商丘市生態(tài)水系工程（包河段）水資源狀況

陳順勝　劉琦

摘要筆者分析了商丘市生態(tài)水系工程（包河段）水資源狀況，計(jì)算了項(xiàng)目區(qū)生態(tài)需水量及地表水可利用量，認(rèn)為該區(qū)域地表水可利用量大于生態(tài)需水量，地表水資源量能滿足該河段生態(tài)用水量的需求。

關(guān)鍵詞商丘市包河段；水資源；生態(tài)水系工程；分析

中圖分類號(hào)S271文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）07-02167-02

收稿日期20140112生態(tài)水利工程學(xué)是研究水利工程在滿足人類社會(huì)需求的同時(shí)，兼顧水域生態(tài)系統(tǒng)健康與可持續(xù)性需求的原理和技術(shù)方法的工程學(xué)。現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展使人們認(rèn)識(shí)到，傳統(tǒng)意義上的水利工程學(xué)在滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求時(shí)，不同程度地忽視了河流生態(tài)系統(tǒng)本身的需求。而河流生態(tài)系統(tǒng)的功能退化，也會(huì)給人們的長(zhǎng)遠(yuǎn)利益帶來(lái)?yè)p害。筆者以商丘市生態(tài)水系工程為例研究在權(quán)衡水資源開(kāi)發(fā)利用與生態(tài)環(huán)境保護(hù)二者的關(guān)系，理性地尋找資源開(kāi)發(fā)與生態(tài)保護(hù)之間的合理的平衡點(diǎn)[1-4]。生態(tài)水系工程水資源分析主要是依據(jù)項(xiàng)目區(qū)水文資料，分析項(xiàng)目區(qū)水資源條件能否滿足生態(tài)水系工程的要求[2，6]，以保證工程建成后達(dá)到美化環(huán)境及生態(tài)恢復(fù)的雙重目的。

1項(xiàng)目區(qū)水資源狀況

1.1降水量及其時(shí)空分布特征商丘市處于亞熱帶向暖溫帶過(guò)渡地帶，屬大陸性季風(fēng)氣候。年內(nèi)冷熱交替，四季分明。氣候特點(diǎn)表現(xiàn)為“冬季寒冷雨雪少，夏季炎熱雨集中，秋季涼爽日照長(zhǎng)，春季干旱多大風(fēng)”。夏季受太平洋副熱帶高壓暖濕氣流和區(qū)域地形影響，東南風(fēng)較多，炎熱多雨，其降水量具有顯著的季節(jié)性變化特征。根據(jù)商丘市18個(gè)雨量站的降水量資料計(jì)算，商丘市1980～2000年多年平均降水量為723.3 mm，P=10%保證率年降水量912.2 mm；P=20%保證率年降水量839.9 mm；P=50%保證率年降水量711.5 mm；P=75%保證率年降水量619.1 mm；P=90%保證率年降水量544.1 mm；P=95%保證率年降水量502.2 mm。

受大氣環(huán)流季節(jié)性變化影響，商丘市降水量年內(nèi)分配很不均衡，降水主要集中在汛期（6～9月份），多年平均汛期4個(gè)月降水量477.3 mm，占全年降水量的66%。非汛期1～5月和10～12月為少雨季節(jié)，8個(gè)月多年平均降水量為246.0 mm，僅占全年降水量的34.0%，有些年份非汛期整月無(wú)雨。商丘市降水量年際變化也非常大，年最大降水量1 087.7 mm（發(fā)生在1963年），是年最小降水量400.6 mm（發(fā)生在1966年）的2.7倍，豐枯相差懸殊，降水量的時(shí)空分布特點(diǎn)不利于作物生長(zhǎng)和水資源的開(kāi)發(fā)利用。

1.2地表水資源量及時(shí)空分布根據(jù)商丘市骨干河流1980～2000年天然徑流量計(jì)算，多年平均地表水資源量（天然河川徑流量）63 240×104m3，折合徑流深59.1 mm，年徑流系數(shù)0.08。P=10%保證率地表水資源量104 978×104m3，折合徑流深98.1 mm；P=20%保證率地表水資源量83 477×104m3，徑流深78.0 mm；P=50%保證率地表水資源量54 386×104m3，徑流深50.8 mm；P=75%保證率地表水資源量40 474×104m3，徑流深37.8 mm；P=90%保證率地表水資源量33 571×104m3，徑流深31.4 mm；P=95%保證率地表水資源量30 988×104m3，徑流深30.0 mm。

商丘市地表水資源時(shí)空分布和當(dāng)?shù)亟涤炅繒r(shí)空分布也基本一樣，具有明顯的季節(jié)變化特征。由于地表匯流和攔河水閘調(diào)節(jié)蓄水作用，地表水資源分布比降雨量均勻，河川徑流主要集中在7～11月。商丘市多年平均7～11月地表水資源量約占全年徑流量的59.0%， 1～6月和12月的地表水資源量約占全年徑流量的41.0%。商丘市地表徑流和降雨量同樣具有年際變化較大的特點(diǎn)，在1980～2000年系列中，最大年徑流量為91 275×104m3，發(fā)生在1985年；最小年徑流量16 425×104m3，發(fā)生在1994年，豐枯年徑流量之比達(dá)5.6倍，高于降雨量豐枯比的一倍。

1.3地下水資源量及時(shí)空分布地下水資源量指與大氣降水、地表水體（渠道和田間灌溉）有直接補(bǔ)給或排泄關(guān)系的動(dòng)態(tài)地下水量。平原區(qū)地下水資源量采用計(jì)算各項(xiàng)補(bǔ)給量求得。商丘市地下水主要補(bǔ)給來(lái)源為：降水入滲補(bǔ)給、地表水體滲入補(bǔ)給和灌溉入滲補(bǔ)給。

經(jīng)計(jì)算得出，商丘市多年平均降水入滲補(bǔ)給量為127 342×104m3，地表水體入滲補(bǔ)給量為2 489×104m3，地下水資源量為129 831×104m3。

商丘市地下水動(dòng)態(tài)類型主要以降雨入滲-蒸發(fā)、開(kāi)采型為主。2010年末全市淺層地下水漏斗面積為96.3 km ，比上年減少87.1%，約占總面積的1.0%，漏斗中心最大埋深10.34 m，比年初增加0.71 m。年末地下水埋深小于4 m的面積占全市總面積76.6%，4～8 m的占22.4%，大于8 m的占1.0%。

1.4水資源總量按照第2次水資源調(diào)查評(píng)價(jià)技術(shù)的細(xì)則計(jì)算方法，計(jì)算出商丘市多年平均河川徑流量63 240×104m3，降水入滲補(bǔ)給量為127 342×104m3，水資源總量為190 582×104m3，產(chǎn)水模數(shù)為17.8×104m3/km2，產(chǎn)水系數(shù)為0.25。

2包河生態(tài)需水量計(jì)算

河道生態(tài)需水量屬于不可以被利用水量，不可以被利用水量指不允許利用的水量，它包括河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量和河道內(nèi)生產(chǎn)需水量[2]。由于河道內(nèi)需水具有基本不消耗水量和可重復(fù)利用等特點(diǎn)，因此應(yīng)選擇河道內(nèi)各項(xiàng)需水量的最大量，作為河道內(nèi)需水量[5-8]。根據(jù)包河段具體情況，項(xiàng)目區(qū)段河道內(nèi)無(wú)生產(chǎn)需水量，河道生態(tài)需水量就是各項(xiàng)需水量的最大量。

通常計(jì)算方法如下。

Wr=11n（n1i=1Wi）×K

式中：Wr——河流最小生態(tài)環(huán)境需水量；Wi——第i年的地表水資源量；K——選取的百分?jǐn)?shù)；n——統(tǒng)計(jì)年數(shù)。

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)包河孫莊水文站1985～2012年水文資料[9]，計(jì)算項(xiàng)目區(qū)包河段多年平均徑流量為465×104m3。根據(jù)商丘市其他骨干河流經(jīng)驗(yàn)，百分?jǐn)?shù)取15%。

包河河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量

Wr=W×15%=465×15%=69.75×104m3

式中：Wr——河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量；W——多年平均徑流量。

3包河地表水可利用量計(jì)算

地表水資源可利用量是指在可預(yù)見(jiàn)的時(shí)期內(nèi)，在統(tǒng)籌考慮河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境環(huán)境和其他用水的基礎(chǔ)上，通過(guò)經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的措施，可供河道外生活、生產(chǎn)、生態(tài)用水的一次性最大用水量[2]（不包括回歸用水的重復(fù)利用量）。計(jì)算方法有2種：一是倒算法，用水資源量減去不可以被利用量和不可能被利用量，得出水資源可利用量；二是正算法，根據(jù)工程最大供水能力或最大用水需求的分析成果，以用水消耗系數(shù)折算出相應(yīng)的可供河道外一次性利用的水量。

由于包河水文資料不完整，無(wú)法直接求得地表水可利用量，因此選用商丘市主要控制水文站數(shù)據(jù)，求得商丘市地表水可利用率的平均值作為包河的地表水可利用率，進(jìn)而求出包河的地表水可利用量。

用商丘市主要控制水文站用多年平均徑流量減去河道生態(tài)環(huán)境需水量和多年平均下泄洪水量，求得多年平均地表水資源可利用量。 經(jīng)計(jì)算得，惠濟(jì)河磚橋水文站多年平均天然徑流量2.2×109m3，河道生態(tài)環(huán)境需水量0.33×109m3，多年平均下泄洪水量0.888×109m3，多年平均地表水資源可利用量0.982×109m3，多年平均地表水可利用率44.6%；沱河永城水文站多年平均天然徑流量1.555×109m3，河道生態(tài)環(huán)境需水量0.233×109m3，多年平均下泄洪水量0.452×109m3，多年平均地表水資源可利用量0.870×109m3，多年平均地表水可利用率55.9%；澮河黃口水文站多年平均天然徑流量1.136×109m3，河道生態(tài)環(huán)境需水量0.17×109m3，多年平均下泄洪水量0.678×109m3，多年平均地表水資源可利用量0.288×109m3，多年平均地表水可利用率25.4%；商丘市地表水可利用率的平均值為：（44.6+55.9+25.4）/3=42.0%。

那么，包河的地表水可利用量，應(yīng)該為：

Wk=W×42.0%=465×42.0%=195.3×104m3

式中：Wk——地表水可利用量；W——多年平均徑流量。

4生態(tài)水系工程（包河段）水源分析

4.1地表水水源包河屬淮河水系，是澮河的最大支流，發(fā)源于商丘市黃河故道大堤南側(cè)梁園區(qū)謝集鄉(xiāng)的張祠堂北，流經(jīng)商丘市的梁園區(qū)、睢陽(yáng)區(qū)、虞城縣、永城市和安徽省的亳州市、渦陽(yáng)縣、濉溪縣共7個(gè)縣市，于濉溪縣臨煥集流入澮河，全長(zhǎng)175 km。商丘城區(qū)境內(nèi)長(zhǎng)度25.87 km，其中梁園區(qū)境內(nèi)長(zhǎng)度15.5 km，開(kāi)發(fā)區(qū)境內(nèi)長(zhǎng)度10.37 km，流域面積163 km2，河道上現(xiàn)有橋梁14座，中型水閘3座，河道控制寬度100 m，擔(dān)負(fù)著城區(qū)70%的防洪排澇任務(wù)。經(jīng)計(jì)算包河包河的地表水可利用量195.3×104m3，是該項(xiàng)目的主要水源。

4.2地下水源根據(jù)商丘市水資源公報(bào)[10]：現(xiàn)狀5年項(xiàng)目區(qū)淺層地下水利用率分別為：2006年為51.2%、2007年為37.1%、2008年為58.3%、2009年為92.0%、2010年為85.0%，現(xiàn)狀5年平均淺層地下水利用率為54.7%。從現(xiàn)狀5年平均淺層地下水利用率來(lái)看項(xiàng)目區(qū)淺層地下水尚有一定的利用空間?？梢宰鳛樵擁?xiàng)目水源的有效補(bǔ)充。

4.3引黃水水源1958年開(kāi)始建設(shè)三義寨引黃供水工程，1992年三義寨工程改建，其渠首總干渠設(shè)計(jì)流量107 m3/s，商丘總干渠設(shè)計(jì)流量63 m3/s，下游設(shè)沉沙池方案，引黃進(jìn)入商丘市的林七、呈屯、鄭閣3座水庫(kù)，經(jīng)調(diào)蓄后分水至商丘境內(nèi)各灌溉渠首，批復(fù)75%保證年引水量為4.9×107m3。規(guī)劃引水時(shí)間為每年8月到次年6月，以滿足灌溉用水和城市供水要求。近年來(lái)商丘有計(jì)劃地利用部分引黃水，作為商丘市景觀用水，是該項(xiàng)目的水源的有效補(bǔ)充。

4.4中水水源商丘市區(qū)局部采用截流式合流制排水體系，大部分為合流式排水體系，市區(qū)污水直接由市政下水管排入河道。市內(nèi)污水總量約14×109m3/d。

污水處理廠坐落在北海路以南，睢陽(yáng)大道以東，距市中心5 km處，工程近期處理規(guī)模為8×104m3/d，二期處理18×104m3/d，處理工藝采用氧化溝活性污泥法，處理后水質(zhì)達(dá)到國(guó)標(biāo)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》GB8978的二級(jí)生化處理標(biāo)準(zhǔn)。市區(qū)現(xiàn)有排水管渠約180 km，其中截流污水干管11 km。包河西側(cè)管徑為d1200—d1800，北海路南側(cè)管徑為d800—d1650。利用污水、雨水管網(wǎng)收集城市污水送至污水處理廠，集中解決污染水點(diǎn)源污染，污水處理達(dá)標(biāo)后作為中水資源，回送至每條河道，亦可作為該項(xiàng)目水源的有效補(bǔ)充。