程雪蓉，任立良，楊肖麗，劉士軍

(1.河海大學(xué)水文水資源學(xué)院,江蘇南京 210098；2.四川省水利水電勘測設(shè)計研究院,四川成都 610072)

三亞河流域水資源供需方案組合比較

程雪蓉1，任立良1，楊肖麗1，劉士軍2

(1.河海大學(xué)水文水資源學(xué)院,江蘇南京 210098；2.四川省水利水電勘測設(shè)計研究院,四川成都 610072)

針對三亞河流域水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀,以2010年為現(xiàn)狀水平年,2020年、2030年為規(guī)劃水平年,分析比較三亞河流域水資源配置方案。設(shè)置不同組合的需水方案和供水方案并進(jìn)行分析比較。最終選定的需水方案是考慮節(jié)水及供需平衡反饋形成的修訂方案,供水方案是在現(xiàn)狀工程的基礎(chǔ)上,規(guī)劃水平年考慮增加工程措施,蓄水工程主要考慮增加小(Ⅰ)型以上水庫的方案。結(jié)果表明,此水資源配置方案可解決各水平年P(guān)=90%保證率條件下各分區(qū)的缺水狀況,使水資源供需達(dá)到基本平衡。

供水方案；需水方案；水資源配置；三亞河流域

隨著經(jīng)濟(jì)和人口的不斷增長,水資源的需求量越來越大,水資源的供需矛盾越來越突出[1-2],成為一個迫切需要解決的問題。從水資源供需平衡角度研究水資源供需方案有利于解決供需水矛盾。對水資源供需平衡的研究較多[3-4],采用的方法有系列法[5]、典型年法(或稱代表年法)[5]、系統(tǒng)論和線性目標(biāo)規(guī)劃法[6]等,但這些方法已不能滿足社會經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型期區(qū)域可持續(xù)發(fā)展對水資源利用的整體要求。綜合考慮影響水資源供需平衡的各種主要因素,有利于規(guī)劃區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式和發(fā)展速度。筆者針對三亞河流域水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀,綜合考慮水資源供需平衡的發(fā)展因素,采取不同的需水方案和供水方案,并在不同的供需方案組合中進(jìn)行擇優(yōu)。

1 流域概況

三亞河是流經(jīng)三亞市區(qū)的主要河流,流域總面積626.74 km2,屬于熱帶海洋性季風(fēng)氣候,長夏無冬,氣候條件優(yōu)越。季風(fēng)特征比較明顯,冬季盛行偏北風(fēng),夏季盛行偏南風(fēng),常年以偏東風(fēng)為主。三亞河流域中上游屬低山丘陵區(qū),樹木茂盛,植被覆蓋良好,占流域面積的75.2%；下游屬沿海平原、臺地,占流域面積的24.8%。三亞河流域的水資源分區(qū)是根據(jù)行政區(qū)進(jìn)行劃分的,分為鳳凰、城區(qū)、吉陽,面積分別為240.39 km2、64.70 km2、321.65 km2。

2 需水預(yù)測

需水預(yù)測[7]主要對生活需水、生產(chǎn)需水和生態(tài)需水進(jìn)行預(yù)測。生活需水分為城鎮(zhèn)居民需水和農(nóng)村居民需水兩類,采用人均日用水定額方法進(jìn)行預(yù)測。2010年,三亞河流域平均城鎮(zhèn)居民生活用水定額為243 L/(人·d),預(yù)計2020年將達(dá)到240 L/(人·d), 2030年達(dá)到235L/(人·d)。2010年三亞市綜合平均農(nóng)村居民生活用水定額為103 L/(人·d),2020年將增長到107 L/(人·d),2030年達(dá)到110 L/(人·d)。城鎮(zhèn)生活需水總量計算公式如下:

W生=P0(1+ε)nK(1)式中:W生為某一水平年城鎮(zhèn)生活需水總量,萬m3；P0為現(xiàn)狀人口數(shù),萬人；ε為城鎮(zhèn)人口年增長率,%；K為某一水平年擬定的城鎮(zhèn)生活需水綜合定額,m3/a；n為預(yù)測年數(shù),a。

生產(chǎn)需水分為第一、二、三產(chǎn)業(yè)需水,其中第一產(chǎn)業(yè)需水主要指農(nóng)業(yè)需水。農(nóng)業(yè)需水包括農(nóng)田灌溉需水、林牧漁業(yè)需水和牲畜用水3部分,其中農(nóng)田灌溉需水由水田、水澆地需水和菜田需水組成；林牧漁業(yè)需水由林果地灌溉用水、草地用水和魚塘補(bǔ)水組成?，F(xiàn)狀水平年和兩個規(guī)劃水平年水田和水澆地的綜合灌溉水利用系數(shù)分別為0.63、0.69、0.76。但由于資料條件的限制,本研究參考了海南省水資源綜合規(guī)劃報告,直接采用了90%的綜合灌溉定額。農(nóng)業(yè)需水計算公式如下:式中:W農(nóng)為全區(qū)農(nóng)業(yè)總灌溉需水量,m3；Aij為第i時段第j分區(qū)某種作物的灌溉面積,hm2；Mij為第i時段第j分區(qū)某種作物的凈灌溉定額,m3/hm2；ηi為分區(qū)灌溉水利用系數(shù)；t、k分別為時段和分區(qū)數(shù)。

第二產(chǎn)業(yè)需水包括工業(yè)、建筑業(yè)需水,第二產(chǎn)業(yè)需水量計算公式如下:

表1 需水方案設(shè)置萬m3

式中:Wi為工業(yè)或建筑業(yè)需水量,萬m3；Ri為工業(yè)或建筑業(yè)用水定額,萬m3/萬元；Vi為工業(yè)或建筑業(yè)產(chǎn)值,萬元。

第三產(chǎn)業(yè)需水是除第一、二產(chǎn)業(yè)以外的生產(chǎn)需水。以第三產(chǎn)業(yè)萬元增加值需水量和第三產(chǎn)業(yè)增加值為指標(biāo),對第三產(chǎn)業(yè)進(jìn)行需水量預(yù)測。2010年三亞市第三產(chǎn)業(yè)用水定額為89.4m3/萬元,隨著用水效率的提高,第三產(chǎn)業(yè)需水定額必然有一個逐年下降的趨勢,預(yù)計2020年為57.6m3/萬元,2030年為31.7m3/萬元,2030年為22.5m3/萬元。

河道外生態(tài)需水分為城市生態(tài)環(huán)境用水和農(nóng)村生態(tài)環(huán)境用水。城市生態(tài)環(huán)境用水包括城市綠化用水、城市人工河湖補(bǔ)水與城市環(huán)境衛(wèi)生用水。農(nóng)村生態(tài)環(huán)境用水包括林草植被建設(shè)補(bǔ)水、河道外湖泊濕地補(bǔ)水、地下水回灌補(bǔ)水。由于農(nóng)村生態(tài)環(huán)境用水比重較小,故本文不予考慮。根據(jù)海南省水資源綜合規(guī)劃資料和其他相關(guān)研究成果,可計算出三亞河流域河道生態(tài)環(huán)境需水量。

3 水資源配置方案比較

配置方案的確定[5]主要以需水方案、供水方案為基礎(chǔ),以行政分區(qū)為單位,結(jié)合三亞河流域水資源開發(fā)利用的實際情況,對各種方案進(jìn)行組合形成。供需水量的計算是以《水資源評價導(dǎo)則》為依據(jù)的。

3.1 需水方案

在分析三亞河流域2020年、2030年經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上,在采取強(qiáng)化節(jié)水措施的條件下,預(yù)測三亞河流域經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)總需水量。需水量的預(yù)測[5,8]主要采用指標(biāo)預(yù)測的方法,指標(biāo)包括社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)以及各用水戶的需水定額指標(biāo)。需水方案同時考慮河道內(nèi)最小生態(tài)需水要求的相應(yīng)流量和河道外城市河湖綠地的生態(tài)補(bǔ)水要求等?？紤]存在的不確定因素,以各項指標(biāo)的基本預(yù)測值來計算基本方案(方案a)；考慮節(jié)水及供需平衡,而形成的修訂方案(方案b)。具體計算結(jié)果見表1,其中農(nóng)業(yè)均按P=90%來水保證率下的需水值統(tǒng)計。

3.2 供水方案

供水方案包括地表水工程建設(shè)、地下水開采利用、污水處理再利用以及非常規(guī)水源利用等。

方案A:以現(xiàn)狀工程為基礎(chǔ),不考慮增加新的水源工程。

表3 方案一供需平衡計算結(jié)果

表4 方案二供需平衡計算結(jié)果

方案B:在現(xiàn)狀工程的基礎(chǔ)上,規(guī)劃水平年考慮增加工程措施,蓄水工程主要考慮增加小(Ⅰ)型以上水庫。引提工程的供水量計算公式如下:

式中:Qi為第i時段取水口的可引流量,m3；Hi為第i時段工程的引提能力,m3；Xi為第i時段需水量, m3；t為計算時段數(shù)。

3.3 方案組合

水資源配置的方案設(shè)置需要將以上各個方面的不同需水和供水方案有機(jī)結(jié)合起來而形成水資源配置方案,并從中篩選出可行的有參考意義的各類方案進(jìn)行組合。由于供水方案A與需水方案a的組合不能解決供需平衡問題,因此排除。

根據(jù)對三亞市未來30年在無直接供水和節(jié)水工程投入情形下水資源供需狀況的分析,以及對三亞市未來節(jié)水潛力和供水能力的分析,水資源合理配置研究圍繞多種可能的開源措施,從方式和規(guī)模兩方面進(jìn)行了水資源配置方案組合,見表2。

表2 水資源配置方案組合

3.4 二次供需平衡分析

在一次供需平衡的基礎(chǔ)上,各個配置方案對各區(qū)不同水平年、不同保證率的水資源供需平衡進(jìn)行二次供需平衡[9-10]計算,結(jié)果見表3～5。

對于方案一,在各個保證率下,鳳凰幾乎是不缺水的,城區(qū)和吉陽的水量都是供水不能滿足需水,且城區(qū)的缺水率要大。對于方案二,所有地區(qū)都是缺水的,相同保證率下,鳳凰的缺水率最高。與方案一比較而言,方案二中鳳凰的缺水率明顯增大,城區(qū)與吉陽的缺水率減少,且全流域的缺水率是減少的。方案三中,90%的保證率下,全流域是不缺水的, 50%、75%的保證率下僅鳳凰有缺水的情況。

表5 方案三供需平衡計算結(jié)果

3個方案在合理的水資源配置下,除了方案一中在2020年75%的保證率下,城區(qū)和吉陽稍有缺水之外,大部分均能滿足現(xiàn)狀水平年2010年和規(guī)劃水平年2020年的用水需求。由于社會經(jīng)濟(jì)需水量的增加,3個方案在2030年某些區(qū)域都會造成缺水,但缺水程度不同。在相同保證率的情況下,全流域的缺水率在方案一的情況下最大,均大于30%；方案二次之,均小于20%；

在方案三的情況下缺水率最小,均小于3%。在90%的來水保證率下,方案一、方案二和方案三流域缺水量分別達(dá)到9127萬m3、3306萬m3和0,缺水率分別為30.2%、12.8%和0。因此,采用提高水的重復(fù)利用率、減少輸供水過程中的漏損、分質(zhì)供水、減少排污等節(jié)水技術(shù),需水方案b中的總需水量低于需水方案a；通過采取增加工程措施的供水方案B的供水量高于供水方案A,由需水方案b和供水方案B結(jié)合的方案三是最合理的。

4 結(jié) 論

當(dāng)前,三亞河流域自然和社會環(huán)境正在發(fā)生著劇烈變化,主要體現(xiàn)在以下兩個方面:一是經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展方式的改變將對三亞河流域水資源需求的格局產(chǎn)生一定的影響；二是氣候與下墊面條件的不斷變化會導(dǎo)致流域產(chǎn)流特性發(fā)生變化,進(jìn)而造成三亞河流域未來水資源量相應(yīng)發(fā)生變化,成為影響水資源供需配置結(jié)果的不確定因素。

在增加供水工程措施的條件下,同時實施節(jié)水,可保證三亞河流域經(jīng)濟(jì)社會的正常需水要求,且供水工程配置適度超前,使得供需平衡留有余地,以適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)的超預(yù)期發(fā)展的水資源配置方案三,可以基本解決各水平年P(guān)=90%保證率條件下各分區(qū)的缺水狀況,使水資源供需達(dá)到平衡。因此對于三亞河流域,有必要增加供水工程措施,同時采取節(jié)水技術(shù),盡量減少未來的缺水量。

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Com parison of supply-dem and planning schem es of water resources over Sanya River Basin

CHENG Xuerong1,REN Liliang1,YANG Xiaoli1,LIU Shijun2
(1.College ofHydrology and Water Resources,Hohai University,Nanjing 210098,China；2.Sichuan Water Resourcesand Hydroelectric Investigation&Design Institute,Chengdu 610072,China)

Based on the situation of water resources utilization over the Sanya River basin,taking 2010 as the current standard year,taking 2020 and 2030 as the planning year,the schemes of supply-demand planning ofwater resourceswere compared.Different scenarios of the schemes of water demand and water supply are made up and combined with each other.Among the final schemes of water resources allocation,water-demand scheme include water-savingmeasures and feedback ofwater supply and demand balance and water-supply scheme is to storemore water resources in addition to the existingwater projects,which aremainly small-scale type I reservoirs.The results show that the final scheme above could solve the problem of water shortage over each administrative partition with 90%of the frequency and balance water supply and water demand in general.

water-supply scheme；water-demand scheme；water resources allocation；Sanya River Basin

TV213.4

：A

：1004 6933(2015)06 0174 05

10.3880/j.issn.1004 6933.2015.06.029

2014 12 01 編輯:彭桃英)

程雪蓉(1990—),女,碩士研究生,研究方向為水循環(huán)基礎(chǔ)理論與過程模擬方法。E-mail:945548736@qq.com