鄭州市水資源開發(fā)利用策略研究

胡琪坤 楊曉涵 戴鵬禮

（河南省水利勘測設計研究有限公司，河南 鄭州 450016）

鄭州市是河南省省會，是省域政治、經(jīng)濟、文化、科教中心，是我國中部地區(qū)重要的綜合交通樞紐和“一帶一路”核心節(jié)點城市，也是全國14個特大城市之一、人口超千萬的國家中心城市。然而水資源短缺一直是鄭州市經(jīng)濟社會發(fā)展的制約性因素[1]，全市多年平均水資源總量為12.3億m3，人均水資源量僅128 m3，不足全國人均水平的1/16，屬水資源嚴重匱乏地區(qū)。全市超過1/3的供水量依賴黃河、南水北調(diào)中線等水源，同時還存在地下水超采問題[2]。并且，近年來隨著工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、城市人口增長，區(qū)域水資源緊缺現(xiàn)象不斷加劇。因此，開展鄭州市水資源開發(fā)利用策略研究，對有限的水資源進行優(yōu)化配置和利用，顯得尤為重要，也十分迫切。

1 區(qū)域概況

鄭州市位于河南省中部偏北，轄6區(qū)、5市、1縣，以及4個經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，全市總面積為7567km2，常住人口1282萬。鄭州市地跨黃河、淮河兩大流域，區(qū)域內(nèi)大小河流共124條，流域面積100km2以上的河流有28條。氣候?qū)儆诒睖貛Т箨懶约撅L氣候，全市多年平均年降水量在500～700mm之間，居河南省中等偏下水平。

2 水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

2.1 水資源現(xiàn)狀

鄭州市水資源主要包括本地地表水、地下水以及外調(diào)水等。鄭州市全市多年平均水資源總量為12.3億m3，地表水資源量為7.0億m3，地下水資源量為8.8億m3。全市多年平均地表水資源可利用量約3.5億m3，淺層地下水可開采量為5.6億m3。鄭州市外調(diào)水源主要為南水北調(diào)水和黃河水，南水北調(diào)年分配水量指標為5.4億m3，黃河水年分配水量指標為6.6億m3，包括干流指標4.2億m3（下發(fā)取水行政許可3.9億m3）、支流指標2.4億m3。

2.2 水利工程建設現(xiàn)狀

鄭州市地理位置優(yōu)越，南水北調(diào)中線工程總干渠自南向北縱貫鄭州市，境內(nèi)干渠全長129km，共設有分水口門7處，退水閘6座。目前，南水北調(diào)配套工程7座泵站已全部投入運行，向主城區(qū)及各縣（市、區(qū)）11個水廠供水，同時可向常莊水庫、新鄭望京樓等水庫充庫蓄水[3]。鄭州市北鄰黃河，黃河水資源開發(fā)歷史悠久，目前黃河鄭州段共建有取水工程19處，包括花園口引黃閘等12處地表水取水工程，以及石佛水廠取水井群等地下水取水工程7處，總許可年取水量為3.9億m3，建有邙山干渠沉沙池等引黃調(diào)蓄工程7座，總調(diào)蓄能力為0.51億m3。同時，作為水資源緊缺地區(qū)，鄭州市長期以來大力開展水利工程建設，截至2022年，境內(nèi)建有水庫141座，其中，中型水庫14座，小型水庫127座，水庫總庫容為5.3億m3，興利庫容為2.6億m3。另外還有塘壩、窖池等小型蓄水工程2萬余處，也在應急供水中發(fā)揮了重要作用。

2.3 供用水現(xiàn)狀

鄭州市供水主要由地表水、地下水和其他水源組成，其中地表水包括本地地表水和外調(diào)水，其他水源主要為中水回用和雨水等非常規(guī)水源。用水主要由農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、生活用水和生態(tài)環(huán)境用水組成[4]。根據(jù)2021年《鄭州市水資源公報》，全市總供水量、用水量均為22.23億m3。從供水水源來看（見圖1），地表水供水量為12.02億m3，占供水總量的54.1%；地下水供水量為5.41億m3，占供水總量的24.3%；非常規(guī)水供水量為4.80億m3，占供水總量的21.6%。從用水結(jié)構(gòu)來看（見圖2），農(nóng)業(yè)用水量為3.83億m3，占總用水量的17.2%；工業(yè)用水量為2.63億m3，占總用水量的11.8%；生活用水量為8.71億m3，占總用水量的39.2%；生態(tài)環(huán)境用水量為7.06億m3，占總用水量的31.8%。

圖1 2021年鄭州市分水源供水量及占比

圖2 2021年鄭州市分用戶用水量及占比

3 水資源開發(fā)利用存在的問題

3.1 本地地表水開發(fā)利用程度高，地下水超采嚴重

鄭州市本地地表水資源匱乏，可利用的地表水資源遠遠不能滿足供水需求，地表水開發(fā)利用已達到中高開發(fā)利用程度，區(qū)域地表水基本不具備新增大中型開發(fā)利用工程條件，同時現(xiàn)有水利工程的供水能力存在逐漸下降現(xiàn)象。南部新城區(qū)、新鄭、登封等區(qū)域供水對地下水源依賴程度較高，地下水超采區(qū)仍有廣泛分布[5]。

3.2 黃河引水調(diào)蓄不系統(tǒng)

鄭州市分配黃河干流引水指標為4.2億m3，而近幾年引水量均超過國家分配指標。黃河水作為鄭州市主要的供水水源，其社會效益、生態(tài)效益未得到充分發(fā)揮，主要原因是引黃能力主要在黃河干流下游段引黃口門，隨著下游引黃灌溉用地的逐漸減少，引黃需求隨之減少，同時該部分水源主要用于農(nóng)業(yè)灌溉、河道沖污等，未得到系統(tǒng)利用，導致水資源的浪費，而黃河干流上游段引黃閘引水許可指標少，遠不能滿足經(jīng)濟社會發(fā)展需要[6]。同時，鄭州市引黃調(diào)蓄工程建設不足，可調(diào)蓄水量小，未實現(xiàn)有效的豐蓄枯用。

3.3 南水北調(diào)用水需求強烈，調(diào)蓄能力不足

自2014年南水北調(diào)工程供水以來，極大地緩解了鄭州市水資源緊缺問題，2019年鄭州市分配水量指標5.4億m3已基本消納達效，隨著鄭州市建設國家中心城市的加快推進，登封、新密、高新區(qū)、經(jīng)開區(qū)、新鄭龍湖鎮(zhèn)、白沙組團等區(qū)域南水北調(diào)用水需求強烈。另外，南水北調(diào)分配指標較為分散，不利于南水北調(diào)綜合效益充分發(fā)揮；南水北調(diào)受水區(qū)水廠水源單一，供水配套工程缺少應急調(diào)蓄工程，調(diào)蓄能力不足。

3.4 再生水工程建設滯后，利用率不高

再生水回用是指污水經(jīng)適當處理后，達到一定的水質(zhì)標準，滿足使用要求，進行再使用。城市再生水主要回用于工業(yè)、生態(tài)景觀用水。鄭州市主城區(qū)污水基本實現(xiàn)全收集、全處理，2021年鄭州市34座污水處理廠穩(wěn)定運行，年處理污水量11.13億m3，再生水利用量為4.64億m3，回用率為41.69%，再生水供水量占全市總供水量的20.88%，但與全國先進地區(qū)相比，鄭州市再生水的處理和利用還有一定差距，再生水工程及配套管網(wǎng)建設還存在滯后現(xiàn)象。

4 水資源開發(fā)利用策略研究

水資源作為基礎性的自然資源，是經(jīng)濟社會發(fā)展的基礎保障，也是區(qū)域生態(tài)環(huán)境的基礎載體。隨著中原城市群、國家中心城市、黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展等國家重大戰(zhàn)略的不斷推進實施，未來鄭州市的城市發(fā)展、產(chǎn)業(yè)發(fā)展和民生安全保障等均會有較大幅度的提升，這也必將對水資源的基礎支撐作用提出更高的要求。為此，必須以用水總量控制指標為剛性約束，堅持高效、公平和可持續(xù)的原則，并充分考慮區(qū)域水生態(tài)環(huán)境的保護和修復需求、各種水源特點及工程建設和規(guī)劃情況等多種因素，統(tǒng)籌進行水資源開發(fā)利用策略研究。

4.1 本地水資源開發(fā)利用策略

4.1.1 挖潛開發(fā)并舉，充分利用本地地表水

鄭州市降雨量年際年內(nèi)變化較大，應在確保防洪安全的前提下，通過新建中小型水庫，對已有水庫進行清淤、擴建增容等措施，充分發(fā)揮水庫調(diào)蓄作用，適時適當攔蓄洪水、截留雨水，提高水庫供水能力。在西部新城區(qū)、南部新城區(qū)、鞏義、新鄭、新密、登封等山丘區(qū)，通過建設水庫、塘壩、井窖、引水泵站等小工程、大群體、蓄引提多方位聯(lián)合的供水系統(tǒng)，挖掘當?shù)毓┧疂摿Γ瑢崿F(xiàn)水資源的合理開發(fā)、高效利用。

4.1.2 減少地下水開采，加強地下水管理與保護

鄭州市地下水資源可開采量匱乏，以前為滿足經(jīng)濟社會發(fā)展用水需求，持續(xù)大量超采地下水，導致地下水位逐年下降，超采區(qū)面積越來越大，受深層地下水超采影響，市域內(nèi)形成多處復合漏斗，造成地下水資源枯竭、地下水污染加劇、生態(tài)系統(tǒng)退化，給經(jīng)濟社會發(fā)展、人民群眾身體健康和生態(tài)環(huán)境帶來嚴重危害。未來應加強地下水管理與保護，逐漸減少自備井開采量，開展漏斗區(qū)回灌及補源工作，逐步恢復和保護地下水環(huán)境，從根本上解決地下水超采問題，實現(xiàn)地下水資源的可持續(xù)利用。

4.1.3 探索新技術(shù)手段，加大非常規(guī)水利用量

經(jīng)過處理的城市中水、礦井水、雨洪水等是鄭州市可利用水資源的重要組成部分，是常規(guī)水資源的有效補充。國家中心城市建設對鄭州市河湖生態(tài)環(huán)境提出了更高要求，生態(tài)水量需求將大幅提高。因此，需對鄭州市現(xiàn)有污水處理廠進行提標改造，鼓勵采用新技術(shù)新工藝，提高污水處理規(guī)模和處理等級；做好再生水管網(wǎng)配套工程建設，擴大再生水利用范圍，同時建立完善的再生水利用激勵政策，提高再生水利用率；研究礦井水綜合利用技術(shù)，提高礦井水綜合利用率；在農(nóng)村、山區(qū)因地制宜建設雨水集蓄工程，在城區(qū)結(jié)合海綿城市建設，推廣雨洪利用技術(shù)，促進雨洪資源的利用。

4.2 南水北調(diào)水利用策略

4.2.1 積極爭取南水北調(diào)用水指標，合理擴大供水范圍

通過水權(quán)交易增加登封、新密、高新區(qū)、經(jīng)開區(qū)、新鄭龍湖鎮(zhèn)等區(qū)域供水；構(gòu)建多水源聯(lián)調(diào)聯(lián)供體系，建立符合市場導向的水價形成機制，促進受水區(qū)水資源優(yōu)化配置，實現(xiàn)高效利用南水北調(diào)水，并根據(jù)南水北調(diào)水資源綜合利用情況，積極申請南水北調(diào)取水配額，合理擴大供水范圍。

4.2.2 建設調(diào)蓄工程，提高南水北調(diào)供水保證率

南水北調(diào)來水年際變化大、年內(nèi)分配不均，南水北調(diào)中線水量與需水過程不完全匹配，據(jù)丹江口水庫可引水量1956—1997年42年1512個旬資料統(tǒng)計，枯水年份連續(xù)2～3個月不供水的年份有3年，連續(xù)4個月不供水的年份有2年，為提高南水北調(diào)供水保證率，建議適當建設調(diào)蓄工程。

4.2.3 合理利用南水北調(diào)水進行生態(tài)補水

合理利用南水北調(diào)水進行生態(tài)補水，優(yōu)先使用丹江口棄水，通過退水閘向河湖生態(tài)補水；利用分水口門、管網(wǎng)向河湖補充生態(tài)用水。通過補水改善城市水生態(tài)環(huán)境，充分發(fā)揮南水北調(diào)工程的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益。

4.3 黃河水利用策略

4.3.1 推進跨區(qū)域引黃調(diào)水

河南省黃河流域水資源分布與區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展不相協(xié)調(diào)，位于流域上游山丘區(qū)的支流伊洛河水資源相對豐沛但用水需求不大，而下游平原區(qū)的經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)的水資源相對緊缺，因此，推進跨區(qū)域引黃調(diào)水是合理利用黃河水資源的有效途徑，充分利用黃河干支流上游相對豐沛的水資源補給下游城市，做到黃河水資源的合理調(diào)配利用。

4.3.2 優(yōu)化配置引黃指標

鄭州市沿黃河自西向東分布有12座地表取水口門，受地形、河床沖淤等因素影響，位于上游的?？谟?、邙山、花園口等口門取水條件較好，并且自上游取水便于充分利用現(xiàn)有工程設施，通過完善的配套工程，將市區(qū)河湖水系與下游灌區(qū)渠系連通，黃河水源經(jīng)河湖生態(tài)水系利用后，其更新退水可重復回用于下游的農(nóng)業(yè)灌溉，回補、涵養(yǎng)地下水。同時可利用循環(huán)生態(tài)水系，將補充到生態(tài)水系中的黃河水抽送至河道上游進行循環(huán)利用，進一步節(jié)約水資源，提高黃河水的利用率。因此，建議將位于下游口門的指標適當調(diào)整至上游口門，通過引黃指標的優(yōu)化配置、提升口門引水量，將有效緩解鄭州市生態(tài)水資源緊缺的局面，對鄭州市生態(tài)水系的健康運行和良性發(fā)展意義重大。

5 結(jié)語

本文針對鄭州市不同的水源特點，提出不同的開發(fā)利用策略，旨在為系統(tǒng)完善、豐枯調(diào)劑、循環(huán)通暢、多源互補、安全高效、清水綠岸的現(xiàn)代水利設施網(wǎng)絡建設奠定基礎。通過利用本地水資源、南水北調(diào)水、黃河水等，可基本解決鄭州市未來的水資源短缺問題，極大地促進和保障鄭州市人口、資源、環(huán)境和經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展，為鄭州市國家中心城市建設提供有力的基礎支撐和保障，對鄭州市經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展和生態(tài)文明建設具有重大意義。