大凌河流域及主要控制斷面的地表水可利用量計(jì)算分析

李曉波

(遼寧省朝陽縣水務(wù)局，遼寧 朝陽 122000)

1 流域概況

大凌河地處遼西低山丘陵區(qū)，地理坐標(biāo)為E118°53′-121°52′、N40°28′-42°38′。大凌河流域南與六股河、小凌河相鄰，以松嶺為界；西與青龍河相鄰；北臨老哈河、教來河、；東鄰繞陽河，以醫(yī)巫閭山為界。該流域主要有清河、細(xì)河、涼水河、牤牛河、老虎山河、大定河、瓦子峪河、李二河、紅臺(tái)子河等支流，流域內(nèi)植被覆蓋率低，河流洪峰漲跌迅速，大凌河上游分西、南兩支，其發(fā)源于平泉縣宋營子鄉(xiāng)泉子溝和吳坤杖子村水泉溝，兩支在喀左縣大城子鎮(zhèn)東南匯合，流經(jīng)朝陽、北漂、義縣、凌海市等地后于凌海注入渤海。流域總面積23263km2，其中平原區(qū)11%，低山丘陵89%，自下而上建有白石、閻王鼻子、宮山咀等水庫。

該流域?qū)贉貛Ъ撅L(fēng)氣候，年均氣溫8.0℃-9.0℃，年均降水量500mm，受季風(fēng)氣候影響年際降水量存在較大差異，降水量豐、枯比最高可達(dá)3倍，年內(nèi)降水分配不均衡，其中6-9月降水占全年的70%-80%。地下水和大氣降水為河流水系主要補(bǔ)給來源，年蒸散發(fā)1700mm，蒸發(fā)量最小、最大時(shí)段為5月和1月，年際徑流量變化較大，徑流豐、枯比最高達(dá)10倍。借鑒流域內(nèi)2017-2019年供水狀況，流域內(nèi)水資源開發(fā)率60.8%，流域供水量9.28億m3，現(xiàn)狀具有較高的開發(fā)利用程度。

2 地表水可利用量

2.1 計(jì)算流程

依據(jù)《全國水資源調(diào)查評(píng)價(jià)技術(shù)細(xì)則》直接計(jì)算水資源可利用量，通過長系列調(diào)節(jié)保證運(yùn)算結(jié)果的精準(zhǔn)度，詳細(xì)流程為：

步驟1：以河道內(nèi)生態(tài)需水量為基準(zhǔn)對(duì)流域?qū)嵭虚L系列調(diào)節(jié)計(jì)算，在缺水量和棄水量達(dá)到最小化的條件下，確定汛期各控制斷面及水庫的不可用洪水和棄水量，即不可利用水量。

步驟2：各控制斷面及水庫的90%、70%頻率下和多年平均生態(tài)環(huán)境供水量從調(diào)節(jié)計(jì)算結(jié)果中直接提取，通過比較分析目標(biāo)或者基本生態(tài)需水量，確定生態(tài)需水量計(jì)算成果為兩者較大值[1-3]。

步驟3：遵循地表水資源不包括再生水、污廢水、回歸水等水量的原則，對(duì)各控制斷面及水庫利用倒算法計(jì)算，即扣除河道內(nèi)不可利用水量和生態(tài)環(huán)境需水量后的多年平均地表水資源量即為最終結(jié)果，其表達(dá)式為：

W地表水資源可利用量=W地表水資源量-W不可利用水量-W河道內(nèi)生態(tài)需水量

(1)

其中，如何確定汛期難以利用洪水量和河道內(nèi)最小生態(tài)環(huán)境需水量為計(jì)算地表水資源可利用量的關(guān)鍵[4]。據(jù)此，本研究利用水文學(xué)法計(jì)算河道生態(tài)環(huán)境需水量，并按照流域最下游的耗用程度以及控制節(jié)點(diǎn)上的工程調(diào)蓄能力綜合確定汛期難以利用的洪水量。

2.2 生態(tài)需水量

文章選擇白石水庫、閻王鼻子水庫、宮山咀水庫、凌海、義縣、朝陽6個(gè)斷面進(jìn)行河道生態(tài)需水量分析，采用水文學(xué)法以及長系列天然徑流數(shù)據(jù)，分別確定非汛期、汛期和冰凍期生態(tài)需水量，見表1。

表1 各斷面生態(tài)需水量 萬m3

1)12-次年3月。依據(jù)斷面長系列月平均流量和年內(nèi)需水過程的最低值，采用QP法和生態(tài)基流分別計(jì)算95%、90%保證率下的生態(tài)需水量，即不同頻率下最枯月的平均流量[5]。

2)6-9月。結(jié)合水資源可利用量調(diào)查評(píng)價(jià)資料及其技術(shù)細(xì)則確定目標(biāo)生態(tài)需水計(jì)算比例，即以年均徑流量的30%作為汛期各月生態(tài)流量。

3)4-5月、10-11月。考慮到大凌河流域非汛期天然來水量小、年內(nèi)降雨分配極不均衡的實(shí)際情況，以年均徑流量的20%作為非汛期各月生態(tài)流量[6-7]。

2.3 不可利用水量

工程調(diào)蓄能力和流域需水量在一定程度上影響著不可利用水量，文章利用大凌河流域1961-2005年供用水?dāng)?shù)據(jù)資料確定生態(tài)環(huán)境、生產(chǎn)及生活用水需求，并插補(bǔ)匯總了2006-2019年各部門供、用水量，在此基礎(chǔ)上對(duì)大凌河流域用水結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其供水變化趨勢進(jìn)行分析，并借鑒國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展相關(guān)指標(biāo)確定大凌河流域在可預(yù)見期內(nèi)的生態(tài)環(huán)境、生產(chǎn)以及生活用水需求量，見表2。其中，大凌河流域可預(yù)見期內(nèi)的地表水12.65億m3，流域內(nèi)、外需水量為1.60億m3和11.05億m3[8]。

表2 大凌河流域可預(yù)見期內(nèi)需水量 萬m3

供水工程棄水和汛期不可利用洪水為流域不可利用水量，水源取生態(tài)環(huán)境需水量扣除后的天然徑流量，通過供需分析確定供水工程棄水以及汛期各控制斷面不可利用量，見表3。

表3 流域不可利用水量 萬m3

2.4 成果分析

1985-2019年大凌河流域年均地表徑流量12.63億m3，其中遼寧段徑流量11.76億m3，通過長系列調(diào)節(jié)計(jì)算確定包含回歸水利用量的可供出水量為10.25億m3，斷面入海量3.71億m3，其缺水量1.55億m3，詳見表4。

表4 地表水可利用量

依據(jù)供需平衡分析成果，采用倒算的方法計(jì)算減去不可利用水量及河道內(nèi)生態(tài)需水量的水資源量。大凌河流域年均地表水量12.63億m3，不同保證率(即90%、70%)條件下的地表水量為5.27億m3、7.43億m3，從而確定全流域地表水可利用量9.52億m3，開發(fā)利用率達(dá)到75.4%；其中，大凌河流域最下游凌海斷面地表水可用量9.91億m3，其開發(fā)利用率達(dá)到78.5%。

3 合理性評(píng)價(jià)

3.1 流域地表水可利用量

結(jié)合前文計(jì)算成果，遼寧省境內(nèi)大凌河流域地表水量11.76億m3，其生態(tài)需水量2.34億m3，不可利用量0.39億m3，地表水可利用量9.03億m3，地表水利用率76.8%。大凌河流域水量分配方案與文章計(jì)算的可利用量成果，如圖1所示。

圖1 計(jì)算成果分析

從圖1可知，白石水庫和閻王鼻子水庫下閘蓄水發(fā)揮著很大的興利作用，通過存儲(chǔ)流域內(nèi)不可利用水量大幅提升了地表水可利用率；凌海、義縣和朝陽斷面下泄水量能夠滿足各用水戶的用水需求，并且可以基本滿足河道生態(tài)需水量，該計(jì)算結(jié)果與全國水資源調(diào)查評(píng)價(jià)相關(guān)要求保持較高的一致性，研究成果可為流域水資源規(guī)劃以及地表水合理利用提供借鑒[9]。

3.2 主要控制斷面地表水可利用量

凌海斷面地表水可利用量對(duì)比，見表5。

表5 凌海斷面地表水可利用量對(duì)比

由表5可知，三次評(píng)價(jià)地表水資源量較二次評(píng)價(jià)明顯減少，兩次評(píng)價(jià)生態(tài)需水保持較好的一致性，與二次評(píng)價(jià)相比不可利用洪水大大減少。通過深入分析發(fā)現(xiàn)，近年來大凌河流域年徑流量不斷減少，加之白石水庫、閻王鼻子水庫下閘蓄水使得流域內(nèi)不可利用水量得以存儲(chǔ)，水利工程建設(shè)有效解決了流域內(nèi)缺水問題，并發(fā)揮著重要的興利功能，所以不可利用洪水減少與水利工程蓄水功能相一致；此外，三次評(píng)價(jià)較二次評(píng)價(jià)的可利用水率明顯提升，白石、閻王鼻子和宮山咀水庫供水大大提升了各用水戶的用水保證率，所以計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況保持一致；另外，大凌河流域水量分配方案與本次計(jì)算分析成果整體一致，可見文章計(jì)算結(jié)果能夠較為客觀、準(zhǔn)確的反映地表水可利用量及其特征。

水資源是促提高生活質(zhì)量、進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要條件，也是實(shí)現(xiàn)國家糧食、生態(tài)與飲水安全的基本保障[10]。長期以來，遼寧地區(qū)面臨著嚴(yán)峻的缺水問題，隨著人口的持續(xù)擴(kuò)張及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地下水超采、水環(huán)境污染等問題日趨顯露，優(yōu)化配置和綜合利用有限的水資源極為重要。對(duì)此，應(yīng)不斷優(yōu)化水資源配置方案確保農(nóng)業(yè)有效灌溉用水，滿足城鄉(xiāng)居民生活用水以及工業(yè)用水的合理配置，堅(jiān)持以較高的優(yōu)先級(jí)賦予生態(tài)環(huán)境用水，實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境、區(qū)域經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益與水量分配的平衡，最大程度的挖掘水資源效益。

4 結(jié) 論

大凌河流域水資源量呈明顯減少趨勢，較二次評(píng)價(jià)水資源量第三次評(píng)價(jià)減少5.22億m3，兩次評(píng)價(jià)生態(tài)需水保持較好的一致性，不可利用洪水大大減少，白石水庫、閻王鼻子水庫下閘蓄水使得流域內(nèi)不可利用水量得以存儲(chǔ)，水利工程建設(shè)有效解決了流域內(nèi)缺水問題，并發(fā)揮著重要的興利功能。

大凌河流域年均地表水量12.63億m3，全流域地表水可利用量9.52億m3，開發(fā)利用率達(dá)到75.4%，流域最大供水量能夠滿足各用水戶用水需求。