榆次區(qū)遠期規(guī)劃水平年水資源配置方案研究

郝曉芳

（晉中市水文水資源勘測分局，山西 晉中 030600）

1 榆次區(qū)水資源供需現(xiàn)狀

1.1 水資源供需現(xiàn)狀

榆次區(qū)是山西省晉中市委、市政府駐地，是晉中市的發(fā)展中心。水資源的可持續(xù)利用，是榆次區(qū)新時期社會經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護的基礎(chǔ)，榆次區(qū)1956—2016 年多年平均水資源總量為8 280 萬m3。

調(diào)查統(tǒng)計，2016 年榆次區(qū)水利工程總供水量為14 728 萬 m3，其中，地表水 4 900 萬 m3，占 33.3%；地下水 8 835 萬 m3，占 60.0%；中水 993 萬 m3，占 6.7%。其中，第一產(chǎn)業(yè)（包括農(nóng)業(yè)灌溉、林牧漁業(yè)）8 500 萬m3，占57.7%；第二產(chǎn)業(yè)2 461 萬m3，占16.7%；第三產(chǎn)業(yè)644 萬 m3，占 4.4%；生活用水（包括城鎮(zhèn)、農(nóng)村）2 130萬 m3，占 14.5%；生態(tài)用水 993 萬 m3，占 6.7%。

1.2 水資源配置目標

榆次區(qū)水資源配置，首先運用水資源配置優(yōu)化模型，計算出規(guī)劃水平年（2030 年）的供需水量，再通過供需分析，對水利工程可供水量進行合理調(diào)整，然后提出水資源優(yōu)化配置方案。配置方案遵循公平性、高效性、可持續(xù)性的原則，確定各主要行業(yè)供水保證率如下：工業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)、生活用水（包括城鎮(zhèn)、農(nóng)村）等供水保證率達到95%；農(nóng)業(yè)灌溉用水在P 為75%和P 為95%情況下不作要求，供水保證率P 僅要求達到50%。

晉中市政府核定2030 年用水總量的控制目標為1.63 億m3，以此進行遠期2030 年水資源配置，其中供需平衡差率要求在±5%以內(nèi)。

2 水資源配置模型

2.1 目標函數(shù)

榆次區(qū)水資源優(yōu)化配置以可持續(xù)發(fā)展理論為基礎(chǔ)，強調(diào)社會經(jīng)濟、人口、資源、生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，遵循水資源的供需平衡、時間和空間上的水量和水質(zhì)統(tǒng)一控制。以經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益等綜合效益最佳為優(yōu)化配置目標。使用這組“管理系數(shù)”的加權(quán)函數(shù)，來確定每個作業(yè)的優(yōu)先權(quán)數(shù)及總量，加權(quán)函數(shù)計算公式：

（1）目標1（經(jīng)濟效益）：各水平年各子區(qū)不同行業(yè)供水產(chǎn)生的經(jīng)濟凈效益最大。

式中：maxf（1x）——經(jīng)濟效益最大化目標函數(shù)；

wk——子區(qū)k 的權(quán)重系數(shù)；

i———供水水源數(shù)i=1……（Ik）；

j——某子區(qū)用戶序號j=1……J（k）；

k——供水子區(qū)數(shù)k=1……k。

（2）目標2（社會效益）：各水平年各子區(qū)供水系統(tǒng)總?cè)彼孔钚　?/p>

式中：minf2（x）——供水系統(tǒng)總?cè)彼孔钚』繕撕瘮?shù)；

（3）目標3（環(huán)境效益）：各水平年的各子區(qū)COD排放量之和最小。

式中：maxf3（x）——各水平年的各子區(qū)COD 排放量之和最小化目標函數(shù)；

2.2 約束條件

多水源供水優(yōu)化配置的目的是確定最合理的各水源供水量。一方面，希望供水量盡量達到配置目標，反映在優(yōu)化模型的目標函數(shù)值最大或最?。涣硪环矫?，各種水源進行供水時，受配置原則、各水源自身的供水能力和相應(yīng)的供水配套設(shè)施的限制。各水源的供水量必須符合一定的條件沒反映在優(yōu)化模型的約束條件集合上。

（1）水源可供水量約束：

（2）需水約束：

式中：Bk——k 子區(qū)的最低需水量；

（3）用戶需水能力限制：

（4）非負約束：

2.3 模型參數(shù)

（1）水資源供水次序系數(shù)、用戶公平系數(shù)

按照“先生活用水，再農(nóng)工業(yè)，同時兼顧生態(tài)”的原則，擬定各主要行業(yè)的供水順序為：城鎮(zhèn)生活用水、農(nóng)村生活用水、工業(yè)、建筑業(yè)、電力工業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)、農(nóng)業(yè)灌溉用水、林牧漁業(yè)、生態(tài)環(huán)境用水，按順序計算得到各主要行業(yè)的公平系數(shù)為：0.20、0.18、0.16、0.13、0.11、0.09、0.07、0.04、0.02。

（2）效益系數(shù)

榆次區(qū)2016 年工業(yè)萬元產(chǎn)值用水量為41 m3/萬元，預(yù)計2030 年工業(yè)萬元產(chǎn)值用水量改進至25 m3/萬元，則工業(yè)用水量效益系數(shù)為400 元/m3。其他行業(yè)用水（包括生活、生態(tài)用水）因難以針對效益量化，此次分析采用工業(yè)用水量效益系數(shù)一同計算。

（3）費用系數(shù)

按照榆次區(qū)基準年水費征收標準，本次計算中第二產(chǎn)業(yè)、城鎮(zhèn)生活用水費用分別為6.5 元/m3、3.8 元/m3，第三產(chǎn)業(yè)、農(nóng)業(yè)、農(nóng)村生活、林牧漁畜、生態(tài)用水費用均為1.0 元/m3。

（4）目標權(quán)重

本次計算運用二元對比法確定目標權(quán)重系數(shù)，得到經(jīng)濟效益目標0.5，社會效益目標0.3，環(huán)境效益目標0.2。

3 供水水源配置

3.1 供需平衡分析

從地表水工程供水量、地下水工程供水量、中水可利用量三方面進行可供水量分析預(yù)測可得，到2030 年，榆次區(qū)水利工程年可供水量：P=50%情況下為 19 320 萬 m3，其中非農(nóng)業(yè) 11 940 萬 m3，農(nóng)業(yè)7 380 萬 m3；P=75%情況下為 17 680 萬 m3，其中非農(nóng)業(yè) 11 940 萬 m3，農(nóng)業(yè) 5 740 萬 m3；P=95%情況下為17 230 萬 m3，其中非農(nóng)業(yè) 11 940 萬 m3，農(nóng)業(yè) 5 290 萬 m3。

根據(jù)主要行業(yè)用水指標與發(fā)展趨勢進行需水量預(yù)測，到 2030 年，國民經(jīng)濟和社會發(fā)展需水量：P=50%情況下為16 250 萬m3/年，其中非農(nóng)業(yè)10 742 萬 m3/年，農(nóng)業(yè) 5 509 萬 m3/年；P=75%情況下為 17 860 萬m3/年，其中非農(nóng)業(yè)10 742 萬m3/年，農(nóng)業(yè)7 118 萬 m3/年；P=95%情況下為 17 860 萬 m3/年，其中非農(nóng)業(yè) 10 742 萬 m3/年，農(nóng)業(yè) 7 118 萬 m3/年。

計算可得50%保證率情況下，可供水量滿足需水量要求，余水3 070 萬m3/年。75%和95%保證率情況下，可供水量與需水量基本持平，其中非農(nóng)業(yè)供水量滿足需水量要求，農(nóng)業(yè)供水不能滿足需水量要求，缺水量為 1 378～1 828 萬 m3。

上述可知，預(yù)測需水量在榆次區(qū)用水總量控制目標（1.63 億m3）內(nèi)，已符合要求。預(yù)測可供水量大于用水總量控制目標，依據(jù)供需平衡原則須對水利工程可供水量進行優(yōu)化配置。

3.2 水利工程可供水量配置

前述需水量預(yù)測經(jīng)合理性分析，節(jié)水的空間非常有限。從減少供水成本和供水工程投資等方面考慮，主要對水利工程供水進行調(diào)整，確定供水水源配置。

2020—2030 年，榆次主要供水工程及供水水源組成如下：

地表水：小型地表水引提水；松塔水電站引水工程；引黃工程供水；瀟河大壩水利樞紐工程。

地下水：藺郊集中供水工程；西窯水源地（重建大溝水源地）；北山水源地：六臺和東郝水源地；當?shù)氐叵滤こ蹋ǚ稚㈤_采井水源工程）。

中水：正陽污水凈化有限公司（一廠、二廠）；規(guī)劃污水處理廠（高校園區(qū)、修文處理廠）。

根據(jù)前述各主要行業(yè)供水保證率目標對供需水方案進行合理的調(diào)整。

調(diào)整引黃工程供水量，年供水量由3 650 萬m3調(diào)整為2 500 萬m3；因存在地下水超采的情況，農(nóng)業(yè)供水調(diào)整地下水可開采量，年開采量控制由5 600 萬m3調(diào)整為4 530 萬m3；為保護地表水生態(tài)環(huán)境，調(diào)整小型水利工程年供水量，由1 500 萬m3調(diào)整為1 000 萬m3。

調(diào)整后規(guī)劃水利工程供水量：P=50%情況下為16 250 萬 m3/年，其中非農(nóng)業(yè) 9 600 萬 m3/年，農(nóng)業(yè)6 650 萬 m3/年；P=75%情況下為 15 460 萬 m3/年，其中非農(nóng)業(yè) 9 600 萬 m3/年，農(nóng)業(yè) 5 860 萬 m3/年；P=95%情況下為15 010 萬m3/年，其中非農(nóng)業(yè)9 600 萬m3/年，農(nóng)業(yè) 5 410 萬 m3/年。

與前文規(guī)劃需水量對比可知，非農(nóng)業(yè)、農(nóng)業(yè)供水分別滿足95%、50%的供水保證率，均符合各自的供水保證率要求。

到2030年，水利工程配置年供水總量為16 250萬m3，與2016 年比較增加了1 522 萬m3，增加幅度約10.3%。各水源供水量對比情況見表1。

總體上，地表水工程供水量相對穩(wěn)定在總供水量的37%～38%，地下水開采量所占比重相對減少，中水利用量所占比重相對增加，外引水源（客水）所占比重增加。

到2030 年，配置外引水源和中水利用量占到總供水量的44%，充分利用外引水和中水對于有效解決或緩解榆次水資源緊缺問題將會起到非常重要的作用。因此，在今后的經(jīng)濟發(fā)展中，應(yīng)重視外引水源和污水處理工程項目的建設(shè)。

表1 2016 年、2030 年供水量對比情況表 單位：萬m3

4 主要行業(yè)用水量配置

從供需平衡分析中已知，規(guī)劃到2030 年P(guān)=50%情況下，總需水量為16 250 萬 m3，較2016 年增加1 522 萬m3。主要行業(yè)用水量中，第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)、生態(tài)、城鄉(xiāng)生活分別為5 730 萬m3、3 245 萬 m3、1 110 萬 m3、1 140 萬 m3、5 025 萬 m3，占總配置水量的比例分別為35.3%、20.0%、6.8%、7.0%和4.2%。

到2030 年，通過農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水技術(shù)的提高，農(nóng)業(yè)用水量減少，地下水開采量減少。壓縮地下水開采這部分水量主要用于修復(fù)地下水超采和地表水功能區(qū)生態(tài)環(huán)境；第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)、生態(tài)、城鄉(xiāng)生活用水量不同程度提高，增加的用水量主要通過引黃工程供水和中水利用解決。