山東省重點(diǎn)工程可供水量核算要點(diǎn)分析

陳干琴，莊會(huì)波，袁月平

（1.山東省水文中心，山東 濟(jì)南250002；2.青島市水文中心，山東 青島266000）

根據(jù)當(dāng)前水資源管理需要，第三次山東省水資源調(diào)查評(píng)價(jià)在全國(guó)規(guī)定性任務(wù)基礎(chǔ)上，將全省43座重點(diǎn)工程可供水量復(fù)核工作納入重點(diǎn)評(píng)價(jià)任務(wù)，并寫(xiě)入《第三次山東省水資源調(diào)查評(píng)價(jià)任務(wù)書(shū)》。重點(diǎn)工程可供水量成果是水資源合理開(kāi)發(fā)和優(yōu)化配置的重要依據(jù)，應(yīng)具有嚴(yán)肅性、權(quán)威性。

重點(diǎn)工程可供水量具體核算任務(wù)有二：一是分析現(xiàn)狀用水戶用水滿足程度，以農(nóng)業(yè)供水為主的水庫(kù)分析灌區(qū)現(xiàn)狀有效灌溉面積灌溉滿足程度和現(xiàn)狀工業(yè)生活用水滿足程度，以工業(yè)生活供水為主的水庫(kù)分析現(xiàn)狀工業(yè)生活用水滿足程度及同時(shí)可滿足的農(nóng)業(yè)用水量或可灌溉面積；二是分析可供水量，以農(nóng)業(yè)供水為主的水庫(kù)分析滿足現(xiàn)狀農(nóng)業(yè)供水任務(wù)情況下可供給工業(yè)生活的最大供水量，以工業(yè)生活供水為主的水庫(kù)，分析最大工業(yè)生活供水量及同時(shí)可滿足的農(nóng)業(yè)用水量或可灌溉面積。對(duì)于流域內(nèi)包含大型水庫(kù)的大型水庫(kù)，還應(yīng)增加上游水庫(kù)按照最大供水量供水情況下本水庫(kù)可供水量核算任務(wù)。

1 存在的問(wèn)題

1.1 調(diào)節(jié)計(jì)算方法不統(tǒng)一

有采用“計(jì)入損失的長(zhǎng)系列調(diào)節(jié)計(jì)算方法”，也有采用“不計(jì)入損失長(zhǎng)系列調(diào)節(jié)計(jì)算方法”，對(duì)采用方法的依據(jù)及對(duì)成果的可能影響缺乏必要的交代。

1.2 采用系列長(zhǎng)度不一

主要有采用1956—2016年和設(shè)站年份—2016年兩種情況，缺少系列代表性評(píng)價(jià)內(nèi)容，不利于成果應(yīng)用。

1.3 現(xiàn)狀來(lái)水量計(jì)算不準(zhǔn)確

一是概念不清，對(duì)其內(nèi)涵缺乏理解，前文現(xiàn)狀來(lái)水量?jī)?nèi)涵與后文調(diào)節(jié)計(jì)算水量平衡項(xiàng)目不對(duì)應(yīng)、不協(xié)調(diào)；二是對(duì)天然徑流量中大量負(fù)值進(jìn)行簡(jiǎn)單“零”處理，導(dǎo)致成果偏大、不安全；三是現(xiàn)狀來(lái)水量計(jì)算方法單一，成果合理性分析不夠。

1.4 用水戶情況介紹不全面、不詳細(xì)

部分水庫(kù)僅說(shuō)明了工業(yè)生活用水量合計(jì)值，農(nóng)業(yè)灌溉需水量計(jì)算缺乏必要的過(guò)程，有些未考慮不同年份降水差異，在一定程度上影響了可供水量成果精度。部分取得農(nóng)業(yè)許可證的水庫(kù)灌區(qū)，按照許可水量進(jìn)行長(zhǎng)系列調(diào)算，違背了灌溉保證率內(nèi)涵。

1.5 其他問(wèn)題

水庫(kù)蒸發(fā)量計(jì)算公式不符合事實(shí)，死記硬套教科書(shū)公式；未考慮水庫(kù)下游河道基本生態(tài)用水量；農(nóng)業(yè)用水限制庫(kù)容有采用各月固定的限制庫(kù)容，也有采用各月變化的限制庫(kù)容；不考慮汛限水位及農(nóng)業(yè)用水限制庫(kù)容；興利水位和汛限水位對(duì)應(yīng)庫(kù)容等控制庫(kù)容不正確；保證率分析不符合最新規(guī)范等。

2 關(guān)鍵技術(shù)及解決方案

2.1 調(diào)節(jié)計(jì)算方法

“不計(jì)入損失長(zhǎng)系列調(diào)節(jié)計(jì)算方法”實(shí)質(zhì)是假設(shè)了現(xiàn)狀來(lái)水量中蒸發(fā)滲漏量與現(xiàn)狀或未來(lái)供用水情況下的蒸發(fā)滲漏量相等。顯然，在分析現(xiàn)狀滿足程度時(shí)，假設(shè)現(xiàn)狀來(lái)水量中蒸發(fā)滲漏量與現(xiàn)狀用水情況下蒸發(fā)滲漏量相等是合理的；分析最大供水量時(shí)，水庫(kù)按照最大供水量供水情況下的多年平均蒸發(fā)滲漏量一般比現(xiàn)狀偏小，偏小幅度與水庫(kù)剩余供水潛力有關(guān)，剩余供水潛力越大，偏小幅度會(huì)略大，但是該方法調(diào)算得的可供水量成果相比“計(jì)入損失的長(zhǎng)系列調(diào)節(jié)計(jì)算方法”成果是偏小的、偏于安全的。

另外，采用“不計(jì)入損失的長(zhǎng)系列調(diào)節(jié)計(jì)算方法”，會(huì)存在不少月份現(xiàn)狀來(lái)水量為負(fù)值，根據(jù)第三次評(píng)價(jià)單站徑流還原計(jì)算成果，2000年以來(lái)水庫(kù)水文站天然徑流量負(fù)值情況較2000年前有所增加、占有一定比例，將負(fù)值簡(jiǎn)單“0”處理會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)狀來(lái)水量不同程度偏大，從而導(dǎo)致現(xiàn)狀滿足程度偏高或可供水量成果偏大。應(yīng)對(duì)負(fù)值進(jìn)行前后協(xié)調(diào)處理，即將負(fù)值中和到前后的正值中，或者簡(jiǎn)單“0”處理后對(duì)多年來(lái)水量進(jìn)行進(jìn)一步修正，確保處理前后多年平均來(lái)水量基本不變。

2.2 系列長(zhǎng)度

根據(jù)最新評(píng)價(jià)成果，對(duì)全省而言1956—2016年系列總體代表性較好、略微偏豐。鑒于本項(xiàng)工作是第三次水資源調(diào)查評(píng)價(jià)的重要組成部分，推薦采用與水資源評(píng)價(jià)一致的基礎(chǔ)系列，即推薦采用1956—2016年進(jìn)行長(zhǎng)系列調(diào)節(jié)計(jì)算。采用設(shè)站年份至2016年系列因其年限遠(yuǎn)超過(guò)30年亦符合相關(guān)規(guī)范。不管采用哪個(gè)系列，報(bào)告中都應(yīng)對(duì)采用系列的代表性進(jìn)行必要的評(píng)價(jià)說(shuō)明，以指導(dǎo)成果應(yīng)用。

2.3 現(xiàn)狀來(lái)水量

對(duì)于設(shè)有水文站的水庫(kù)工程，現(xiàn)狀來(lái)水量系列有兩種計(jì)算方法：一種是基于壩址斷面天然徑流量系列，逐年扣除現(xiàn)狀上游工程和用水條件下的攔蓄利用水量，再加上本水庫(kù)現(xiàn)狀條件下蒸發(fā)滲漏水量。另一種是基于水庫(kù)出庫(kù)水量系列，扣除上游工程未建年份現(xiàn)狀條件下的攔蓄利用水量，再加上本水庫(kù)實(shí)際蒸發(fā)滲漏水量。

對(duì)于未設(shè)水文站、借用參證站為河道水文站天然年徑流量系列計(jì)算現(xiàn)狀來(lái)水量的水庫(kù)工程，水文比擬法得到的是水庫(kù)上游（入庫(kù)斷面以上）現(xiàn)狀條件下的天然徑流量，再逐年扣除現(xiàn)狀上游工程和用水條件下的攔蓄利用水量，并加上庫(kù)面降水量，得到現(xiàn)狀來(lái)水量；借用參證站為水庫(kù)水文站時(shí)，水文比擬法得到的是壩址斷面天然徑流量，進(jìn)一步采用第一種方法即可得到水庫(kù)現(xiàn)狀來(lái)水量。

上述方法得到的現(xiàn)狀來(lái)水量適用于“計(jì)入損失的長(zhǎng)系列調(diào)節(jié)計(jì)算方法”，嚴(yán)謹(jǐn)來(lái)講，此時(shí)現(xiàn)狀來(lái)水量?jī)?nèi)涵應(yīng)為水庫(kù)現(xiàn)狀條件下上游入庫(kù)水量與庫(kù)面降水量之和。如采用“不計(jì)入損失長(zhǎng)系列調(diào)節(jié)計(jì)算方法”，則不需要還原蒸發(fā)滲漏水量，其他處理基本相同，此時(shí)現(xiàn)狀來(lái)水量?jī)?nèi)涵應(yīng)為水庫(kù)現(xiàn)狀條件下上游入庫(kù)水量與庫(kù)面降水量之和再扣除蒸發(fā)滲漏水量，基本等同于出庫(kù)水量與水庫(kù)蓄變量之和。

受調(diào)節(jié)計(jì)算方法影響及資料條件限制，各重點(diǎn)工程現(xiàn)狀來(lái)水量?jī)?nèi)涵是不一樣的。應(yīng)在報(bào)告中對(duì)水庫(kù)現(xiàn)狀來(lái)水量的內(nèi)涵進(jìn)行明確界定，即說(shuō)明具體包括水庫(kù)上游來(lái)水量、庫(kù)面降水量、庫(kù)面蒸發(fā)量、水庫(kù)滲漏量等中的哪些項(xiàng)目。

同時(shí)報(bào)告中應(yīng)對(duì)水庫(kù)多年平均現(xiàn)狀來(lái)水量、實(shí)測(cè)水量、天然徑流量進(jìn)行比較，結(jié)合現(xiàn)狀上游攔蓄利用量、上游工程未建年份攔蓄利用量等，分析各項(xiàng)數(shù)據(jù)之間的協(xié)調(diào)性，確?，F(xiàn)狀來(lái)水量成果的合理性、可靠性。

2.4 水庫(kù)蒸發(fā)滲漏水量

基于壩址斷面天然徑流量計(jì)算現(xiàn)狀來(lái)水量時(shí)，蒸發(fā)量可采用實(shí)際值替代，考慮到壩址斷面天然徑流量已經(jīng)是壩址斷面以上現(xiàn)狀下墊面條件下的天然徑流量，因此滲漏量應(yīng)采用現(xiàn)狀條件下即除險(xiǎn)加固后滲漏損失系數(shù)估算；基于出庫(kù)水量計(jì)算現(xiàn)狀來(lái)水量時(shí)，水庫(kù)蒸發(fā)和滲漏水量應(yīng)根據(jù)當(dāng)年實(shí)際情況估算，不同時(shí)期水庫(kù)滲漏系數(shù)可根據(jù)無(wú)雨期觀測(cè)資料估算。蒸發(fā)損失量應(yīng)為庫(kù)面水面蒸發(fā)量，不應(yīng)扣除相應(yīng)陸面蒸發(fā)量。

2.5 工業(yè)生活用水量

本次重點(diǎn)工程可供水量核算作為水資源評(píng)價(jià)層面工作，主要服務(wù)于未來(lái)區(qū)域水資源配置和用水量控制管理，考慮到工業(yè)供水保證率與生活用水保證率要求相差不大，可合并考慮按照保證率95%要求論證。為提高核算報(bào)告嚴(yán)肅性，應(yīng)逐一列出取得許可證的用戶名稱及許可水量及未取得許可證但具有取水事實(shí)的用水戶名稱及實(shí)際年用水量，現(xiàn)狀工業(yè)生活需水量為有效許可水量及未取得許可的事實(shí)用水量之和。

2.6 農(nóng)業(yè)用水量

以農(nóng)業(yè)供水為主的水庫(kù)，報(bào)告中應(yīng)提供灌區(qū)基本信息，如主要作物種類、名稱、復(fù)種指數(shù)等，并按照歷年實(shí)際降水量和主要作物需水規(guī)律，根據(jù)水量平衡原理計(jì)算各種作物凈灌溉定額及灌區(qū)歷年綜合凈灌溉定額，結(jié)合灌區(qū)現(xiàn)狀有效灌溉面積和灌溉水有效利用系數(shù)，即可算得現(xiàn)狀歷年逐月農(nóng)業(yè)需水量。少數(shù)水庫(kù)核算報(bào)告采用了歷年相同的計(jì)劃用水量并采用某一月分配系數(shù)分配至各月用水量。筆者以光明水庫(kù)為例，對(duì)采用歷年相同的農(nóng)業(yè)需水量和歷年變動(dòng)的農(nóng)業(yè)需水量分別進(jìn)行了調(diào)算比較，發(fā)現(xiàn)采用歷年相同的農(nóng)業(yè)需水量時(shí)現(xiàn)狀用水戶滿足程度和最大供水量成果都一定程度偏高、偏大。以農(nóng)業(yè)供水為主的水庫(kù)在調(diào)節(jié)計(jì)算時(shí)應(yīng)采用歷年變動(dòng)的農(nóng)業(yè)需水量。

對(duì)于以工業(yè)生活供水為主的水庫(kù)，其核算任務(wù)是分析最大工業(yè)生活供水量及同時(shí)可滿足的農(nóng)業(yè)用水量或可灌溉面積，一般最大工業(yè)生活供水情況下，農(nóng)業(yè)用水量或灌溉面積比較小。筆者以光明水庫(kù)為例按照歷年相同和歷年不同農(nóng)業(yè)需水量分別進(jìn)行了調(diào)算，發(fā)現(xiàn)兩種情況下農(nóng)業(yè)用水量或灌溉面積差異不大，考慮到農(nóng)業(yè)灌溉保證率相對(duì)較低，認(rèn)為對(duì)于以工業(yè)生活供水為主的水庫(kù)可以采用歷年相同的農(nóng)業(yè)需水量。

對(duì)于取得農(nóng)業(yè)許可證的灌區(qū)，歷年逐月農(nóng)業(yè)計(jì)劃用水量仍應(yīng)采用計(jì)算成果，不應(yīng)采用年際不變的許可水量，原因是依據(jù)許可水量進(jìn)行多年調(diào)算得出的灌溉保證率成果違背了其概念內(nèi)涵。

2.7 調(diào)節(jié)計(jì)算方程（或水量平衡方程）

調(diào)節(jié)計(jì)算方程中各平衡項(xiàng)目應(yīng)與前述現(xiàn)狀來(lái)水量?jī)?nèi)涵一致。采用“計(jì)入損失的長(zhǎng)系列調(diào)節(jié)計(jì)算方法”時(shí)，如現(xiàn)狀來(lái)水量為庫(kù)區(qū)上游來(lái)水量和庫(kù)面降水量之和，則調(diào)算方程中來(lái)水項(xiàng)目不應(yīng)再包含庫(kù)區(qū)降水量；如現(xiàn)狀來(lái)水量?jī)H為庫(kù)區(qū)上游來(lái)水量，則調(diào)算方程中來(lái)水項(xiàng)目應(yīng)增加庫(kù)區(qū)降水量。采用“不計(jì)入損失長(zhǎng)系列調(diào)節(jié)計(jì)算方法”時(shí)，現(xiàn)狀來(lái)水量實(shí)為庫(kù)區(qū)上游來(lái)水量與庫(kù)面降水量之和扣除庫(kù)區(qū)水面蒸發(fā)量和水庫(kù)滲漏量，調(diào)算方程中用水項(xiàng)目不應(yīng)再包含庫(kù)區(qū)蒸發(fā)量和水庫(kù)滲漏量。應(yīng)認(rèn)真核實(shí)來(lái)水量?jī)?nèi)涵與調(diào)算方程平衡項(xiàng)目的一致性、嚴(yán)謹(jǐn)性，確保成果安全、可靠。

2.8 水庫(kù)下游河道生態(tài)用水量

省內(nèi)河流基本都屬于季節(jié)性河流，生態(tài)用水保證率尚未有明文規(guī)定，結(jié)合我省實(shí)際情況，推薦的處理方法有兩種：一種方法是先將現(xiàn)狀來(lái)水量扣除10%再進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算；另一種方法是暫且不考慮生態(tài)用水進(jìn)行調(diào)算，如果調(diào)算結(jié)果中多年平均棄水量超過(guò)多年平均來(lái)水量10%，則認(rèn)為棄水即滿足下游河道基本生態(tài)用水需求，如多年平均棄水量少于多年平均來(lái)水量則減少可供水量。前者適用于水源豐富、供水潛力相對(duì)較大的水庫(kù)，后者適用于其他水庫(kù)。

2.9 農(nóng)業(yè)用水限制庫(kù)容

關(guān)于農(nóng)業(yè)用水限制庫(kù)容，據(jù)調(diào)查目前存在兩種處理方法，一種是直接采用某一固定值采用多次試算確定，二是采用某一枯水年組，先倒算法求得逐月控制庫(kù)容，再取外包值得到年度逐月限制庫(kù)容，據(jù)此曲線下調(diào)某一數(shù)值作為年內(nèi)變化的限制庫(kù)容，也是通過(guò)多次試算確定。根據(jù)筆者對(duì)光明水庫(kù)試算結(jié)果，兩種方案導(dǎo)致的可供水量成果差異很小。

2.10 調(diào)節(jié)計(jì)算方案及其他問(wèn)題

對(duì)實(shí)行汛限水位控制管理的水庫(kù)應(yīng)考慮汛限水位進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算；但凡兼有農(nóng)業(yè)和工業(yè)生活供水的水庫(kù)都應(yīng)考慮農(nóng)業(yè)限制庫(kù)容，并在報(bào)告中明確現(xiàn)狀和最大工業(yè)生活用水量相對(duì)應(yīng)的農(nóng)業(yè)限制庫(kù)容成果，以指導(dǎo)成果應(yīng)用。調(diào)節(jié)計(jì)算時(shí)控制庫(kù)容應(yīng)采用死水位、興利水位和汛限水位相應(yīng)的庫(kù)容，不能直接采用興利庫(kù)容和汛限庫(kù)容作為控制庫(kù)容。

關(guān)于供水保證率，根據(jù)《水利工程水利計(jì)算規(guī)范（SL104-2015）》，“城鄉(xiāng)供水工程設(shè)計(jì)保證率應(yīng)采用歷時(shí)保證率”，由此工業(yè)生活用水保證率應(yīng)按照計(jì)算時(shí)段統(tǒng)計(jì)，如按照月調(diào)節(jié)計(jì)算則以月為單位統(tǒng)計(jì)。根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（GB50288-2018）》，灌溉保證率指灌溉用水量在多年期間能夠得到保證的概率，由此農(nóng)業(yè)用水保證率應(yīng)按照年統(tǒng)計(jì)。