百色市水資源規(guī)劃優(yōu)化配置模型探析

王寶紅

（廣西水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 南寧市 530023）

1 概 述

百色市位于廣西西部，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，多年平均降雨在1 100 mm 以上，水資源相對(duì)豐富，境內(nèi)1/3 以上的土地面積為喀斯特地貌，蘊(yùn)藏著巨大的地下水系，這些地下水便是優(yōu)質(zhì)的礦泉水。全市地表河流年平均徑流量為172.4 億m3，境外流入境內(nèi)年平均水量約為40.78 億m3，地下水資源總量達(dá)41 億m3；全市多年平均降雨量約為480 億m3。由于百色的西北部為云貴高原余脈，境內(nèi)河流落差大，過(guò)境的紅水河、右江河流域的水能資源巨大，據(jù)初步測(cè)算，可開(kāi)發(fā)利用水電資源341.96 萬(wàn)kW，蘊(yùn)藏的水能資源和水資源旅游業(yè)也十分豐富，但由于降雨時(shí)空分布不均，生態(tài)惡化，森林植被減少，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施條件薄弱，對(duì)用水缺乏有效指導(dǎo)和規(guī)劃，水資源綜合利用程度低，旱澇災(zāi)害頻繁發(fā)生，從1950年以來(lái)的統(tǒng)計(jì)資料分析，平均1.17年發(fā)生1 次旱災(zāi)，是個(gè)“十年九旱”的地區(qū)，農(nóng)業(yè)干旱及其嚴(yán)重，各部門間用水相對(duì)緊張。百色市礦產(chǎn)資源豐富，鋁、錳、銅生產(chǎn)企業(yè)較多，特別是鋁礦方面配套有“千億鋁產(chǎn)業(yè)”，而靖西、德保兩縣現(xiàn)有的可開(kāi)發(fā)利用水資源量已經(jīng)不能滿足鋁產(chǎn)業(yè)布局的需要，工業(yè)用水成為工業(yè)發(fā)展的 “瓶頸”。百色市水資源盡管豐富，但由于對(duì)水資源缺乏有效規(guī)劃和合理調(diào)配，綜合利用率低，水利基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，年內(nèi)常出現(xiàn)“澇是一條線，旱是一大片”的災(zāi)害現(xiàn)象，“水少、水臟、水害”已制約了百色市的持續(xù)、健康、和諧發(fā)展。本文旨在破解制約百色市發(fā)展過(guò)程中的這一難題，從水資源規(guī)劃方面對(duì)其優(yōu)化配置進(jìn)行探討和分析。

2 百色市水資源規(guī)劃優(yōu)化配置原則及思路

2.1 配置原則

根據(jù)百色市“水少、水臟、水害”的現(xiàn)狀問(wèn)題，以及其經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略和發(fā)展趨勢(shì)，并根據(jù)水資源優(yōu)化配置的目的，綜合考慮生活、生態(tài)環(huán)境、生產(chǎn)等各部門的用水要求和用水效益, 實(shí)現(xiàn)資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)的高效配水。百色市地區(qū)的水資源規(guī)劃優(yōu)化配置須遵循以下幾條原則：

（1）優(yōu)先保證生態(tài)與生活用水等公益性用水原則。由于百色市地區(qū)屬大石山區(qū)，石漠化面積大，水土流失嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境比較脆弱，為確保百色市地區(qū)生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)，在配水時(shí)應(yīng)以維持生態(tài)環(huán)境的林草優(yōu)先保證，增加土地植被覆蓋率，防止石漠化蔓延；而生活用水關(guān)系到民眾的基本生活需求，生活用水得不到基本保障會(huì)對(duì)社會(huì)的穩(wěn)定問(wèn)題產(chǎn)生直接影響，因此，生活和生態(tài)環(huán)境的基本用水需求應(yīng)優(yōu)先滿足。

（2）公平配置與可持續(xù)發(fā)展原則。公平配置原則是指在進(jìn)行水資源配置時(shí)，首先要充分考慮用水不同時(shí)段、不同地區(qū)和不同部門（或行業(yè)）之間的差異，其次要綜合考慮人口數(shù)量、經(jīng)濟(jì)水平、水資源可開(kāi)發(fā)利用難易度及水資源量等因素，對(duì)水資源進(jìn)行合理公平分配。公平性配置原則是人們對(duì)經(jīng)濟(jì)以外不可度量的因素所采取的一種分配行為[1]，用公平系數(shù)或配水權(quán)重來(lái)體現(xiàn)。在公平配置的基礎(chǔ)上，還要考慮遠(yuǎn)近期經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)環(huán)境持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展，同時(shí)要考慮區(qū)域之間的協(xié)調(diào)發(fā)展，既要追求以提高水資源總體配置效率為中心的優(yōu)化配置模式，還要注重水資源的合理開(kāi)發(fā)利用，并兼顧水資源的保護(hù)與治理。鼓勵(lì)提高水的利用效率，合理配置水資源。

（3）高效用水原則[2]。水資源配置時(shí)除首先要滿足生態(tài)與生活用水優(yōu)先、公平公正配置以及可持續(xù)性原則外，還應(yīng)考慮用水的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)于工、農(nóng)業(yè)等生產(chǎn)部門用水戶要堅(jiān)持用水高效原則，在保證最基本的用水效率前提下，抑制浪費(fèi)水量大和效率太低的企業(yè)和部門用水量需求，在地區(qū)和行業(yè)之間提倡競(jìng)爭(zhēng)用水，最大限度地發(fā)揮用水戶的綜合經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 總體思路

百色市地區(qū)水資源規(guī)劃優(yōu)化配置的主要目的是根據(jù)該地區(qū)“十二五”發(fā)展規(guī)劃目標(biāo)，協(xié)調(diào)好第一、二產(chǎn)業(yè)以及第三產(chǎn)業(yè)間的發(fā)展問(wèn)題，破解水資源在百色經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展過(guò)程中的瓶頸難題，將區(qū)內(nèi)宏觀經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和水資源系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，使水資源能滿足人口的增長(zhǎng)需要，逐步擴(kuò)大農(nóng)業(yè)供水面積，保證工業(yè)供水，保障用水安全，保持水源地及庫(kù)區(qū)周邊生態(tài)環(huán)境良好，發(fā)揮水資源在城市形象中的重要作用，提高人們節(jié)水護(hù)水意識(shí)，使水資源在百色經(jīng)濟(jì)社會(huì)中的基礎(chǔ)作用更加突出。本文主要探討和分析以生活、生態(tài)、生產(chǎn)協(xié)調(diào)發(fā)展為主目標(biāo)的水資源優(yōu)化配置模型，在現(xiàn)有的供水系統(tǒng)和可供利用的水資源條件下，優(yōu)先保證生活與生態(tài)用水的前提下，水資源優(yōu)化配置的核心主要滿足區(qū)域內(nèi)重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)如“千億鋁產(chǎn)業(yè)”的用水需求、加快發(fā)展以水資源為重點(diǎn)的旅游業(yè)、加快水利樞紐建設(shè)，提高內(nèi)河航運(yùn)能力和航程、充分利用水資源優(yōu)勢(shì)營(yíng)造良好的城市環(huán)境，尋求農(nóng)、林、漁等產(chǎn)業(yè)與工業(yè)用水之間的合理結(jié)構(gòu)，最大限度地提高水資源綜合經(jīng)濟(jì)效益。

3 水資源優(yōu)化配置模型

3.1 配置模型

（1）缺水量目標(biāo)U：缺水量最小。

本式只對(duì)缺水的情況進(jìn)行累加。

式中 Xikt——規(guī)劃水平年內(nèi)第i 個(gè)水資源分區(qū)第k 用水部門（主要指工業(yè)、農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、生活、生態(tài)用水、城市水環(huán)境用水）第t 時(shí)段的需水量；

Siktt——規(guī)劃水平年內(nèi)第i 個(gè)水資源分區(qū)第k 用水部門（主要指工業(yè)、農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、生活、生態(tài)用水、、城市水環(huán)境用水）第t 時(shí)段的供水量；

Ψikt——第i 個(gè)水資源分區(qū)第k 用水部門相對(duì)其他用水部門優(yōu)先得到供給水資源的權(quán)重。

（2）效益目標(biāo)V。對(duì)水資源優(yōu)化配置后，使各用水部門產(chǎn)生的綜合效益最大，即：

式中 αiktt——規(guī)劃水平年內(nèi)第k 用水戶在第i 個(gè)水資源分區(qū)內(nèi)的第t 時(shí)段環(huán)境效益系數(shù)；

δikt——規(guī)劃水平年內(nèi)第k 用水戶在第i 個(gè)水資源分區(qū)內(nèi)的第t 時(shí)段經(jīng)濟(jì)效益系數(shù)；

ξiktt——規(guī)劃水平年內(nèi)第k 用水戶在第i 個(gè)水資源分區(qū)內(nèi)的第t 時(shí)段節(jié)水水平效益系數(shù)；

Biktt——規(guī)劃水平年內(nèi)第k 用水戶在第i 個(gè)水資源分區(qū)內(nèi)的第t 時(shí)段在供水為Oikt時(shí)的效益；

Oiktt——規(guī)劃水平年內(nèi)第k 用水戶在第i 個(gè)水資源分區(qū)內(nèi)的第t 時(shí)段的用水量。

由于各生產(chǎn)部門以及各行業(yè)間存在效益差異，因此應(yīng)在不同時(shí)段不同供水量情況下考慮經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和節(jié)水效益的因素，特別是在缺水的情況下，應(yīng)優(yōu)先考慮或滿足效益好的行業(yè)或企業(yè)，而對(duì)效益差、耗水量大的企業(yè)應(yīng)縮減或抑制其大量用水；對(duì)排污量大、對(duì)水質(zhì)造成嚴(yán)重污染的行業(yè)或企業(yè)如造紙業(yè)、糖業(yè)，在配水時(shí)降低其配水權(quán)重, 促使其改進(jìn)工藝，減少污水排放量, 以避免清潔水源受到污染；對(duì)節(jié)水水平較高，水重復(fù)利用率高的企業(yè)應(yīng)該取得優(yōu)先用水權(quán)和較高的供水保證率。因此為實(shí)現(xiàn)水資源優(yōu)化配置，提高用水綜合效益和水資源利用率，應(yīng)對(duì)不同的用水戶從經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和節(jié)水效益因素等方面加以考核，督促各用水部門或企業(yè)改進(jìn)工藝水平和生產(chǎn)流程，增強(qiáng)節(jié)能減排的意識(shí)，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)出。一般情況下，企業(yè)效益越好，節(jié)水水平越高，經(jīng)濟(jì)效益系數(shù)和節(jié)水效益系數(shù)就越大，而環(huán)境污染越大的，則環(huán)境效益系數(shù)的取值越小。

3.2 約束條件

（1）用水權(quán)重Ψik約束。

根據(jù)優(yōu)先配水原則，Ψ生活>Ψ生態(tài)、環(huán)境>Ψ工業(yè)>Ψ農(nóng)業(yè)>Ψ漁業(yè)>Ψ林業(yè)>0。

（2）可用水量約束。

式中 WT——總可利用水量；

Wsw——地表水可利用水量；

Wgw——地下水可利用水量；

Wow——其他可利用水量（中水回用，雨洪資源利用）。

（3）各用水部門需水量約束。

①最小需水量約束。

式中 Xk——第k 用水部門的用水總量；

k——第k 用水部門；

Xk——第k 用水部門的最低用水總量。

②最大需水量約束。

式中 Xk——第k 用水部門的用水總量；

k——第k 用水部門；

Mk——第k 用水部門的最大用水總量。

在滿足各約束條件的同時(shí)，還需滿足各變量均為正。

4 討論與建議

百色市水資源規(guī)劃的核心是提高水資源的綜合利用效率，滿足工、農(nóng)業(yè)，生活、生態(tài)用水，并大力發(fā)展與水的關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)，最大限度地發(fā)揮水資源綜合效益。但是隨著經(jīng)濟(jì)和人口的快速增長(zhǎng)，工、礦企業(yè)的迅猛發(fā)展，農(nóng)田灌溉面積的擴(kuò)大，魚(yú)類養(yǎng)殖業(yè)的興起，第三產(chǎn)業(yè)（與水有關(guān)的旅游產(chǎn)業(yè)、內(nèi)河航運(yùn)）的用水要求，勢(shì)必造成用水緊張局面。而百色市境內(nèi)巖溶發(fā)育，生態(tài)環(huán)境脆弱，地下河分布廣泛，地下水豐富但開(kāi)發(fā)利用條件差，部分縣市的控制性調(diào)節(jié)工程少，水資源的供需矛盾日益突顯，工程型缺水和季節(jié)性缺水普遍存在。水資源的供需矛盾日趨嚴(yán)重。為解決百色市境內(nèi)用水供需矛盾，建議首先應(yīng)充分利用百色市水資源儲(chǔ)量豐富的優(yōu)勢(shì)，因地制宜，科學(xué)規(guī)劃、合理開(kāi)發(fā)，在開(kāi)發(fā)條件良好的地區(qū)，大力發(fā)展和興建大中型的控制性調(diào)節(jié)水源工程； 而在北部的大石山區(qū)內(nèi)要以雨水集蓄利用為重點(diǎn)，發(fā)展中、小、微型集水工程（如水窖、地頭水柜）的建設(shè)，逐步建設(shè)雨水集蓄工程；并根據(jù)地方降雨特征，調(diào)整農(nóng)業(yè)品種結(jié)構(gòu)，發(fā)展抗旱作物，在右江河谷等地形條件好的地方，要加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化基本農(nóng)田建設(shè)，提高農(nóng)田的雨水利用效率。其次要對(duì)水源地實(shí)施重點(diǎn)保護(hù)，建設(shè)好水源保護(hù)林，杜絕一切引發(fā)水源地污染的人為行為；提高灌溉效率，減少輸水渠道的“跑、冒、滴、漏”，大力發(fā)展噴灌、滴灌、微灌等高效節(jié)水農(nóng)業(yè)工程建設(shè)；對(duì)于工業(yè)，根據(jù)水源地情況，進(jìn)行合理布局，提高節(jié)水技術(shù)水平，提高工業(yè)用水循環(huán)利用率。同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)水利工程的管理，并優(yōu)化水資源管理行政體制。

[1] 王浩，汪林.水資源配置理論與方法探討[J]. 水資源綜合規(guī)劃，2004，（3）增版:50-70.

[2] 劉丙軍，陳曉宏，江濤. 基于水量水質(zhì)雙控制的流域水資源分配模型[J].水科學(xué)進(jìn)展，2009，20（4）：513-517.