東港市基于防治海水入侵的水資源配置方案

張 弘

(遼寧省丹東水文局，遼寧 丹東118001)

1 水資源配置目的

海水入侵3個(gè)嚴(yán)重區(qū)域分別位于三大灌溉體系的海岸附近。本文配置水資源主要是針對海水入侵嚴(yán)重地區(qū)的用水量與時(shí)空分布，結(jié)合水動(dòng)力學(xué)，根據(jù)線性規(guī)劃模型進(jìn)行計(jì)算。

三大海水入侵嚴(yán)重區(qū)中從左至右，第1個(gè)區(qū)域?yàn)楣律芥?zhèn)劉大房附近，該區(qū)域?yàn)辂}堿化沼澤地，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)少，且地勢較低，與大洋河河口有直接的水力聯(lián)系。第2個(gè)區(qū)域是椅圈鎮(zhèn)于家村，為農(nóng)業(yè)區(qū)域。第3個(gè)區(qū)域是東港市新興區(qū)葦場和勝利村，一個(gè)在東港市區(qū)，為工業(yè)用水區(qū)，一個(gè)為農(nóng)業(yè)用水區(qū)［1］。對水資源進(jìn)行配置以防治海水入侵，主要分為3個(gè)目的層，最低目的層:一般在枯水期，要保證海水入侵不加劇，水資源利用得到基本滿足;中間目的層:平水期，要保證農(nóng)業(yè)用水區(qū)、工業(yè)(城區(qū))用水區(qū)海水入侵在合理范圍，水資源利用得到滿足;高級目的層:一般在豐水期，在滿足用水的前提下，最大能力地回灌地下水，增加入海水量。同時(shí)，由于海水入侵的滯后性，保護(hù)效果也會(huì)有一定的滯后［2］。

2 水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

2.1 水資源開發(fā)利用率

研究區(qū)2012年水資源總量為12.34 億m3，總供水量7.59 億m3，耗水5.39 億m3，水資源開發(fā)利用率達(dá)到61.4%，消耗率達(dá)到71%，針對水資源總量，耗水比率為43.6%。另外研究區(qū)每年都從土門子水庫、鴨綠江提水利用，實(shí)際開發(fā)利用率要低于此值。

2.2 用水結(jié)構(gòu)分析

2012年用水結(jié)構(gòu)主要為農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水和生活用水，其中生活用水有城市生活用水和農(nóng)村生活用水。農(nóng)業(yè)灌溉用水6.59 億m3，占總用水量87%，工業(yè)用水0.64 億m3，占總用水量8.4%，生活用水0.35 億m3，占總用水量4.6%。詳見表1。

表1 2012年用水結(jié)構(gòu)表

3 水資源開發(fā)利用預(yù)測

3.1 中長期水資源需水預(yù)測

3.1.1 預(yù)測方法

預(yù)測城鎮(zhèn)生活需水、農(nóng)村人畜需水、農(nóng)業(yè)灌溉需水采用定額法。即通過分析確定不同水平年的各種需水定額，乘以相應(yīng)的發(fā)展指標(biāo)，即得到不同水平年的需水量。

計(jì)算公式為:

式中:W 是需水量;Q 是用水定額;C 發(fā)展指標(biāo)，i 是不同的需水類別(城鎮(zhèn)生活、農(nóng)村人畜、農(nóng)業(yè)灌溉)。

預(yù)測工業(yè)各部門的需水采用萬元產(chǎn)值耗水量的方法，通過對萬元產(chǎn)值耗水量分析，確定合理的重復(fù)利用率，然后利用萬元產(chǎn)值用水定額推算不同水平年的工業(yè)需水量，公式如下:

式中:q 為萬元產(chǎn)值用水定額;G 為萬元產(chǎn)值;k 為重復(fù)利用系數(shù)。

3.1.2 預(yù)測的依據(jù)

本次規(guī)劃需水預(yù)測主要依據(jù)是:東港市《國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一五年計(jì)劃和2010年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》、市計(jì)生委制定的《人口規(guī)劃》。水資源的合理利用是關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展的主要因素之一，無論現(xiàn)在還是將來，本市各部門的各個(gè)行業(yè)都要本著計(jì)劃用水、節(jié)約用水的原則，千方百計(jì)降低用水定額，提高單位水資源的效益。因此在需水預(yù)測中要充分考慮到科技進(jìn)步、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、行業(yè)技術(shù)改造、先進(jìn)的節(jié)水技術(shù)和節(jié)水措施推廣使用等方面節(jié)水因素［3－4］。

根據(jù)本市的實(shí)際情況，確定城鎮(zhèn)生活用水和農(nóng)村生活用水保證率95%，農(nóng)業(yè)灌溉用水保證率為75%，工業(yè)用水保證率為95%。

3.1.3 預(yù)測結(jié)果

需水總量預(yù)測(如表2，圖1、圖2)

圖1 2020年需水結(jié)構(gòu)圖

圖2 2030年需水結(jié)構(gòu)圖

表2 需水總量預(yù)測表 萬m3

從圖中看出，農(nóng)業(yè)依然是主要用水戶，分別高達(dá)87%和85%，生活用水量逐步增加，工業(yè)用水量有減少趨勢［5］。

3.2 中長期水資源供水結(jié)構(gòu)與供需平衡分析

3.2.1 供水結(jié)構(gòu)

根據(jù)東港市水資源規(guī)劃，地下水控制開采量，2020年和2030年保持4200 萬方水不變。根據(jù)保證率，地表水、地下水供水量如下表3，其中地表水所占比例高達(dá)93%。

表3 供水結(jié)構(gòu)表

3.2.2 供需平衡分析

從4 表中可以看出:2020年缺水9 819.3 萬m3，其中鴨干和鴨～大缺水12 366 萬m3，大洋河余水2 546 萬m3。

2030年缺水11 792.7 萬m3，其中鴨干和鴨～大缺水14 270 萬m3，大洋河余水2 477.3 萬m3。

表4 供需平衡分析表 萬m3

3.3 節(jié)水預(yù)測

3.3.1 農(nóng)業(yè)節(jié)水

改造現(xiàn)有水利工程，完善配套工程與調(diào)水工程，節(jié)水改造工程完成后，灌溉定額平均降低256 m3/hm2，灌區(qū)每年節(jié)省水量1.43 億m3。

3.3.2 工業(yè)節(jié)水

工業(yè)節(jié)水預(yù)測根據(jù)定額計(jì)算，2020年定額比2010年 少10 方/萬元，392 億 元 產(chǎn) 值 節(jié) 約1 960 萬m3水。

4 水資源配置方案

基于保證海水入侵程度最小思想的水資源優(yōu)化配置模型，以入海水量最大化為目標(biāo)函數(shù)，以生存條件約束和承載能力約束組成約束空間，構(gòu)造出水資源配置方案生成模型［6］。

模型數(shù)學(xué)表述如下:

4.1 目的函數(shù)

入海水資源量最大化，即地下水入海量和河口水入海量最大:

式中:W 為入海水量;Q地為地下水初水量;W地引為地下水引水量;W農(nóng)用為農(nóng)業(yè)用水量;Q河為河流初水量;W河引為河流水引水量;W工用為工業(yè)用水量;W生用為生活用水量，1.2 是地下水防治海水入侵效應(yīng)系數(shù)，0.5、0.1、0.6、0.75 為用水回歸系數(shù)。

4.2 約束條件

4.2.1 生存條件約束

生存條件約束主要有4 條:

1)Q河－ W河引+0.1W農(nóng)用+ 0.6W工用+ 0.6W生用≥Min，W生態(tài)為保證生態(tài)需水量要求。

2)Q庫≥W庫引為保證水庫可引水量。

3)Q河≥W河引為保證河水可引水量。

4)Q地≥W地引為保證地下水可引水量。4.2.2 承載能力約束

W河引+W地引+W庫引≥W農(nóng)用+W工用+W生用為保證引水量大于用水量。

(Q河－W河引)×(C標(biāo)－C本底)≥W污為保證水質(zhì)安全(納污能力)。

5 結(jié) 論

結(jié)合2020年、2030年預(yù)測的供需分析，預(yù)測7.3 億m3和7.5 億m3的需水量和6.3 億的供水量，并計(jì)劃對灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造，新建鴨綠江引水工程，大洋河新建攔河閘及改建沿河提水站工程等，可 供 水 量 達(dá) 到7.54 億m3，2010年 余 水0.24 億m3，2030年余水0.04 億m3，水資源總量基本滿足要求［7－8］。

根據(jù)地下水的1.2 作用系數(shù)，一般只關(guān)注河水約束條件，鴨綠江的生態(tài)需水和納污能力滿足約束條件，故在充分引用水庫水后不足部分引用河水。

本模型以防治海水入侵為唯一目的，在輸水線路的經(jīng)濟(jì)效益沒有考慮，又由于本地區(qū)水資源豐富，一般以需定供，三水配置約束條件一般處于閑置狀態(tài)。

［1］王濤，周旭東，李晶. 大連地區(qū)海水入侵成因分析及防治對策研究［J］. 東北水利水電，2008(10).

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