山東省重點工程可供水量核算要點分析

陳干琴，莊會波，袁月平

（1.山東省水文中心，山東 濟南250002；2.青島市水文中心，山東 青島266000）

根據(jù)當前水資源管理需要，第三次山東省水資源調(diào)查評價在全國規(guī)定性任務基礎上，將全省43座重點工程可供水量復核工作納入重點評價任務，并寫入《第三次山東省水資源調(diào)查評價任務書》。重點工程可供水量成果是水資源合理開發(fā)和優(yōu)化配置的重要依據(jù)，應具有嚴肅性、權威性。

重點工程可供水量具體核算任務有二：一是分析現(xiàn)狀用水戶用水滿足程度，以農(nóng)業(yè)供水為主的水庫分析灌區(qū)現(xiàn)狀有效灌溉面積灌溉滿足程度和現(xiàn)狀工業(yè)生活用水滿足程度，以工業(yè)生活供水為主的水庫分析現(xiàn)狀工業(yè)生活用水滿足程度及同時可滿足的農(nóng)業(yè)用水量或可灌溉面積；二是分析可供水量，以農(nóng)業(yè)供水為主的水庫分析滿足現(xiàn)狀農(nóng)業(yè)供水任務情況下可供給工業(yè)生活的最大供水量，以工業(yè)生活供水為主的水庫，分析最大工業(yè)生活供水量及同時可滿足的農(nóng)業(yè)用水量或可灌溉面積。對于流域內(nèi)包含大型水庫的大型水庫，還應增加上游水庫按照最大供水量供水情況下本水庫可供水量核算任務。

1 存在的問題

1.1 調(diào)節(jié)計算方法不統(tǒng)一

有采用“計入損失的長系列調(diào)節(jié)計算方法”，也有采用“不計入損失長系列調(diào)節(jié)計算方法”，對采用方法的依據(jù)及對成果的可能影響缺乏必要的交代。

1.2 采用系列長度不一

主要有采用1956—2016年和設站年份—2016年兩種情況，缺少系列代表性評價內(nèi)容，不利于成果應用。

1.3 現(xiàn)狀來水量計算不準確

一是概念不清，對其內(nèi)涵缺乏理解，前文現(xiàn)狀來水量內(nèi)涵與后文調(diào)節(jié)計算水量平衡項目不對應、不協(xié)調(diào)；二是對天然徑流量中大量負值進行簡單“零”處理，導致成果偏大、不安全；三是現(xiàn)狀來水量計算方法單一，成果合理性分析不夠。

1.4 用水戶情況介紹不全面、不詳細

部分水庫僅說明了工業(yè)生活用水量合計值，農(nóng)業(yè)灌溉需水量計算缺乏必要的過程，有些未考慮不同年份降水差異，在一定程度上影響了可供水量成果精度。部分取得農(nóng)業(yè)許可證的水庫灌區(qū)，按照許可水量進行長系列調(diào)算，違背了灌溉保證率內(nèi)涵。

1.5 其他問題

水庫蒸發(fā)量計算公式不符合事實，死記硬套教科書公式；未考慮水庫下游河道基本生態(tài)用水量；農(nóng)業(yè)用水限制庫容有采用各月固定的限制庫容，也有采用各月變化的限制庫容；不考慮汛限水位及農(nóng)業(yè)用水限制庫容；興利水位和汛限水位對應庫容等控制庫容不正確；保證率分析不符合最新規(guī)范等。

2 關鍵技術及解決方案

2.1 調(diào)節(jié)計算方法

“不計入損失長系列調(diào)節(jié)計算方法”實質是假設了現(xiàn)狀來水量中蒸發(fā)滲漏量與現(xiàn)狀或未來供用水情況下的蒸發(fā)滲漏量相等。顯然，在分析現(xiàn)狀滿足程度時，假設現(xiàn)狀來水量中蒸發(fā)滲漏量與現(xiàn)狀用水情況下蒸發(fā)滲漏量相等是合理的；分析最大供水量時，水庫按照最大供水量供水情況下的多年平均蒸發(fā)滲漏量一般比現(xiàn)狀偏小，偏小幅度與水庫剩余供水潛力有關，剩余供水潛力越大，偏小幅度會略大，但是該方法調(diào)算得的可供水量成果相比“計入損失的長系列調(diào)節(jié)計算方法”成果是偏小的、偏于安全的。

另外，采用“不計入損失的長系列調(diào)節(jié)計算方法”，會存在不少月份現(xiàn)狀來水量為負值，根據(jù)第三次評價單站徑流還原計算成果，2000年以來水庫水文站天然徑流量負值情況較2000年前有所增加、占有一定比例，將負值簡單“0”處理會導致現(xiàn)狀來水量不同程度偏大，從而導致現(xiàn)狀滿足程度偏高或可供水量成果偏大。應對負值進行前后協(xié)調(diào)處理，即將負值中和到前后的正值中，或者簡單“0”處理后對多年來水量進行進一步修正，確保處理前后多年平均來水量基本不變。

2.2 系列長度

根據(jù)最新評價成果，對全省而言1956—2016年系列總體代表性較好、略微偏豐。鑒于本項工作是第三次水資源調(diào)查評價的重要組成部分，推薦采用與水資源評價一致的基礎系列，即推薦采用1956—2016年進行長系列調(diào)節(jié)計算。采用設站年份至2016年系列因其年限遠超過30年亦符合相關規(guī)范。不管采用哪個系列，報告中都應對采用系列的代表性進行必要的評價說明，以指導成果應用。

2.3 現(xiàn)狀來水量

對于設有水文站的水庫工程，現(xiàn)狀來水量系列有兩種計算方法：一種是基于壩址斷面天然徑流量系列，逐年扣除現(xiàn)狀上游工程和用水條件下的攔蓄利用水量，再加上本水庫現(xiàn)狀條件下蒸發(fā)滲漏水量。另一種是基于水庫出庫水量系列，扣除上游工程未建年份現(xiàn)狀條件下的攔蓄利用水量，再加上本水庫實際蒸發(fā)滲漏水量。

對于未設水文站、借用參證站為河道水文站天然年徑流量系列計算現(xiàn)狀來水量的水庫工程，水文比擬法得到的是水庫上游（入庫斷面以上）現(xiàn)狀條件下的天然徑流量，再逐年扣除現(xiàn)狀上游工程和用水條件下的攔蓄利用水量，并加上庫面降水量，得到現(xiàn)狀來水量；借用參證站為水庫水文站時，水文比擬法得到的是壩址斷面天然徑流量，進一步采用第一種方法即可得到水庫現(xiàn)狀來水量。

上述方法得到的現(xiàn)狀來水量適用于“計入損失的長系列調(diào)節(jié)計算方法”，嚴謹來講，此時現(xiàn)狀來水量內(nèi)涵應為水庫現(xiàn)狀條件下上游入庫水量與庫面降水量之和。如采用“不計入損失長系列調(diào)節(jié)計算方法”，則不需要還原蒸發(fā)滲漏水量，其他處理基本相同，此時現(xiàn)狀來水量內(nèi)涵應為水庫現(xiàn)狀條件下上游入庫水量與庫面降水量之和再扣除蒸發(fā)滲漏水量，基本等同于出庫水量與水庫蓄變量之和。

受調(diào)節(jié)計算方法影響及資料條件限制，各重點工程現(xiàn)狀來水量內(nèi)涵是不一樣的。應在報告中對水庫現(xiàn)狀來水量的內(nèi)涵進行明確界定，即說明具體包括水庫上游來水量、庫面降水量、庫面蒸發(fā)量、水庫滲漏量等中的哪些項目。

同時報告中應對水庫多年平均現(xiàn)狀來水量、實測水量、天然徑流量進行比較，結合現(xiàn)狀上游攔蓄利用量、上游工程未建年份攔蓄利用量等，分析各項數(shù)據(jù)之間的協(xié)調(diào)性，確保現(xiàn)狀來水量成果的合理性、可靠性。

2.4 水庫蒸發(fā)滲漏水量

基于壩址斷面天然徑流量計算現(xiàn)狀來水量時，蒸發(fā)量可采用實際值替代，考慮到壩址斷面天然徑流量已經(jīng)是壩址斷面以上現(xiàn)狀下墊面條件下的天然徑流量，因此滲漏量應采用現(xiàn)狀條件下即除險加固后滲漏損失系數(shù)估算；基于出庫水量計算現(xiàn)狀來水量時，水庫蒸發(fā)和滲漏水量應根據(jù)當年實際情況估算，不同時期水庫滲漏系數(shù)可根據(jù)無雨期觀測資料估算。蒸發(fā)損失量應為庫面水面蒸發(fā)量，不應扣除相應陸面蒸發(fā)量。

2.5 工業(yè)生活用水量

本次重點工程可供水量核算作為水資源評價層面工作，主要服務于未來區(qū)域水資源配置和用水量控制管理，考慮到工業(yè)供水保證率與生活用水保證率要求相差不大，可合并考慮按照保證率95%要求論證。為提高核算報告嚴肅性，應逐一列出取得許可證的用戶名稱及許可水量及未取得許可證但具有取水事實的用水戶名稱及實際年用水量，現(xiàn)狀工業(yè)生活需水量為有效許可水量及未取得許可的事實用水量之和。

2.6 農(nóng)業(yè)用水量

以農(nóng)業(yè)供水為主的水庫，報告中應提供灌區(qū)基本信息，如主要作物種類、名稱、復種指數(shù)等，并按照歷年實際降水量和主要作物需水規(guī)律，根據(jù)水量平衡原理計算各種作物凈灌溉定額及灌區(qū)歷年綜合凈灌溉定額，結合灌區(qū)現(xiàn)狀有效灌溉面積和灌溉水有效利用系數(shù)，即可算得現(xiàn)狀歷年逐月農(nóng)業(yè)需水量。少數(shù)水庫核算報告采用了歷年相同的計劃用水量并采用某一月分配系數(shù)分配至各月用水量。筆者以光明水庫為例，對采用歷年相同的農(nóng)業(yè)需水量和歷年變動的農(nóng)業(yè)需水量分別進行了調(diào)算比較，發(fā)現(xiàn)采用歷年相同的農(nóng)業(yè)需水量時現(xiàn)狀用水戶滿足程度和最大供水量成果都一定程度偏高、偏大。以農(nóng)業(yè)供水為主的水庫在調(diào)節(jié)計算時應采用歷年變動的農(nóng)業(yè)需水量。

對于以工業(yè)生活供水為主的水庫，其核算任務是分析最大工業(yè)生活供水量及同時可滿足的農(nóng)業(yè)用水量或可灌溉面積，一般最大工業(yè)生活供水情況下，農(nóng)業(yè)用水量或灌溉面積比較小。筆者以光明水庫為例按照歷年相同和歷年不同農(nóng)業(yè)需水量分別進行了調(diào)算，發(fā)現(xiàn)兩種情況下農(nóng)業(yè)用水量或灌溉面積差異不大，考慮到農(nóng)業(yè)灌溉保證率相對較低，認為對于以工業(yè)生活供水為主的水庫可以采用歷年相同的農(nóng)業(yè)需水量。

對于取得農(nóng)業(yè)許可證的灌區(qū)，歷年逐月農(nóng)業(yè)計劃用水量仍應采用計算成果，不應采用年際不變的許可水量，原因是依據(jù)許可水量進行多年調(diào)算得出的灌溉保證率成果違背了其概念內(nèi)涵。

2.7 調(diào)節(jié)計算方程（或水量平衡方程）

調(diào)節(jié)計算方程中各平衡項目應與前述現(xiàn)狀來水量內(nèi)涵一致。采用“計入損失的長系列調(diào)節(jié)計算方法”時，如現(xiàn)狀來水量為庫區(qū)上游來水量和庫面降水量之和，則調(diào)算方程中來水項目不應再包含庫區(qū)降水量；如現(xiàn)狀來水量僅為庫區(qū)上游來水量，則調(diào)算方程中來水項目應增加庫區(qū)降水量。采用“不計入損失長系列調(diào)節(jié)計算方法”時，現(xiàn)狀來水量實為庫區(qū)上游來水量與庫面降水量之和扣除庫區(qū)水面蒸發(fā)量和水庫滲漏量，調(diào)算方程中用水項目不應再包含庫區(qū)蒸發(fā)量和水庫滲漏量。應認真核實來水量內(nèi)涵與調(diào)算方程平衡項目的一致性、嚴謹性，確保成果安全、可靠。

2.8 水庫下游河道生態(tài)用水量

省內(nèi)河流基本都屬于季節(jié)性河流，生態(tài)用水保證率尚未有明文規(guī)定，結合我省實際情況，推薦的處理方法有兩種：一種方法是先將現(xiàn)狀來水量扣除10%再進行調(diào)節(jié)計算；另一種方法是暫且不考慮生態(tài)用水進行調(diào)算，如果調(diào)算結果中多年平均棄水量超過多年平均來水量10%，則認為棄水即滿足下游河道基本生態(tài)用水需求，如多年平均棄水量少于多年平均來水量則減少可供水量。前者適用于水源豐富、供水潛力相對較大的水庫，后者適用于其他水庫。

2.9 農(nóng)業(yè)用水限制庫容

關于農(nóng)業(yè)用水限制庫容，據(jù)調(diào)查目前存在兩種處理方法，一種是直接采用某一固定值采用多次試算確定，二是采用某一枯水年組，先倒算法求得逐月控制庫容，再取外包值得到年度逐月限制庫容，據(jù)此曲線下調(diào)某一數(shù)值作為年內(nèi)變化的限制庫容，也是通過多次試算確定。根據(jù)筆者對光明水庫試算結果，兩種方案導致的可供水量成果差異很小。

2.10 調(diào)節(jié)計算方案及其他問題

對實行汛限水位控制管理的水庫應考慮汛限水位進行調(diào)節(jié)計算；但凡兼有農(nóng)業(yè)和工業(yè)生活供水的水庫都應考慮農(nóng)業(yè)限制庫容，并在報告中明確現(xiàn)狀和最大工業(yè)生活用水量相對應的農(nóng)業(yè)限制庫容成果，以指導成果應用。調(diào)節(jié)計算時控制庫容應采用死水位、興利水位和汛限水位相應的庫容，不能直接采用興利庫容和汛限庫容作為控制庫容。

關于供水保證率，根據(jù)《水利工程水利計算規(guī)范（SL104-2015）》，“城鄉(xiāng)供水工程設計保證率應采用歷時保證率”，由此工業(yè)生活用水保證率應按照計算時段統(tǒng)計，如按照月調(diào)節(jié)計算則以月為單位統(tǒng)計。根據(jù)《灌溉與排水工程設計標準（GB50288-2018）》，灌溉保證率指灌溉用水量在多年期間能夠得到保證的概率，由此農(nóng)業(yè)用水保證率應按照年統(tǒng)計。