鑒江流域特枯條件下應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.中山大學水資源與環境研究中心，廣東 廣州 510275； 3.華南地區水循環和水安全重點實驗室，廣東 廣州 510275；4.中山大學 土木工程學院，廣東 珠海 519082)

1 概述

水資源是重要的基礎自然資源，供水安全是關系居民生活、城市運轉和社會發展的最基本保障[1]。隨著鑒江流域社會經濟的快速發展，以及氣候環境的改變，各城區供水也面臨著各種各樣的問題，尤其是在特枯條件下，水源短缺可能引發供水突發事件等安全問題，需要相應的應急方案對應急條件下的供需水進行量化分析。

目前，國內外對城市應急供水、水源保障能力的研究較多。趙林林[2]以月塘水庫為應急水源地，對儀征市進行了應急供水水量平衡分析；張海濱[3]制定了東北地區不同干旱等級下保障目標的供水標準，根據不同干旱條件進行應急需水預測；黃恒熙[4]用人口資料與國民經濟指標對惠州市應急需水進行預測，并分析各產業需水的合理性；王靜[5]針對城市供水系統各環節高危要素建立相關指標體系和評價標準，對鄭州、東莞等6個城市的供水系統應急能力進行評價；V.K.Lohani等[6]基于Palmer干旱指數，采用非均一馬爾柯夫鏈轉移概率模型，對維吉尼亞干旱進行了預警，結果表明：該方法很好地反映了氣候對干旱的影響；Marwan Haddad[7]以巴基斯坦地區為例，為應對恐怖襲擊、投毒等突發事件下的供水安全問題，提出了建立應急地下水源及地下輸水管網系統。總之，大多數對于應急供需水的研究都以城市為對象，對于流域相應的研究較少。本文將從流域的尺度預測在特枯條件下的應急需水，制定相應的應急供水方案，并對水量供需平衡情況進行分析。

2 流域概況

鑒江是粵西沿海最大、最長的一條獨流入海的河流，發源于信宜市東鎮里五大山，由北向南流經信宜、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量為1 180.7 mm(E601型蒸發器)；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 應急需水預測

3.1 分區及水平年

本次應急需水量預測范圍包括茂名市與湛江市共4市2區，以及電白區內的濱海新區與湛江市內的東海島。本次預測以2020年為水平年。

3.2 應急供水保證率及供水保證期

供水保證率是評價供水工程供水能力的重要指標，也是供水工程設計標準的一項重要指標。為應對供水突發事件，對應急供水保證率作70%和30%兩種方案，進行突發情況下的需水預測和方案評價。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，同時還能滿足工業企業的基本生產用水，對工業影響不大。保證供水率，除綠化環衛、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定。

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

3.3 水平年需水預測

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

表1 2020年兩市用水總量控制指標 億m3

根據兩市的用水總量控制指標，結合流域主要取、用水戶2010—2018年取用水數據、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，預測2020年流域內河道內行業需水和河道外需水(見表2所示)。

表2 2020水平年鑒江流域需水預測 萬m3

3.4 應急需水量預測

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7 d、10 d、13 d的應急需水量(見表3～4所示)。

表3 2020水平年各區城鎮應急需水量(70%保證率) 萬m3/d

表4 2020水平年各區城鎮應急需水量(30%保證率) 萬m3/d

4 應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 應急供水方案

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

表5 各枯水條件設置與其對應應急供水方案

4.1.1方案1

調度周期為13 d。初始調度時高州水庫水位為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進行應急調度。兩水庫調度過程見表6所示，兩水庫共調度水量1.38億m3，提供鑒江流域主要干渠和用水戶30 d總應急用水。

表6 方案1應急調度期內兩水庫調度過程 萬m3

4.1.2方案2

調度周期為10 d，初始調度時高州水庫水位為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進行應急調度(調度過程見表7所示)，兩水庫共調度水量1.299億 m3，提供鑒江流域主要干渠和用水戶30 d總應急用水。

表7 方案2應急調度期內兩水庫調度過程 萬m3

4.1.3方案3

調度周期為7 d。初始調度時高州水庫水位為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進行應急調度(調度過程見表8所示)，兩水庫共調度水量0.947億m3，提供鑒江流域主要干渠和用水戶30 d總應急用水。

表8 方案3應急調度期內高州水庫應急調度過程 萬m3

4.2 供需平衡分析

高州水庫與羅坑水庫在應急供水時遵循優先保障城鄉居民生活用水、再考慮重要工業和生態用水的原則，由于特殊干旱期水量的緊缺性，需要削減一部分農業灌溉、發電用水。3種方案下兩水庫均能保證城鄉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應急配水量 萬m3

基于3種方案情況下的流域應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，調度期內對于70%保證率13 d的應急需水尚缺水561.9萬m3，但也基本能保證流域內的正常供水，表明了方案設置的科學合理性。

表10 2020水平年各區城鎮應急供水供需平衡分析 萬m3

特枯條件下，在應急供水時需要削減一部分農業灌溉及發電用水，3種方案下各干渠及調度工程缺水量如表11所示。與3特枯條件的設置相對應，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應急調配水量及缺水量 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，更注重保證遠期的供水；方案2折中。在應急供水時需要根據實際情況進行綜合考量。

5 結語

1) 本文預測了鑒江流域在2020水平年的應急需水量，為應對3種特枯條件制定了3種應急供水方案，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，在進行應急供水時優先保障城鄉居民生活用水、再考慮重要工業和生態用水，并削減一部分農業灌溉用水。3種供水方案均能滿足流域30 d生活用水的需求，基本能保證流域內的正常供水。

3) 本文應急供水方案以兩座水庫作為應急供水水源地，沒有考慮輸水過程的損耗、突發水污染事件、工程事故等問題，應急供水機制仍需進一步完善。