多水源聯(lián)合調配在西北干旱半干旱地區(qū)的探究

趙 萌，李 婷

（寧夏水文水資源監(jiān)測預警中心,寧夏 銀川 750011）

0 引言

水是生命之源、生產之要、生態(tài)之基,飲水安全事關國計民生,做好飲用水水源地安全保障工作,確保人民群眾飲用水安全,是全面落實“水利工程補短板,水利行業(yè)強監(jiān)管”的重要體現(xiàn),也是新時期深入推進黃河流域生態(tài)保護和高質量發(fā)展的必然要求。在水資源不足或分布不均的地區(qū),城市單一的供水水源,增加了城市供水的脆弱性,為應對水資源短缺問題,統(tǒng)籌協(xié)調區(qū)域用水需求,優(yōu)化水資源配置,通過水資源的合理高效利用,實現(xiàn)區(qū)域間多水源聯(lián)合調配供水,構成多水源聯(lián)合供水格局[1],是水量保障的有效途徑,也是經濟社會可持續(xù)發(fā)展的有效措施之一。本文結合西北干旱半干旱地區(qū)水資源短缺、供需矛盾日益突出的基本特點,以固原市為例,在系統(tǒng)分析區(qū)域各水源情況的基礎上,建立了多水源聯(lián)合調配供水模式,為區(qū)域城鄉(xiāng)居民飲水安全提供技術依據(jù)。

1 水源概況

1.1 水源地

固原市位于寧夏南部山區(qū),總面積1.13 萬km2,下轄一區(qū)四縣,分別為原州區(qū)、西吉縣、隆德縣、涇源縣、彭陽縣,根據(jù)《關于印發(fā)全區(qū)縣級以上水源地名錄的通知》寧環(huán)水體發(fā)〔2018〕74 號文件通知,固原市現(xiàn)有縣級以上城市飲用水水源地11 個,其中地下水水源地3 個,地表水水源地8 個,基本情況見表1。

1.2 供水工程

按照國家關于推進城市多水源保障體系建設和超采區(qū)治理要求,寧夏積極推動新時期城鄉(xiāng)用水方式轉變,科學謀劃實施了黃河水替代水源工程,固原市主要供水工程基本情況,見表2。

表2 固原市主要供水工程基本情況表

2 多水源聯(lián)合調配方案

2.1 調配方法

多水源聯(lián)合調配方法整體思路為：區(qū)域水源分析—多水源優(yōu)化配置—確定可調水量—構建多水源聯(lián)合調配方案。聯(lián)合調配供水方案由區(qū)域內聯(lián)合調配單元組成[2],調配單元根據(jù)縣（區(qū)）等來劃分,多水源調配方案將對每一個獨立的子系統(tǒng)進行水資源調配,最大限度地優(yōu)化供水效益,通過多水源空間優(yōu)化配置[3-4],以實現(xiàn)對流域或區(qū)域經濟社會用水需求的均衡供水保障。

2.2 多水源聯(lián)合調配供水標準

水源聯(lián)調情形分為突發(fā)性水源污染和極端干旱取水量不足兩種情形：

（1）極端干旱期風險：將極端干旱應急備用供水風險期按60 天規(guī)劃。

（2）突發(fā)水源污染事件風險期：根據(jù)《城市供水應急和備用水源工程技術標準》（CJJT 282-2019）,突發(fā)性水源污染事件的風險期為5 天～10 天。地級市、一般縣（區(qū)）應急備用供水風險期分別按照10 天、7 天考慮。

2.2.1 水量標準

水源風險期供水壓縮比應根據(jù)氣候條件、水源條件、城市性質和規(guī)模、產業(yè)結構、居民生活水平等因素確定,水量按下式計算：

式中：Q為應急水量,m3；q為城市平均日用水量,m3/d；k為風險期用水壓縮比例,%；t為持續(xù)時間,d。

水源風險期供水量不同類別用水的供水壓縮比見表3。

表3 寧夏應急備用供水情況下不同類別用水的供水壓縮比

2.2.2 水質標準

應急聯(lián)調水源為地表水時,水質應滿足《地表水環(huán)境質量標準》（GB 3838-2002）中Ⅲ類及以上標準限值要求。聯(lián)調水源為地下水時,水質應滿足《地下水質量標準》（GB/T 14848-2017）中Ⅲ類及以上標準限值要求。由于地下水水質穩(wěn)定,結合寧夏地下水水質實際情況,多水源應急聯(lián)調水源為地下水時,水質類別放寬至Ⅳ類。

2.3 多水源聯(lián)合調配方案

2.3.1 固原市原州區(qū)多水源聯(lián)合調配方案

主水源：涇河水源,中莊水庫；應急備用水源：清水河源頭水源,賀家灣水庫、海子峽水庫；地下水源,彭堡水源地；應急聯(lián)調水源：黃河水源,清水河流域城鄉(xiāng)供水工程。多水源聯(lián)合保障示意圖,見圖1。

圖1 原州區(qū)城市多水源聯(lián)合保障示意圖

2.3.2 西吉縣多水源聯(lián)合調配方案如下

主水源：涇河水源,中莊水庫；應急備用水源：地下水源,沙崗子水源地；應急聯(lián)調水源：黃河水源,清水河流域城鄉(xiāng)供水工程。多水源聯(lián)合保障示意圖,見圖2。

圖2 西吉縣城市多水源聯(lián)合保障示意圖

2.3.3 彭陽縣多水源聯(lián)合調配方案

主水源：涇河水源,中莊水庫；應急備用水源：地下水源,彭陽縣城水源地；應急聯(lián)調水源：黃河水源,清水河流域城鄉(xiāng)供水工程。多水源聯(lián)合保障示意圖,見圖3。

圖3 彭陽縣城市多水源聯(lián)合保障示意圖

2.3.4 隆德縣多水源聯(lián)合調配方案

主水源：渝河支流水源,清涼水庫、黃家峽水庫、直峽水庫；應急備用水源：渝河支流水源,張士水庫；應急聯(lián)調水源：涇河水源,隆德縣抗旱應急調水工程。多水源聯(lián)合保障示意圖,見圖4。

圖4 隆德縣城市多水源聯(lián)合保障示意圖

2.3.5 涇源縣

涇源縣多水源聯(lián)合調配方案如下：主水源：香水河水源,西峽水庫；聯(lián)調水源：涇河水源,涇源縣抗旱應急調水工程。多水源聯(lián)合保障示意圖,見圖5。

圖5 涇源縣城市多水源聯(lián)合保障示意圖

3 聯(lián)合調配保障能力分析

根據(jù)預測,2025 年全市城鎮(zhèn)生活和工業(yè)正?？傂杷繛?2.54 萬m3/d,應急聯(lián)調總需水量為8.91 萬m3/d,各縣區(qū)應急聯(lián)調需水量,見表4。

表4 城市應急聯(lián)調需水量 單位：萬m3/d

3.1 原州區(qū)不同情境下應急聯(lián)調能力保障性分析

3.1.1 極端干旱天氣下涇河來水量不足及中莊水庫突發(fā)水污染

極端干旱、涇河來水量不足及中莊水庫突發(fā)水污染突情況下,停止中莊水庫供水,啟用應急備用水源彭堡水源地、賀家灣水庫水源地、海子峽水庫水源地,總供水量4.12 萬m3/d,可滿足應急備用需水量3.79 萬m3/d 的需求。由于地表水源存在水源不足風險,可通過清水河流域城鄉(xiāng)飲水安全工程進行水源聯(lián)調,保障原州區(qū)供水安全,可供水量5.30 萬m3/d,滿足用水需求,同時也滿足60 天應急備用需水量需求。

3.1.2 涇河突發(fā)污染事故

涇河突發(fā)污染時,立即停止中南部城鄉(xiāng)飲水安全工程供水取水,中莊水庫正常供水,供水量2.35 萬m3/d,清水河流域城鄉(xiāng)飲水安全工程聯(lián)通水源,供水量5.30 萬m3/d,滿足應急備用需水量3.79 萬m3/d 的需求,同時也滿足7 天應急備用需水量需求。

3.2 西吉縣不同情境下應急聯(lián)調能力保障性分析

3.2.1 極端干旱天氣下涇河來水量不足

啟用應急備用水源沙崗子水源地,總供水量5.1 萬m3/d,滿足應急備用需水量2.61 萬m3/d 的需求。極端干旱天氣下沙崗子水源地地下水超采使用,同時也滿足60 天應急備用需水量需求。

3.2.2 中莊水庫突發(fā)污染事故

啟用應急備用水源沙崗子水源地,可供水量3.23 萬m3/d,滿足2.61 萬m3/d 應急備用需水量要求,同時也滿足7 天應急備用需水量需求。

3.2.3 涇河突發(fā)污染事故

停止中南部城鄉(xiāng)飲水安全工程取水,中莊水庫正常供水,中莊水庫調蓄庫容為2300 萬m3,西吉縣4.36 萬m3/d,滿足應急備用需水量2.61 萬m3/d 要求,同時也滿足7 天應急備用需水量需求。

3.3 隆德縣不同情境下應急聯(lián)調能力保障性分析

3.3.1 極端干旱天氣下水量不足

可依托地灣水庫作為調蓄水庫,可實現(xiàn)隆德縣片區(qū)內部水量聯(lián)調聯(lián)控。此外,中南部城鄉(xiāng)供水工程可作為抗旱應急水源,實現(xiàn)1.0 萬m3/d 聯(lián)合調控供水,滿足應急備用期0.68 萬m3/d 需求,同時也滿足7 天應急備用需水量需求。

3.3.2 葫蘆河水系渝河、莊浪河、甘渭河或地灣水庫發(fā)生突發(fā)水污染

可啟用隆德縣抗旱應急調水工程聯(lián)調供水,可保障水量1.0 萬m3/d,滿足應急備用期0.68 萬m3/d 需求,同時也滿足7 天應急備用需水量需求。

3.4 涇源縣不同情境下應急聯(lián)調能力保障性分析

可啟用涇源縣抗旱應急調水工程水源, 可保障水量0.6 萬m3/d,滿足應急備用期0.55 萬m3/d 需求,同時也滿足7 天～60 天應急備用需水量需求。

3.5 彭陽縣不同情境下應急聯(lián)調能力保障性分析

3.5.1 涇河或中莊水庫突發(fā)污染事故

可啟用彭陽縣城水源地,應急備用水量2.0 萬m3/d,滿足1.28 萬m3/d 應急備用需水量要求,同時也滿足7 天應急備用需水量需求。

3.5.2 極端干旱天氣下涇河來水量不足

可通過清水河流域城鄉(xiāng)飲水安全工程進行水源聯(lián)調,可滿足西吉縣應急備用期1.28 萬m3/d 需水量要求,同時也滿足7 天～60 天應急備用需水量需求。

4 結語

本文結合新時期寧夏“北引黃河水、南調涇河水、用好當?shù)厮钡某青l(xiāng)供水新格局,充分考慮水資源、水環(huán)境承載能力,通過分析水源風險期時長和水質條件,計算水源風險期供水量,科學合理的提出了多水源優(yōu)化調度聯(lián)合供水策略[5-6],構建了多源互補、互為備用、集約高效的城市供水水源體系,為固原市抵御突發(fā)性污染事件、應對干旱等極端天氣提供了有效方案,也為當前城市水源優(yōu)化調度,統(tǒng)籌配置管理提供了可行的研究思路和技術路徑。