興利共有庫容。

(4)南水北調(diào)西線調(diào)水工程受水區(qū)分4個梯次自南向北擴展依次為甘肅、寧夏、陜北、晉中北、冀西北，內(nèi)蒙古陰山以南，內(nèi)蒙古陰山以北，和新疆。目前應(yīng)加強引黃和引洮工程的調(diào)度和管理，以發(fā)展高效節(jié)水灌溉為目標，建設(shè)田間蓄水池，大力發(fā)展水肥一體化大田滴灌，鼓勵節(jié)水開荒，擴大灌溉面積。

(5)南水北調(diào)西線調(diào)水水源地自北向南延伸依次為長江流域、瀾滄江和怒江、雅魯藏布江流域。近期規(guī)劃建設(shè)的南水北調(diào)西線葉巴灘-洮河線路可以利用已建和在建的葉巴灘、兩河口、雙江口水庫總庫容，建議盡早開始建設(shè)引水隧洞工程，開鑿迭山、岷山、邛崍山、大折多山、沙魯里山隧洞群，以實現(xiàn)南水北調(diào)西線首期通水。