長(zhǎng)江流域水資源利用與航運(yùn)發(fā)展協(xié)調(diào)性分析

余 志 成,王 偉,2,宋 月,褚 傳 豐,黃 莉

(1.河海大學(xué) 港口海岸與近海工程學(xué)院,江蘇 南京 210098; 2.河海大學(xué) 海岸災(zāi)害及防護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210098; 3.河海大學(xué) 公共管理學(xué)院,江蘇 南京 211100)

0 引 言

長(zhǎng)江流域地理氣候環(huán)境差異造成水資源時(shí)空分布不均,洪水和干旱災(zāi)害問題頻繁發(fā)生。長(zhǎng)江上游干支流控制性水庫的建設(shè)和運(yùn)行,對(duì)長(zhǎng)江流域的自然水文狀況產(chǎn)生了影響,改變了長(zhǎng)江與洞庭湖鄱陽湖的江湖關(guān)系,兩湖消落期提前,枯水期延長(zhǎng)[1-2]。2022年7月以來,長(zhǎng)江流域受氣候異常、夏季雨季短、長(zhǎng)江沿線多省市持續(xù)高溫、少量降雨的影響,最高氣溫持續(xù)突破歷史極端情況,長(zhǎng)江干流及主支流水位持續(xù)下降,出現(xiàn)了罕見的汛期干旱現(xiàn)象,鄱陽湖和洞庭湖提前3～4個(gè)月進(jìn)入枯水期,對(duì)長(zhǎng)江航運(yùn)的發(fā)展及水深保障帶來了一定的影響[3]。水資源的開發(fā)利用會(huì)導(dǎo)致防洪、航運(yùn)、發(fā)電等各方利益不能平衡。例如,新中國成立后至20世紀(jì)60～70年代,河流運(yùn)輸發(fā)展取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。此后,由于在利用水資源時(shí),較少考慮到航道的運(yùn)輸作用,因此,在“閘壩斷航”以及其他運(yùn)輸方式的沖擊之下,西北地區(qū)的航運(yùn)衰落[4]。南水北調(diào)中線工程從丹江口大壩調(diào)水后,漢江水資源明顯減少,使得漢江枯水期大為延長(zhǎng),長(zhǎng)期枯水又導(dǎo)致航道水深減小[5]。

對(duì)長(zhǎng)江流域水資源利用與航運(yùn)發(fā)展的耦合協(xié)調(diào)情況進(jìn)行分析是水資源綜合利用的一個(gè)重要方面。目前國內(nèi)外學(xué)者對(duì)水資源耦合協(xié)調(diào)的研究主要集中在水資源與其他各要素間的交互耦合方面,以探討兩個(gè)系統(tǒng)之間的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系為主,具體包括水資源與經(jīng)濟(jì)[6]、社會(huì)經(jīng)濟(jì)[7-9]、生態(tài)環(huán)境[10-11],以及能源[12-13]、土地資源[14-15]、人口[16-17]、城鎮(zhèn)化[18-21]等兩系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)耦合關(guān)系。而對(duì)長(zhǎng)江“水資源-航運(yùn)發(fā)展”復(fù)合系統(tǒng)之間相互作用的研究較少,難以厘清長(zhǎng)江水資源利用效率與航運(yùn)發(fā)展之間的互饋關(guān)系。在全球變暖、極端干旱等復(fù)雜的自然情況下,長(zhǎng)江流域“汛期反枯”情況備受關(guān)注,加之人類活動(dòng)對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)活動(dòng)的干預(yù)不斷增多[22-23],枯水期的長(zhǎng)江航運(yùn)通航保障情況是目前亟需探討的中國水安全主要問題[24]。特大干旱事件受自然和人為等多種因素的驅(qū)動(dòng),其形成、變化和發(fā)展機(jī)制十分復(fù)雜。鑒于目前水安全形勢(shì)的緊迫性及對(duì)枯水期及極端情況下的通航保障情況研究的不足,本研究通過構(gòu)建長(zhǎng)江流域水資源綜合利用與航運(yùn)發(fā)展指標(biāo)體系,利用綜合評(píng)價(jià)法對(duì)2010～2020年長(zhǎng)江流域水資源利用與航運(yùn)發(fā)展的變化趨勢(shì)進(jìn)行分析,在此基礎(chǔ)上構(gòu)建耦合協(xié)調(diào)度模型,分析長(zhǎng)江流域水資源利用水平與航運(yùn)發(fā)展的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系。同時(shí)考慮到近年來極端氣候現(xiàn)象不斷發(fā)生,為了保證研究的全面性和客觀性,本研究還分別對(duì)枯水年(2011,2017年)及極端情況(2022年長(zhǎng)江流域“汛期反枯”)下的水資源利用水平與航運(yùn)發(fā)展的關(guān)系進(jìn)行了深入分析,以期為長(zhǎng)江航運(yùn)發(fā)展戰(zhàn)略提供理論參考。

1 研究區(qū)概況

長(zhǎng)江流域是中國水資源配置的戰(zhàn)略水源地,是聯(lián)系東中西部的“黃金水道”。多年平均水資源量9 959億m3,約占全國水資源總量的36%。每年長(zhǎng)江供水量超過2 000億m3,通過南水北調(diào)、引漢濟(jì)渭、引江濟(jì)淮、滇中引水等工程建設(shè),惠澤流域外廣大地區(qū),保障供水安全。3 600多條通航河流的總計(jì)通航里程超過7.1萬km,占全國內(nèi)河通航總里程的70%(來源中國政府網(wǎng))。2021年,長(zhǎng)江干線貨物通過量32.6億t,同比增長(zhǎng)6.5%;三峽船閘和升船機(jī)合計(jì)通過量1.5億t,同比增長(zhǎng)9.3%;長(zhǎng)江干線省際客船全年預(yù)計(jì)完成客運(yùn)量61.6萬人次,與2020年同期相比大幅增加,但較2019年同期下降逾40%。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

選取長(zhǎng)江流域11個(gè)省市的水資源與航運(yùn)發(fā)展相關(guān)數(shù)據(jù)作為研究樣本,數(shù)據(jù)主要來源見表1。

表1 數(shù)據(jù)來源Tab.1 Data source

2.1 指標(biāo)體系構(gòu)建

2.1.1水資源利用指標(biāo)體系構(gòu)建

本文構(gòu)建的水資源利用指標(biāo)體系主要包括水資源水平、水資源利用、水資源保護(hù)3個(gè)方面。水資源水平主要包括人均水資源量,反映出長(zhǎng)江流域水資源稟賦條件及供應(yīng)能力[25];水資源利用主要包括人均用水量、用水普及率、水資源開發(fā)利用強(qiáng)度,反映出該區(qū)域的水資源利用能力、效率,以及開發(fā)潛力;水資源保護(hù)主要包括耗水量、單位工業(yè)增加值污水排放量,反映出區(qū)域水資源的可持續(xù)發(fā)展水平。同時(shí)參考文獻(xiàn)[24]關(guān)于水資源耦合協(xié)調(diào)的研究,選取6個(gè)指標(biāo)對(duì)長(zhǎng)江水資源綜合利用情況進(jìn)行評(píng)價(jià)[26],指標(biāo)體系見表2。

表2 長(zhǎng)江水資源綜合利用指標(biāo)體系Tab.2 Comprehensive development indexes of water resources of the Changjiang River

2.1.2航運(yùn)發(fā)展指標(biāo)體系構(gòu)建

長(zhǎng)江航運(yùn)發(fā)展主要與船舶大型化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展、航道等級(jí)的提升等內(nèi)容相關(guān),結(jié)合長(zhǎng)江發(fā)展實(shí)際情況,從樞紐通航能力、運(yùn)輸能力、規(guī)模布局選取指標(biāo),同時(shí)考慮水資源利用的相關(guān)因素,構(gòu)建航運(yùn)發(fā)展評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,選取5個(gè)指標(biāo)對(duì)長(zhǎng)江航運(yùn)發(fā)展進(jìn)行評(píng)價(jià),指標(biāo)體系見表3。

表3 長(zhǎng)江航運(yùn)綜合發(fā)展指體系Tab.3 Shipping comprehensive development index of the Changjiang River

2.1.3非常規(guī)情況指標(biāo)體系構(gòu)建

前文建立了耦合模型來分析常規(guī)情況下的長(zhǎng)江航運(yùn)與水資源利用的耦合態(tài)勢(shì),但隨著近年來極端氣候頻發(fā),僅僅分析正常年份的水深保障情況是不全面的,因此,為了保證研究的客觀性與全面性,也需要分別對(duì)枯水年、枯水期和極端情況進(jìn)行分析。通過查閱相關(guān)文獻(xiàn),參考《中華人民共和國長(zhǎng)江保護(hù)法》等,發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)江干流(包括區(qū)間中小支流)重要斷面最小下泄流量及最低控制水位指標(biāo),不僅可以滿足河道生態(tài)基流(水位)和下游生活用水要求,還考慮了工業(yè)、灌溉、航運(yùn)等用水需求;絕大部分生態(tài)基流(水位)與最小下泄流量(最低控制水位)相同。因此,本文選取最小下泄流量和最低控制水位兩個(gè)指標(biāo),作為枯水年與枯水年枯水期水資源利用與航運(yùn)發(fā)展協(xié)調(diào)度評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.2 數(shù)據(jù)處理與模型構(gòu)建

2.2.1數(shù)據(jù)處理

2.2.1.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理

指標(biāo)單位、統(tǒng)計(jì)口徑等差異使得長(zhǎng)江航運(yùn)發(fā)展各指標(biāo)存在量綱差異,考慮到計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性,同時(shí)有助于對(duì)比分析數(shù)據(jù),采用極值法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱標(biāo)準(zhǔn)化處理,將原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化到[0,1]范圍內(nèi),標(biāo)準(zhǔn)化公式為

(1)

2.2.1.2 權(quán)重及綜合評(píng)價(jià)指數(shù)計(jì)算

在確立水資源利用和航運(yùn)發(fā)展系統(tǒng)相關(guān)指標(biāo)后,需對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán),明確指標(biāo)的作用程度。為了使客觀數(shù)據(jù)的分析結(jié)果更加科學(xué),提高模型在耦合評(píng)價(jià)過程中的準(zhǔn)確性,本文采用客觀賦權(quán)法中的熵值法確定指標(biāo)權(quán)重wi。

第i項(xiàng)指標(biāo)在第j年所占指標(biāo)權(quán)重:

(2)

第i項(xiàng)指標(biāo)熵值:

(3)

其中,k=1/ln(n),且ei≥0。信息熵冗余度為di=1-ei。

各指標(biāo)權(quán)重:

(4)

在熵權(quán)法確定各指標(biāo)權(quán)重的基礎(chǔ)上,運(yùn)用線性加權(quán)法分別計(jì)算長(zhǎng)江水資源利用和航運(yùn)發(fā)展綜合評(píng)價(jià)指數(shù)U:

(5)

2.2.2耦合協(xié)調(diào)度模型構(gòu)建

耦合是指兩個(gè)或兩種運(yùn)動(dòng)以上的體系或兩種運(yùn)動(dòng)形式之間通過各種相互作用而彼此影響以至聯(lián)合起來的現(xiàn)象,通常用耦合度來表示系統(tǒng)或要素之間的相互影響程度,以及它們之間的協(xié)同性[27-28]。耦合協(xié)調(diào)模型經(jīng)常被用來做各種要素之間的相關(guān)性分析。本研究參考文獻(xiàn)[29]的方法,計(jì)算水資源利用與航運(yùn)兩者間的耦合度C∈[0,1]。

C值越大,系統(tǒng)耦合度越高?？紤]到主觀賦值會(huì)影響耦合協(xié)調(diào)模型的使用效度,采用算術(shù)加權(quán)計(jì)算兩系統(tǒng)的綜合指數(shù)T。運(yùn)用綜合評(píng)價(jià)法計(jì)算獲取水資源利用與航運(yùn)耦合協(xié)調(diào)度D。

T=αU1+βU2

(6)

(7)

(8)

式中:U1,U2分別為水資源利用綜合指數(shù)和航運(yùn)發(fā)展綜合指數(shù),α,β為待定系數(shù),α+β=1;xi和xj分別為水資源利用指標(biāo)和航運(yùn)發(fā)展指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值;m和n分別為水資源利用指標(biāo)和航運(yùn)發(fā)展指標(biāo)數(shù)量;wi和wj分別是水資源利用指標(biāo)和航運(yùn)發(fā)展各指標(biāo)的權(quán)重。D∈[0,1]值越大系統(tǒng)協(xié)調(diào)度越高。耦合協(xié)調(diào)度等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)見表4。

表4 耦合協(xié)調(diào)度等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)Tab.4 Division standard of coupling coordination level

3 結(jié)果分析

3.1 常規(guī)情況耦合協(xié)調(diào)結(jié)果分析

3.1.1趨勢(shì)概述

通過數(shù)據(jù)分析和計(jì)算,得出2010～2020年長(zhǎng)江航運(yùn)發(fā)展變化趨勢(shì)(見圖1)、2010～2020年長(zhǎng)江水資源利用綜合指數(shù)變化趨勢(shì)(見圖2),再進(jìn)行總體耦合度分析,利用耦合協(xié)調(diào)模型計(jì)算出2010～2020年長(zhǎng)江流域航運(yùn)與水資源利用之間的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系(見圖3)。為更好反映研究區(qū)域航運(yùn)發(fā)展與水資源利用在空間上的耦合協(xié)調(diào)度差異,以及長(zhǎng)江不同區(qū)段耦合協(xié)調(diào)度隨時(shí)間變化趨勢(shì),繪制出長(zhǎng)江各區(qū)段航運(yùn)與水資源耦合協(xié)調(diào)度對(duì)比圖(見圖4)。

圖1 2010～2020年長(zhǎng)江航運(yùn)綜合發(fā)展變化趨勢(shì)Fig.1 Comprehensive development trend of Changjiang River shipping from 2010 to 2020

圖2 2010～2020年長(zhǎng)江水資源利用綜合指數(shù)變化趨勢(shì)Fig.2 Trend of the comprehensive index of water resources utilization in the Changjiang River from 2010 to 2020

圖3 2010～2020年長(zhǎng)江航運(yùn)-水資源耦合協(xié)調(diào)度變化趨勢(shì)Fig.3 Variation trend of the coupling cooperation degree between shipping and water resources in the Changjiang River from 2010 to 2020

圖4 長(zhǎng)江各區(qū)段航運(yùn)-水資源耦合協(xié)調(diào)度對(duì)比Fig.4 Comparison of coupling synergy degree between shipping and water resources in various sections of the Changjiang River

從時(shí)間上來看,2010～2020年長(zhǎng)江航運(yùn)發(fā)展水平從2010年的0.20增長(zhǎng)到2020年的0.45,呈現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定上漲趨勢(shì)。長(zhǎng)江水資源變化趨勢(shì)如圖2所示,11 a內(nèi)長(zhǎng)江水資源總體發(fā)展指數(shù)在0.44左右的位置來回波動(dòng),在2016～2020年間存在較大幅度振蕩,到2020年再次回到平均水平,整體來看,從2010年的0.383到2020年的0.403,長(zhǎng)江水資源的利用指數(shù)保持穩(wěn)定態(tài)勢(shì)。而長(zhǎng)江航運(yùn)與水資源利用耦合協(xié)調(diào)度總體為0.6～0.7,達(dá)到初級(jí)協(xié)調(diào)水平,在2018年達(dá)到中級(jí)協(xié)調(diào)水平,且總體協(xié)調(diào)度呈現(xiàn)振蕩上升趨勢(shì)。由此可以得出以下結(jié)論:2010～2020年長(zhǎng)江水資源利用呈現(xiàn)振蕩上升趨勢(shì),但航運(yùn)發(fā)展始終保持上升勢(shì)頭,現(xiàn)狀水資源沒有制約長(zhǎng)江航運(yùn)發(fā)展。

從空間上看,長(zhǎng)江航運(yùn)與水資源協(xié)調(diào)水平存在差異,下游顯著高于中上游,上游增速最快,中游較為均衡。由于長(zhǎng)江水資源分布在空間上存在一定差異,由安徽、江蘇、浙江、上海組成的長(zhǎng)江下游地區(qū)是中國重要的貿(mào)易、港口聚集地,下游航運(yùn)-水資源協(xié)調(diào)水平顯著性地高于中游和上游,耦合協(xié)調(diào)度為0.7～0.8,達(dá)到中級(jí)協(xié)調(diào)水平,2018年協(xié)調(diào)指數(shù)超過 0.8,達(dá)到良好協(xié)調(diào)等級(jí);由青海、西藏、四川、云南、重慶組成的長(zhǎng)江上游區(qū)域支流數(shù)量少、航運(yùn)條件有限,以農(nóng)業(yè)灌溉、水力發(fā)電等為主,上游航運(yùn)-水資源協(xié)調(diào)水平起點(diǎn)最低,但增速最快,且呈現(xiàn)持續(xù)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì);由湖北、湖南、江西組成的中游區(qū)域作為中國水資源豐富的地區(qū),在滿足三峽大壩等重要發(fā)電需求的同時(shí)也是中國重要的糧、油、棉生產(chǎn)基地,航運(yùn)、水資源利用在中游地區(qū)均得到了較好的發(fā)展,耦合協(xié)調(diào)度也一直在0.45上下浮動(dòng),較為均衡。

3.1.2典型案例分析

(1) 金沙江向家壩段樞紐。向家壩樞紐位于長(zhǎng)江航運(yùn)的上游,是金沙江的最下游梯級(jí),該河段水資源變動(dòng)幅度大,洪水期河寬500～1 000 m,而枯水期河寬200～400 m。從敘渝段各河段歷月維護(hù)水深(見表5)可看出,盡管整治工程實(shí)施、Ⅲ級(jí)航道覆蓋率顯著提高,但紊亂的水勢(shì)仍然從一定程度上制約了航運(yùn)發(fā)展?？傮w來看金沙江河段維持較好航運(yùn)需要的水資源條件包括:金沙江河段的水流量需要保持在一定的范圍內(nèi),以保證船只能夠順利通過。金沙江河段的平均流量為約5 000 m3/s,可以滿足大部分船只的通過需求。

表5 敘渝段航道分月維護(hù)水深Tab.5 Maintained water depth in the Xuyu channel every month m

(2) 三峽工程。三峽工程的建設(shè)對(duì)長(zhǎng)江航運(yùn)產(chǎn)生了顯著的影響。三峽大壩運(yùn)行后下游水位平均下降了1.5 m左右,上游水位平均上升了1 m左右。每年通過三峽船閘的船只數(shù)量從2003年的1.5萬艘增加到2018年的4.06萬艘。三峽工程的建設(shè)對(duì)長(zhǎng)江航運(yùn)產(chǎn)生的影響毫無疑問是積極的,其中包括水位變化、水流速度變化、船只通過難度變化和航道水深變化等方面,但現(xiàn)如今其通過能力已經(jīng)面臨極限,處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。

3.2 非常規(guī)情況分析

根據(jù)2010～2020年長(zhǎng)江降水量、通航保證率等數(shù)據(jù)以及GB/T 50095-2014《水文基本術(shù)語和符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)》,基本以來水頻率P=75%的典型年代表枯水年。中國枯水期則是從每年12月份到次年4月份。每年各地可能略有偏差;進(jìn)入12月份,隨著長(zhǎng)江上游來水量不斷減少、三峽水庫開始騰庫防汛和實(shí)施中下游生態(tài)補(bǔ)水,長(zhǎng)江上游枯水不斷加劇,中下游持續(xù)低水位徘徊,長(zhǎng)江沿線全面進(jìn)入枯水期。

3.2.1非常規(guī)情況下最低控制水位分析

3.2.1.1 枯水年

根據(jù)以上分析,確定2011年和2017年為2010～2020年的枯水年,圖5為長(zhǎng)江干流各代表性水文站分別于2011、2017年監(jiān)測(cè)得到的枯水位數(shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并計(jì)算平均絕對(duì)偏差得到兩個(gè)年份的枯水位對(duì)照,見表6。總體情況來看,盡管2011年全河段枯水位的平均絕對(duì)偏差與2017年的偏差差值在0.5%左右,但除了上游的寸灘之外,所有河段的平均絕對(duì)偏差都有了進(jìn)一步的縮小,說明枯水期間同一段河道水位變化的離散程度較小,主要原因是2017年秋季至2018年春季整體降水較2011年秋季至2012年春季更頻繁,或2011～2017年航道清淤整治效果較好,水土保持工作到位,河水含沙量減少。

圖5 2011,2017年長(zhǎng)江各水文站枯水期水位監(jiān)測(cè)Fig.5 Water level monitoring of hydrological stations in the Changjiang River in 2011,2017

表6 典型枯水年長(zhǎng)江各航段航道水深Tab.6 Water depths of channels of the Changjiang River in typical dry years

從監(jiān)測(cè)點(diǎn)水深監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來看,長(zhǎng)江干線航道維護(hù)水深達(dá)標(biāo)率達(dá)100%,通航水深保證率達(dá)到95%及以上,中上游干線航道可以有效應(yīng)對(duì)“枯水延長(zhǎng)、洪水不洪”的水情。但在某些地區(qū),例如,2011年和2017年宜昌水文站監(jiān)測(cè)的最低枯水位分別為和39.33 m和39.61 m,在滿足通航要求的情況下,最淺處僅能勉強(qiáng)維持3.5 m的通航水深,拖慢了航行效率,存在一定安全隱患[30]。

3.2.1.2 極端情況

2022年長(zhǎng)江流域“汛期反枯”的情況更為極端。由于副熱帶高壓異常強(qiáng)盛,輻射增溫效果明顯,導(dǎo)致了6月以來長(zhǎng)江流域降水量較常年同期少30%,與近5 a同期平均值相比,長(zhǎng)江干線流量偏少約51%,長(zhǎng)江干線水位平均偏低4.3 m,多處水道水位達(dá)同期歷史最低以致長(zhǎng)江航道局于當(dāng)年8月緊急調(diào)整部分航道維護(hù)尺寸,各地航道部門多措并舉保障航道暢通,如表7所列。

表7 2022年8月19日調(diào)整前后航道維護(hù)尺寸Tab.7 Adjustment of the waterway maintenance size on August 19,2022 m

上述條件下對(duì)長(zhǎng)江航運(yùn)效率產(chǎn)生了影響,大型船舶若維持航行,需降低載重,將船舶吃水量調(diào)整至航道維護(hù)水深以內(nèi),而吃水量低于這一水平的船舶仍可正常配載行駛[31-32]。

3.2.2非常規(guī)情況下最小下泄流量分析

根據(jù)《長(zhǎng)江干流宜昌至河口河段(包括區(qū)間中小支流)水量分配方案》《長(zhǎng)江干流宜賓至宜昌河段(包括區(qū)間中小支流)水量分配方案》(簡(jiǎn)稱分水方案),在2030水平年、特征枯水年及特征枯水年枯水期的斷面流量均能滿足控制性最小下泄流量。分水方案下主要控制斷面2030水平年與特征枯水年(枯水期)水量和流量情況見表8。從表中可以看出,分水方案優(yōu)化了主要控制斷面流量,即使在特征枯水年枯水期(12月至次年4月)內(nèi),李莊、寸灘、宜昌、螺山、漢口、九江、大通等七大控制斷面的流量也能滿足控制性最小下泄流量。最小下泄流量指標(biāo)確保了河道生態(tài)基流和下游生活、工業(yè)、灌溉、航運(yùn)等用水需求,雖然在特征枯水年和特征枯水年枯水期受降水偏少影響,斷面水量有明顯下滑,但通過水量合理分配、控制性水庫群蓄豐補(bǔ)枯等措施,在水量偏少的情況下,仍明顯增加了主要控制斷面的枯水期流量,證明分水后斷面流量和航運(yùn)條件得到了進(jìn)一步的優(yōu)化。

表8 分水方案下主要控制斷面2030水平年與特征枯水年(枯水期)水量和流量情況Tab.8 The water volume and flow in horizontal year(2030)and the characteristic dry year(dry period)at major sections,under the water dividing scheme

3.2.3非常規(guī)情況下水資源利用與航運(yùn)的相關(guān)性分析

前文對(duì)長(zhǎng)江水運(yùn)發(fā)展耦合協(xié)調(diào)度的非常規(guī)情況進(jìn)行了梳理,針對(duì)2011,2017年枯水年,將長(zhǎng)江水資源利用指數(shù)的各項(xiàng)指標(biāo)單獨(dú)量化后作出變化趨勢(shì)圖(見圖6)。2010～2020年期間隨著氣象、政策與市場(chǎng)不斷變化,使得單項(xiàng)指標(biāo)的增長(zhǎng)/縮減呈現(xiàn)得較為復(fù)雜、不可預(yù)測(cè)。以單位工業(yè)增加值污水排放量為例,2013年之后該項(xiàng)值銳減主要?dú)w功為“十二五”期間《長(zhǎng)江中下游流域水污染防治規(guī)劃》的通過以及十八大后國家對(duì)長(zhǎng)江污水治理的推動(dòng)。在本組數(shù)據(jù)中,人均水資源量、耗水量、水資源開發(fā)利用強(qiáng)度這3項(xiàng)指標(biāo)與非常規(guī)情況關(guān)系密切。

圖6 2010～2020年長(zhǎng)江水資源利用指標(biāo)變化趨勢(shì)Fig.6 Change trend of water resources utilization indicators of the Changjiang River from 2010 to 2020

根據(jù)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn):人均水資源量2011年較2010年降幅約47%,2017年較2016年降幅達(dá)到了60%,降幅較大的原因是枯水年的下半年降水偏少,徑流也相應(yīng)減少,干旱持續(xù)到第二年的春末;耗水量2011年較2010年增長(zhǎng)平緩,而2017年較2016年則有了近60%的漲幅,與之對(duì)應(yīng)的水資源開發(fā)利用強(qiáng)度也在低谷重新抬升,主要成因即為干旱情況下需要頻繁地通過船閘來調(diào)整航道通航,以及非航運(yùn)用水資源實(shí)行重復(fù)利用?？菟陜?nèi),航道變窄,水深變淺之后,原本的雙向航道可能變成單向航道,單向航道成為控制航段,船舶也可能被迫減載,從而逐步影響整年的航運(yùn)發(fā)展水平,但本身航運(yùn)就是一個(gè)動(dòng)態(tài)調(diào)整的行業(yè),針對(duì)非常規(guī)情況也能通過調(diào)整貨物結(jié)構(gòu)、出船時(shí)間,協(xié)調(diào)江海聯(lián)運(yùn)等方針進(jìn)行一定的維穩(wěn),而短期內(nèi)的“汛期反枯”現(xiàn)象不太會(huì)對(duì)航運(yùn)物流市場(chǎng)帶來巨大波動(dòng)。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié) 論

通過建立長(zhǎng)江航運(yùn)發(fā)展與水資源兩系統(tǒng)指標(biāo)體系,利用綜合評(píng)價(jià)法和耦合協(xié)調(diào)度模型進(jìn)行分析,得出以下結(jié)論:

(1) 從時(shí)間上看,長(zhǎng)江水資源綜合利用水平2010～2020年呈現(xiàn)振蕩上升趨勢(shì),從2010年的0.383增長(zhǎng)到2020年的0.403,但航運(yùn)發(fā)展始終保持上升勢(shì)頭,2010～2020年航運(yùn)指數(shù)增長(zhǎng)了0.251?？傮w上現(xiàn)狀水資源沒有制約長(zhǎng)江航運(yùn)發(fā)展,未來隨著小南海、龍盤等水利樞紐工程建成將進(jìn)一步優(yōu)化航運(yùn)發(fā)展條件。

(2) 從空間上看,長(zhǎng)江各段航運(yùn)-水資源協(xié)調(diào)水平存在一定的差異。下游航運(yùn)-水資源協(xié)調(diào)水平顯著性地高于中游和上游,總體達(dá)到中級(jí)協(xié)調(diào)水平,2018年甚至達(dá)到0.8以上的良好協(xié)調(diào)水平;上游航運(yùn)-水資源協(xié)調(diào)水平起點(diǎn)最低,但增速最快,到2020年協(xié)調(diào)度已達(dá)到0.50,且呈現(xiàn)持續(xù)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì);航運(yùn)、水資源利用在中游地區(qū)均得到了較好的發(fā)展,耦合協(xié)調(diào)度一直在0.45左右浮動(dòng),較為均衡。

(3) 在非常規(guī)情況下,枯水年枯水期水資源利用會(huì)對(duì)航運(yùn)發(fā)展局部航段產(chǎn)生一定不利影響,在2022年長(zhǎng)江流域“汛期反枯”的極端情況下,多處水位達(dá)歷史同期最低,長(zhǎng)江干線水位僅相當(dāng)于往年水平年枯水期,可能會(huì)對(duì)航運(yùn)安全和航運(yùn)效率產(chǎn)生影響。而通過分水方案統(tǒng)籌優(yōu)化作用,在2030水平年、特征枯水年及特征枯水年枯水期的斷面流量均能滿足控制性最小下泄流量,航運(yùn)條件可以得到進(jìn)一步的優(yōu)化。

4.2 建 議

隨著外部條件的變化,水資源要素能滿足長(zhǎng)江航運(yùn)發(fā)展基本需求,但中國缺水的國情沒有改變,長(zhǎng)江航運(yùn)想要實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量的發(fā)展仍需從多方面開展工作。下面從增強(qiáng)水量調(diào)控、提升航運(yùn)效率、深化節(jié)約用水3個(gè)方面提出建議:

(1) 加大水量調(diào)節(jié)能力,加快建設(shè)水利控制性樞紐?？刂菩詷屑~建設(shè)(尤其多年調(diào)節(jié)水庫)是增強(qiáng)水量調(diào)控能力、維持水生態(tài)、保障航運(yùn)發(fā)展的不可替代途徑。以金沙江河段為例,其平均水流量為5 000 m3/s,則需常年保障水位變化范圍在2 m之內(nèi)。

(2) 加快發(fā)展以水路為骨干的多式聯(lián)運(yùn),推動(dòng)新技術(shù)與長(zhǎng)江航運(yùn)業(yè)態(tài)融合發(fā)展。研究拓展江海直達(dá)的領(lǐng)域和范圍,有序推進(jìn)江海直達(dá)運(yùn)輸發(fā)展。以三峽工程為例,“雙循環(huán)”背景下,三峽樞紐水運(yùn)新通道的建設(shè)勢(shì)在必行,通過水利樞紐工程的調(diào)度和水電站的調(diào)度可解決長(zhǎng)江上下游水位差異和水資源調(diào)度問題。

(3) 深化節(jié)約用水,按照水資源綜合利用要求,加強(qiáng)與有關(guān)部門協(xié)同,參與制定長(zhǎng)江流域跨省河流水量分配方案,配合開展長(zhǎng)江中上游水庫群聯(lián)合調(diào)度,保障航道及通航建筑物所需的最小下泄流量和通航水位。