郭 威 刘俊秀 赵孟伟 巴晓杰

豫东地区引黄灌区水资源优化配置

郭 威1刘俊秀2赵孟伟3巴晓杰4

（1.开封市农村水利技术推广站，河南 开封 475004；2.开封市水利建筑勘察设计院，河南 开封 475001；
3.河南省豫东水利工程管理局惠北水利科学试验站，河南 开封 475001；4.洛阳城市建设勘察设计院有限公司，河南 洛阳 471000）

本文以灌区水资源实际供需情况为依据，依照5条优化配置原则，建立规划年（2020年）多目标多水源优化配置模型，使用计算机软件进行求解，提出适宜豫东引黄灌区水资源优化配置方案，以期为灌区水资源调度提供了决策依据，为豫东引黄灌区的发展提供科学的技术支持。

豫东引黄灌区；水资源优化配置；供需平衡

水资源是人类生活、生产中不可替代的最重要的自然资源［1］。近半个世纪以来，人口数量急剧增长，农业、工业、城镇化不断发展，人类社会对水资源的需求与日俱增。同时，由于人类不合理开发利用水资源，导致生态环境不断恶化。因此，基于可持续发展利用原则的水资源优化配置显得格外重要［2］。水资源优化配置是指在有限形式、数量的水资源条件下，进行科学合理的分配，从而达到人类与自然的协调发展［3］。

黄河自西向东贯穿河南省，在其境内绵延700多千米，是河南省生活、生产和城市发展的重要水源。豫东引黄灌区气候温和、土壤肥沃，是我国重要的粮食产业基地［4］。同时，豫东地区又是河南新型工业、能源原材料和加工基地。豫东地区属于资源型缺水地区，人均水资源量不足300m3，水资源的匮乏严重制约着该区域的发展。大力发展引黄、南水北调事业，推进区域内水资源优化调配，是促进豫东地区可持续发展的必由之路。

1 豫东引黄灌区概况

豫东指河南省东部地区，地处中原与东部沿海的交汇地，包括开封市、商丘市、周口市3个地级市。截至2015年，全区总面积为2 9107km2，总人口达2 062.57万人。豫东属温带季风气候，冬季寒冷干燥，春季干旱多风，夏季高温多雨，秋季天高气爽，四季分明，年均气温为14.5℃，年均无霜期为200多天，年均降水量为610mm，降水多集中在夏季7、8月份。豫东引黄灌区（黑岗口灌区、赵口灌区、柳园口灌区、三义寨灌区）是河南省重要的粮食生产基地［5］，境内河渠四通八达，既能灌溉又能排涝。豫东平原的水资源量为126.6亿m3，只占全省水资源总量的30%，人均水资源量为261m3。埋深小于40m的地下水是广大农村地区生活用水的主要水源，根据资料显示，该层地下水已普遍遭受不同程度的污染。

表1 2020年灌区供需水分析成果表（P=50%）

2 水资源供需情况分析及开发利用状况

2.1 需水分析

豫东引黄灌区内需水包括种植业，二、三产业，生活及生态需水四方面。

种植业需水：根据现状调查统计分析，豫东地区作物主要以小麦、玉米和棉花为代表，复种指数均为180%以上，设计灌溉保证率为50%。根据灌溉面积、灌溉方式及灌溉制度，计算农业需水量。二三产业需水：重点考虑二、三产业经济的增加和万元工业增加值用水量的减少，工业用水重复率提高［6］。居民生活用水：预计到2020年，城市人口每日需水量为110～120L/人，乡镇人口每日需水量为90～110L/人，农村人口每日需水量为70～80L/人。生态需水：主要包括城市绿化用水、河湖景观需水。

2.2 供水分析

豫东引黄灌区主要供水来源：黄河水、地表水、地下水、南水北调水、再生水。随着引黄灌区渠首改造和调蓄工程建设，预计2020年灌区引黄河水11.29亿m3；灌区多年平均水资源总量23.98亿m3（其中，地表水资源量6.87亿m3，17.11亿m3）；南水北调中线一期工程建成，周口地区可以受到南水北调水补给。由于引黄供水及南水北调水的介入，地下水资源的开采量减少，有利于改善灌区地下水超采状况。2020年灌区供需水平衡分析详见表1。

3 灌区水资源优化配置

3.1 水资源优化配置原则及模型建立

水资源的优化配置是指在一个具体的流域或区域内，采用工程与非工程措施，对水量有限的、不同性质的水资源不仅在基本部门而且在不同用户之间进行优化调配，使数量有限的水资源得到合理、充分利用，为供水区的生活、生产、生态等方面提供充足的水源，以获得良好的综合效益，即满足社会效益、经济效益、生态环境效益等多种效益目标［7］，最终实现水资源的可持续利用。本次优化配置主要原则：①以人为本、水资源开发利用与经济社会协调可持续发展原则；②优水优用，一水多用的原则；③经济高效，充分发挥现有供水设施的效益，水源价格优先的原则；④逐步改善景观和环境生态用水的原则；⑤全面规划和统筹兼顾的原则，即城乡统筹，工农业统筹，二、三产业用水与生活环境用水统筹。

基于上述灌区水资源合理分配方案原则，建立多目标、多水源合理分配模型，详见图1。

图1 豫东引黄灌区多目标多水源合理分配模型

3.2 结果

基于水资源供需平衡的条件,结合多水源、多目标、多层次、综合效益最优的优化配置原则，采用MATLAB数学计算软件［8］，合理配置灌区水资源。经计算，豫东引黄灌区水资源优化配置结果详见表2，表3。

3.3 成果分析与展望

水资源优化配置更能体现现实社会的发展需求，基于水资源供需平衡成果可以更好地为将来社会发展、人民生活提出有效、科学、可持续的有效指导。从水源方面考虑：引黄水的增加有利于缓解灌区种植业、生活对地下水的开采，并且可以较好地回补地下水，起到改善灌区生态环境的作用；南水北调水水质较好，同时成本也较高，适用于对水质有一定要求的二、三产业用水。从供水方面考虑：应首先满足城镇与农村居民生活用水，其次考虑二、三产业用水，然后是种植业用水、生态建设用水。从产生经济效益方面考虑：二、三产业用水应优先考虑万元工业增加值需水量较少的行业，同时应满足国家基础建设行业（供水、供气、供热、电力、通信、交通）用水。

表2 2020年灌区水资源优化配置结果（一）

表3 2020年灌区水资源优化配置结果（二）

灌区主要以种植业用水为主（农业用水占用水总量的60%），经济效益较低。为促进灌区的综合发展，应加大推行农业灌溉节水技术和灌区高效运行管理模式的保障措施，提高灌溉水保证率，将节约的水资源用于城镇及工业区发展、改善灌区河道的水质状况和生态环境。

4 结语

灌区水资源优化配置对促进灌区人与自然和谐发展、水资源的可持续利用有重要意义。尤其是在水资源较为匮乏的地区，将有限的多种水源用于不同部门、不同用户，使水资源得到合理、充分的利用，从而达到综合效益最优，是一个不断完善、改进的过程。本次优化配置收集了大量自然概况、水文气象、水利工程、社会经济资料，建立适宜豫东引黄灌区的水资源优化配置模型，较为充分地反映了灌区多水源、多目标、多层次的特性。通过水资源优化配置的结果分析研究，为灌区水资源调度提供了决策依据，为豫东引黄灌区的发展提供科学的技术支持。

［1］吴泽宁，索丽生.水资源优化配置研究进展［J］.灌溉排水学报，2004（2）：1-5.

［2］李强.综评水资源优化配置研究进展［J］.黑龙江水利科技，2014（9）：27-29.

［3］陈南祥，李跃鹏，徐晨光.基于多目标遗传算法的水资源优化配置［J］.水利学报，2006（3）：308-313.

［4］郭振升，刁少华.豫东平原水资源现状及农业用水对策［J］.商丘职业技术学院学报，2011（2）：94-96.

［5］张凤池.从政府角度看豫东地区县域经济发展的制约因素与对策［J］.河南农业，2015（2）：61-62.

［6］张运凤，郭威，徐建新，等.基于最严格水资源管理制度的大功引黄灌区的水资源优化配置［J］.华北水利水电大学学报（自然科学版），2015（3）：28-32.

［7］高亮，张玲玲.区域多水源多用户水资源优化配置研究［J］.节水灌溉，2015（3）：38-41.

［8］王永涛，杨璐瑶，张和喜，等.基于多目标优化的黔中区水资源配置研究［J］.人民长江，2017（1）：32-36.

Water Resources Optimization and Allocation of Yellow Irrigation Area in Eastern Henan Province

Guo Wei1Liu Junxiu2Zhao Mengwei3Ba Xiaojie4
（1.Kaifeng Rural Hydraulic Technology Promotion Stations，Kaifeng Henan 475004；2.Kaifeng Water Conservancy Building Investigation Institute ，Kaifeng Henan 475001；3.Henan henan East Water Conservancy Engineering Bureau,Huibei Water Conservancy Science Test Station，Kaifeng Henan 475001；4.Luoyang Urban Construction Survey and Design Institute co.Ltd.，Luoyang Henan 471000）

Based on the irrigation area water resources on the basis of the actual situation of supply and de⁃mand in accordance with the five principle of optimal allocation,planning years(2020)established multi-ob⁃jective optimal allocation of water model,using computer software for solving,suitable for eastern Yellow River irrigation area water resources optimal allocation scheme is put forward,so as to provide the decision basis for irrigation scheduling of water resources,for the development of the eastern Yellow River irrigation district to provide scientific support.

yellow irrigation area in eastern henan province；optimal allocation of water resources；balance be⁃tween supply and demand

TV211

A

1003-5168（2017）10-0092-03

2017-09-01

郭威（1988-），男，硕士，助理工程师，研究方向：水资源规划设计。