崇信縣水資源供需預(yù)測及保護規(guī)劃設(shè)計

邊 疆

(甘肅煤田地質(zhì)局一四六隊，甘肅 平?jīng)?744000)

1 水資源概述

1.1 水資源條件

按照崇信縣境內(nèi)河流分布特征及自然地理條件，劃分為汭河干流區(qū)間、左營溝、關(guān)河溝、等共21個地表水資源分區(qū)。崇信縣境內(nèi)主要河系為汭河、黑河、達溪河。其多年平均降水量為553.4mm，折合水量為4.6984億m3。多年平均降雨量是全國平均降雨量的的85.4%，是全省平均降水量(277.0mm)的2.0倍。崇信縣20cm口徑蒸發(fā)器觀測的多年水面蒸發(fā)量為1475.7mm，按換算系數(shù)0.65換算為E-601型蒸發(fā)器，多年平均水面蒸發(fā)量為959.2mm，多年平均陸面蒸發(fā)量為494.0mm，干旱指數(shù)為1.7。根據(jù)干旱區(qū)的劃分標(biāo)準(zhǔn)，崇信縣為半濕潤區(qū)。

1.2水資源總量

采用1956—2016年徑流系列評價，崇信縣自產(chǎn)地表水資源量為6100萬m3，主要分布于汭河流域，占全縣水資源總量的53.2%；黑河流域占全縣水資源總量的35.7%；達溪河上游區(qū)間占全縣水資源總量的4.8%；涇河干流區(qū)間占全縣水資源總量的6.3%。崇信縣不重復(fù)地下水資源量477.59萬m3。經(jīng)計算得到其平均水資源可利用總量為3383.89萬m3。

2 需水預(yù)測

2.1 需水分析預(yù)測

2.1.1生活需水預(yù)測

生活需水量預(yù)測采用人均日用水量的定額法進行預(yù)測，計算公式如下[1-5]：

(1)

2.1.2工業(yè)需水預(yù)測

一般工業(yè)需水預(yù)測采用萬元工業(yè)增加值需水量法進行預(yù)測，采用以下公式[6-10]。

WIt=IGDPt×IWGt

(2)

式中，WIt—一般工業(yè)需水量，萬m3；IGDPt—第t年的一般工業(yè)增加值規(guī)模，億元；IWG—第t年的一般工業(yè)增加值用水量，m3/萬元。

預(yù)測基準(zhǔn)年能源工業(yè)需水量為620萬m3；到2025和2035年，崇信縣能源工業(yè)需水量為3679萬m3，見表1。

表1 崇信縣工業(yè)需水量匯總 單位：萬m3

2.1.3建筑業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)需水預(yù)測

在該縣我們選擇采用萬元增加值用水量法進行預(yù)測建筑業(yè)需水量。得到基準(zhǔn)、2025和2035年的需水量分別為11萬、15萬、20萬m3。采用萬元增加值用水量法預(yù)測第三產(chǎn)業(yè)需水量[5]，得到基準(zhǔn)、2025和2035年的需水量分別為71萬、125萬和206萬m3。

2.1.4農(nóng)業(yè)灌溉需水預(yù)測

根據(jù)預(yù)測節(jié)水分析與規(guī)劃，2025和2035年多年平均農(nóng)田灌溉用水定額為310m3/畝、277m3/畝；2025和2035年多年平均農(nóng)田灌溉需水量為996m3和889萬m3。

崇信縣園林草發(fā)展較快，因缺少灌溉條件，果品品質(zhì)和產(chǎn)量不能提高，規(guī)劃水平年適當(dāng)增加園林草灌溉，增加農(nóng)民收入。崇信縣現(xiàn)狀園林草灌溉水利用系數(shù)為0.55，預(yù)計到2025年和2035年灌溉水利用系數(shù)分別提高到0.8，園林草灌溉用水定額為113m3/畝。經(jīng)預(yù)測，2025年和2035年園林草灌溉需水量為353萬m3。

預(yù)測基準(zhǔn)年崇信縣農(nóng)業(yè)灌溉總需水量1309萬m3，農(nóng)田灌溉需水量為1284萬m3，園林草灌溉需水量為25萬m3；預(yù)測2025年農(nóng)業(yè)灌溉總需水量1349萬m3，其中農(nóng)田灌溉需水量為996萬m3，園林草灌溉需水量為353萬m3；預(yù)測到2035年農(nóng)業(yè)灌溉總需水量1242萬m3，其中農(nóng)田灌溉需水量為889萬m3，園林草灌溉需水量為353萬m3。崇信縣農(nóng)業(yè)灌溉需水量總體見表2。

表2 崇信縣農(nóng)業(yè)灌溉需水量匯總 單位：萬m3

2.2 需水總量預(yù)測

結(jié)合崇信縣生活、生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境需水量，崇信縣當(dāng)?shù)亟?jīng)濟社會發(fā)展需水量預(yù)測成果見表3?；鶞?zhǔn)年崇信縣經(jīng)濟社會發(fā)展需水總量為2398萬m3，2025年崇信縣經(jīng)濟社會發(fā)展需水總量為5764萬m3， 2035年崇信縣經(jīng)濟社會發(fā)展需水總量為5907萬m3。各水平年各行業(yè)需水構(gòu)成如圖1所示。

圖1 各規(guī)劃水平年經(jīng)濟社會發(fā)展需水結(jié)構(gòu)(單位：%)

3 水資源供需分析

本次規(guī)劃水資源供需平衡分析主要是在充分發(fā)揮現(xiàn)狀供水工程的潛力下，依據(jù)供水預(yù)測規(guī)劃新增的各類水源供水工程，計算各規(guī)劃水平年的可供水量，然后結(jié)合需水預(yù)測進行水資源供需平衡分析[11]。

3.1 現(xiàn)狀水資源供需分析

現(xiàn)狀2017年全縣可供水量為各類水工程的現(xiàn)狀供水能力，用水量是居民生活、國民經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的實際用水?，F(xiàn)狀用水量為1196萬m3，供水能力大于用水量，因此滿足需水要求。

3.2 規(guī)劃水平年水資源供需平衡分析

2025、2035年總需水量分別為5764萬和5907萬m3，由于當(dāng)?shù)氐乇硭?、地下水量受“三條紅線”指標(biāo)控制，規(guī)劃水平年還不能達到供需平衡，通過非常規(guī)水源增加供水量。通過預(yù)測得到2025年總供水量4532萬m3，缺水量占總需水量的21.4%；2035年總供水量5907萬m3，缺水0萬m3。

3.3 水資源合理配置

根據(jù)需水量預(yù)測及崇信縣2025、2035年用水總量指標(biāo)紅線，為不突破用水總量紅線，水資源配置原則為保持生活、工業(yè)、生態(tài)等行業(yè)預(yù)測定額及需水量不變，主要措施為通過加大灌區(qū)節(jié)水改造力度，結(jié)合相應(yīng)工程措施對農(nóng)業(yè)挖潛節(jié)水，通過中水回用和礦井水利用增加供水量，形成崇信縣規(guī)劃水平年水資源配置見表4。

表4 崇信縣規(guī)劃水平年水資源配置 單位：萬m3

3.4 水資源配置評價

崇信縣水資源總量為6577.59萬m3，水資源可利用量為2905.4萬m3。從各規(guī)劃水平年供需分析和水資源配置結(jié)果看，全縣水資源可利用量能滿足2035年經(jīng)濟社會發(fā)展的供需水量。2025—2035年社會經(jīng)濟發(fā)展需水量增長幅度較大，由2025年的5764萬m3增長到2035年的5907萬m3，其中能源化工產(chǎn)業(yè)的需水量劇增，由2025年的3717萬m3增長到2035年的3736萬m3，分別達到總需水量的64.48%和63.25%。因此，崇信縣應(yīng)考慮統(tǒng)籌做好工業(yè)節(jié)水和水利工程規(guī)劃(特別是白龍江引水等外流域調(diào)水工程)，以滿足2035年經(jīng)濟社會發(fā)展的需水要求。

4 水資源保護規(guī)劃

4.1 水功能區(qū)劃及保護目標(biāo)

4.1.1水功能區(qū)劃

根據(jù)崇信縣水資源自然條件、開發(fā)利用和保護要求，崇信縣境內(nèi)共劃分了3個一級分區(qū)，均為開發(fā)利用區(qū)，涉及河流包括汭河、黑河、達溪河。根據(jù)崇信縣河流具體情況，在3個開發(fā)利用區(qū)內(nèi)共劃分出3個二級區(qū)劃功能區(qū)段。

4.1.2保護目標(biāo)

結(jié)合崇信縣實際情況，參考平?jīng)鍪兴Y源現(xiàn)狀，確定水資源保護規(guī)劃目標(biāo)。規(guī)劃2025、2035水平年的飲用水源地水質(zhì)達標(biāo)率100%，且污水處理率分別達到85%、95%，工業(yè)污水的排放達標(biāo)率分別達到95%、100%，水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)分別達到75%、90%以上。

4.2 水功能區(qū)現(xiàn)狀納污能力

我們采用一維水質(zhì)模型來計算該區(qū)的納污能力。河流的納污能力計算公式為[12-14]：

(3)

式中，W—單元納污能力，g/s；Q—設(shè)計流量，m3/s；Cs—水質(zhì)目標(biāo)值，mg/L；C0—污染物濃度，mg/L；qi—旁側(cè)入流量，m3/s；K—污染物綜合降解系數(shù)，1/d；x1、x2—旁側(cè)入流概化口至上、下游對照斷面的距離，km；μ—流速，m/s。

根據(jù)崇信縣主要河流的實際情況，將河流概化成順直河道，只考慮排污口對計算河道水環(huán)境的影響，并將入河排污口位置概化為河段中部。

上一個水功能區(qū)的水質(zhì)目標(biāo)值是下一個功能區(qū)的初始濃度值Co。初步確定為化學(xué)需氧量為5mg/L，氨氮為0.20mg/L。水質(zhì)目標(biāo)為Ⅱ類的水功能區(qū)，化學(xué)需氧量為15mg/L，氨氮為0.50mg/L；水質(zhì)目標(biāo)為Ⅲ類的水功能區(qū)，化學(xué)需氧量為20mg/L，氨氮為1.00mg/L。

4.3 污染物質(zhì)量與消減量

4.3.1污染水及污染物排放量的預(yù)測

利用上述預(yù)測方法和參數(shù)進行預(yù)測的結(jié)果顯示崇信縣各規(guī)劃水平年的廢污水產(chǎn)生量、入河量及污染物產(chǎn)生量都呈逐年上升趨勢，在對廢污水進行處理，達到規(guī)劃中城鎮(zhèn)生活污水處理率和工業(yè)污水排放達標(biāo)率后，未來污染物的入河量呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，污染物入河量均低于現(xiàn)狀污染物入河量。

4.3.2水功能區(qū)納污能力計算結(jié)果

結(jié)果表明崇信縣水功能區(qū)CODcr產(chǎn)生量上升了近1.1倍，氨氮產(chǎn)生量上升了1.2倍多，見表5。經(jīng)濟社會發(fā)展使水資源開發(fā)利用程度不斷提高，該縣河道內(nèi)徑流量下降，由此將導(dǎo)致水功能區(qū)納污能力減少。水功能區(qū)排污總量的不斷增加與納污能力的降低，使得今后污染物削減任務(wù)非常艱巨。實施水資源保護措施，實現(xiàn)規(guī)劃污廢水處理率及達標(biāo)率，能夠使污染物的排放量逐漸下降，水功能區(qū)達標(biāo)率逐年增加。

表5 水平年水功能區(qū)納污能力 單位：t

4.4 水源地保護范圍劃分

崇信縣城區(qū)水源地：一級保護區(qū)范圍分別以1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#為中心，半徑為50m圓的外接多邊形，面積為0.0686km2。不設(shè)二級保護區(qū)。

4.5 水資源保護措施

4.5.1水資源供水工程

規(guī)劃實施關(guān)河、孫家峽、棗林溝、后河溝、廟臺、赤城、野雀水庫等7項水資源開發(fā)利用項目，計劃庫容達到1800萬m3，可以顯著提高崇信水資源配置能力。

4.5.2工農(nóng)業(yè)節(jié)水工程方案

逐步提高工業(yè)用水重復(fù)利用，2025和2035年計劃達到85%和95%。崇信縣將大力發(fā)展輸水管道和噴灌、微灌等節(jié)水農(nóng)業(yè)灌溉。2025年，計劃投資3000萬元實施汭河灌區(qū)維修及節(jié)水改造工程，改善灌區(qū)工程現(xiàn)狀提高灌溉效率。2035年計劃投資15億元實現(xiàn)灌溉并網(wǎng)，灌溉設(shè)施田間配套一體化。

4.5.3生態(tài)河湖治理工程

圍繞斷面考核，對城區(qū)河流進行綜合整治和重點污染源治理工作；完成水生態(tài)功能區(qū)劃分、標(biāo)志設(shè)及隔離防護工程，對不同功能區(qū)分門別類采取治理與修復(fù)，完成全域水生態(tài)保護與修復(fù)治理，確保水質(zhì)達到地表水III類。

5 結(jié)語

崇信縣規(guī)劃水平年以2017年為基準(zhǔn)年，以2025、2035年為規(guī)劃水平年，對該縣生活需水、工業(yè)需水、農(nóng)業(yè)需水等各項需水的預(yù)測得到2025年需水總量為5764萬m3，2035年為5907萬m3，但受限于“三條紅線”要求，供需達不到平衡。因此為保證供需平衡必須對該縣的水資源做好規(guī)劃設(shè)計。崇信縣水功能區(qū)納污能力計算結(jié)果表明河道內(nèi)徑流量下降，水功能區(qū)納污能力減少，廢污水達到規(guī)劃中污水排放標(biāo)準(zhǔn)后排放。水資源保護治理要以節(jié)水理念為指導(dǎo)，工程方案為核心手段，該縣水資源供需分析可為類似分析提供借鑒。同時為確保供需預(yù)測精度關(guān)于預(yù)測的計算公式還需要進一步的優(yōu)化。