地表水供水工程中洪水資源利用研究——以河北省遷西縣栗鄉(xiāng)工業(yè)產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)為例

趙宏亮，劉玉偉，徐海劍

（河北省唐秦水文水資源勘測局，河北唐山 063000）

1 引言

2010年，按照河北省政府發(fā)布的《關于加快工業(yè)聚集區(qū)發(fā)展的若干意見》要求，遷西縣委、縣政府提出了建設遷西縣栗鄉(xiāng)工業(yè)產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)的戰(zhàn)略構想。2011年5月，河北省政府批準遷西縣栗鄉(xiāng)工業(yè)產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)為首批省級工業(yè)聚集區(qū)。遷西縣栗鄉(xiāng)工業(yè)產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)用地涉及三屯營鎮(zhèn)、白廟子鄉(xiāng)和新集鎮(zhèn)3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，2020年總規(guī)劃面積29.421 3 km2，規(guī)劃區(qū)現(xiàn)狀人口1.285 2萬人，建成后可居住人口5.48萬人[1]。

遷西縣栗鄉(xiāng)工業(yè)產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)分為西區(qū)、中區(qū)和東區(qū)3個功能區(qū)[1]。東區(qū)位于新集鎮(zhèn)，包括東崗村、西崗村、河東寨村、北董村、小傅莊、學房峪等行政村，現(xiàn)有人口約4 595人，已建成企業(yè)有遷西首特鍛鑄有限公司、遷西縣金信太陽能光伏玻璃有限公司和奧帝愛機械鑄造有限公司[2]。規(guī)劃2020年，東區(qū)面積6.33 km2，人口約1.18萬人。東區(qū)功能定位為新能源和裝備制造產(chǎn)業(yè)主體功能區(qū)。為解決東區(qū)用水問題，擬建東區(qū)地表水供水工程，水源主要為灤河洪水資源。

2 東區(qū)需水量預測

采用分項估算法和土地綜合用水指標法進行需水量預測。最終，綜合考慮兩種需水量預測方法的預測結果，確定東區(qū)規(guī)劃水平年用水量。

2.1 分項估算法

東區(qū)需水量中包括生活需水量、工業(yè)需水量、市政需水量、公共建筑需水量、不可預見水量及自來水廠自用水量。先分項計算再對各分項求和，得到東區(qū)需水量。

（1）生活需水量：用東區(qū)規(guī)劃人口乘以居民人均生活用水量得到。河北省城鎮(zhèn)居民室內有給排水、衛(wèi)生設施、淋浴設備、24 h熱水，生活用水定額標準為140L/（人·d）[3]。本次預測居民人均生活用水量采用120 L/（人·d）。

（2）工業(yè)需水量：采用萬元增加值，用水量乘以規(guī)劃水平年工業(yè)萬元增加值計算得到。根據(jù)東區(qū)產(chǎn)業(yè)布局，結合現(xiàn)狀入駐企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品及產(chǎn)能，并參考水利部最嚴格水資源管理工作方案推薦的國際先進水平7 m3/萬元，確定東區(qū)規(guī)劃2020年工業(yè)增加值用水量為8 m3/萬元。規(guī)劃2020年，東區(qū)工業(yè)增加值60 億元[2]。

（3）市政需水量及公共建筑需水量：分別取生活需水量及工業(yè)需水量之和的5%和10%作為市政需水量及公共建筑需水量。

（4）不可預見水量：取前3項的10%作為不可預見水量值。

（5）自來水廠自用水量：取前4項的5%作為自來水廠自用水量。

以上5項之和為東區(qū)需水量，見表1。

表1 東區(qū)分項估算法需水量預測成果

2.2 土地綜合用水指標法

土地綜合用水指標由工業(yè)區(qū)規(guī)劃水平年城市規(guī)模和產(chǎn)業(yè)規(guī)劃布局確定。唐山市在水資源分區(qū)中處于海河區(qū)，在全國城市分區(qū)中為Ⅱ區(qū)，地均綜合用水指標為 80 萬～125 萬 m3/（km2·a）[4]。 東區(qū)屬于小城市，根據(jù)東區(qū)規(guī)劃產(chǎn)業(yè)布局，土地綜合用水指標取110萬 m3/（km2·a）。 土地綜合用水指標乘以面積得到東區(qū)規(guī)劃2020年需水量，見表2。

表2 東區(qū)土地綜合用水指標法需水量預測成果

2.3 需水量確定

分析以上預測結果，兩種方法預測的結果相對誤差較小，取兩者平均值，對東區(qū)水資源進行合理配置。經(jīng)計算，東區(qū)需水量701.3萬m3/a，其中東區(qū)生活需水量采用分項估算法預測值51.7萬m3/a、工業(yè)及其他需水量649.6萬m3/a。

供水平衡分析表明，規(guī)劃2020年，東區(qū)供水量215.0萬m3，其中地下水供水量51.7萬m3/a（東區(qū)生活用水開采當?shù)氐叵滤?、再生水供水?63.3萬m3/a（東區(qū)污水處理廠再生水）、東區(qū)缺水量486.3萬m3[2]。

3 水源選擇

東區(qū)所在區(qū)域屬山丘區(qū)河谷地帶，第四系松散沉積物厚度小，現(xiàn)狀地下水處于超采狀態(tài)；東區(qū)內有1條季節(jié)性河流——朱家河，由于無地表水供水工程，地表水可利用量為零；另外，當?shù)貨]有礦坑水、疏干水和再生水可使用。因此，確定東區(qū)供水工程水源以大黑?。∷趨^(qū)間灤河洪水資源為主，并與房官營水庫以上流域自產(chǎn)水量進行聯(lián)合調節(jié)，調蓄水量供東區(qū)使用。

大黑汀-取水口區(qū)間流域面積1 400 km2，灤河支流主要有：長河、橫河和朱家河。長河位于遷西縣北部，發(fā)源于寬城縣大漢溝東南的都山西北麓，在董家口穿過長城進入遷西境內，于九山村南注入灤河，全長110 km，流域面積652 km2；橫河發(fā)源于遷西縣王寺峪以北的十八盤，至白堡店注入灤河，全長23 km，流域面積134 km2；朱家河位于遷西縣東南部，屬季節(jié)性河流，全長12 km，流域面積60 km2。降水時間多出現(xiàn)在每年6—9月，4個月降雨量占全年降水量的80%以上，汛期水量（6—9月）一般可占全年水量的 60%～90%[5]。

4 洪水資源利用分析

4.1 供水工程概況[6]

供水工程管徑設計流量0.81 m3/s，月引水量約210萬m3，主要包括取水工程、引水工程、房官營水庫調節(jié)工程、輸水工程和給水廠。取水工程位于灤河右岸、灤河支流朱家河河口下游約1 km處，由集水井工程、提水泵站工程、輸變電工程、機電控制系統(tǒng)工程、供水泵站、辦公用房屋工程六部分組成，提水泵站配備2臺水泵，單臺供水能力1 643 m3/h；引水工程采用有壓管道輸水，管道材質為玻璃鋼，管徑為DN800 mm，沿朱家河和彭李公路鋪設1條管，由取水工程的供水泵站通往房官營水庫；房官營水庫調節(jié)工程位于東區(qū)東側的尹莊鄉(xiāng)房官營村，水庫所在河流為灤河水系朱家河，水庫控制流域面積25 km2，正常泄洪道最大泄量657 m3/s，輸水洞最大泄量2.0 m3/s，水庫技術指標見表3；輸水工程采用有壓管道輸水，管道材質為玻璃鋼，管徑為DN800 mm，自房官營水庫至給水廠鋪設1條管線；東區(qū)規(guī)劃建設1座相應規(guī)模的給水廠[1]。

表3 房官營水庫技術指標

4.2 來水量預測

4.2.1 天然年徑流量

供水工程取水口位于桑園水文站以上約7 km處，大黑汀-桑園區(qū)間包括大黑汀-取水口區(qū)間，可以采用水文比擬法計算大黑汀-取水口區(qū)間1956—2010年天然年徑流量。房官營水庫以上流域位于大黑汀-桑園區(qū)間內，房官營水庫缺乏實測和還原資料，其1956—2010年天然年徑流量同樣采用水文比擬法計算。

（1）大黑汀-桑園區(qū)間天然年徑流量：桑園水文站位于灤河遷安市段，于1984年撤站。大黑汀-桑園區(qū)間1956—2000年天然年徑流量直接采用《河北省水資源評價》和《唐山市水資源評價》數(shù)據(jù)；2001—2010年天然年徑流量由插補而得。插補采用兩種方法：一是建立大黑?。@區(qū)間降雨徑流深相關圖，由2001—2010年區(qū)間降水量查出區(qū)間徑流深，由徑流深計算天然年徑流量；二是使用唐山市逐年徑流深等值線圖查得徑流深，由徑流深計算天然年徑流量。由兩種方法得到的結果確定大黑汀-桑園區(qū)間2001—2010年天然年徑流量，保障1956—2010年天然年徑流量資料具有較好的一致性。

依據(jù)大黑汀-桑園區(qū)間1956—2010年天然年徑流量系列成果進行頻率計算，求得大黑汀-桑園區(qū)間多年平均天然徑流量32850萬m3，保證率為50%、75%、95%的天然徑流量分別為26 700萬、16 120萬、8 390 萬 m3，見表 4。

表4 1956—2010年天然年徑流量頻率計算成果

式中：WAB為大黑汀-取水口區(qū)間天然年徑流量（億m3）；WA為大黑汀-桑園區(qū)間天然年徑流量 （億m3）；FA為大黑汀-桑園區(qū)間面積（km2），取 FA＝1 800；FB為大

（2）大黑汀-取水口區(qū)間天然年徑流量：大黑汀-取水口區(qū)間天然年徑流量按下式計算：黑汀-取水口區(qū)間面積（km2），取 FB＝1 375。

對大黑汀-取水口區(qū)間1956—2010年天然年徑流量系列成果進行頻率計算，求得大黑汀-取水口區(qū)間多年平均天然徑流量25 090萬m3，保證率為50%、75%、95%的天然徑流量分別為20 400萬、12 310 萬、6 410 萬 m3，見表 4。

（3）房官營水庫以上流域天然年徑流量：房官營水庫以上流域1956—2010年天然年徑流量按式（1）計算。對房官營水庫以上流域1956—2010年天然年徑流量系列成果進行頻率計算，求得多年平均天然徑流量456萬m3，保證率50%、75%、95%的天然徑流量分別為371萬、224萬、117萬m3，見表4。

4.2.2 來水量預測

（1）大黑汀-取水口區(qū)間河道來水量預測：大黑汀-取水口區(qū)間河道來水量包括兩部分：一是大黑汀-取水口區(qū)間流域自產(chǎn)水量，二是大黑汀水庫放水量。由于大黑汀水庫不歸唐山市管轄，且放水時間及放水量受人為控制，故此部分水量不予考慮。大黑汀-取水口區(qū)間河道來水量按下式計算：

式中：W來為區(qū)間河道來水量（萬m3）；W天然為區(qū)間天然徑流量（萬m3）；W用為區(qū)間用水凈消耗量（萬m3）。

大黑汀-取水口區(qū)間要考慮的用水戶主要有工業(yè)、農業(yè)及生態(tài)景觀。根據(jù)河北省唐秦水文水資源勘測局2006—2010年用水調查資料，預測規(guī)劃2020年保證率為50%、75%年份區(qū)間總耗水量為1 918萬m3，其中工業(yè)1 184萬m3、農業(yè) 514萬m3、生態(tài)景觀220萬m3；保證率為95%年份不再考慮農業(yè)用水，總耗水量為1 404萬m3。

在大黑汀-取水口區(qū)間不同保證率天然徑流量計算結果的基礎上，以冷口水文站的實測水文資料（冷口水文站位于遷安境內、灤河支流沙河上，其氣候條件和下墊面條件與本供水工程所在區(qū)域相似）按對水庫來水偏不利原則選取典型年，進行年內徑流分配。保證率為50%、75%、95%典型年分別選用2001、2004、2002年。大黑汀-取水口區(qū)間工業(yè)用水按月平均分配；農業(yè)用水按作物生長需水量進行月分配；生態(tài)景觀用水中水面蒸發(fā)量依據(jù)潘家口站多年平均水面蒸發(fā)量月分配進行，滲漏量按月平均分配。預測區(qū)間規(guī)劃水平年不同保證率來水量及其月分配，見表5。規(guī)劃2020年，大黑汀-取水口區(qū)間保證率為 50%、75%、95%的河道年來水量分別為18 482萬、10 392萬、5 011萬 m3。

（2）房官營水庫以上流域來水量預測：現(xiàn)狀房官營水庫上游無工農業(yè)用水戶，居民生活用水取用地下水，所以規(guī)劃2020年流域上游工農業(yè)凈耗水量可視為零。規(guī)劃2020年房官營水庫以上流域保證率為50%、75%、95%年份的來水量分別為 371萬、224萬、117 萬 m3。

表5 規(guī)劃2020年大黑汀-取水口區(qū)間河道來水量預測成果 萬m3

房官營水庫1984—2003年的水庫水文資料經(jīng)由河北省水文局組織的非水文系統(tǒng)監(jiān)測的大中型水庫水文資料整編。本次按照房官營水庫整編的月年來水量統(tǒng)計資料和實際報汛水庫水文資料進行典型年來水量年內分配，結果見表6。

表6 房官營水庫典型年來水量年內分配萬m3

4.3 洪水資源利用量

房官營水庫建庫時水量主要供農業(yè)用水。近年來，遷西縣政府調整農業(yè)產(chǎn)業(yè)種植結構，農業(yè)多以旱地作物為主，水庫逐漸停止向農業(yè)供水，現(xiàn)狀用水戶為萬通、德隆工貿等4家鐵選廠（不屬于東區(qū)范圍），供水量60萬m3/a；規(guī)劃2020年增加東區(qū)用水486.3萬m3/a，供水量合計546.3萬m3/a。

房官營水庫為中型水庫，可以采用典型年法進行調節(jié)。房官營水庫來水量包括水庫自產(chǎn)水量和引灤河洪水資源量。

4.3.1 調節(jié)計算原則

房官營水庫6月末起調水位為死水位60 m，相應庫容121萬m3；7月10日—8月10日控制在汛限水位66 m，相應庫容413萬m3；汛后控制水位為正常蓄水位69 m，相應庫容705萬m3。選擇在8—10月引灤河洪水資源，引水量以房官營水庫不棄水或少棄水為原則。

4.3.2 洪水資源利用量

由調節(jié)結果可知，規(guī)劃2020年，保證率為75%時，房官營水庫以上流域自產(chǎn)水量224萬m3/a，在8—10月需凈引灤河洪水資源量409.7萬m3/a，除去用于蒸發(fā)和滲漏損失48萬m3/a、現(xiàn)狀用水戶用水量60萬m3/a外，可供水量525.7萬m3/a，能夠滿足東區(qū)需水量486.3萬m3/a要求；保證率為95%時，房官營水庫以上流域自產(chǎn)水量117萬m3/a，在8—10月需凈引灤河洪水資源量474.3萬m3/a，除去用于蒸發(fā)和滲漏損失45萬m3/a、現(xiàn)狀用水戶用水量60萬m3/a外，可供水量486.3萬m3/a，能夠滿足東區(qū)需水量要求，見表7。

表7 規(guī)劃2020年不同保證率年份引灤河洪水資源量統(tǒng)計 萬m3

規(guī)劃2020年保證率為75%、95%年份，東區(qū)供水工程直接利用房官營水庫自產(chǎn)徑流量分別為76.6萬、12.0萬m3，凈引灤河洪水資源量分別為409.7萬、474.3萬m3。供水工程引水采用管道，輸水損失按5%考慮，保證率為75%、95%年份毛引灤河洪水資源量分別為431.3萬、499.3萬m3。

5 洪水資源化的意義

洪水資源化是指在不增加防洪風險的前提下，利用工程措施和非工程措施攔蓄洪水，延長洪水在陸地上的停留時間，用于經(jīng)濟社會需水和生態(tài)環(huán)境需水，以改善河流、湖泊、洼地的水面景觀和補充地下水，最大限度地發(fā)揮洪水的資源效益[7]。

5.1 解決水資源短缺的重要途徑

由于遷西縣境內灤河上游修建潘家口、大黑汀兩座大型水庫，灤河大部分水量被跨流域調至天津；另外，遷西縣缺少地表水供水工程，地表水開發(fā)利用程度較低。2010年，遷西縣總供水量為11 400萬m3，其中地表水供水量2 800萬m3，占總供水量的24.6%；地下水供水量8 600萬m3，占總供水量的75.4%。隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展、人民生活水平的提高和城市化進程的加快，水資源的需求量越來越大，由于地表水開發(fā)利用程度較低，遷西縣水資源更加短缺。

一切未被利用的水資源（地表徑流）均可看作是洪水資源。對于一個區(qū)域來說，也就是出境水[6]。遷西縣出境河流主要為灤河、清河和還鄉(xiāng)河。遷西縣1980—2000年多年平均出境水量為18.632 3億m3，汛期（6—9月）多年平均出境水量為9.806 6億m3，占全年出境水量的52.6%，見表8。1983年引灤入津輸水工程建成后，大黑汀水庫開始向天津市供水，這部分水量稱為供水式出境水量，1983—2000年平均供水量5.642 1億m3，扣除供水式出境水量，則遷西縣自然式出境水量約為12.990 2億m3。遷西縣洪水資源豐富，應充分利用已有的水庫實施汛限水位動態(tài)控制，采取河網(wǎng)梯級開發(fā)、河庫聯(lián)合運用[5]、修建供水工程等手段，最大限度地利用洪水資源，解決遷西縣水資源短缺的問題。

表8 遷西縣1980—2000年出境水量統(tǒng)計

5.2 改善地下水環(huán)境的有效手段

遷西縣多年平均地下水資源量16 809萬m3，地下水可開采量3 705萬m3，其中平原區(qū)822萬m3、山區(qū)2 253萬m3[8]。2010年遷西縣地下水供水量8 600萬m3，地下水處于嚴重超采狀態(tài)。由于長期大量超采地下水，地下水位逐年下降，引發(fā)了一系列環(huán)境地質問題，破壞了生態(tài)環(huán)境的平衡。

為解決由于地下水開采引起的環(huán)境地質問題，應減少地下水的開采量，改變只依靠超采地下水才能維持經(jīng)濟社會發(fā)展對水基本需求的現(xiàn)狀。東區(qū)供水工程引用灤河洪水資源作為企業(yè)生產(chǎn)用水，不再增采當?shù)氐叵滤?，同時替代地下水開采量39.9萬m3/a（現(xiàn)狀東區(qū)企業(yè)開采地下水量）。洪水資源化是改善地下水環(huán)境的有效手段。

另外，可以利用工程措施和非工程措施攔蓄洪水，延長洪水在陸地上的停留時間，汛期洪水一般限于主要河流的堤壩以內，可以利用大洪水以及滯洪區(qū)，滯洪區(qū)在洪水期由天然或人工構筑的閘門或溢洪壩控制，可以利用剩余的洪水來緩解超量開采含水層的問題[9]，改善地下水環(huán)境。

5.3 經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的重要保障

洪水利用兼有興利與防洪的雙重功效。洪水資源由水庫攔蓄后，通過發(fā)電機組下泄，增加發(fā)電量，同時可以作為農業(yè)灌溉用水；洪水資源經(jīng)供水工程提引、調蓄、處理后，可作為企業(yè)生產(chǎn)用水使用。東區(qū)供水工程通過引灤河洪水資源可以解決東區(qū)企業(yè)生產(chǎn)用水，保障區(qū)域經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展。東區(qū)2020年工業(yè)增加值約60億元，洪水資源化可以產(chǎn)生較為顯著的經(jīng)濟效益。

遷西為純山區(qū)縣，降水時空分布不均，極易在短時間內匯成洪水，洪水災害十分頻繁。遷西境內有蓄水工程86處 （含潘家口和大黑汀水庫）、引水工程82處、提水工程113處，應充分發(fā)揮現(xiàn)有水利工程的作用，利用洪水的淡水屬性，減輕洪水災害，增加水資源量，解決經(jīng)濟社會快速發(fā)展與水資源緊缺之間的矛盾，保障經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展。

6 結語

水資源供需矛盾隨著經(jīng)濟的發(fā)展將進一步加劇，水資源短缺嚴重威脅區(qū)域經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展。洪水資源化是解決水資源短缺的重要途徑。在洪水資源利用方面，要樹立洪水也是一種資源的意識，政府和水行政部門應從政策方面予以大力支持，增加資金投入，組織有關部門開展必要的洪水資源化方面的科學研究，采取正確有效的洪水資源化方式和途徑，在保證防洪與供水全面安全的前提下，最大限度地利用洪水資源，以解決水資源短缺，保護地下水環(huán)境，保障區(qū)域經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。

[1]北方設計研究院.遷西縣栗鄉(xiāng)工業(yè)產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)控制性詳細規(guī)劃（2010-2020）[R].石家莊：北方設計研究院，2010.

[2]河北省水文水資源勘測局，河北省唐秦水文水資源勘測局.遷西縣栗鄉(xiāng)工業(yè)產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)（東區(qū)）供水工程水資源論證報告[R].唐山：河北省唐秦水文水資源勘測局，2012.

[3]DB13/T 1161-2009，用水定額（河北省地方標準）[S].

[4]SL367-2006，城市綜合用水量標準[S].

[5]王慶平.劉金艷.時振閣.唐山市洪水資源利用可行性分析[J].南水北調與水利科技，2010（4）：103-106.

[6]河北省遷西縣水務局.尹莊引水泵站項目建議書及可研報告[R].唐山：河北省遷西縣水務局，2011.

[7]邢煥政，劉東康，楊山林.海河流域洪水資源化潛力探討[J].海河水利，2004（5）：11-12.

[8]唐秦水文水資源勘測局，唐山環(huán)境地質勘查院.唐山市水資源評價[R].唐山：唐秦水文水資源勘測局，唐山環(huán)境地質勘查院，2005.

[9]趙宏亮.灤河及冀東沿海平原區(qū)地下水開采問題及對策[J].水資源保護， 2009，25（S1）：27-29.