南水北调西线工程水源区可调水量“十问”

胡鹏 ,  王浩 ,  赵勇 ,  宁远 ,  蒋云钟 ,  刘欢 ,  曾庆慧 ,  杨泽凡 ,  周毓彦 ,  董宁澎 ,  闫龙 ,  阿膺兰 ,  张丰博 ,  唐家璇 ,  王玉莲 ,  王建华

中国工程科学 ›› 2024, Vol. 26 ›› Issue (2) : 210 -223.

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中国工程科学 ›› 2024, Vol. 26 ›› Issue (2) : 210 -223. DOI: 10.15302/J-SSCAE-2023.07.032
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南水北调西线工程水源区可调水量“十问”

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Ten Questions on Adjustable Water Volume of the Western Route of South-to-North Water Diversion Project

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摘要

南水北调西线工程是我国“四横三纵”国家水网主骨架尚待建设的最后一环，而水源区可调水量是西线工程规划论证面临的焦点和难点问题。本文从水资源本底条件与演变趋势，生态环境与经济社会发展需水，调蓄水库与输水工程规模，调水对水源区及其下游水资源开发利用、水生态环境、水力发电、航运等方面影响的角度，提出了与水源区可调水量相关的10个问题；以长江上游分布式水文模型为基础，建立了南水北调西线工程水源区可调水量模拟分析模型，力图系统、定量地回答所提问题。本文的主要研究结论有：在仅考虑满足水源区河道内外生态环境和经济社会需水的前提下，“上线+下线”组合方案多年平均可调水量为1.59×1010 m3，“完全下线”方案在建设岗托水库进行联调时，多年平均可调水量将达到1.74×1010 m3；在综合考虑调水对水源区水平衡、水力发电和航运影响及其可接受程度后，南水北调西线水源区可调水量为1.22×1010~1.26×1010 m3。长远来看，应谋划西南片区水网与国家水网主骨架、“大动脉”的连接与融合，在减小南水北调西线工程调水影响的同时，提高南水北调西线工程的整体供水能力以及对气候变化等外部条件的适应性。

Abstract

The Western Route of the South-to-North Water Diversion Project is the final link to be constructed for the four-horizontal three-vertical framework of China’s national water network. The adjustable water volume in the water source areas is a focal and challenging issue in the planning and demonstration of the Western Route. This study raised ten questions related to the adjustable water volume in the water source areas of the Western Route from the aspects of water resource background conditions and evolution trends, ecological and socio-economic water demands, scales of reservoirs and water conveyance projects, as well as impacts of water diversion on water resource development and utilization, aquatic ecological environment, hydropower, and navigation in the water source areas and their lower reaches. Based on a distributed hydrological model of the upper reaches of the Yangtze River, a simulation and analysis model for calculating the adjustable water volume in water source areas of the Western Route is established to quantitatively answer the ten questions raised. The main conclusions are as follows. First, under the premise of solely satisfying ecological and socio-economic water demands within and outside the river channels of the water source areas, a plan that combines upper and lower routes presents an average adjustable water volume of 1.59×1010 m³ over multiple years, while a plan for solely constructing a lower route can reach an average adjustable water volume of 1.74×1010 m³ by constructing the Gangtuo Reservoir for coordinated operation. Second, comprehensively considering the impacts of water diversion on water balance, hydropower, and navigation, as well as their acceptability in the water source areas, the adjustable water volume is between 1.22×1010 and 1.26×1010 m³. Third, in the long term, the plan should focus on connecting and integrating the water network in the southwestern region with the main framework and major streams of the national water network of China. This will reduce the impacts of water diversion by the Western Route Project, increase the overall water supply capacity of the project, and promote its adaptability to external conditions such as climate change.

Graphical abstract

关键词

南水北调西线工程 / 水源区 / 可调水量 / 生态需水 / 跨流域调水

Key words

Western Route of South-to-North Water Diversion Project / water source areas / adjustable water volume / ecological water demand / inter-basin water transfer

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胡鹏,王浩,赵勇,宁远,蒋云钟,刘欢,曾庆慧,杨泽凡,周毓彦,董宁澎,闫龙,阿膺兰,张丰博,唐家璇,王玉莲,王建华. 南水北调西线工程水源区可调水量“十问”[J]. 中国工程科学, 2024, 26(2): 210-223 DOI:10.15302/J-SSCAE-2023.07.032

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南水北调西线工程是我国“四横三纵”国家水网主骨架和“大动脉”建设的最后一环，开展南水北调西线工程建设对于解决黄河上中游地区水资源短缺和发展制约问题意义重大。2021年，推进南水北调后续工程高质量发展座谈会强调，深入分析南水北调工程面临的新形势、新任务，遵循确有需要、生态安全、可以持续的重大水利工程论证原则，科学推进工程规划建设。南水北调西线工程构想自20世纪50年代初提出后，经过多年的前期研究工作，进行了100多个方案的论证比选，西线工程调水方案已逐渐优化[1]。
随着近年来对西线工程调水规模的深入研究，学界对西线调水工程对水源区及其下游生态环境[2,3]、经济社会用水[4]、航运通道[5,6]等产生的影响展开了研究和讨论，但在综合考虑各方面影响的条件下，西线工程水源区到底可以调出多少水，仍是工程规划论证过程中的争议焦点[7~9]。为系统回答这个问题，本文在前期相关研究成果的基础上，从水源区有多少水、自身发展和生态保护需要留多少水、调水后对下游有何影响等角度提出了10个问题，并构建以长江上游分布式水文模型为基础的可调水量与调水影响综合评估模型，尝试予以定量回答，为南水北调西线工程的前期工作提供技术支撑。

一、 南水北调西线工程水源区有多少水？

目前，南水北调西线工程在行业内已基本达成了以“上线”和“下线”为代表的两条主要调水线路方案的共识[1,10]。“上线”方案从雅砻江及其支流达曲、泥曲，大渡河支流杜柯河、玛柯河、阿柯河合计调水4×109 m³进入黄河支流贾曲；“下线”方案分别从金沙江叶巴滩水电站、雅砻江两河口水电站、大渡河双江口水电站取水进入黄河支流洮河（见表1）。在“上线+下线”的组合调水方案中，“下线”3个水源地的调水量共计为1.3×1010 m³，其中一期工程在“上线”调水量为4×109 m³的基础上，再从双江口水电站调水4×109 m3；“完全下线”方案则舍弃“上线”，从“下线”3个水源地共计调水1.7×1010 m³，其中一期工程从双江口水电站、两河口水电站的调水量共计为8×109 m3。

基于此，本研究重点从“上线”“下线”方案涉及的9个坝址断面着手，分析水源区的水资源本底情况。在“下线”3个坝址断面的上、下游，建有岗托、巴塘、雅江、大金等一批国家基本水文测站，能较好地反映坝址断面的多年平均径流量；在“上线”6个坝址断面附近，水利部黄河水利委员会自20世纪90年代起，先后设置了温波、东谷等6座专用水文站，拥有20多年的实测径流资料。综合利用这两方面的资料，本文采用水文比拟法、相关分析法等方法，核算出各坝址断面1960—2020年的多年平均径流量，如表1所示。其中，“下线”3个坝址处的多年平均总径流量为6.325×1010 m³，“上线”6个坝址处的多年平均总径流量为1.185×1010 m³。

二、 水源区河道内生态保护需要留多少水？

调水对于水源区最直接的影响就是河道内下泄水量减少，包括径流总量降低和流量过程变化两方面[2,11]。针对径流总量降低，可以设置不同来水频率下的断面年生态水量目标予以控制；针对径流过程变化，可以设置年内不同时期的生态基流和敏感生态流量目标来进行控制。因此，本文从生态基流、敏感生态流量、年生态水量3个方面界定水源区河道内生态需水。

对于生态基流，分别采用90%保证率最枯月均流量法[12]（Q90法）和日均流量历时曲线法[13]，对9个坝址断面逐月进行生态基流试算，发现各坝址断面5—10月的基流水平（Q90法、历时曲线法占多年平均径流量的比例均值分别为59%、76%）显著高于11月—次年4月（Q90法、历时曲线法占多年平均径流量的比例均值分别为22%、25%）。因此，在年内过程中，对各坝址断面分别制定了丰水期（5—10月）、枯水期（11月—次年4月）的生态基流目标。为了使生态基流目标尽可能满足河流生态保护需求，分别利用蒙大拿法（Tennant法）[14]、不同频率最枯月均流量法（Qp法）、90%保证率最枯日均流量法、流量历时曲线法、7Q10法（90%保证率最枯连续7天平均流量法）[15]等方法计算了不同时段的基流目标，并通过取外包线的方式得到各坝址断面基流目标的初始建议值。在此基础上，利用长江上游81个水文站的长系列径流资料，建立了长江上游生态基流占比与断面集水面积的关系[16]，得到了集水面积小于1×104 km2的断面枯水期基流占比的95%置信区间为10%~20%、非枯水期为30%~46%，集水面积大于1×104 km2的断面枯水期基流占比的95%置信区间为16%~23%、非枯水期为36%~50%（见图1）。根据相关阈值，对各断面生态基流目标初始值进行修正，最终得到了9个坝址断面的生态基流目标推荐值，如表2所示。其中，各断面枯水期生态基流目标占比约为20%，非枯水期占比约为40%，高于长江上游91个已定目标断面生态基流占比的均值（17%）；叶巴滩、两河口、双江口3个已建 / 在建水电站的生态基流目标沿用环境影响评价批复的生态流量目标。

对于敏感生态流量，基于对水源区川陕哲罗鲑等22种珍稀特有鱼类产卵习性和鱼卵孵化时间的统计分析，按照取最大可能并集和外包线的原则，确定了该地区的主要生态敏感期为3—6月，在敏感期内每月需发生1次持续10天以上的高流量脉冲过程。在此基础上，综合应用脉冲流量法[17]、湿周法[18]、生态流速法[19]、生境模拟法[20]，对各坝址断面的敏感期脉冲流量目标值进行了计算。其中，运用脉冲流量法，重点测算了各断面天然情况下敏感期达到相应持续时间（10天）的本底脉冲流量值；应用湿周法，选取各断面流量 ‒ 湿周关系曲线拐点所对应的流量作为敏感生态流量目标；运用生态流速法，估算各断面达到鱼类产卵适宜流速（综合多种鱼类需求，选取的流速为1 m/s）时的流量；运用生境模拟法，根据各河段重点保护物种确定生境适宜度曲线（见图2），基于适宜栖息地面积模拟结果确定生态流量目标。最后，综合选取各方法计算结果的外包线作为断面敏感生态流量目标推荐值，如表2所示。结果显示，各坝址断面敏感期脉冲流量目标值占多年平均径流量比例的均值为60%，脉冲流量发生在每年的3—6月，每月发生一次，每次至少持续10天。

对于年生态水量，总体原则是保障调水后断面年生态水量不低于其历史上最枯年份的天然径流量，即将调水后对断面年生态水量的影响控制在自然变动范围内。基于此原则，综合考虑调水工程需求，确定丰水年（来水频率为50%以下）断面年生态水量不低于其天然径流量的Q90标准（90%保证率年径流量）；一般偏枯年（来水频率为50%~75%）不低于其天然径流量的Q95标准（95%保证率年径流量）；枯水年（来水频率为75%以上）不低于其天然径流量的Q99标准（99%保证率年径流量）。按此标准，9个坝址断面丰水年的年生态水量占比为75%~80%，一般偏枯年的年生态水量占比为70%~75%，枯水年的年生态水量占比为60%~70%，1956—2020年的多年平均年生态水量占比为71%~77%。各断面生态需水总量和过程目标的汇总情况如表2所示。同样采用长江上游81个水文站的长系列径流资料，利用不同保证率年生态水量目标的95%置信区间对初始值进行修正，修正后各坝址断面多年平均年生态水量占比的均值为71%，与长江上游主要江河水量分配方案中75%保证率的下泄水量目标要求接近（68个控制断面的平均值为72%）。

三、 水源区未来经济社会发展需要多少水？

由于水资源的流动性，水源区是一个相对宽泛的概念，既可以指坝址断面以上的集水范围，也可以指调水河流所在的整个一级或二级 / 三级流域，而为满足经济社会发展的用水需求，需要明确界定水源区的空间范围。考虑到与河道内生态需水结果的衔接以及调水对取水口下游水资源开发利用的影响，本文主要从“下线”3个坝址断面以上范围及其所在的整个二级 / 三级流域出发，开展经济社会用水需求分析。

2020年，大渡河流域的总用水量为7.91×108 m3，其中双江口断面以上的用水量为5×107 m3；雅砻江流域的总用水量为1.915×109 m3，其中两河口断面以上的用水量为8.8×107 m3；金沙江石鼓以上的总用水量为3.26×108 m3，其中叶巴滩断面以上的用水量为2.5×107 m3 [21]。“下线”3个坝址断面以上的经济社会总用水量为1.63×108 m3，仅占其多年平均径流量的0.26%。由此可见，坝址以上的经济社会用水量对断面可调水量几乎没有影响；而即使将范围扩大到整个二级 / 三级流域，大渡河、雅砻江、金沙江石鼓以上3个流域现状的总用水量为3.032×109 m3，仅占3个流域径流总量的2.1%，对水源区可调水量的影响十分有限。

鉴于此，遵循为水源区未来经济社会发展预留充足用水空间的原则，本研究采取偏宽松的等比例放大法，对水源区坝址断面以上以及所在流域未来的经济社会用水量进行预测，其中坝址断面以上2035年的用水量在现状基础上增长100%，坝址断面以下2035年的用水量在现状基础上增长50%。2035年水源区及所在流域经济社会用水量的预测结果如表3所示，综合坝址以上和坝址以下的用水量，水源区2035年的总用水量将在现状基础上增长53%，约为4.63×109 m3。按此较高的增长幅度，到2035年坝址断面以上的用水量占坝址断面多年平均径流量的比例仅为0.52%，水源区总用水量占水源区多年平均径流量的比例为3.2%，处于极低开发利用水平。

四、 满足水源区河道内外需水后的可调水量有多少？

理论上，水源区本底水资源量减去其河道内外的需水量，即是水源区的可调水量。但在实际的调水过程中，可调水量还受水源区各调蓄水库的调蓄能力、输水通道的输水能力、受水区的需水过程与水资源调蓄能力等因素限制；此外，需考虑调水对水源区及其下游水资源开发利用、发电、航运的影响与可接受程度，水源区未来的水资源演变规律。南水北调西线工程调水将直接进入黄河支流，并且在黄河干流有龙羊峡（总库容为2.47×1010 m3）、刘家峡（总库容为5.7×109 m3）等大型水库调蓄。因此，本文在计算可调水量时，以水源区相关因素为主，暂不考虑受水区用水需求、水资源调蓄能力的影响。

综合考虑水源区各项因素对可调水量的影响，以基于物理机制的分布式水文模型（WEP）[22]为基础，按照“来水过程模拟 ‒ 经济社会与生态环境需水满足 ‒ 工程调蓄与输水能力限制 ‒ 可调水量分析计算 ‒ 影响分析和反馈”的总体思路，本文构建了南水北调西线工程可调水量模拟分析模型。本模型的模拟范围为整个长江上游（宜昌以上），总面积为9.86×105 km²，共分为10 151个子流域、34 608个等高带计算单元。在来水过程模拟中，9个坝址断面附近的8个水文站的长系列（1960—2020年）月均流量模拟的相对误差（Re）控制在3%以内，平均纳什效率系数（NSE）为0.88（见图3）；2001—2020年日均流量模拟的Re<4%，平均NSE为0.8（见图4），这表明所建分析模型能对南水北调西线水源区的径流过程进行准确模拟，可以作为可调水量计算的基础。

在模型参数率定和验证后，可开展多情景的推演分析，包括核算不同调水线路、不同气候变化情景、不同生态需水目标、不同调蓄与输水工程规模所对应的水源区可调水量，定量分析不同调水量对水源区下游水资源开发利用、水力发电和航运的影响。水源区的经济社会用水量和河道内生态需水量采用的是文中前述研究成果；各调蓄水库的调蓄能力、输水通道的输水能力选取已建、在建水电站的相关参数和水利部黄河水利委员会在前期工作中推荐的工程规模作为初始值，相关技术指标如表4所示；气象条件采用的是1956—2020年的历史气象条件，其中1956—1959年为模型预热期，1960—2020年为可调水量分析调算期。

结果表明，在采用上述边界条件、仅以满足坝址断面生态需水总量和过程要求作为限制条件的情形下，经过长系列分析计算：① 按照“上线+下线”组合方案，南水北调西线工程多年平均可调水量为1.59×1010 m³，其中一期工程可调水量为6.9×109 m³，“上线”6个坝址可调水量为3.5×109 m³。在年际变化方面，达到90%保证率的可调水量为1.46×1010 m³，其中一期工程的调水量为5.8×109 m³，“上线”6个坝址的调水量为2.9×109 m³。② 按照“完全下线”方案，“下线”3个坝址多年平均可调水量为1.64×1010 m3，其中双江口水电站的调水量为4.2×109 m3、两河口水电站的调水量为6.3×109 m3、叶巴滩水电站的调水量为5.9×109 m3；90%保证率的可调水量为1.59×1010 m3。其中，因叶巴滩水电站调节库容（1.06×109 m3）较小，可调水量显著小于前期相关设计的调水量。③ 按照“完全下线”方案，考虑建设叶巴滩水电站上游的岗托水库（调节库容为3.225×109 m3），并与叶巴滩水电站进行联合调度时，叶巴滩水电站多年平均可调水量将增加到6.9×109 m3，“下线”3个坝址多年平均可调水量增加到1.74×1010 m3，其中90%保证率的年可调水量为1.68×1010 m³。

上述测算结果是仅考虑满足水源区经济社会用水和河道内生态需水时的可调水量，还需对其他影响因素进行分析，综合确定合理的南水北调西线工程可调水量。

五、 水源区未来水资源演变趋势如何？

选用水源区（金沙江石鼓以上、雅砻江、大渡河流域）及其附近的47个国家基准气象站点的实测数据，开展水源区气候变化对水资源的影响评价[23]。结果显示，1961—2020年，南水北调西线水源区多年平均降水量、年平均气温分别为587.77 mm、4.52 ℃（见图5），总体呈现暖湿化趋势，降水、气温的平均变化速率为7.69 mm/10a、0.34 ℃/10a，均高于全国平均增幅。在空间分布方面，西北地区的降水量呈现增加趋势，变化速率为20 mm/10a；东南地区的降水量呈现减少趋势，变化速率为-47 mm/10a。整个水源区的年平均气温均呈上升趋势，增加幅度呈现自西北（变化速率为0.56 ℃/10a）向东南（变化速率为0.06 ℃/10a）递减的特征。利用克里金空间插值方法，统计1961—2020年水源区9个坝址断面以上流域降水量、气温变化特征，结果表明，各坝址断面以上流域的降水量、气温均呈不同程度的增加趋势，其中降水量增幅为6.1~12.92 mm/10a，气温增幅为0.19~0.45 ℃/10a。

在降水量和气温整体增加的背景下，南水北调西线水源区主要河流的年径流量呈波动上升态势。在三大流域15个具有长系列监测资料的水文站点中，除大渡河流域的足木足站的年径流量出现微弱减少外，其余14个水文站点自建站至2021年的年径流量均呈现不同程度的增加态势（见图6），增长区间为8×106~1.7×108 m3/a，平均增幅为0.29%；有11个站点近20年的增速大于过去60年的增速。在年内分配方面，降水量主要是在夏季、秋季增加，平均相对增幅分别为0.33%、0.31%，超过年径流量的相对增幅。这表明水源区径流量虽然整体增加，但年内丰枯变化更加剧烈，会对调水会产生一定的不利影响。

利用第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）的全球气候模式数据，通过降尺度 ‒ 误差订正 ‒ 集合预报过程，研判了到21世纪末南水北调西线水源区的降水量和气温变化趋势。结果表明，在4种不同实验场景的共享经济路径（SSP）与辐射强迫（RCP）组合下（SSP126、SSP245、SSP370、SSP585），到2050年、2100年，水源区暖湿化趋势仍将继续。利用相关气候模式数据与分布式水文模型，对水源区各坝址断面径流量及冰川积雪融水的变化趋势进行预测，结果显示：预估期内（2021—2100年）各断面年径流量相比历史期（1981—2020年）均呈增加趋势，但径流量的年际、年内变化存在较大的不确定性区间。在中低排放情景SSP245下，8个气候模式预测的叶巴滩、两河口、双江口断面预估期平均径流量均值相对历史期分别增加6.7%、8.2%、20.4%；而不同气候模式对这3个断面年径流模拟的差值区间分别为55~176.9 mm、35.8~223.8 mm、18.8~392.7 mm（见图7），差值比例分别为37%~118%、11%~69%、5%~97%。此外，预估期内坝址断面以上流域冰雪融水量呈先增后减的趋势，其中叶巴滩、两河口、双江口断面的冰雪融水量将在21世纪中叶（约2040—2050年）达到峰值，随后出现不同程度的下降，而这会导致水源区基流占比降低，径流过程更不稳定。上述变化对水源区生态流量保障和调水工程的调蓄能力提出了更高要求。

鉴于各个气候模式对水源区未来情景下水资源演变趋势模拟的显著不确定性，本研究认为，相关结果只能作为南水北调西线工程规划论证的定性参考，尚不能作为未来可调水量分析计算的输入条件。因此，本研究在各情景模拟时，仍然采用1960—2020年的历史气象条件作为输入条件。

六、 调水对于水源区水资源开发利用有何影响？

南水北调西线工程水源区下游的重点引调水工程有5个，分别是引大济岷工程、引雅济安工程、滇中引水工程、向家坝灌溉工程和引江补汉工程。在8×109 m3和1.7×1010 m3两个南水北调西线调水方案下，各引调水工程年调水量占取水口断面多年平均径流量的比例均低于10%（见表5）。其中，调水比例改变幅度最大的是引大济岷工程，年调水比例从7.9%增加到9.7%。而南水北调西线工程建设运行后，会促进水源区年际、年内径流分布更具均匀性，对下游其他调水工程带来一定的正向作用。综合来看，南水北调西线调水对水源区下游其他引调水工程无显著影响。

目前，长江流域主要跨省河流均已制定和公布了水量分配方案，明晰了各流域、区域未来的用水消耗总量指标以及主要控制断面不同来水保证率下的最小下泄水量指标。为了分析南水北调西线工程及长江上游其他引调水工程对流域整体水平衡的影响，首先对宜昌断面在各调水工程综合影响下的水平衡状态进行分析，基本思路为：

Q = q - W 0 - W 1 + W 2 - ∆

式（1）中，Q为控制断面下泄量，q为断面天然径流量，W 0为断面以上社会经济耗水量，W 1为流域调出水资源量，W 2为流域调入水资源量，∆为重要控制工程的蓄变量；各变量单位均为108 m3。

W 0采用了长江上游各主要河流水量分配方案中制定的2030年控制指标（见表6）；W 1、W 2根据目前正在规划、建设的相关引调水工程进行统计（见表7）；在多年平均尺度上，∆可以忽略，则宜昌断面整体的水平衡状态如表8所示。在流域目前已规划和建设的调水工程基础上，南水北调西线工程按照8×109 m³、1.7×1010 m³调水后，将使宜昌断面多年平均下泄水量不能达到水量分配方案规定的断面下泄水量指标，差额分别为6.6×109 m3、1.56×1010 m3，差额比例分别为-1.7%、-3.9%。这也说明长江上游水资源整体已处于“紧平衡”状态，需做好当地用水消耗与跨流域外调水的统筹管理，以实现水量分配方案规定的宜昌断面下泄水量目标。

按照类似思路，进一步对双江口、两河口、叶巴滩3个电站下游的大金、雅江、石鼓断面开展水平衡分析计算（见表9）。南水北调西线工程按照“下线”方案在调水8×109 m3后，将造成大金断面多年平均下泄水量低于水量分配方案确定的下泄水量目标（1.26×109 m3），差额比例为-9.3%（若按照“上线+下线”组合方案，差值将进一步增大）；按照“下线”方案调水1.7×1010 m3后，还将造成石鼓断面多年平均下泄水量低于水量分配方案确定的下泄水量目标（4.41×109 m3），差额比例为-11.4%。在此情形下，若要使3个控制断面的多年平均下泄水量达到目标要求，则断面以上累积向外流域调水量不得超过1.22×1010 m3。其中，大渡河大金断面以上的调水量为2.7×109 m3，雅砻江雅江断面以上的调水量为6.6×109 m3，金沙江石鼓以上的调水量为2.9×109 m3。

七、 调水对于水源区及其下游发电有何影响？

南水北调西线工程水源区下游受影响的干流梯级电站有56个，总装机容量约为1.24×105 MW，分布于雅砻江、大渡河、金沙江、长江干流等河段。运用建立的南水北调西线工程可调水量与调水影响综合评估模型，对各梯级电站在调水前、调水8×109 m3和调水1.7×1010 m3后的径流过程进行模拟，并结合各电站出力曲线对不同调水情景下56座梯级电站的发电损失进行测算。结果显示，在调水8×109 m3时，长江上游的年发电损失是3.88×1010 kW·h，损失比例为6.8%；在调水1.7×1010 m3时，长江上游的年发电损失是7.46×1010 kW·h，接近长江三峡水利枢纽工程一年的发电量，损失比例为13.1%。

若进一步考虑水力发电减小后对风、光、水互补等新能源开发的影响，根据西南地区清洁能源基地水电与风电、光电等新能源约1∶1的配套比例，在调水1.7×1010 m3时，由此带来的长江上游其他清洁能源年发电损失将达到7.46×1010 kW·h。而调水到黄河流域之后，由于水头损失以及黄河流域较低的梯级电站装机容量，初步估算增加的发电量仅为受水区的20%~40%；即使考虑到黄河上中游地区有较好的风电、光电条件，按照与水电1.5∶1的配套比例，也难以弥补整体的发电损失。同时，长江上游水力发电主要供给华东、华南等单度电经济产出较高的区域，调水伴生的电力传输成本增加和产出降低问题也不容忽视。此外，综合考虑规划水平年长江上游相比于现状的新增耗水、南水北调西线工程以外的跨流域调水量，二者相加约为1.2×1010 m3，其与南水北调西线工程叠加后的发电损失将进一步超出目前的估算值，对西电东送和全国电力平衡造成影响。

在此情形下，若以对水源区下游的发电影响≤10%作为控制阈值，按照调水8×109~1.7×1010 m3的发电损失进行线性插值估算，则南水北调西线工程的最大可调水量不超过1.26×1010 m3。

八、 调水对于长江黄金水道通航有何影响？

南水北调西线工程水源区下游受影响的航道主要为白鹤滩至葛洲坝河段，其中，重庆以下为二级航道，重庆以上为三级航道。按照《内河通航标准》（GB 50139—2004）规定，二级航道的通航保证率需达到98%以上，三级航道的通航保证率需达到95%以上，因此，受影响航段的综合保证率应在95%以上。运用建立的可调水量与调水影响综合评估模型，在长系列演算的基础上，对比分析了调水前、调水8×109 m3和调水1.7×1010 m3后，各航段1981—2020年长系列通航保证率的变化。结果显示：调水前，40年间受影响航段共有365天无法全航道通航，通航保证率为97.5%；调水8×109 m3后，共有482天无法全航道通航，通航保证率为96.7%；调水1.7×1010 m3后，共有628天无法全航道通航，通航保证率为95.7%。

需要说明的是，这一结果是受影响航段的整体通航保证率，单独各个节点和航段的保证率要大于此保证率，且是在现有的梯级水库调度规程下得出的。随着南水北调西线工程的建设运行，干流梯级水库的调度方式可作出适应性调整，通航保证率有进一步提升的空间。综合来看，南水北调西线工程调水预计不会对长江通航保证率产生显著影响。

九、 不同调水线路带来的生态环境影响有何差别？

对于目前“上线+下线”以及“完全下线”两个方案，由于前者涉及两条调水线路，而后者只有一条，从生态环境影响的角度来看，前者带来的生态环境影响程度必定大于后者，具有显著的“1+1>2”效应，详细表现在以下几个方面。

一是“上线”水源区是川陕哲罗鲑、大渡软刺裸裂尻鱼等珍稀特有鱼类现存唯一或最重要的连续生境，一旦遭到破坏，将造成生物多样性的重大损失。在南水北调西线工程水源区中，金沙江上游有14种珍稀特有鱼类，雅砻江有9种，大渡河有15种。以川陕哲罗鲑为例，近30年来其栖息地损失率已超过90%，目前仅在大渡河支流足木足河日部乡以上河段和阿柯河茸安乡河段有所分布[24]。若开展“上线”工程建设，将导致相应河段水量减少、水文节律发生变化，仅剩栖息地的适宜性将大幅降低，直接面临消亡的风险。“下线”工程调水河流虽然也分布着多种珍稀鱼类，但由于“下线”所在河段生境破碎化已较为严重[25]，且这些鱼类在长江上游及其支流分布广泛，故而对鱼类物种多样性的影响相对较小。

二是“上线”水源区为长江流域仅存的、具有高生物多样性的野性河流集中区，一旦受损难以恢复。野性河流指未经人工拦蓄、隐藏于自然之中难以到达、水岸线及整个流域均保持原始自然状态、水体未受污染的河流或河段，具有重要的生态、环境、景观和科研价值。目前，长江流域长度超过200 km的野性河流仅有13条，其中5条分布于“上线”水源区，其余8条均是长江源区的高寒寡营养河流。若开展“上线”方案建设，达曲、杜柯河和玛柯河的野性河流长度将不足200 km，阿柯河野性河流长度将仅余33 km，各条河流的野性河长损失比例为34%~79%，致使在生物多样性维持、野性河流景观、生态环境基准等方面的价值损失大且无法补救。

三是“上线”方案在保护区的淹没和穿越、与生态红线的冲突等方面均远远超过“下线”方案。根据不完全统计，“上线”方案中的6个水库若全部建成，将淹没四川、青海的生态保护红线区和国家级自然保护区共计4处[26]，涉及面积约5.32 km2，与现有政策和《中华人民共和国长江保护法》的要求相违背。“上线+下线”组合方案共穿越14个自然保护区约250 km，其中穿越自然保护区核心区的长度为71.4 km；仅“上线”方案穿越的省级以上自然保护区的长度就有95.5 km，其中自然保护区核心区的长度为51.2 km。此外，“上线”方案中的霍那水库坝址下游28 km处分布有玛柯河重口裂腹鱼国家级水产种质资源保护区，阿安水库、仁达水库坝址下游分布有阿拉沟高原冷水性鱼类省级水产种质资源保护区，调水将会对相关保护区产生直接影响，而“下线”方案不涉及水产种质资源保护区。

十、 综合各方面影响的南水北调西线工程可调水量有多少？

综上所述，在仅考虑满足水源区经济社会和生态需水保障目标的前提下，采取“上线+下线”组合方案时，南水北调西线工程多年平均可调水量为1.59×1010 m³，其中一期工程可调水量为6.9×109 m³，“上线”6个坝址处可调水量为3.5×109 m³；若采取“下线”方案，并建设岗托水库对叶巴滩水电站进行联调，则南水北调西线工程多年平均可调水量为1.74×1010 m3，其中双江口水电站、两河口水电站、叶巴滩水电站的调水量分别为为4.2×109 m3、6.3×109 m3、6.9×109 m3。若以满足长江上游相关江河水量分配方案规定的大金、雅江、石鼓断面多年平均下泄水量为前提条件，则南水北调西线工程最大可调水量为1.22×1010 m3，其中大渡河大金断面以上的调水量为2.7×109 m3，雅砻江雅江断面以上的调水量为6.6×109 m3。金沙江石鼓以上的调水量为2.9×109 m3。若以对水源区下游总体的水力发电影响≤10%作为控制阈值，则南水北调西线工程的最大可调水量应不超过1.26×1010 m3。

总体来看，南水北调西线工程水源区可调水量有限，即使采取相关措施使调水量达到总体规划要求的1.7×1010 m3，在叠加本地用水消耗增加和其他引调水工程后，对长江上游整体水平衡、水力发电的影响和损失也几乎不可承受。因此，长远来看，应谋划从澜沧江、怒江等西南国际河流向长江上游补水，实现西南片区水网与国家水网主骨架、“大动脉”的连接与融合；在降低南水北调西线工程调水对长江上游影响的同时，增加南水北调西线工程的整体供水能力以及对气候变化等条件的适应性。此外，考虑到未来与西南水网的衔接以及南水北调西线工程“上线”方案较大的生态环境影响和较小的可调水量，建议南水北调西线工程优先或到同步开展“下线”方案的论证和建设。

需要指出的是，本研究以水源区为主体，对受水区用水需求、调蓄能力对可调水量的影响予以了简化，未来可进一步进行细化和完善；仅针对长江上游水源区的可调水量进行了分析，未来可进一步开展南水北调西线工程其他水源区的可调水量分析。

利益冲突声明

本文作者在此声明彼此之间不存在任何利益冲突或财务冲突。

Received date:June 29, 2023;Revised date:August 8, 2023

Corresponding author: Wang Jianhua is a professor-level senior engineer from the China Institute of Water Resource and Hydropower Research. His major research fields include water resources management and conservation. E-mail: wjh@iwhr.com

Funding project: National Key R & D Program of China (2021YFC3200202); Chinese Academy of Engineering project “Construction of Healthy Water Balance and the Strategy for High-Quality Conservation and Utilization of Land (Phase One)” (2022-PP-04); National Natural Science Fund Project (52122902, U2240202)

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基金资助

国家重点研发计划项目(2021YFC3200202)

中国工程院咨询项目“健康水平衡构建与国土高质量保护利用战略（一期）”(2022-PP-04)

国家自然科学基金项目(52122902)

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