水資源配置方案管理論文

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一、安陽(yáng)市水資源系統(tǒng)基本情況

1．社會(huì)經(jīng)濟(jì)概況

安陽(yáng)市位于河南省最北部的晉、冀、豫3省交界處，西依太行山與山西省相連，東與濮陽(yáng)市相鄰，南與鶴壁市、新鄉(xiāng)市接壤，北臨漳河與河北省邯鄲市相望。國(guó)土總面積7413km2。全市轄5區(qū)（北關(guān)、文峰、鐵西、開(kāi)發(fā)區(qū)、郊區(qū)）、4縣（安陽(yáng)縣、湯陰縣、滑縣、內(nèi)黃縣）和1市（林州市）。安陽(yáng)市是一個(gè)以農(nóng)業(yè)為主、多種工業(yè)并存的國(guó)家級(jí)歷史文化名城。轄區(qū)內(nèi)耕地面積為36．3萬(wàn)hm2，占河南省總耕地面積的5．4％。截至1998年底，全市總?cè)丝跒?08．74萬(wàn)人，其中非農(nóng)業(yè)人口89．38萬(wàn)人，農(nóng)業(yè)人口419．36萬(wàn)人。1998年全市GDP為221億元，其中第一產(chǎn)業(yè)占23．0％、第二產(chǎn)業(yè)45．6％、第三產(chǎn)業(yè)31．4％，人均GDP為4354元。近10年GDP年均增長(zhǎng)率約10％。

2．水資源情況

安陽(yáng)市地處半濕潤(rùn)溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，總體氣候特點(diǎn)是春旱少雨，回暖快；夏季炎熱多雨，且雨量集中；秋季雨量適中；冬季寒冷少雨雪。多年平均降水量為573．5mm，水面蒸發(fā)量（E601）為1075mm，相對(duì)濕度66％，多年平均氣溫13．6℃。主要河流有：洹河、金堤河、淇河、湯河等。過(guò)境河流有漳河、衛(wèi)河。除金堤河屬黃河流域外，其他河流均屬海河流域漳衛(wèi)河水系。人工渠道主要有紅旗渠、躍進(jìn)渠、漳南渠和萬(wàn)金渠。主要泉域有小南海泉和珍珠泉。

根據(jù)“安陽(yáng)市水資源綜合評(píng)價(jià)”成果，全市多年平均（1956～1998）水資源總量為16．403億m3。其中微咸水占4％，地表水占52％，地下水占90％，地表水與地下水資源的重復(fù)量占42％。本次評(píng)價(jià)的水資源總量比第一次水資源評(píng)價(jià)（1987年）的結(jié)果（17．101億m3）減少了4．1％。全市水資源可利用總量為11．94億m3，占全市水資源總量的73％，其中微咸水可利用量為0．70億m3，地下水資源可利用量為10．85億m3，地表水與地下水的重復(fù)可利用量為4．27億m3。全市人均水資源量為322m3，每公頃水資源量為4515m3，均低于河南省平均水平（人均水資源占有量470m3，每公頃水資源量6000m3）。

安陽(yáng)市的客水資源量5．46億m3，主要包括：紅旗渠、躍進(jìn)渠和漳南干渠從漳河的年均引水量4．37億m3，淇河年均入境水量（包括淅河和淇河的入境量之和）1．09億m3。

二、水資源開(kāi)發(fā)利用情況

1．現(xiàn)狀年水資源開(kāi)發(fā)利用情況

安陽(yáng)市現(xiàn)狀年（1998）各行業(yè)的用水情況見(jiàn)表1，總用水量為16．2億m3，其中農(nóng)業(yè)用水占絕大部分。現(xiàn)狀年的用水情況與1995～1998年的平均用水情況基本相同。全市現(xiàn)有大型水庫(kù)1座，中型水庫(kù)7座，小型水庫(kù)108座，橡膠壩2座，攔河閘多座以及多個(gè)大型供水渠系和大型灌區(qū)。大中型水庫(kù)的總庫(kù)容為3．87億m3，總興利庫(kù)容為1．64億m3。小型水庫(kù)的總庫(kù)容為0．62億m3，總興利庫(kù)容為0．33億m3。特別是紅旗渠工程宏大，聞名中外。大型的供水渠系還有躍進(jìn)渠、漳南干渠、幸福渠、萬(wàn)金渠、洹南渠等；還有許多塘、堰和水窖等小型水利工程；在平原地區(qū)先后打了7．5萬(wàn)多眼機(jī)電井。另外，在平原低洼地帶設(shè)置了7處行滯洪區(qū)，總面積達(dá)986km2。這些水利工程對(duì)促進(jìn)安陽(yáng)市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、保障城鄉(xiāng)人民生命財(cái)產(chǎn)安全和改善人民生活條件都發(fā)揮了重要作用。現(xiàn)狀年水利工程的供水量見(jiàn)表2，其中地下水供水量占總供水量的81．3％。

2．各規(guī)劃水平年的水資源需求

在對(duì)安陽(yáng)市社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境發(fā)展情況分析預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，在考慮適當(dāng)?shù)墓?jié)水力度下，分析預(yù)測(cè)了高、中、低三套需水方案。中需水方案的各水平年的需水量及其需水結(jié)構(gòu)見(jiàn)表3和表4。可見(jiàn)隨著時(shí)間的推移，農(nóng)業(yè)需水比例明顯下降，其他需水比例上升，特別是生態(tài)環(huán)境需求得到重視。2030年總需水量比現(xiàn)狀水平年約增加2億m3。

3．水資源開(kāi)發(fā)利用的主要特點(diǎn)和問(wèn)題

從水資源開(kāi)發(fā)利用的角度看，安陽(yáng)市水資源系統(tǒng)存在以下主要特點(diǎn)和問(wèn)題：

①地勢(shì)西高東低以京廣鐵路線(xiàn)為界，西部為山丘區(qū)，總面積為2990km2；東部為沖積平原，總面積為4423km2。這一特點(diǎn)對(duì)水資源分布、供求關(guān)系和利用方式都有顯著影響。西部水資源量相對(duì)比東部豐富，農(nóng)業(yè)需水比例相對(duì)較高；東部工業(yè)和生活需水以及生態(tài)環(huán)境需水的比例相對(duì)較高；西部主要是開(kāi)發(fā)利用地表水，東部主要是開(kāi)發(fā)利用地下水；平原區(qū)與山丘區(qū)的交界地帶則多是地表水與地下水聯(lián)合運(yùn)用。

②水資源供求矛盾突出安陽(yáng)市屬于資源型缺水地區(qū)，人均水資源量（322m3／人）是全國(guó)的1／7，每公頃水資源占有量（4515m3／hm2）是全國(guó)的1／6。現(xiàn)狀年水資源的開(kāi)發(fā)利用程度已達(dá)到了118％，其中地下水開(kāi)發(fā)利用程度為117％，已經(jīng)處于明顯的過(guò)度開(kāi)發(fā)利用狀態(tài)。

③地下水超采嚴(yán)重全市地下水超采現(xiàn)象十分嚴(yán)峻，目前年均超采量為4．27億m3，年均超采率為39％，其中內(nèi)黃縣超采80％，滑縣超采43％。全市地下水埋深呈現(xiàn)出區(qū)域性、大幅度下降的趨勢(shì)，地下水降落漏斗的不斷擴(kuò)展，導(dǎo)致地下水資源不斷枯竭和機(jī)電井吊泵、設(shè)備報(bào)廢與更新的問(wèn)題。

④水污染問(wèn)題突出安陽(yáng)市水污染問(wèn)題日趨嚴(yán)重，除山區(qū)河流水質(zhì)較好外，平原區(qū)河流普遍遭受污染；城市附近、平原區(qū)河道兩岸附近和污灌區(qū)的地下水均存在程度不同的污染；飲用水水源井也遭到一定程度的污染。污水既有外部來(lái)源，也有內(nèi)部來(lái)源。外部來(lái)源主要是衛(wèi)河。衛(wèi)河的水量最大，但是除了洪水以外基本上都是污水，改善衛(wèi)河水環(huán)境質(zhì)量，除了安陽(yáng)市的努力外，主要取決于上游地區(qū)。內(nèi)部來(lái)源是湯河及洹河。

三、水資源系統(tǒng)配置方案研究

安陽(yáng)市水資源規(guī)劃迫切需要一種能夠系統(tǒng)地針對(duì)上述特點(diǎn)和存在的主要問(wèn)題，合理布局各種水利工程，聯(lián)合調(diào)度各種水源，全面考慮生活、生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境需水的水資源系統(tǒng)配置新方法。為此，建立了一種具有多層次、多用戶(hù)、多水源特征的水資源配置動(dòng)態(tài)模擬模型系統(tǒng)，對(duì)安陽(yáng)市水資源進(jìn)行模擬，對(duì)水源和需求進(jìn)行了全方位的時(shí)空調(diào)配，經(jīng)過(guò)多方案比較，選出了合理配置方案，分析結(jié)果為安陽(yáng)市未來(lái)30年時(shí)間尺度上的水資源優(yōu)化配置和統(tǒng)一管理提供了科學(xué)的依據(jù)。

1．水資源系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖及系統(tǒng)配置方案設(shè)置

將安陽(yáng)市水資源系統(tǒng)中各類(lèi)物理元素（水庫(kù)、攔河閘、引水工程或揚(yáng)水站、水資源計(jì)算單元、河渠道交匯點(diǎn)等）概化為節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)間通過(guò)線(xiàn)段（河道或渠道等）連接，形成水資源系統(tǒng)概化網(wǎng)絡(luò)圖。以此圖為基礎(chǔ)，生成系統(tǒng)配置方案，并對(duì)每一方案進(jìn)行詳細(xì)的動(dòng)態(tài)模擬分析。遵循三個(gè)原則（即需水的代表性，供水的代表性，工程布局的代表性）和水資源三次平衡的思路，根據(jù)安陽(yáng)市的實(shí)際需要，設(shè)置13套（A～M）系統(tǒng)方案。“一次平衡”主要回答三個(gè)問(wèn)題：一是確定在無(wú)外在投資條件下未來(lái)不同時(shí)間斷面的供水能力和可供水量；二是確定在無(wú)直接節(jié)水工程投資條件下的水資源需求自然增長(zhǎng)量（一次平衡方案的需水量與二、三次平衡的需水量不同）；三是確定現(xiàn)狀開(kāi)發(fā)利用模式下的水資源供需缺口，為確定節(jié)水、治污和挖潛等措施提供依據(jù)。“二次平衡”是在“一次平衡”的基礎(chǔ)上，結(jié)合產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、節(jié)水和治污、挖潛等措施，所進(jìn)行的基于當(dāng)?shù)厮Y源承載能力的供需平衡分析，主要回答在充分發(fā)揮當(dāng)?shù)厮Y源承載能力條件下仍不能解決水資源供需缺口、只能依靠調(diào)水來(lái)解決缺水的問(wèn)題，為確定調(diào)水工程規(guī)模提供依據(jù)。“三次平衡”則是在“二次平衡”的基礎(chǔ)上，考慮調(diào)水條件下的水資源供需平衡分析，統(tǒng)籌考慮外調(diào)水量與當(dāng)?shù)厮Y源聯(lián)合運(yùn)用和優(yōu)化配置，主要用于回答外調(diào)水量及其合理分配問(wèn)題，為制定調(diào)水工程規(guī)劃方案提供依據(jù)。

2．各方案供需平衡分析

從水資源量的實(shí)際代表性考慮決定，所有系統(tǒng)方案各水平年的分析計(jì)算都采用1969～1998年水文系列資料，逐月對(duì)全市20個(gè)計(jì)算單元進(jìn)行了詳細(xì)的優(yōu)化模擬。

現(xiàn)狀年水供需平衡分析這是進(jìn)行各規(guī)劃水平年水資源配置和供需平衡分析的基礎(chǔ)，分兩種情況進(jìn)行分析。一是允許地下水超采（A1998方案），超采量以現(xiàn)狀年的實(shí)際超采量為上限；二是不允許地下水超采（L1998方案）。前者更接近實(shí)際情況，所以采用允許地下水超采的情況進(jìn)行參數(shù)率定。

一次平衡分析分別考慮了允許地下水超采（L2010、L2015和L2030）和不允許地下水超采（C2010、C2015和C2030）兩種情況。一次平衡結(jié)果給出了不采取有效措施的水資源供需平衡動(dòng)態(tài)趨勢(shì)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在不加強(qiáng)節(jié)水的兩種情況下的供水缺口都很大，2030年缺水超過(guò)60％，顯然是不可行的。

二次平衡分析考慮了三種情況：一是保持現(xiàn)狀水平年地下水超采程度，各規(guī)劃水平年都采取了城市污水處理及回用措施，除此之外沒(méi)有新建其他供水工程，例如L方案；二是各水平年都不允許超采地下水，都采取了城市污水處理及回用措施，沒(méi)有新建其他供水工程，例如B方案；三是各水平年不允許超采地下水，但都采取了城市污水處理及回用措施，新建了當(dāng)?shù)毓┧こ蹋鏒方案。二次平衡結(jié)果給出了安陽(yáng)市只依靠當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有水資源和現(xiàn)有外調(diào)水量情況下的水資源供需動(dòng)態(tài)平衡趨勢(shì)以及缺水增長(zhǎng)趨勢(shì)。結(jié)果表明，2010、2015、2030水平年安陽(yáng)市缺水量分別為2．27億m3、2．70億m3、2．88億m3，因此增加從外流域調(diào)水的規(guī)模勢(shì)在必行。

三次平衡分析計(jì)算所擬訂的方案（從E到M，L除外）都不允許超采地下水，但都配置了跨流域調(diào)水工程。得到了各計(jì)算單元、各個(gè)用水行業(yè)、各種水源、各個(gè)水利工程的詳細(xì)供需平衡結(jié)果。通過(guò)多方案分析和對(duì)比發(fā)現(xiàn)，安陽(yáng)市的最佳配置方案與南水北調(diào)中線(xiàn)方案2010年是否通水有密切關(guān)系。若2010年南水北調(diào)中線(xiàn)工程建成通水，則最佳推薦方案當(dāng)屬F方案；若2015年南水北調(diào)中線(xiàn)工程才能建成通水，則最佳推薦方案當(dāng)屬M(fèi)方案。兩方案結(jié)果見(jiàn)表6。以F2030為例，河道外總供水量22．86億m3，其中生活占16．9％、工業(yè)占31．75％、農(nóng)業(yè)占46．33％、河道外生態(tài)環(huán)境占5．02％，外流域調(diào)水量占總供水量的21．76％，重點(diǎn)河道的水質(zhì)比現(xiàn)狀年有明顯改善。與F方案比較，M方案在水資源工程布局上有些重復(fù)建設(shè)，這是為了滿(mǎn)足2015年以前的供水需要。南水北調(diào)中線(xiàn)工程的進(jìn)度不是安陽(yáng)市所能決定的，因此推薦F和M兩個(gè)方案作為合理配置方案，供安陽(yáng)市領(lǐng)導(dǎo)根據(jù)今后的實(shí)際情況進(jìn)行決策。

南水北調(diào)運(yùn)行方式與供水結(jié)果對(duì)比分析南水北調(diào)中線(xiàn)工程對(duì)于解決安陽(yáng)市的水資源短缺問(wèn)題至關(guān)重要，本項(xiàng)目對(duì)它按照“向各行業(yè)供水”和“只向生活和工業(yè)供水”兩種運(yùn)行方式，進(jìn)行了詳細(xì)的數(shù)字仿真對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)中線(xiàn)工程（安陽(yáng)市部分）“向各行業(yè)供水”方式比后一種方式多供水量0．35億m3（多11．34％）。受篇幅限制其他結(jié)果不再具體介紹。

本項(xiàng)目的研究初步得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：（1）安陽(yáng)市必須把建立節(jié)水型社會(huì)放在首位；（2）增加外調(diào)水量勢(shì)在必行；（3）在同樣的南水北調(diào)中線(xiàn)工程規(guī)模下，允許它向各行業(yè)供水的運(yùn)行方式比只允許它向生活及工業(yè)供水的運(yùn)行方式效益更佳，這需要相應(yīng)的水價(jià)體系和管理體制配套；（4）經(jīng)應(yīng)用檢驗(yàn)表明，本項(xiàng)目的配置方法和模型是正確的，可以推廣應(yīng)用到其他類(lèi)似地區(qū)。