王 鑫
(山西省水利水電勘測設計研究院,山西 太原 030024)
交口縣位于山西省中部西側(cè)、呂梁市南端,境內(nèi)河流除昕水河主要河段和大麥郊河局部地段是不透水的基巖外,其他河谷由于組成溝谷河道的巖石是強透水的碳酸鹽巖,均屬時令小河,雨季洪水,旱季干涸,只有強度較大的降水才會形成地表洪水徑流,而且地表徑流延續(xù)時間較短,一般只有2~3 d。交口縣水資源總量為11 622萬m3,其中,河川徑流量3 004萬m3,地下水資源量9 595萬m3,重復計算量978萬m3。全縣水資源可利用總量為3 061萬m3。
2005年交口縣用水量為1 186.8萬m3,其中地表水供水量39萬m3,占地表水可利用量的6%,地表水開發(fā)利用程度極低;地下水供水量1 147.8萬m3,占地下水可開采量的43%,地下水開發(fā)尚有潛力。按行業(yè)用水量分析,2005年全縣總用水量1 186.8萬m3,其中城鎮(zhèn)生活用水量為68萬m3,占總用水量的5.7%;農(nóng)村人畜用水量219.6萬m3,菜田灌溉用水量30萬m3,分別占總用水量的18.5%和2.53%;工業(yè)企業(yè)為境內(nèi)用水大戶,用水量869.2萬m3,占總用水量的73.2%。2005年全縣人均用水量109 m3,其中城鎮(zhèn)大生活用水指標為 103 L/人·d,小生活用水指標為55 L/人·d;全縣萬元工業(yè)增加值取水量59 m3,復用率79%,工業(yè)用水水平一般。
目前,水資源開發(fā)利用存在的主要問題有:地表水開發(fā)利用程度低,地下水開采量大;水利工程老化,供水能力下降;采煤、采礦對水資源的影響加劇;現(xiàn)行供水價格不合理,水資源浪費現(xiàn)象嚴重;水資源開發(fā)利用缺乏統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一管理;水資源監(jiān)測信息網(wǎng)絡系統(tǒng)尚需完善。
根據(jù)《山西省用水定額(試行)》及有關規(guī)程規(guī)范,結(jié)合交口縣實際情況,確定不同水平年的用水凈定額,對各規(guī)劃分區(qū)城鎮(zhèn)生活和農(nóng)村生活需水量進行預測,得出2020年和2030年毛需水量分別為164.1萬m3和207.7萬m3;2020年和2030年交口縣農(nóng)村生活用水毛需水量分別為147.1萬m3和138.1萬m3。交口縣受自然條件的制約,農(nóng)業(yè)灌溉面積較少,現(xiàn)狀年用水量不多。預測交口縣水澆地用水定額2020年為2 175 m3/hm2,2030年為2 025 m3/hm2;菜田用水定額2020 年為 2 850 m3/hm2,2030 年為 2 700 m3/hm2。兩個水平年水利用系數(shù)均取0.65。各水平年農(nóng)業(yè)灌溉總的毛需水量分別為49.6萬m3和56.1萬m3。預測交口縣大牲畜用水 2020年為 35 L/頭·d,2030年為 30 L/頭·d;小牲畜用水定額 2020年為 15 L/頭·d,2030年為15 L/頭·d,水利用系數(shù)均取0.93。各水平年大、小牲畜總的毛需水量分別為93.6萬m3和109.5萬m3。交口縣工業(yè)需水預測按煤炭、冶金和一般工業(yè)分類。高用水工業(yè)主要是冶金和煤炭中的焦化業(yè),本次需水預測均采用萬元增加值用水量法進行。預測2020年和2030年兩個水平年冶金行業(yè)用水定額分別為30 m3/萬元和26 m3/萬元,利用系數(shù)分別取0.92和0.93;煤炭用水定額分別為29 m3/萬元和23 m3/萬元,利用系數(shù)分別取0.92和0.93;一般工業(yè)用水定額分別為24 m3/萬元和18 m3/萬元,利用系數(shù)分別取0.92和0.93。經(jīng)計算,各水平年工業(yè)總的毛需水量分別為1 958.4萬m3和1 932.8萬m3。第三產(chǎn)業(yè)需水量采用萬元增加值用水量法進行預測,兩個水平年取水定額分別為18 m3/萬元和16 m3/萬元,利用系數(shù)分別取0.92和0.93,第三產(chǎn)業(yè)總的毛需水量分別為350.4萬m3和606.1萬m3,年生態(tài)環(huán)境需水量分別為35.9萬m3和 52.4 萬 m3。
經(jīng)分析,2020年和2030年全縣總毛需水量分別為 2 799.2 萬 m3,3 102.6 萬 m3。
交口縣未來規(guī)劃新水源工程供水量將達到240萬m3。根據(jù)呂梁市第二次水資源評價結(jié)果,交口縣多年平均地下水資源量為9 595萬m3,可開采量為2 656萬m3,即地下水的最大供水能力為2 656萬m3?,F(xiàn)狀年地下水開采量為1 147.8萬m3,占地下水可供水量的43.22%,開發(fā)利用程度相對較低,尚有較大的開發(fā)利用潛力。2020年地下水開采量按地下水可開采量的78%計算,規(guī)劃開采量為2 071.7萬m3,2030年地下水開采量控制在可開采量的85%以內(nèi),則規(guī)劃開采量為2 257.6萬m3。經(jīng)計算,交口縣污水排放量到2020年和2030年分別將達到91.6萬m3和115萬m3。以中水回用率為70%計,到2020年和2030年,中水可利用量將分別達到64.2萬m3和78.0萬m3。集雨工程是山區(qū)解決干旱時段人畜飲水和發(fā)展特色農(nóng)業(yè)補充灌溉用水的另一途徑,根據(jù)各規(guī)劃區(qū)預測的2020年和2030年集雨工程供水量可達到16萬m3。
2020年全縣總供水量為2 551.7萬m3;2030年全縣總供水量為2 751.6萬m3。
交口縣共有4個規(guī)劃分區(qū),其中雙池河規(guī)劃區(qū)又分為3個亞區(qū),每個規(guī)劃分區(qū)為1個單元,共有6個單元。每個單元參與優(yōu)化的需水行業(yè)有城鎮(zhèn)生活用水、農(nóng)村生活用水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水(包括灌溉用水和牲畜用水)、第三產(chǎn)業(yè)用水和生態(tài)環(huán)境用水6個行業(yè),鑒于區(qū)內(nèi)地下水源具有穩(wěn)定、質(zhì)優(yōu)的特點,所以本次優(yōu)化配置過程中假定農(nóng)村生活和城鎮(zhèn)生活用水主要依靠地下水供給,生態(tài)環(huán)境用水對水質(zhì)的要求較低,主要使用中水和地表水源;農(nóng)業(yè)生產(chǎn)(包括灌溉、牲畜用水)主要供水水源為地表水,其次為集雨工程,再次為地下水;工業(yè)用水以地表水、地下水為主,中水為輔;第三產(chǎn)業(yè)主要使用地表水和地下水。這種假定符合當前及近一個時期內(nèi)交口縣的用水實際。
水資源優(yōu)化配置目標見圖1。第一目標:盡量滿足規(guī)劃區(qū)各部門各水平年需水量,必須優(yōu)先滿足生活用水。第二目標:規(guī)劃區(qū)各水平年各水源供水盡量大于取水量。第三目標:滿足各水平年的經(jīng)濟目標。
模型需滿足需水約束和供水約束,并要求滿足各單元工農(nóng)業(yè)產(chǎn)值完成規(guī)劃的工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值。根據(jù)構(gòu)建的模型求解,即可得到交口縣規(guī)劃水平年各分區(qū)的水資源優(yōu)化配置方案。
圖1 交口縣水資源優(yōu)化配置系統(tǒng)目標圖
經(jīng)計算可得,交口縣2020年缺水量247.5萬m3,缺水率為8.84%;2030年缺水量351.2萬m3,缺水率11.3%。方案在水資源開發(fā)方面重點考慮西山水庫、田莊水庫和巖溶地下水的合理開采,遵循盡可能充分利用地表水、合理開采地下水的原則;在水資源規(guī)劃配置時本著“以人為本”的思路,確保城鎮(zhèn)及農(nóng)村生活用水的優(yōu)質(zhì)高效;充分考慮各類供水水源的特點,統(tǒng)籌配置生活、農(nóng)林牧業(yè)、工業(yè)、三產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境等用水,根據(jù)國家現(xiàn)行環(huán)保政策的要求,使生活、生產(chǎn)污水得到充分利用。水資源優(yōu)化配置方案科學、合理,但水資源短缺制約當?shù)亟?jīng)濟社會發(fā)展的客觀實際將逐年凸現(xiàn)并日趨嚴重,因此必須尋求合理的解決途徑。