2.2 受水区生态环境修复水资源合理配置模式
根据南水北调工程受水区生态环境保护规划，通水后要实现三项生态保护目标：①增加受水区水资源量，改善生态环境状况；②控制和治理各调蓄湖库的水污染；③重点控制主要城市地下水开采，使地下水逐步得到补充。由于城市的人口和产值比较集中，供水保证率要求高，供水次序始终处于优先地位，在出现特殊干旱年份和连续干旱年情况下，通常表现为农业缺水和大量挤占生态用水。
一期工程通水后，受水区生态环境修复的水资源合理配置模式将主要在实现地下水压采目标、保障城市发展新增用水和农业基本用水以及增加地表河道水量之间权衡。
2.2.1 一期工程对受水区水循环影响分析
自20世纪80年代以来，长期干旱和经济社会的不断发展，致使受水区地表水资源量已不能满足当地用水需求的增长，不得不依靠超采地下水来维持经济社会发展的用水需求，长期过度开发水资源使受水区生态环境不断退化。
2.2.1.1 南水北调工程对受水区水循环的影响作用
一期工程多年平均调水量141.43亿m3（中线95亿m3，东线46.43亿m3），约占一期工程受水区水资源总量825.25亿m3（中线404.8亿m3，东线420.45亿m3）的17%，可满足受水区城市2020年前发展新增用水需求，并新增废污水处理量约27亿m3（表2.5），其直接和间接供水作用对受水区城市供水和生态环境改善都会有显著作用。
按照《南水北调工程总体规划》确定的调水分配原则，引江水量主要供给受水区城镇，城镇使用外调水后可以减少对当地水资源的利用，置换出的当地水量有两个去向：一部分供给农业，另一部分发挥生态效应，如减少地下水开采量、增加地表径流量。一期工程调水对受水区水量配置和水循环有三方面的影响：一是满足城镇新增用水需求；二是通过置换地下水源改善受水区地下水的超采状况；三是通过直接和间接供水，增加当地生态用水量和地表水量（图2.1）。
图2.1 受水区引江水与当地水置换方式
2.2.1.2 引江后减少地下水超采趋势分析
根据《地下水压采总体方案》，受水区在2015水平年和2020水平年将分别实现地下水压采量26.87亿m3和58.97亿m3（表2.6），约为现状不合理开采量的26%和57%。从受水区各省级行政区看，至2020年山东省需全部压减地下水不合理开采量，实现地下水采补平衡；江苏、北京、天津等省（直辖市）的地下水不合理开采量均将不足1亿m3，地下水环境恶化趋势将得到有效遏制；但河北省仍将存在约36.4亿m3、河南省约5.3亿m3的超采量，分别约占其现状不合理开采量的56.8%和31.4%。
总体上看，东、中线一期工程通水后，受水区地下水超采状况将得到缓解，城市地下水超采状况得到扭转，但尚无法从根本上解决受水区全部地下水超采问题。
表2.6 受水区地下水规划压采量
注 本表引自《地下水压采总体方案》（报批稿），2009年9月，其中，南水北调净增来水量为分水口门毛水量。
农业用水是受水区地下水开采的大户，浅层地下水超采区大部分开采量和深层承压水超采区一半以上开采量用于农业。但受替代水源及农业用水水价的制约，农村地区地下水超采控制的任务仍将十分艰巨，一期工程通水后仍需要强化农业节水和保障农业基本用水。
以上为宏观匡算，进一步定量分析和评价一期工程调水对受水区水循环和地下水补给、开采量等的影响，需借助于水资源合理配置模型技术及其相配套的地下水模拟技术，将在下面几章中叙述。
2.2.2 情景设置与水资源合理配置模式
为进行南水北调一期工程通水后受水区水资源合理配置模式与地下水演变分析，本次采用自主研发并在海河流域水资源综合规划中得到应用的基于规则水资源配置模型—ROWAS模型与国际上广泛应用的Modflow地下水模拟模型联合模拟技术。联合模拟模型可根据资料条件划分计算分区，以各类规则控制水量分配、工程调度等，基于水循环原理模拟水量运移转化过程，得出水量配置结果；可通过规则调整进行不同水源、用户配置关系和优先序模拟分析，反映不同决策模式对水资源配置与水循环过程的影响。
分析并提出受水区引江水与当地水多水源合理配置模式需进行多情景模拟计算后分析与比较。情景设置主要考虑水源条件和用水需求两方面因素，其中水源条件涉及水文系列、再生水等非常规水源利用、引江引黄水量与利用方式以及地下水开采控制等；用水需求应反映未来经济社会发展条件下的生活、生产用水需求，以及强化节水对需水量的影响。本次采用1980—2005年来水系列，以2005年为基准年、2020年为水平年进行水源条件和用水需求两类边界情景设置，提出基准年情景和5种2020水平年情景（详见5.3.2小节），模拟计算和分析比较引江前后、节水前后配置目标的实现状况、供需平衡状况和水量置换效应；通过控制地下水开采分析不同配置情景对地下水演变的影响；通过入海水量以及主要节点的过流状况变化反映地表水循环的演变（图2.2）。得出对受水区水资源配置的基本认识如下。
图2.2 情景设置相关条件与配置目标
（1）工程总体规划确定的省（直辖市）级引江分配水量、省（直辖市）内地市间的引江水量分配基本合理。但由于总体规划依据的基础数据是1997年，而一期工程通水时间又延至2014年汛后，这期间受水区地市供需平衡状况已发生了一定的变化。因此，以流域水资源综合规划（修编）成果为基础，在进一步分析2020水平年受水区地市供需平衡状况的基础上，进行省（直辖市）内部引江分水量局部调整是必要的。
（2）对2020水平年5种情景农业供水、地下水开采量和入海水量模拟结果表明，农业供水量与地下水开采量同步增减，2020水平年农业供水量按需水量增加与不增加（即保持基准年供水量不变）相比，仅海河流域受水区就需加大地下水开采量约30亿m3，是影响地下水压采量的主要因素。鉴于节水驱动下的未来农业需水量略有减少，2020年农业供水量即使保持在基准年水平，其对需水量的满足程度（88%）已高于基准年（84%）。故认为在水资源合理配置中，2020水平年农业供水量保持在基准年水平为宜（表2.7）。
表2.7 海河流域各情景对农业需水的满足程度与地下水开采量、入海水量
注 F0为基准年需水及供水能力情景；F20为2020年流域规划需水、引江，农业按现状供水量供水情景；F21为2020年农业按需求供水情景；F3为2020年强化节水、引江，农业按需求供水。增供水量指与基准年农业供水量相比增加的农业供水量。
（3）一期工程通水后，若农业供水量保持在基准年水平（F20情景），可基本实现《地下水压采总体方案》设定的压采目标；若采用强化节水（F3情景），则可进一步压采约10亿m3（参见表5.18），但均无法从根本上解决天津和河北的超采问题（表2.8）。考虑到节水需要付出代价，而农业为耗水量大、利润低的弱势基础性产业，故认为在水资源合理配置中，可适当降低强化节水F3情景的农业节水力度，同时按照《地下水压采总体方案》设定的压采目标，以优先压减深层承压水进行地下水开采量控制。
表2.8 海河流域受水区2020水平年地下水不合理开采量
（4）入海水量与地表水供水量的关系相对密切，但由于从上游到入海沿程的地表水水量重复利用与损失，使减少地表水供水量对增大入海水量的效果不明显。增加入海水量的有效方式是减少下游、特别是近海地区的地表水供水量和再生水供经济生产的水量，使其更多地回归生态环境。从优水优用的角度看，也应充分利用好地表水源，将再生水回归于生态环境。故在受水区水资源合理配置中根据水源条件，可适当降低再生水回用于经济生产的比例，将其更多地用于补充河湖、湿地等地表水系统，增加入海水量。
基于上述认识，按照《地下水压采总体方案》控制各省地下水开采量，以优先满足深层水压采目标、保障农业基本供水量、河流生态状况有所好转为目标，调整节水力度和再生水供经济发展生产用水的利用量，提出受水区生态环境修复的水资源合理配置模式应介于情景F20（引江、农业供水量不增长）与情景F3（引江、强化节水）之间，可在情景F3基础上，进行以下调整，构建受水区水资源合理配置模式：
（1）2020水平年农业供水量保持在基准年供水量水平。
（2）在流域规划需水量基础上，强化城镇工业节水，减少需水量约20亿m3；强化受水区农业资源性节水，减少灌溉取水量5亿～10亿m3。
（3）按照《地下水压采总体方案》设定的2020年压采目标和深、浅层压采比例控制地下水开采量，并优先保障深层承压水压采目标。
（4）适当降低北京及受水区下游地区经济发展需水规划中的再生水利用量，使其更多地回归生态环境，增加地表径流量及入海水量。
（5）按照压采目标的实现情况及计算单元水资源供需平衡状况进行省（直辖市）内地区间引江水量的合理分配。