永修縣水資源供需平衡及優(yōu)化配置探討

楊寶成

中達（福建）建設服務有限公司，福建 泉州 362000

1 區(qū)域概況

永修縣位于江西省九江市，東臨潘陽湖、西依云居山、南與南昌市接壤，北與武寧縣、德安縣、廬山市相連。全縣總面積2 035 km2，其中耕地面積826.66 km2，總人口119.60萬，境內(nèi)貫穿潦河、修水河兩大水系。永修縣境內(nèi)地勢東低西高，并表現(xiàn)出明顯的梯級分布形態(tài)，105 國道以西主要為山嶺丘地，楊嶺山和云山最高海拔達1 069 m，105國道以東則為海拔不足30 m的河湖沖積平原。全縣下轄4 個鄉(xiāng)，12 個鎮(zhèn)。縣域內(nèi)溝壑縱橫，呈現(xiàn)出典型的大陸性季風氣候，夏秋多雨，春冬干旱，年降水量均值為1 486 mm，年氣溫均值10.40～18.80 ℃，無霜期165～204 d。永修縣年徑流深度平均為59.40 mm，年均地表水資源量為6.89×108m3。因受到地形及氣候條件的影響，該縣水資源時空分布不均勻，6-9月降水量在年降水量中占比70.40%，縣域內(nèi)河川徑流年內(nèi)分配不均衡，年際變化大，普遍存在工程性和水質(zhì)型缺水問題。

2 水資源調(diào)控模型

2.1 模型原理

借助水資源調(diào)控網(wǎng)絡模型進行不同分區(qū)水量平衡節(jié)點計算，該模型對于長系列、多節(jié)點水資源配置較為適用，且具有處理精度高、過程簡潔等優(yōu)勢。模型公式表示如下：

式中：W調(diào)入—節(jié)點從外流域調(diào)入水量（×104m3）；W調(diào)出—節(jié)點向外流域調(diào)出水量（×104m3）；W區(qū)間—節(jié)點在該時段的區(qū)間水量（×104m3）；W上—上節(jié)點來水量（×104m3）；S時段初—時段初需水量（×104m3）；S時段末—時段末需水量（×104m3）；W回歸—節(jié)點在時段內(nèi)接受的回歸水量（×104m3）；W庫損—水庫損失水量（×104m3）；W泄—水庫下泄水量（×104m3）；W工業(yè)—時段內(nèi)工業(yè)用水引水量（×104m3）；W農(nóng)業(yè)—時段內(nèi)農(nóng)業(yè)工業(yè)用水引水量（×104m3）。

各分析時段內(nèi)的非水庫節(jié)點，水庫漏損和蓄水量均取0，運用式（1）便可求得分區(qū)節(jié)點水量供需平衡情況。

2.2 約束條件

在計算分析該縣水資源供需關系時，應通過水資源網(wǎng)絡模型將具體區(qū)域概化為節(jié)點和連線，結合邊界條件，計算時間和空間尺度上縣域內(nèi)各節(jié)點水資源變化過程分析，以揭示地區(qū)水資源變化規(guī)律。基于以上模型繪制節(jié)點概化范圍內(nèi)供需水初始條件，并將相關參數(shù)輸入模型。節(jié)點類型主要有水源、河流、回歸水、回流、入流水等，借助箭線連接網(wǎng)絡節(jié)點后體現(xiàn)區(qū)域水量輸送關系，并盡可能將連線箭頭和徑流方向保持一致。永修縣水資源系統(tǒng)在物理上由水源、供水工程、用水戶、輸水線路等構成，調(diào)控模擬模型節(jié)點圖則主要由水庫節(jié)點、用水節(jié)點、控制斷面、引水及提水向線、水力流向線等組成。根據(jù)以上初始化分析及永修縣水資源分布實際，構建起縣域水資源調(diào)控網(wǎng)絡模型。

以2020年為現(xiàn)狀基準年，2030年和2040年為近期和遠期水平年，結合縣域1991-2020年蒸發(fā)量、徑流量、降水量等時間序列資料，提取并分析整理包括水庫、水文、用水定額、徑流、工程條件等在內(nèi)的模型輸入?yún)?shù)。出于縣域內(nèi)各節(jié)點水量平衡方面的考慮，應以用水效率、動態(tài)供需平衡、供水許可總量、社會經(jīng)濟指標、水庫水量連續(xù)約束等為調(diào)控網(wǎng)絡模型的約束條件。考慮輕重緩急后，模型供水次序應為城鎮(zhèn)生活用水、農(nóng)業(yè)灌溉、生態(tài)需水、農(nóng)村生活用水，模型供水水源應優(yōu)選當?shù)厮头浅Ｒ?guī)水源，在此基礎上再考慮水庫蓄水、地表水和地下水。

2.3 水資源供需平衡分析

應用調(diào)控網(wǎng)絡模型進行永修縣水資源供需狀況分析，再結合模型輸出實際及數(shù)據(jù)管理需要，通過Access 和Excel 聯(lián)合編程技術將其設計為功能單一、相互獨立的模塊輸入，所得到的永修縣水資源供需平衡分析結果詳見表1。從表中計算結果可以看出，2030 年中等枯水年永修縣可供水量和需水量分別為8 155×104m3和9 533×104m3，存在1378×104m3的水資源缺口，缺水率為14.46%；而在特枯年份，可供水量和需水量分別為8 004×104m3和10 396×104m3，存在2 392×104m3的水資源缺口，缺水率為23.01%。2040 年中等枯水年和特枯年份缺水率分別為19.29%和54.31%。可見，在不開源的情況下，僅利用非常規(guī)水、節(jié)水等工程措施，在2030年和2040年枯水年份該縣均存在較大的水資源缺口。

表1 永修縣水資源供需平衡分析表

3 水資源優(yōu)化配置

立足水資源優(yōu)化配置以改善縣域生態(tài)環(huán)境，推進經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展方面的考慮，必須統(tǒng)籌兼顧水資源開發(fā)、用水效率等方面，以供需平衡為依據(jù)，加強供需水預測、節(jié)水規(guī)劃及水資源承載力評價，充分利用調(diào)控網(wǎng)絡模型進行規(guī)劃水資源供需平衡分析，提出切實可行的縣域水資源優(yōu)化配置方案。永修縣近期和遠期水平年水資源配置方案具體見表2和表3。根據(jù)表中優(yōu)化配置結果，永修縣2030年總供水量9 520×104m3，其中地表水7 654×104m3、地下水1 131×104m3、非常規(guī)水735×104m3；向城鎮(zhèn)、農(nóng)村、生活及生態(tài)分別配置水量6 631×104、645×104、2010×104、234×104m3；2040年總供水量14 052×104m3，其中地表水9 375×104m3、地下水3 247×104m3、非常規(guī)水1 430×104m3；向城鎮(zhèn)、農(nóng)村、生活及生態(tài)分別配置水量8 840×104、1 164×104、3 201×104、847×104m3。近期和遠期，該縣水資源供需均能達到理想的平衡狀態(tài)。

表2 永修縣近期水平年水資源配置計劃表 單位：×104m3

表3 永修縣遠期水平年水資源配置計劃表 單位：×104m3

4 結論

綜上所述，根據(jù)永修縣各經(jīng)濟部門實際需水量統(tǒng)計數(shù)據(jù)，結合地區(qū)氣候特征及水資源實際，通過水資源調(diào)控網(wǎng)絡模型進行縣域水資源供需評價，所提出的縣域水資源優(yōu)化配置方案切實可行。根據(jù)分析，2020年永修縣水資源供需缺口不大，但隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，在近期和遠期，水資源供需缺口持續(xù)擴大，在不開源的情況下，即使通過非常規(guī)用水、節(jié)水等工程措施仍無法解決較大的水資源供需缺口。采用文章所提出的縣域水資源配置方案后既能有效環(huán)節(jié)該縣近期和遠期水資源供需矛盾，又能充分發(fā)揮水資源規(guī)劃優(yōu)勢，保證縣域水資源供給能力及社會經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展。