水庫下游河道工業項目取水可靠性分析研究

張玉蘭

(寧波市水利水電規劃設計研究院有限公司，浙江 寧波 315000)

工業項目的取水可靠性直接涉及到項目投入運行后的穩定產出效率，對項目經濟效益的發揮至關重要。在項目投產建設之前，對其進行取水水源的水量和水質等方面的可靠性分析研究很有必要，既是對項目未來經濟效益發揮的前提，也是落實節水優先方針、水資源最嚴格管理制度的要求，同時是避免水資源過度開發、無序開發的重要保障。水庫下游河道的工業項目取水可靠性分析，與一般河道相比有其特殊性，主要體現在水庫大多是兼顧發電、供水、農業灌溉等多功能，水庫放水既與上游來水有關，又受到引調水、自身調度等多方面影響，因此有必要開展專門研究。本文以寧海白溪水庫下游的某工業項目取水為例，開展來水、需水、供需平衡分析等方面的研究，并對水質要求相符性進行論證，分析了該項目的取水可靠性。

1 項目概況與取水需求

項目擬建設在寧波市寧海縣，一期預計2021年建成，年取水量60萬m3，二期預計在2029年建成，二期投產后年總取水量79萬m3，按照所在行業規范要求，項目需達到97%的取水保證率。取水地點初選在寧海白溪左岸上明橋斷面以上50m，距離廠址線路長約6km。取水口設置：根據不影響河道堤防安全的原則設置，結合現有取水口高程及來水水位流量關系，取水口高程擬設在1.2m左右。原水取水提供水質情況后，項目自身擬采取相應取水及凈水措施，對原水水質要求V類水以上。

2 流域概況

白溪流域位于浙江省中東部，是寧海縣境內最大的溪流。發源于新昌縣牛平崗，南流經天臺縣大同、寧海縣白溪村，折東北至水車鄉納大溪，東流至越溪，從白橋崗進入三門灣。白溪主流長66.5km，河道比降12.8‰，流域面積627km2。主要支流為大溪，發源于寧海、奉化交界的野豬坑，河長37km，河道比降22.7‰。

流域內已建成大中型水庫3座，大型水庫白溪水庫控制集水面積254km2；中型水庫2座：黃壇水庫控制集水面積114km2，西溪水庫控制集水面積95.6km2。另外建有2座小(二)型水庫，集水面積3.09km2；塘壩362座，溪流堰壩337條。已建的水利工程主要承擔防洪、供水功能，兼顧流域內的農業灌溉、發電等功能。

3 取水水源論證

3.1 分析范圍及論證范圍

由于項目的取水水源是寧海縣白溪上明橋斷面來水，因此，本次水資源論證的分析范圍為白溪流域，面積627km2。論證范圍為白溪流域的白溪水庫壩址、黃壇水庫壩址至上明橋斷面之間的區域，面積222.6km2，包括白溪水庫下游的前童、岔路地區和西溪-黃壇水庫下游的黃壇、躍龍街道等。

3.2 論證方法

通過降水、產水、需水、供水及其供需平衡分析計算后，得到論證范圍水資源量的余缺狀況和對水質的評估。根據地區水資源綜合規劃，白溪流域內各用水戶保證率如下：城鎮生活和重要工業用水保證率為95%，一般工業用水保證率90%，農業灌溉用水保證率80%～90%，環境生態用水保證率70%～80%。結合項目建成投產時間，取2019年為現狀水平年，2030年為規劃水平年進行論證。

3.3 水文基本資料

本次論證區域內流量資料缺乏，擬采用降雨修正的水文比擬法。選用白溪范圍內及周邊的里岙、里加坑、大蔡等10個雨量站，與洪家塔流量站的實測流量比擬得到徑流量，由于各測站資料起始年份和觀測年限不一，通過相關法進行資料插補延長，取用年限為1960—2018年。

3.4 來水量

計算單元(白溪、黃壇水庫壩下至上明橋斷面)的來水包括白溪水庫、西溪水庫和黃壇水庫的農業灌溉及生態放水、汛期棄水，非受控山區來水，當地平原產水以及相關用戶的回歸水。由上述降水、蒸發等資料，可分析得到來水量。見表1。

表1 論證范圍的設計頻率總來水量

3.5 需水量分析

由于項目取水的上明橋斷面的來水量與上游用戶的取水量有關，而上明橋以下白溪干流為感潮河段，沒有取水用戶。因此僅需對斷面上游用戶的需水進行計算分析。

項目取水斷面以上直接從溪流、河道取水的用戶主要是一般工業、農業灌溉用水以及生態用水。因論證范圍內的生活用水和重要工業用水由另外水廠供應優質水，不包括本次論證范圍內。

3.5.1一般工業需水量

現狀水平年，白溪中下游地區的一般工業用水由生活水廠、工業水廠以及溪流、河道提供，扣除生活水廠供水量以及工業水廠補充的量后，其他一般工業在直接從溪流、河道取水量為14萬m3/年。按照當地工業用水年均10%的增長率外延，預測到2030水平年，其他一般工業用戶從溪流、河道直接取水量將達到30萬m3/年。

本工業項目一期需從上明橋斷面取水60萬m3/年，二期投產以后最終工程需取水79萬m3/年。

3.5.2農業需水量

包括水稻、綜合旱作物等需水量。農田凈灌溉定額根據作物需水量考慮田間灌溉損失計算，毛灌溉需水量根據計算的農田凈灌溉定額和比較選定的灌溉水利用系數進行預測。本次農業灌溉需水量的計算原則：由降雨、蒸發資料按作物灌溉制度推求設計灌溉定額；由設計灌溉定額推求灌溉凈需水量；灌溉需水量需考慮灌溉水利用系數。根據趨勢預測，本次論證范圍耕地平均年遞減率為2.1‰。現狀耕地面積2.75萬畝，其中水田2.23萬畝，旱地0.52萬畝；預測到2030水平年耕地面積2.69萬畝，其中水田2.18萬畝，旱地0.51萬畝。

各計算區主要農作物為水稻，還有部分旱地作物和經濟園地。水稻灌溉定額計算以降雨量和蒸發量為依據采用需水系數(α)法進行田間來水與耗水逐日水量平衡計算，求得水稻凈灌溉定額。旱地灌溉定額以主要旱作物生長期為代表，進行灌溉定額計算。分析得到水田50%保證率為265m3/畝，75%保證率為316m3/畝，85%保證率為391m3/畝；旱作物50%保證率為42m3/畝，75%保證率為74m3/畝，85%保證率為102m3/畝。據相關規劃資料，現狀水平年灌溉水利用系數為0.6，2030水平年灌溉水利用系數為0.65。

按照大牲畜用水定額為70L/(頭·日)，小牲畜用水定額為15L/(頭·日)，淡水養殖需水定額為3500m3/(畝·年)，計算現狀水平年畜牧業需水61萬m3/年，2030水平年畜牧業需水74萬m3/年。

綜上，計算單元內各水平年不同保證率的農業需水量見表2。

表2 不同保證率下農業需水預測成果表

3.5.3生態環境需水量

主要包括河道內與河道外生態環境需水量。其中河道內生態環境需水量是指娛樂、魚類和景觀的需水量；河道外生態環境需水量主要是指城鄉的凈化、綠化及公園湖泊等需水量。為保持和維護河網基本生態要求，以河道內生態環境需水量為約束條件，確定河道內生態庫容為正常庫容的30%，當河網庫容低于河道內生態庫容即停止河網供水。

河道外生態環境需水量隨著社會的進步和經濟的不斷發展，以及人們的休閑、娛樂時間的增多和對生態環境要求的不斷提高等。預測寧海縣河道外生態環境需水量占總需水量的比例將達到8%～10%左右。供河道外環境生態用水量具體預測結果見表3。

表3 不同保證率生態需水預測成果表

3.6 供需平衡分析

3.6.1供需平衡計算單元和系統結構

計算單元1個，即白溪、黃壇水庫壩下至上明橋斷面的區間。水量供需平衡分析的計算單元均可歸結為來水、需水、供水三個系列所構成的系統。計算的來水主要是計算單位的來水總和；需水主要是在河道中直接取水的用水戶，包括一般工業用水、農業用水和生態環境用水；與來水相對應，供水系統考慮的是河道引水和河道提水工程供水。

3.6.2供需平衡計算的原則與參數選取

(1)計算系列采用1960—2018年共59年的長系列逐日水文資料，調節計算以日為計算時段。水資源供需平衡計算時，上明橋斷面以上的計算單元經來水、取水、退水的調節，水量最終傳遞到上明橋斷面。

(2)上游白溪水庫供給寧波市中心城區17300萬m3/年；西溪、黃壇水庫供給寧海縣生活用水5700萬m3/年。保證率85%的情況下，白溪水庫供下游農灌等一般用水1300萬m3，環境流量和下游農灌用水可以部分結合，沒有灌溉的月份，按0.58m3/s供給下游，有灌溉供水的月份，扣除灌溉流量，補充不足0.58m3/s的部分流量，灌溉流量大于0.58m3/s的月份，不再補充；西溪水庫、黃壇水庫聯合提供下游農田灌溉用水1770億萬m3。

(3)計算時考慮水庫、塘壩的調蓄能力。白溪水庫、西溪-黃壇水庫梅汛、臺汛期蓄至汛期限制水位，其它時期蓄至正常高水位，超過各期控制水位即為棄水。白溪中下游地區大小塘壩共362處，可調蓄的庫容合計291萬m3，其中上明橋斷面以上可調蓄的庫容219.4萬m3。

(4)城鎮生活用水的60%～70%作為再生水，農村生活的15%作為再生水，工業用水的60%～80%作為再生水，農業回歸水取30%。

3.6.3計算單元水量平衡情況

根據上述計算方法和原則，通過對計算單元區域進行長系列水資源供需平衡計算可知，區域水資源基本可以滿足社會經濟發展需要。

計算單元水資源供需平衡狀況見表4。

表4 計算單元供需平衡計算成果表 單位：萬m3

通過表4計算分析可知，計算單元來水量豐富，現狀及2030水平年均可以滿足區域內各類取水戶的用水需求，達到相應的保證率要求；本項目的取水能夠得到保證，且基本不會對其他取水戶產生影響。

3.6.4取水斷面最小日來水量

現狀水平年，在考慮上游取水戶需水之后，本項目取水的上明橋斷面95%保證率的年份最小日來水量為2.60萬m3，97%保證率(97%為本項目取水要求保證率)的年份最小日來水量為2.22萬m3，98%保證率的年份最小日來水量為1.58萬m3，均遠大于項目取水量0.165萬m3。從斷面最小流量的角度看，也是能夠滿足本項目的取水需求的，且本項目取水斷面下游地區無直接從白溪河道取水的用戶，因此對下游用戶取水量也無不利影響。規劃水平年的斷面最小來水量與本項目的取水需求量之間的關系也是類似的，詳見表5。

表5 取水斷面各年來水頻率下的最小日來水量 單位：萬m3

3.7 取水口位置合理性分析

取水口建議設置在上明橋上游50m處的左岸，地勢相對開闊，適宜建設取水泵房；為了保障枯水季節的取水安全，取水口的高程建議取在1.2m的河底。為了減輕溪流底部泥沙的影響，建議在不影響河道堤岸及河道行洪安全的前提下，在取水口處下挖1.5m左右，形成一個“取水池”，并在取水口前布置柵格、濾網等過濾預處理設備。

4 水質符合性分析

白溪河道為山區性河流，源近流急，自凈能力較強。根據水功能區劃分，項目取水口所處的白溪馬婆園入處至入海口段為白溪寧海農業、工業用水區，目標水質為Ⅲ類。白溪水系現有6個水質監測斷面：黃壇水庫、柘湖楊、水車、雙水、屠岙胡、趙郎場。根據2018年寧海縣環境質量狀況公報，白溪水系的6個監測斷面均符合水環境功能區水質目標要求，該水系水質較好。其中項目取水口附近的水車斷面功能區目標類別為Ⅲ類，實測水質Ⅱ類。水質達到水功能區的目標水質，也高于本項目要求得V類水水質要求。

5 結語

針對水庫下游河道的工業項目取水水源可靠性進行了研究分析。以寧海縣白溪水庫下游的某工業項目取水為例，通過取水地點的關聯分析，明確了研究的分析范圍和論證范圍，結合項目的分期投產日期確定了現狀水平年和規劃水平年。針對實測流量資料缺乏的現狀，采用降雨修正的水文比擬法，計算了論證范圍的來水量。對論證范圍內的工業、農業、生態等各類用水戶在不同頻率下的需水進行了相應方法預測。在來水量、用水量明確基礎上，建立了水資源供需計算模型，結合流域片區實際，按照計算原則和選定的計算參數，對論證范圍進行了水資源供需分析，得出本項目水量基本能夠得到保障的結論。最后，結合實測水質與水功能區的要求，對項目取水水質需求的相符性進行了分析。本文研究可以為其他水庫下游取水的工業項目開展取水可靠性分析提供參考。