遼河流域水資源優(yōu)化配置研究

趙寶桐

(鐵嶺市清河區(qū)防汛抗旱指揮部辦公室，遼寧 鐵嶺 112003)

0 引 言

遼河流經(jīng)河北、遼寧、吉林、內(nèi)蒙古四省，全長1345km，流域總面積21.9萬km2，東、西遼河于鐵嶺市福德店水文站上游匯合后始稱干流，最終經(jīng)盤山縣匯流入海。從上而下遼河流域貫穿遼寧省多座城市，其賦存的巨大水資源提供灌溉、供水、發(fā)電、航運等服務(wù)功能，既是遼寧地區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要水源，也是水資源能源基地、戰(zhàn)略水源地和生態(tài)安全屏障區(qū)，為區(qū)域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供重要支撐[1]。近年來，遼河流域形成的工業(yè)布局呈高污染高耗水特征，流域水資源距離以需水為導(dǎo)向的配置目標(biāo)還存在較大差距，如優(yōu)化配置時忽視水生態(tài)、水資源配置與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展間的相互制約、互相促進(jìn)的內(nèi)在聯(lián)系，過于注重其經(jīng)濟(jì)效益[2]；水生態(tài)、水資源與優(yōu)化配置方案間的相互協(xié)調(diào)性較差，較少考慮水生態(tài)效果，動態(tài)監(jiān)督與監(jiān)測水資源配置成果明顯不足等[3-5]。鑒于此，文章利用機(jī)理法、定額法等計算了流域需水量，并結(jié)合需水量預(yù)測結(jié)果優(yōu)化配置了流域水資源，深入探討了水資源配置對水生態(tài)的影響。

1 遼河流域需水量預(yù)測

1.1 研究方法

遼河流域需水量主要包括生態(tài)環(huán)境需水量和農(nóng)業(yè)、工業(yè)、服務(wù)業(yè)、建筑業(yè)、生活等國民經(jīng)濟(jì)需水量，其中農(nóng)業(yè)需水量分為魚塘、牲畜和農(nóng)田灌溉等用水，生活需水量又劃分成農(nóng)村和城鎮(zhèn)兩部分，國民經(jīng)濟(jì)需水量計算見表1[6]。

表1 國民經(jīng)濟(jì)需水量計算

依據(jù)上述方法計算結(jié)果，采用以下公式確定流域第t年總需水量TLMt，即：

TLWt=WEt+WTt+WCt+
WIt+WLt+WAt+WDt

(1)

式中：WEt、WTt、WCt、WIt、WLt、WAt、WDt依次為服務(wù)業(yè)、商飲業(yè)、建筑業(yè)、工業(yè)、林木漁業(yè)、農(nóng)業(yè)灌溉和居民生活需水量，萬m3。

1.2 需水預(yù)測

采用國民經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和公式(1)計算遼河流域現(xiàn)狀年及規(guī)劃水平年需水量，見表2。其中，分區(qū)A、B、C、D、E、F、G、H、I分別代表石佛寺以上、柳河、石佛寺以下、饒陽河、柳河口以下、大伙房書庫以上、大伙房書庫以下、太子河、大遼河。

表2 不同規(guī)劃水平年需水量預(yù)測 億m3

由表2可知，50%、75%、90%頻率下遼河流域規(guī)劃水平年2025年的需水總量分別為116.18億m3、124.42億m3、131.15億m3，規(guī)劃水平年2030年的需水總量依次為120.40億m3、127.87億m3、134.58億m3。

2 水資源優(yōu)化配置

2.1 水資源配置

水資源配置層次不同，則河流系統(tǒng)簡化和計算單元劃分存在明顯差異，也就無法保證遼河流域水功能區(qū)劃與簡化的河流系統(tǒng)的協(xié)調(diào)匹配度[7]。因此，為滿足流域水質(zhì)模擬和水資源優(yōu)化配置需求，對現(xiàn)有水功能區(qū)劃進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，從而生成面向納污總量控制的水資源配置系統(tǒng)[8]。

2.2 水資源供需分析

1)水量平衡分析。截污減排、最嚴(yán)格水資源管理以及大伙房輸水工程等措施的實施，明顯提高了各規(guī)劃水平年的供水量，有效緩解了流域供水矛盾，75%頻率下水量平衡計算見表3。從表3可以看出，各規(guī)劃水平年與基準(zhǔn)年相比，雖然仍面臨著水質(zhì)型缺水問題，但明顯降低了水質(zhì)型缺水量，由此表明截污減排等措施可以有效減少水質(zhì)型缺水，規(guī)劃水平年水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率明顯提高[9]。

表3 水量平衡分析表 億m3

2)耗水平衡分析。典型用水部門各規(guī)劃水平年的耗水平衡計算如表4，結(jié)果發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)與工業(yè)耗水表現(xiàn)出逐漸上升的變化趨勢，綜合與農(nóng)業(yè)耗水率間的差距不斷增大，即國民經(jīng)濟(jì)耗水總量中城市用水比例越來越大，流域內(nèi)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的工業(yè)化發(fā)展趨勢明顯[10-15]。

表4 耗水平衡分析表 億m3

續(xù)表4 耗水平衡分析表 億m3

2.3 對生態(tài)流量影響

經(jīng)計算，90%來水保證率下河道內(nèi)生態(tài)流量配置見表5。以表5數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，現(xiàn)狀年及規(guī)劃水平年的河道內(nèi)生態(tài)流量滿足情況和實測流量見表6，其中“A”、“B”為不代表滿足和滿足生態(tài)流量。

表5 生態(tài)流量配置 m3/s

由表6可知，現(xiàn)狀用水格局導(dǎo)致渾河、太子河及遼河生態(tài)流量滿足率均處于較低水平，其中遼河干流生態(tài)滿足率僅有16.67%，除2月、5月外其他時段均無法滿足生態(tài)流量需求；太子河、渾河的生態(tài)流量滿足率為50%左右。遼寧省境內(nèi)水資源總量不足，大多數(shù)河流具有季節(jié)性特征，通過優(yōu)化配置流域水資源可進(jìn)一步提升生態(tài)流量滿足率。具體而言，遼河干流生態(tài)流量滿足率從90%來水條件下的16.7%快速增大至2020年的83.3%、2025年的25.0%、2030年的33.3%；渾河生態(tài)流量滿足率從90%來水條件下的50%增大到100%；太子河生態(tài)流量滿足率90%來水條件下的50%增大到2020年的91.7%、2025年的100%、2030年的83.3%。

表6 生態(tài)流量滿足率

續(xù)表6 生態(tài)流量滿足率

根據(jù)以上計算結(jié)果，河道生態(tài)流量滿足率經(jīng)水資源優(yōu)化配置可以得到明顯提升。此外，水量平衡計算過程中未考慮生態(tài)流量約束條件，現(xiàn)行水資源配置方案仍存在生態(tài)用水被生活、生產(chǎn)用水?dāng)D占的現(xiàn)象。因此，即使優(yōu)化配置了遼河干流水資源，但生活、生產(chǎn)用水隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而不斷增大，故遼河干流2025年、2030年的生態(tài)滿足率依然整體偏低。

3 結(jié) 論

結(jié)合關(guān)鍵控制斷面流量約束條件以及水污染治理、水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀等因素，依據(jù)不同水平年需水量預(yù)測結(jié)果優(yōu)化配置了遼河流域水資源，并深入探討了水資源配置對水生態(tài)的影響，可為河道基流協(xié)調(diào)發(fā)展及流域水資源合理開發(fā)提供一定指導(dǎo)。

雖然計算過程中考慮了以供定需、以水定供的配置原則，以及生活、生態(tài)、生產(chǎn)的優(yōu)先供水順序，但由于水資源管理的更新、水資源需求的不確定和流域水資源的動態(tài)變化，配置結(jié)果的指導(dǎo)作用只能適用于一定的時間，以后的時段或時期還需對水資源重新配置，從而更好地為河道生態(tài)用水和水資源利用提供可靠保障。