豫東地區引黃灌區水資源優化配置

郭 威 劉俊秀 趙孟偉 巴曉杰

豫東地區引黃灌區水資源優化配置

郭 威1劉俊秀2趙孟偉3巴曉杰4

（1.開封市農村水利技術推廣站，河南 開封 475004；2.開封市水利建筑勘察設計院，河南 開封 475001；
3.河南省豫東水利工程管理局惠北水利科學試驗站，河南 開封 475001；4.洛陽城市建設勘察設計院有限公司，河南 洛陽 471000）

本文以灌區水資源實際供需情況為依據，依照5條優化配置原則，建立規劃年（2020年）多目標多水源優化配置模型，使用計算機軟件進行求解，提出適宜豫東引黃灌區水資源優化配置方案，以期為灌區水資源調度提供了決策依據，為豫東引黃灌區的發展提供科學的技術支持。

豫東引黃灌區；水資源優化配置；供需平衡

水資源是人類生活、生產中不可替代的最重要的自然資源［1］。近半個世紀以來，人口數量急劇增長，農業、工業、城鎮化不斷發展，人類社會對水資源的需求與日俱增。同時，由于人類不合理開發利用水資源，導致生態環境不斷惡化。因此，基于可持續發展利用原則的水資源優化配置顯得格外重要［2］。水資源優化配置是指在有限形式、數量的水資源條件下，進行科學合理的分配，從而達到人類與自然的協調發展［3］。

黃河自西向東貫穿河南省，在其境內綿延700多千米，是河南省生活、生產和城市發展的重要水源。豫東引黃灌區氣候溫和、土壤肥沃，是我國重要的糧食產業基地［4］。同時，豫東地區又是河南新型工業、能源原材料和加工基地。豫東地區屬于資源型缺水地區，人均水資源量不足300m3，水資源的匱乏嚴重制約著該區域的發展。大力發展引黃、南水北調事業，推進區域內水資源優化調配，是促進豫東地區可持續發展的必由之路。

1 豫東引黃灌區概況

豫東指河南省東部地區，地處中原與東部沿海的交匯地，包括開封市、商丘市、周口市3個地級市。截至2015年，全區總面積為2 9107km2，總人口達2 062.57萬人。豫東屬溫帶季風氣候，冬季寒冷干燥，春季干旱多風，夏季高溫多雨，秋季天高氣爽，四季分明，年均氣溫為14.5℃，年均無霜期為200多天，年均降水量為610mm，降水多集中在夏季7、8月份。豫東引黃灌區（黑崗口灌區、趙口灌區、柳園口灌區、三義寨灌區）是河南省重要的糧食生產基地［5］，境內河渠四通八達，既能灌溉又能排澇。豫東平原的水資源量為126.6億m3，只占全省水資源總量的30%，人均水資源量為261m3。埋深小于40m的地下水是廣大農村地區生活用水的主要水源，根據資料顯示，該層地下水已普遍遭受不同程度的污染。

表1 2020年灌區供需水分析成果表（P=50%）

2 水資源供需情況分析及開發利用狀況

2.1 需水分析

豫東引黃灌區內需水包括種植業，二、三產業，生活及生態需水四方面。

種植業需水：根據現狀調查統計分析，豫東地區作物主要以小麥、玉米和棉花為代表，復種指數均為180%以上，設計灌溉保證率為50%。根據灌溉面積、灌溉方式及灌溉制度，計算農業需水量。二三產業需水：重點考慮二、三產業經濟的增加和萬元工業增加值用水量的減少，工業用水重復率提高［6］。居民生活用水：預計到2020年，城市人口每日需水量為110～120L/人，鄉鎮人口每日需水量為90～110L/人，農村人口每日需水量為70～80L/人。生態需水：主要包括城市綠化用水、河湖景觀需水。

2.2 供水分析

豫東引黃灌區主要供水來源：黃河水、地表水、地下水、南水北調水、再生水。隨著引黃灌區渠首改造和調蓄工程建設，預計2020年灌區引黃河水11.29億m3；灌區多年平均水資源總量23.98億m3（其中，地表水資源量6.87億m3，17.11億m3）；南水北調中線一期工程建成，周口地區可以受到南水北調水補給。由于引黃供水及南水北調水的介入，地下水資源的開采量減少，有利于改善灌區地下水超采狀況。2020年灌區供需水平衡分析詳見表1。

3 灌區水資源優化配置

3.1 水資源優化配置原則及模型建立

水資源的優化配置是指在一個具體的流域或區域內，采用工程與非工程措施，對水量有限的、不同性質的水資源不僅在基本部門而且在不同用戶之間進行優化調配，使數量有限的水資源得到合理、充分利用，為供水區的生活、生產、生態等方面提供充足的水源，以獲得良好的綜合效益，即滿足社會效益、經濟效益、生態環境效益等多種效益目標［7］，最終實現水資源的可持續利用。本次優化配置主要原則：①以人為本、水資源開發利用與經濟社會協調可持續發展原則；②優水優用，一水多用的原則；③經濟高效，充分發揮現有供水設施的效益，水源價格優先的原則；④逐步改善景觀和環境生態用水的原則；⑤全面規劃和統籌兼顧的原則，即城鄉統籌，工農業統籌，二、三產業用水與生活環境用水統籌。

基于上述灌區水資源合理分配方案原則，建立多目標、多水源合理分配模型，詳見圖1。

圖1 豫東引黃灌區多目標多水源合理分配模型

3.2 結果

基于水資源供需平衡的條件,結合多水源、多目標、多層次、綜合效益最優的優化配置原則，采用MATLAB數學計算軟件［8］，合理配置灌區水資源。經計算，豫東引黃灌區水資源優化配置結果詳見表2，表3。

3.3 成果分析與展望

水資源優化配置更能體現現實社會的發展需求，基于水資源供需平衡成果可以更好地為將來社會發展、人民生活提出有效、科學、可持續的有效指導。從水源方面考慮：引黃水的增加有利于緩解灌區種植業、生活對地下水的開采，并且可以較好地回補地下水，起到改善灌區生態環境的作用；南水北調水水質較好，同時成本也較高，適用于對水質有一定要求的二、三產業用水。從供水方面考慮：應首先滿足城鎮與農村居民生活用水，其次考慮二、三產業用水，然后是種植業用水、生態建設用水。從產生經濟效益方面考慮：二、三產業用水應優先考慮萬元工業增加值需水量較少的行業，同時應滿足國家基礎建設行業（供水、供氣、供熱、電力、通信、交通）用水。

表2 2020年灌區水資源優化配置結果（一）

表3 2020年灌區水資源優化配置結果（二）

灌區主要以種植業用水為主（農業用水占用水總量的60%），經濟效益較低。為促進灌區的綜合發展，應加大推行農業灌溉節水技術和灌區高效運行管理模式的保障措施，提高灌溉水保證率，將節約的水資源用于城鎮及工業區發展、改善灌區河道的水質狀況和生態環境。

4 結語

灌區水資源優化配置對促進灌區人與自然和諧發展、水資源的可持續利用有重要意義。尤其是在水資源較為匱乏的地區，將有限的多種水源用于不同部門、不同用戶，使水資源得到合理、充分的利用，從而達到綜合效益最優，是一個不斷完善、改進的過程。本次優化配置收集了大量自然概況、水文氣象、水利工程、社會經濟資料，建立適宜豫東引黃灌區的水資源優化配置模型，較為充分地反映了灌區多水源、多目標、多層次的特性。通過水資源優化配置的結果分析研究，為灌區水資源調度提供了決策依據，為豫東引黃灌區的發展提供科學的技術支持。

［1］吳澤寧，索麗生.水資源優化配置研究進展［J］.灌溉排水學報，2004（2）：1-5.

［2］李強.綜評水資源優化配置研究進展［J］.黑龍江水利科技，2014（9）：27-29.

［3］陳南祥，李躍鵬，徐晨光.基于多目標遺傳算法的水資源優化配置［J］.水利學報，2006（3）：308-313.

［4］郭振升，刁少華.豫東平原水資源現狀及農業用水對策［J］.商丘職業技術學院學報，2011（2）：94-96.

［5］張鳳池.從政府角度看豫東地區縣域經濟發展的制約因素與對策［J］.河南農業，2015（2）：61-62.

［6］張運鳳，郭威，徐建新，等.基于最嚴格水資源管理制度的大功引黃灌區的水資源優化配置［J］.華北水利水電大學學報（自然科學版），2015（3）：28-32.

［7］高亮，張玲玲.區域多水源多用戶水資源優化配置研究［J］.節水灌溉，2015（3）：38-41.

［8］王永濤，楊璐瑤，張和喜，等.基于多目標優化的黔中區水資源配置研究［J］.人民長江，2017（1）：32-36.

Water Resources Optimization and Allocation of Yellow Irrigation Area in Eastern Henan Province

Guo Wei1Liu Junxiu2Zhao Mengwei3Ba Xiaojie4
（1.Kaifeng Rural Hydraulic Technology Promotion Stations，Kaifeng Henan 475004；2.Kaifeng Water Conservancy Building Investigation Institute ，Kaifeng Henan 475001；3.Henan henan East Water Conservancy Engineering Bureau,Huibei Water Conservancy Science Test Station，Kaifeng Henan 475001；4.Luoyang Urban Construction Survey and Design Institute co.Ltd.，Luoyang Henan 471000）

Based on the irrigation area water resources on the basis of the actual situation of supply and de?mand in accordance with the five principle of optimal allocation,planning years(2020)established multi-ob?jective optimal allocation of water model,using computer software for solving,suitable for eastern Yellow River irrigation area water resources optimal allocation scheme is put forward,so as to provide the decision basis for irrigation scheduling of water resources,for the development of the eastern Yellow River irrigation district to provide scientific support.

yellow irrigation area in eastern henan province；optimal allocation of water resources；balance be?tween supply and demand

TV211

A

1003-5168（2017）10-0092-03

2017-09-01

郭威（1988-），男，碩士，助理工程師，研究方向：水資源規劃設計。