鑒江流域特枯條件下應(yīng)急供水供需平衡分析

呂超寅，郝穎波，房春艷，周佳偉

(1.廣東省西江流域管理局，廣東 珠海；2.中山大學(xué)水資源與環(huán)境研究中心，廣東 廣州 510275； 3.華南地區(qū)水循環(huán)和水安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510275；4.中山大學(xué) 土木工程學(xué)院，廣東 珠海 519082)

1 概述

水資源是重要的基礎(chǔ)自然資源，供水安全是關(guān)系居民生活、城市運(yùn)轉(zhuǎn)和社會發(fā)展的最基本保障[1]。隨著鑒江流域社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，以及氣候環(huán)境的改變，各城區(qū)供水也面臨著各種各樣的問題，尤其是在特枯條件下，水源短缺可能引發(fā)供水突發(fā)事件等安全問題，需要相應(yīng)的應(yīng)急方案對應(yīng)急條件下的供需水進(jìn)行量化分析。

目前，國內(nèi)外對城市應(yīng)急供水、水源保障能力的研究較多。趙林林[2]以月塘水庫為應(yīng)急水源地，對儀征市進(jìn)行了應(yīng)急供水水量平衡分析；張海濱[3]制定了東北地區(qū)不同干旱等級下保障目標(biāo)的供水標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)不同干旱條件進(jìn)行應(yīng)急需水預(yù)測；黃恒熙[4]用人口資料與國民經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對惠州市應(yīng)急需水進(jìn)行預(yù)測，并分析各產(chǎn)業(yè)需水的合理性；王靜[5]針對城市供水系統(tǒng)各環(huán)節(jié)高危要素建立相關(guān)指標(biāo)體系和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對鄭州、東莞等6個(gè)城市的供水系統(tǒng)應(yīng)急能力進(jìn)行評價(jià)；V.K.Lohani等[6]基于Palmer干旱指數(shù)，采用非均一馬爾柯夫鏈轉(zhuǎn)移概率模型，對維吉尼亞干旱進(jìn)行了預(yù)警，結(jié)果表明：該方法很好地反映了氣候?qū)Ω珊档挠绊?；Marwan Haddad[7]以巴基斯坦地區(qū)為例，為應(yīng)對恐怖襲擊、投毒等突發(fā)事件下的供水安全問題，提出了建立應(yīng)急地下水源及地下輸水管網(wǎng)系統(tǒng)?？傊?，大多數(shù)對于應(yīng)急供需水的研究都以城市為對象，對于流域相應(yīng)的研究較少。本文將從流域的尺度預(yù)測在特枯條件下的應(yīng)急需水，制定相應(yīng)的應(yīng)急供水方案，并對水量供需平衡情況進(jìn)行分析。

2 流域概況

鑒江是粵西沿海最大、最長的一條獨(dú)流入海的河流，發(fā)源于信宜市東鎮(zhèn)里五大山，由北向南流經(jīng)信宜、高州、化州3市至湛江吳川市黃坡注入南海。鑒江干流全長為231 km，總落差為220 m，平均坡降為0.374‰。流域總面積為9 464 km2，在茂名市的流域面積為7 949 km2，約占全流域的84%，廣西境內(nèi)的集雨面積為745 km2，湛江吳川市集雨面積為770 km2。鑒江流域人口約為731萬。流域多年平均雨量為1 780 mm，由西南向東北遞增，變化范圍為1 500～2 000 mm；流域多年平均水面蒸發(fā)量為1 180.7 mm(E601型蒸發(fā)器)；多年平均徑流量為89億m3；較大支流有羅江、曹江、大井河、袂花江、小東江等(見圖1所示)。

圖1 鑒江流域概況示意

3 應(yīng)急需水預(yù)測

3.1 分區(qū)及水平年

本次應(yīng)急需水量預(yù)測范圍包括茂名市與湛江市共4市2區(qū)，以及電白區(qū)內(nèi)的濱海新區(qū)與湛江市內(nèi)的東海島。本次預(yù)測以2020年為水平年。

3.2 應(yīng)急供水保證率及供水保證期

供水保證率是評價(jià)供水工程供水能力的重要指標(biāo)，也是供水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。為應(yīng)對供水突發(fā)事件，對應(yīng)急供水保證率作70%和30%兩種方案，進(jìn)行突發(fā)情況下的需水預(yù)測和方案評價(jià)。其中供水保證期為30 d。

1) 按總需水量的70%考慮。供水保證率完全滿足了居民的生活用水，同時(shí)還能滿足工業(yè)企業(yè)的基本生產(chǎn)用水，對工業(yè)影響不大。保證供水率，除綠化環(huán)衛(wèi)、洗車、娛樂等受到一定影響外，居民生活用水完全不受影響，社會秩序能夠維持穩(wěn)定。

2) 按總需水量的30%考慮?？杀ＷC居民生活用水，所有工業(yè)基本停止生產(chǎn)，供水保證率對工企業(yè)的生產(chǎn)影響大，對社會生活也會造成一定的影響。

3.3 水平年需水預(yù)測

根據(jù)《廣東省各地級以上市用水總量控制指標(biāo)》，茂名市和湛江市2020年用水總量控制指標(biāo)見表1所示。

表1 2020年兩市用水總量控制指標(biāo) 億m3

根據(jù)兩市的用水總量控制指標(biāo)，結(jié)合流域主要取、用水戶2010—2018年取用水?dāng)?shù)據(jù)、鑒江流域2010—2018年的用水變化趨勢，使用定額法與趨勢外推法，預(yù)測2020年流域內(nèi)河道內(nèi)行業(yè)需水和河道外需水(見表2所示)。

表2 2020水平年鑒江流域需水預(yù)測 萬m3

3.4 應(yīng)急需水量預(yù)測

分別按照總需水量70%、30%的供水保證率要求，得出鑒江流域在2020水平年下特枯條件時(shí)7 d、10 d、13 d的應(yīng)急需水量(見表3～4所示)。

表3 2020水平年各區(qū)城鎮(zhèn)應(yīng)急需水量(70%保證率) 萬m3/d

表4 2020水平年各區(qū)城鎮(zhèn)應(yīng)急需水量(30%保證率) 萬m3/d

4 應(yīng)急供水方案與水量供需平衡分析

鑒江流域在特枯條件下應(yīng)急供水水源主要是依賴于高州水庫、羅坑水庫和一些干渠，水源到用戶則主要依靠供水廠，東海島供水主要是鑒江供水樞紐工程。

4.1 應(yīng)急供水方案

為了增加應(yīng)急供水方案的有效性與可行性，結(jié)合鑒江流域1958—2018年來水情況和調(diào)度情況，設(shè)置3種特枯條件，每種條件下兩水庫調(diào)度期分別為13 d、10 d、7 d。各枯水條件設(shè)置與其對應(yīng)應(yīng)急供水方案見表5所示。

表5 各枯水條件設(shè)置與其對應(yīng)應(yīng)急供水方案

4.1.1方案1

調(diào)度周期為13 d。初始調(diào)度時(shí)高州水庫水位為80.66 m，出庫流量為60 m3/s。而羅坑水庫初始水位為107.5 m，枯水期入庫流量為2 m3/s，擬定出庫流量為7 m3/s進(jìn)行應(yīng)急調(diào)度。兩水庫調(diào)度過程見表6所示，兩水庫共調(diào)度水量1.38億m3，提供鑒江流域主要干渠和用水戶30 d總應(yīng)急用水。

表6 方案1應(yīng)急調(diào)度期內(nèi)兩水庫調(diào)度過程 萬m3

4.1.2方案2

調(diào)度周期為10 d，初始調(diào)度時(shí)高州水庫水位為80.66 m，出庫流量為70 m3/s；羅坑水庫初始水位為107.5 m，入庫流量為1.8 m3/s。擬定出庫流量為8 m3/s進(jìn)行應(yīng)急調(diào)度(調(diào)度過程見表7所示)，兩水庫共調(diào)度水量1.299億 m3，提供鑒江流域主要干渠和用水戶30 d總應(yīng)急用水。

表7 方案2應(yīng)急調(diào)度期內(nèi)兩水庫調(diào)度過程 萬m3

4.1.3方案3

調(diào)度周期為7 d。初始調(diào)度時(shí)高州水庫水位為79.16 m，出庫流量為90 m3/s；羅坑水庫初始水位為102.2 m，入庫流量為1.5 m3/s。擬定出庫流量為10 m3/s進(jìn)行應(yīng)急調(diào)度(調(diào)度過程見表8所示)，兩水庫共調(diào)度水量0.947億m3，提供鑒江流域主要干渠和用水戶30 d總應(yīng)急用水。

表8 方案3應(yīng)急調(diào)度期內(nèi)高州水庫應(yīng)急調(diào)度過程 萬m3

4.2 供需平衡分析

高州水庫與羅坑水庫在應(yīng)急供水時(shí)遵循優(yōu)先保障城鄉(xiāng)居民生活用水、再考慮重要工業(yè)和生態(tài)用水的原則，由于特殊干旱期水量的緊缺性，需要削減一部分農(nóng)業(yè)灌溉、發(fā)電用水。3種方案下兩水庫均能保證城鄉(xiāng)居民生活及主要用水戶用水(見表9所示)。

表9 3種方案中主要用水戶30 d應(yīng)急配水量 萬m3

基于3種方案情況下的流域應(yīng)急供水供需平衡分析如表10所示。方案2、3均能保證流域70%以上的需水；方案1由于水庫出庫流量較小，調(diào)度期內(nèi)對于70%保證率13 d的應(yīng)急需水尚缺水561.9萬m3，但也基本能保證流域內(nèi)的正常供水，表明了方案設(shè)置的科學(xué)合理性。

表10 2020水平年各區(qū)城鎮(zhèn)應(yīng)急供水供需平衡分析 萬m3

特枯條件下，在應(yīng)急供水時(shí)需要削減一部分農(nóng)業(yè)灌溉及發(fā)電用水，3種方案下各干渠及調(diào)度工程缺水量如表11所示。與3特枯條件的設(shè)置相對應(yīng)，流域來水越枯，各干渠取水的削減量越大。

表11 3種方案下主要干渠30 d應(yīng)急調(diào)配水量及缺水量 萬m3

綜合主要用水戶與干渠的供需水分析，3種方案各有優(yōu)劣。方案3考慮最不利的枯水情況，更注重保證近期的供水；方案1考慮較為溫和的枯水情況，更注重保證遠(yuǎn)期的供水；方案2折中。在應(yīng)急供水時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行綜合考量。

5 結(jié)語

1) 本文預(yù)測了鑒江流域在2020水平年的應(yīng)急需水量，為應(yīng)對3種特枯條件制定了3種應(yīng)急供水方案，從方案1到方案3遵循由緩至急的策略。

2) 分析了鑒江流域供水、需水情況，在進(jìn)行應(yīng)急供水時(shí)優(yōu)先保障城鄉(xiāng)居民生活用水、再考慮重要工業(yè)和生態(tài)用水，并削減一部分農(nóng)業(yè)灌溉用水。3種供水方案均能滿足流域30 d生活用水的需求，基本能保證流域內(nèi)的正常供水。

3) 本文應(yīng)急供水方案以兩座水庫作為應(yīng)急供水水源地，沒有考慮輸水過程的損耗、突發(fā)水污染事件、工程事故等問題，應(yīng)急供水機(jī)制仍需進(jìn)一步完善。