彰武水庫水源優化配置分析

李連云，郭若凡

（1河南省安陽水文水資源勘測局；2河南省信陽水文水資源勘測局）

1 背景

安陽市畝均水資源占有量190 m3，人均水資源占有量191 m3，僅為全國平均水平的1/10，水資源開發利用程度達118%，地下水嚴重超采，屬典型的資源型缺水地區。彰武水庫作為安陽市的工業、農業水源和生活飲用水備用水源地，在全面推進城市水生態文明建設，實現人與自然和諧發展的大背景下，分析彰武水庫的水資源變化規律，合理配置區域生態、工業、農業用水，提高水資源利用效率，改善區域生態環境，促進社會經濟可持續協調發展具有非常重要的意義。

2 水庫概況

2.1 彰武水庫

彰武水庫位于洹河上游的西高平村，1 958年開工建設，總庫容7 830萬m3，興利庫容3 083萬m3，設計灌溉面積2.53萬hm2，城鎮供水12 600 萬m3。該水庫承擔安陽市工業用水、農業灌溉任務，兼營發電、養殖、旅游等功能。主要以萬金渠和五八渠、洹河勝利渠向下游工、農業供水，水質介于Ⅲ-Ⅳ類之間。控制流域面積970 km2，控制區間面積120 km2，上游約10 km是小南海水庫，下游20 km 是安陽市區，主要接納小南海水庫泄水、小南海泉水、南海～彰武兩庫區間來水，因地理位置重要，河南省將彰武水庫按大型水庫管理。

2.2 小南海水庫

小南海水庫位于洹河上游后駝村，1958 年興建，總庫容10 759萬m3，興利庫容4 800萬m3，控制流域面積850 km2，庫區存在嚴重滲漏問題，主要用于防洪。該庫與下游彰武水庫聯合運用，對減輕安陽市及京廣鐵路、京深高鐵、京港澳高速洪水威脅起著十分重要的作用。

3 來水量分析

3.1 系列年確定

來水區選用小南海、東姚、橫水、林縣、姚村5 個雨量代表站計算面年平均降水量。分析了1956-2017年降雨量，簡稱長系列；1973-2017年降雨量，簡稱中系列；1985-2017年降雨量，簡稱短系列，采用P-Ⅲ型曲線進行適線分析。計算結果見表1。

短系列與中系列接近，代表性較強。采用短系列共計33 a作為分析計算系列年，是基本合理的。

3.2 水量還原計算

根據水量平衡原理，計算公式為：

式（1）中：W來——計算時段內彰武水庫來水量；W出——計算時段內彰武水庫出庫水量；W化——計算時段內化肥廠取水量；ΔV彰——計算時段內彰武水庫蓄變量；ΔV南——計算時段內南海水庫蓄變量；W滲、W蒸蒸發量屬于自然消耗，滲漏量較小，不參與計算。

還原計算結果見表2：彰武水庫不同保證率典型年來水量成果表。比較典型年降水量和年來水量，存在一定差異。究其原因：與紅旗渠退水（跨流域）在南海水庫上游入洹河有關。對照河南省多年平均年徑流深等值線圖可知：多年平均來水量計算值是合理的。

4 需水量

4.1 生態需水量

根據《安陽市水生態文明城市建設水資源優化配置規劃報告》，洹河推薦生態流量為0.28 m3/s，每年需水量為883萬m3/a，萬金渠、五八渠生態需水量合計為1 184萬m3/a，總計為2 067萬m3/a。

表2 彰武水庫不同保證率典型年來水量成果表

4.2 工業需水量

根據彰武水庫供水戶現狀統計：安陽發電需水1 147 m3/a；安陽電力需水232 m3/a、安鋼需水3 955 萬m3/a，計量點在安鋼渠取水口處；永興鋼鐵需水593.60 m3/a，取水口在彰武水庫電站退水閘處，安化直接從彰武水庫取水需水973萬m3/a、安陽市垃圾焚燒發電取水量243.50 萬m3，取水口設置在彰武水庫電站尾水渠與溢洪道交匯處東側。

4.3 農業需水量

4.3.1 預測指標的確定

根據《河南省安陽市漳南灌區續建配套與節水改造規劃》（2000 年5 月），萬金灌區設計灌溉面積25 333.33 hm2，其中岳城水庫引水灌溉1 153.33 hm2，彰武水庫引水灌溉24 180 hm2。本灌區作物有小麥、玉米、棉花、油料、蔬菜等。

4.3.2 主要作物需水量

采用彭曼—蒙特斯公式計算：

式（2）中：Etc——作物需水量，mm/d；Kc——作物系數；ETo——參照作物需水量，mm/d。

4.3.3 作物有效降水量

有效降水量Py分三種情況：

當降雨量P＜5 mm 時，Py=0；

當降雨量5 mm P＜50 mm時，Py=P；

式（3）中：Py——為時段有效降水量（mm）；P——為時段降水量（mm）。

4.3.4 作物灌溉定額

依據《河南省地方標準農業用水定額》；確定次灌溉定額和灌溉時間。

4.3.5 作物灌溉凈需水量

式（4）中：W——作物灌溉凈需水量（萬m3）；N——灌溉面積（萬hm2）；M——綜合灌溉定額（m3/hm2）。

4.4 總需水量

總需水量按下式計算：

式（5）中：W總——水庫總供水量（萬m3）；Q生——生態需水量（萬m3）；W農——農業灌溉需水量（萬m3）；Q發電——安陽發電需水量（萬m3）；Q電力——安陽電力需水量（萬m3）；Q鋼——安鋼需水量（萬m3）；Q化——安化需水量（萬m3）；Q安——垃圾焚燒發電需水量（萬m3）；Q永——永興鋼鐵需水量（萬m3）；η1——農灌渠系利用系數；η2——安陽發電、安陽電力渠系利用系數；η3——安鋼渠系利用系數。

經計算：工業加農業折算到萬金渠首年共需水18 774萬m3/a。下游河道生態環境需水量為2 067萬m3/a。

5 可供水量

5.1 調節計算原則

調節計算原則和約束條件：

用水順序：生態、工業、農業；需水先由彰武水庫提供，不足部分南海水庫補充；彰武水庫死水位118.00 m，農灌限制水位120.00 m；彰武、南海水庫汛限水位按2018 年水庫調度運行計劃執行；萬金灌區面積512 km2；地下水可供水量即地下水可開采量，采用系數法計算：

Q可開=ρ·Q總補=0.80×13 832=11 066（萬m3）

按照分析范圍，實際地下水可利用量為2 165萬m3。

5.2 供、需調節計算條件和原理及結果

5.2.1 基本條件

以汛限水位作為水庫起調水位；計算時間從1984年7月至2017年12月。

5.2.2 計算原理

根據水量平衡原理，計算公式同式（1）：

經多年調節計算：水庫多年平均來水量19 801萬m3，在保證下游河道生態需水2 067 萬m3/a 條件下，水庫多年平均供水量14 883 萬m3，供水量占來水量的75.20%。其中年均供工業7 457萬m3，供農業7 426萬m3；年均缺水量2 872萬m3，農業缺水2 859萬m3，工業缺水13萬m3；農業缺水16 a；工業缺水1 a。

工業供水保證率96.97%，滿足工業設計保證率95.00%要求。農灌供水保證率51.50%，滿足農灌設計保證率50%～70%的要求。年均棄水5 028 萬m3。小南海和彰武兩座水庫蓄水量比起調時減少3 677萬m3。

6 水質評價

6.1 評價標準

依據中華人民共和國《地表水環境質量標準》進行。IV類：主要適用于一般工業用水及人體非直接接觸的娛樂用水區；V類：主要適用于農業用水區及一般景觀要求水域。

6.2 水質評價結果

6.2.1 水質狀況

根據河南省水環境監測中心安陽分中心對彰武水庫2017年水質監測數據，全年平均19項評價因子為Ⅰ類，總磷為Ⅳ類。

6.2.2 水質動態變化

分析了近4 a 彰武水庫水質監測資料，綜合評價彰武水庫水質均為Ⅳ類。彰武水庫水質滿足工業用水戶、農灌和生態用水要求。

7 結論與建議

7.1 結論

通過以上分析：彰武水庫在水量、水質、用水戶不變的情況下，能夠滿足區域內生態、工業、農業用水需求。

7.2 建議

安陽市水資源嚴重匱乏，政府加大城市中水回用基礎設施建設，促使企業盡快改用中水生產。

工業用水戶加大技術投入，采用先進的生產裝備，改進廢水處理工藝，提高生產用水重復利用率，降低生產水耗，優化水資源合理配置。