三亚河流域水资源供需方案组合比较

2015-02-14程雪蓉任立良杨肖丽刘士军

水资源保护 2015年6期

关键词：供需平衡需水缺水

程雪蓉，任立良，杨肖丽，刘士军

(1.河海大学水文水资源学院,江苏南京 210098；2.四川省水利水电勘测设计研究院,四川成都 610072)

三亚河流域水资源供需方案组合比较

程雪蓉1，任立良1，杨肖丽1，刘士军2

(1.河海大学水文水资源学院,江苏南京 210098；2.四川省水利水电勘测设计研究院,四川成都 610072)

针对三亚河流域水资源开发利用现状,以2010年为现状水平年,2020年、2030年为规划水平年,分析比较三亚河流域水资源配置方案。设置不同组合的需水方案和供水方案并进行分析比较。最终选定的需水方案是考虑节水及供需平衡反馈形成的修订方案,供水方案是在现状工程的基础上,规划水平年考虑增加工程措施,蓄水工程主要考虑增加小(Ⅰ)型以上水库的方案。结果表明,此水资源配置方案可解决各水平年P=90%保证率条件下各分区的缺水状况,使水资源供需达到基本平衡。

供水方案；需水方案；水资源配置；三亚河流域

随着经济和人口的不断增长,水资源的需求量越来越大,水资源的供需矛盾越来越突出[1-2],成为一个迫切需要解决的问题。从水资源供需平衡角度研究水资源供需方案有利于解决供需水矛盾。对水资源供需平衡的研究较多[3-4],采用的方法有系列法[5]、典型年法(或称代表年法)[5]、系统论和线性目标规划法[6]等,但这些方法已不能满足社会经济转型期区域可持续发展对水资源利用的整体要求。综合考虑影响水资源供需平衡的各种主要因素,有利于规划区域社会经济发展模式和发展速度。笔者针对三亚河流域水资源开发利用现状,综合考虑水资源供需平衡的发展因素,采取不同的需水方案和供水方案,并在不同的供需方案组合中进行择优。

1 流域概况

三亚河是流经三亚市区的主要河流,流域总面积626.74 km2,属于热带海洋性季风气候,长夏无冬,气候条件优越。季风特征比较明显,冬季盛行偏北风,夏季盛行偏南风,常年以偏东风为主。三亚河流域中上游属低山丘陵区,树木茂盛,植被覆盖良好,占流域面积的75.2%；下游属沿海平原、台地,占流域面积的24.8%。三亚河流域的水资源分区是根据行政区进行划分的,分为凤凰、城区、吉阳,面积分别为240.39 km2、64.70 km2、321.65 km2。

2 需水预测

需水预测[7]主要对生活需水、生产需水和生态需水进行预测。生活需水分为城镇居民需水和农村居民需水两类,采用人均日用水定额方法进行预测。2010年,三亚河流域平均城镇居民生活用水定额为243 L/(人·d),预计2020年将达到240 L/(人·d), 2030年达到235L/(人·d)。2010年三亚市综合平均农村居民生活用水定额为103 L/(人·d),2020年将增长到107 L/(人·d),2030年达到110 L/(人·d)。城镇生活需水总量计算公式如下:

W生=P0(1+ε)nK(1)式中:W生为某一水平年城镇生活需水总量,万m3；P0为现状人口数,万人；ε为城镇人口年增长率,%；K为某一水平年拟定的城镇生活需水综合定额,m3/a；n为预测年数,a。

生产需水分为第一、二、三产业需水,其中第一产业需水主要指农业需水。农业需水包括农田灌溉需水、林牧渔业需水和牲畜用水3部分,其中农田灌溉需水由水田、水浇地需水和菜田需水组成；林牧渔业需水由林果地灌溉用水、草地用水和鱼塘补水组成。现状水平年和两个规划水平年水田和水浇地的综合灌溉水利用系数分别为0.63、0.69、0.76。但由于资料条件的限制,本研究参考了海南省水资源综合规划报告,直接采用了90%的综合灌溉定额。农业需水计算公式如下:式中:W农为全区农业总灌溉需水量,m3；Aij为第i时段第j分区某种作物的灌溉面积,hm2；Mij为第i时段第j分区某种作物的净灌溉定额,m3/hm2；ηi为分区灌溉水利用系数；t、k分别为时段和分区数。

第二产业需水包括工业、建筑业需水,第二产业需水量计算公式如下:

表1 需水方案设置万m3

式中:Wi为工业或建筑业需水量,万m3；Ri为工业或建筑业用水定额,万m3/万元；Vi为工业或建筑业产值,万元。

第三产业需水是除第一、二产业以外的生产需水。以第三产业万元增加值需水量和第三产业增加值为指标,对第三产业进行需水量预测。2010年三亚市第三产业用水定额为89.4m3/万元,随着用水效率的提高,第三产业需水定额必然有一个逐年下降的趋势,预计2020年为57.6m3/万元,2030年为31.7m3/万元,2030年为22.5m3/万元。

河道外生态需水分为城市生态环境用水和农村生态环境用水。城市生态环境用水包括城市绿化用水、城市人工河湖补水与城市环境卫生用水。农村生态环境用水包括林草植被建设补水、河道外湖泊湿地补水、地下水回灌补水。由于农村生态环境用水比重较小,故本文不予考虑。根据海南省水资源综合规划资料和其他相关研究成果,可计算出三亚河流域河道生态环境需水量。

3 水资源配置方案比较

配置方案的确定[5]主要以需水方案、供水方案为基础,以行政分区为单位,结合三亚河流域水资源开发利用的实际情况,对各种方案进行组合形成。供需水量的计算是以《水资源评价导则》为依据的。

3.1 需水方案

在分析三亚河流域2020年、2030年经济社会发展趋势的基础上,在采取强化节水措施的条件下,预测三亚河流域经济、社会、生态总需水量。需水量的预测[5,8]主要采用指标预测的方法,指标包括社会经济发展指标以及各用水户的需水定额指标。需水方案同时考虑河道内最小生态需水要求的相应流量和河道外城市河湖绿地的生态补水要求等。考虑存在的不确定因素,以各项指标的基本预测值来计算基本方案(方案a)；考虑节水及供需平衡,而形成的修订方案(方案b)。具体计算结果见表1,其中农业均按P=90%来水保证率下的需水值统计。

3.2 供水方案

供水方案包括地表水工程建设、地下水开采利用、污水处理再利用以及非常规水源利用等。

方案A:以现状工程为基础,不考虑增加新的水源工程。

表3 方案一供需平衡计算结果

表4 方案二供需平衡计算结果

方案B:在现状工程的基础上,规划水平年考虑增加工程措施,蓄水工程主要考虑增加小(Ⅰ)型以上水库。引提工程的供水量计算公式如下:

式中:Qi为第i时段取水口的可引流量,m3；Hi为第i时段工程的引提能力,m3；Xi为第i时段需水量, m3；t为计算时段数。

3.3 方案组合

水资源配置的方案设置需要将以上各个方面的不同需水和供水方案有机结合起来而形成水资源配置方案,并从中筛选出可行的有参考意义的各类方案进行组合。由于供水方案A与需水方案a的组合不能解决供需平衡问题,因此排除。

根据对三亚市未来30年在无直接供水和节水工程投入情形下水资源供需状况的分析,以及对三亚市未来节水潜力和供水能力的分析,水资源合理配置研究围绕多种可能的开源措施,从方式和规模两方面进行了水资源配置方案组合,见表2。

表2 水资源配置方案组合

3.4 二次供需平衡分析

在一次供需平衡的基础上,各个配置方案对各区不同水平年、不同保证率的水资源供需平衡进行二次供需平衡[9-10]计算,结果见表3～5。

对于方案一,在各个保证率下,凤凰几乎是不缺水的,城区和吉阳的水量都是供水不能满足需水,且城区的缺水率要大。对于方案二,所有地区都是缺水的,相同保证率下,凤凰的缺水率最高。与方案一比较而言,方案二中凤凰的缺水率明显增大,城区与吉阳的缺水率减少,且全流域的缺水率是减少的。方案三中,90%的保证率下,全流域是不缺水的, 50%、75%的保证率下仅凤凰有缺水的情况。

表5 方案三供需平衡计算结果

3个方案在合理的水资源配置下,除了方案一中在2020年75%的保证率下,城区和吉阳稍有缺水之外,大部分均能满足现状水平年2010年和规划水平年2020年的用水需求。由于社会经济需水量的增加,3个方案在2030年某些区域都会造成缺水,但缺水程度不同。在相同保证率的情况下,全流域的缺水率在方案一的情况下最大,均大于30%；方案二次之,均小于20%；

在方案三的情况下缺水率最小,均小于3%。在90%的来水保证率下,方案一、方案二和方案三流域缺水量分别达到9127万m3、3306万m3和0,缺水率分别为30.2%、12.8%和0。因此,采用提高水的重复利用率、减少输供水过程中的漏损、分质供水、减少排污等节水技术,需水方案b中的总需水量低于需水方案a；通过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结合的方案三是最合理的。

4 结论

当前,三亚河流域自然和社会环境正在发生着剧烈变化,主要体现在以下两个方面:一是经济和社会发展方式的改变将对三亚河流域水资源需求的格局产生一定的影响；二是气候与下垫面条件的不断变化会导致流域产流特性发生变化,进而造成三亚河流域未来水资源量相应发生变化,成为影响水资源供需配置结果的不确定因素。

在增加供水工程措施的条件下,同时实施节水,可保证三亚河流域经济社会的正常需水要求,且供水工程配置适度超前,使得供需平衡留有余地,以适应社会经济的超预期发展的水资源配置方案三,可以基本解决各水平年P=90%保证率条件下各分区的缺水状况,使水资源供需达到平衡。因此对于三亚河流域,有必要增加供水工程措施,同时采取节水技术,尽量减少未来的缺水量。

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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 编辑:彭桃英)