交口縣水資源優(yōu)化配置研究

王 鑫

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 概況

交口縣位于山西省中部西側(cè)、呂梁市南端，境內(nèi)河流除昕水河主要河段和大麥郊河局部地段是不透水的基巖外，其他河谷由于組成溝谷河道的巖石是強(qiáng)透水的碳酸鹽巖，均屬時(shí)令小河，雨季洪水，旱季干涸，只有強(qiáng)度較大的降水才會(huì)形成地表洪水徑流，而且地表徑流延續(xù)時(shí)間較短，一般只有2～3 d。交口縣水資源總量為11 622萬(wàn)m3，其中，河川徑流量3 004萬(wàn)m3，地下水資源量9 595萬(wàn)m3，重復(fù)計(jì)算量978萬(wàn)m3。全縣水資源可利用總量為3 061萬(wàn)m3。

2005年交口縣用水量為1 186.8萬(wàn)m3，其中地表水供水量39萬(wàn)m3，占地表水可利用量的6%，地表水開(kāi)發(fā)利用程度極低；地下水供水量1 147.8萬(wàn)m3，占地下水可開(kāi)采量的43%，地下水開(kāi)發(fā)尚有潛力。按行業(yè)用水量分析，2005年全縣總用水量1 186.8萬(wàn)m3，其中城鎮(zhèn)生活用水量為68萬(wàn)m3，占總用水量的5.7%；農(nóng)村人畜用水量219.6萬(wàn)m3，菜田灌溉用水量30萬(wàn)m3，分別占總用水量的18.5%和2.53%；工業(yè)企業(yè)為境內(nèi)用水大戶，用水量869.2萬(wàn)m3，占總用水量的73.2%。2005年全縣人均用水量109 m3，其中城鎮(zhèn)大生活用水指標(biāo)為 103 L/人·d，小生活用水指標(biāo)為55 L/人·d；全縣萬(wàn)元工業(yè)增加值取水量59 m3，復(fù)用率79%，工業(yè)用水水平一般。

目前，水資源開(kāi)發(fā)利用存在的主要問(wèn)題有：地表水開(kāi)發(fā)利用程度低，地下水開(kāi)采量大；水利工程老化，供水能力下降；采煤、采礦對(duì)水資源的影響加??；現(xiàn)行供水價(jià)格不合理，水資源浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重；水資源開(kāi)發(fā)利用缺乏統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一管理；水資源監(jiān)測(cè)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)尚需完善。

2 水資源供需預(yù)測(cè)

根據(jù)《山西省用水定額（試行）》及有關(guān)規(guī)程規(guī)范，結(jié)合交口縣實(shí)際情況，確定不同水平年的用水凈定額，對(duì)各規(guī)劃分區(qū)城鎮(zhèn)生活和農(nóng)村生活需水量進(jìn)行預(yù)測(cè)，得出2020年和2030年毛需水量分別為164.1萬(wàn)m3和207.7萬(wàn)m3；2020年和2030年交口縣農(nóng)村生活用水毛需水量分別為147.1萬(wàn)m3和138.1萬(wàn)m3。交口縣受自然條件的制約，農(nóng)業(yè)灌溉面積較少，現(xiàn)狀年用水量不多。預(yù)測(cè)交口縣水澆地用水定額2020年為2 175 m3/hm2，2030年為2 025 m3/hm2；菜田用水定額2020 年為 2 850 m3/hm2，2030 年為 2 700 m3/hm2。兩個(gè)水平年水利用系數(shù)均取0.65。各水平年農(nóng)業(yè)灌溉總的毛需水量分別為49.6萬(wàn)m3和56.1萬(wàn)m3。預(yù)測(cè)交口縣大牲畜用水 2020年為 35 L/頭·d，2030年為 30 L/頭·d；小牲畜用水定額 2020年為 15 L/頭·d，2030年為15 L/頭·d，水利用系數(shù)均取0.93。各水平年大、小牲畜總的毛需水量分別為93.6萬(wàn)m3和109.5萬(wàn)m3。交口縣工業(yè)需水預(yù)測(cè)按煤炭、冶金和一般工業(yè)分類。高用水工業(yè)主要是冶金和煤炭中的焦化業(yè)，本次需水預(yù)測(cè)均采用萬(wàn)元增加值用水量法進(jìn)行。預(yù)測(cè)2020年和2030年兩個(gè)水平年冶金行業(yè)用水定額分別為30 m3/萬(wàn)元和26 m3/萬(wàn)元，利用系數(shù)分別取0.92和0.93；煤炭用水定額分別為29 m3/萬(wàn)元和23 m3/萬(wàn)元，利用系數(shù)分別取0.92和0.93；一般工業(yè)用水定額分別為24 m3/萬(wàn)元和18 m3/萬(wàn)元，利用系數(shù)分別取0.92和0.93。經(jīng)計(jì)算，各水平年工業(yè)總的毛需水量分別為1 958.4萬(wàn)m3和1 932.8萬(wàn)m3。第三產(chǎn)業(yè)需水量采用萬(wàn)元增加值用水量法進(jìn)行預(yù)測(cè)，兩個(gè)水平年取水定額分別為18 m3/萬(wàn)元和16 m3/萬(wàn)元，利用系數(shù)分別取0.92和0.93，第三產(chǎn)業(yè)總的毛需水量分別為350.4萬(wàn)m3和606.1萬(wàn)m3，年生態(tài)環(huán)境需水量分別為35.9萬(wàn)m3和 52.4 萬(wàn) m3。

經(jīng)分析，2020年和2030年全縣總毛需水量分別為 2 799.2 萬(wàn) m3，3 102.6 萬(wàn) m3。

交口縣未來(lái)規(guī)劃新水源工程供水量將達(dá)到240萬(wàn)m3。根據(jù)呂梁市第二次水資源評(píng)價(jià)結(jié)果，交口縣多年平均地下水資源量為9 595萬(wàn)m3，可開(kāi)采量為2 656萬(wàn)m3，即地下水的最大供水能力為2 656萬(wàn)m3。現(xiàn)狀年地下水開(kāi)采量為1 147.8萬(wàn)m3，占地下水可供水量的43.22%，開(kāi)發(fā)利用程度相對(duì)較低，尚有較大的開(kāi)發(fā)利用潛力。2020年地下水開(kāi)采量按地下水可開(kāi)采量的78%計(jì)算，規(guī)劃開(kāi)采量為2 071.7萬(wàn)m3，2030年地下水開(kāi)采量控制在可開(kāi)采量的85%以內(nèi)，則規(guī)劃開(kāi)采量為2 257.6萬(wàn)m3。經(jīng)計(jì)算，交口縣污水排放量到2020年和2030年分別將達(dá)到91.6萬(wàn)m3和115萬(wàn)m3。以中水回用率為70%計(jì)，到2020年和2030年，中水可利用量將分別達(dá)到64.2萬(wàn)m3和78.0萬(wàn)m3。集雨工程是山區(qū)解決干旱時(shí)段人畜飲水和發(fā)展特色農(nóng)業(yè)補(bǔ)充灌溉用水的另一途徑，根據(jù)各規(guī)劃區(qū)預(yù)測(cè)的2020年和2030年集雨工程供水量可達(dá)到16萬(wàn)m3。

2020年全縣總供水量為2 551.7萬(wàn)m3；2030年全縣總供水量為2 751.6萬(wàn)m3。

3 水資源優(yōu)化配置

交口縣共有4個(gè)規(guī)劃分區(qū)，其中雙池河規(guī)劃區(qū)又分為3個(gè)亞區(qū)，每個(gè)規(guī)劃分區(qū)為1個(gè)單元，共有6個(gè)單元。每個(gè)單元參與優(yōu)化的需水行業(yè)有城鎮(zhèn)生活用水、農(nóng)村生活用水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水（包括灌溉用水和牲畜用水）、第三產(chǎn)業(yè)用水和生態(tài)環(huán)境用水6個(gè)行業(yè)，鑒于區(qū)內(nèi)地下水源具有穩(wěn)定、質(zhì)優(yōu)的特點(diǎn)，所以本次優(yōu)化配置過(guò)程中假定農(nóng)村生活和城鎮(zhèn)生活用水主要依靠地下水供給，生態(tài)環(huán)境用水對(duì)水質(zhì)的要求較低，主要使用中水和地表水源；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)（包括灌溉、牲畜用水）主要供水水源為地表水，其次為集雨工程，再次為地下水；工業(yè)用水以地表水、地下水為主，中水為輔；第三產(chǎn)業(yè)主要使用地表水和地下水。這種假定符合當(dāng)前及近一個(gè)時(shí)期內(nèi)交口縣的用水實(shí)際。

水資源優(yōu)化配置目標(biāo)見(jiàn)圖1。第一目標(biāo)：盡量滿足規(guī)劃區(qū)各部門各水平年需水量，必須優(yōu)先滿足生活用水。第二目標(biāo)：規(guī)劃區(qū)各水平年各水源供水盡量大于取水量。第三目標(biāo)：滿足各水平年的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。

模型需滿足需水約束和供水約束，并要求滿足各單元工農(nóng)業(yè)產(chǎn)值完成規(guī)劃的工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值。根據(jù)構(gòu)建的模型求解，即可得到交口縣規(guī)劃水平年各分區(qū)的水資源優(yōu)化配置方案。

圖1 交口縣水資源優(yōu)化配置系統(tǒng)目標(biāo)圖

經(jīng)計(jì)算可得，交口縣2020年缺水量247.5萬(wàn)m3，缺水率為8.84%；2030年缺水量351.2萬(wàn)m3，缺水率11.3%。方案在水資源開(kāi)發(fā)方面重點(diǎn)考慮西山水庫(kù)、田莊水庫(kù)和巖溶地下水的合理開(kāi)采，遵循盡可能充分利用地表水、合理開(kāi)采地下水的原則；在水資源規(guī)劃配置時(shí)本著“以人為本”的思路，確保城鎮(zhèn)及農(nóng)村生活用水的優(yōu)質(zhì)高效；充分考慮各類供水水源的特點(diǎn)，統(tǒng)籌配置生活、農(nóng)林牧業(yè)、工業(yè)、三產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境等用水，根據(jù)國(guó)家現(xiàn)行環(huán)保政策的要求，使生活、生產(chǎn)污水得到充分利用。水資源優(yōu)化配置方案科學(xué)、合理，但水資源短缺制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的客觀實(shí)際將逐年凸現(xiàn)并日趨嚴(yán)重，因此必須尋求合理的解決途徑。