地下水超采區水源工程設計規模論證研究

庹世華

(甘肅省張掖市甘蘭水利水電建筑設計院，甘肅 張掖 734000)

民樂生態工業園區位于張掖市甘州區、山丹縣和民樂縣交界處，距民樂縣城30km，距張掖市區35km，占地面積128km2。園區始建于1994年，1996年被國家農業部批準為“全國鄉鎮企業東西合作示范區”，2006年經國家發改委、國土資源部、建設部審核確認了四至范圍，同時經省政府批復為省級工業園區。園區現有工業企業23戶，其中規模以上13戶，從業人員4700多人，園區以濱河集團、銀河集團、國翔麥芽等重點骨干企業為主的新型工業發展格局，產業涉及釀造、糧油、食品、中藥材加工、建材、化工、造紙等領域。

民樂生態工業園區地處洪水河、童子壩河和海潮壩河等小流域尾閭的北部灘荒漠風蝕區，氣候干旱，降水稀少，蒸發強烈，春秋風沙多，園區現狀用水僅靠機井抽取地下水維持。根據《民樂縣人民政府辦公室關于公布民樂縣地下水超采區和限采區范圍的通知》(民政辦發〔2016〕140號)，民樂縣六壩灘屬淺層中型一般地下水超采區，地下水允許開采量2211萬m3，當前超采水量1440萬m3，其中洪水河灌區超采824萬m3，工業園區超采616萬m3。由于民樂縣地下水資源相對貧乏，目前條件下的水資源保障能力無法滿足今后園區工業經濟發展用水需求，擬在民樂生態工業園區電石廠西側灘地上修建金山水庫，通過民樂縣益民東干渠引蓄洪水河灌區農業節水量，為工業園區工業用水提供水源，置換園區工業地下水開采量，促進該區域地下水采補平衡，為該區域生態環境改善提供基礎。

1 工程邊界條件

1.1 洪水河徑流

洪水河徑流主要由大氣降水和冰雪融水補給，徑流年內分配極不均勻，年際變化相對平緩。洪水河設立有雙樹寺水庫水文站，資料系列長，資料可靠性、一致性、代表性良好，采用P-Ⅲ型曲線適線，求得洪水河多年平均流量為3.77m3/s，多年平均徑流量為1.19億m3。洪水河年徑流設計成果見表1。

表1 洪水河雙樹寺站年徑流量頻率計算成果表

1.2 洪水河灌區需水量

洪水河灌區需水量包括灌區生活用水和農田灌溉需水兩部分，取水水源主要為洪水河雙樹寺水庫。現狀年總需水總量為12452萬m3，其中生活用水量為342萬m3，農田灌溉用水量為12110萬m3；2025年需水總量為10870萬m3，其中生活用水量為406萬m3，農田灌溉用水量為10464萬m3。

1.3 工業園區需水量

現狀年工業園區工業增加值為6.93億元，年取水量為317萬m3，萬元工業增加值用水量為46m3/萬元。綜合考慮園區工業經濟增長、民樂近年工業發展實際、十三五規劃要求以及十三五國家經濟發展整體環境，2015—2020年園區工業增加值增速取8.5%，據此預測2025年園區工業增加值將達到15.67億元。根據《張掖市縣級行政區2015、2020、2030年水資源管理控制指標》按照2015年園區萬元工業增加值用水量實際指標與控制指標比例關系，預測2025年園區實際萬元工業增加值用水量指標為25m3/萬元，管網漏失水量按10%、未預見水量按8%、水廠自用水量按5%計，則工業園區工業毛用水量為489萬m3。

1.4 生態環境需水量

根據SL/Z322—2013《建設項目水資源論證導則》條文說明5.4.5款“對于生態需水量的確定，原則上按多年平均流量的10%～20%確定”和7.4.4款“關于河流生態需水量的基本要求，北方河流生態環境需水量指標原則上不得小于多年平均流量的10%”的要求。本次以多年平均流量的10%作為河流的最小生態環境需水量。洪水河多年平均流量為3.77m3/s，多年平均生態環境需水量為0.377m3/s。

1.5 金山水庫可供水量計算

金山水庫取水水源為洪水河灌區節水量，通過益民東干渠引水進行調蓄，一方面滿足工業園區工業用水需求，另一方面對園區現狀工業用地下水進行置換，實現地下水超采區治理的目標。洪水河灌區的取水水源主要為雙樹寺水庫，雙樹寺水庫主要解決洪水河灌區居民生活和農業灌溉用水。金山水庫可供水量計算思路是：分析設計水平年洪水河灌區農業節水量，優先配置灌區新增生活用水，其次配置灌區設計水平年地下水超采區超采水量壓減任務，剩余水量作為金山水庫的可供水量。

洪水河灌區節余水量主要由發展高效節水面積節水、種植結構調整節水和骨干工程改造節水三部分組成，總節水量為1646萬m3，其中高效節水面積節水1114萬m3，種植結構調整節水120萬m3，骨干工程改造節水萬412m3。節水優先配置灌區新增生活用水量64萬m3；其次核減地下水超采量824萬m3，本次節水量核減地下水開采量，很好地完成了超采量治理任務，剩余節水758萬m3供金山水庫引蓄使用。

2 徑流調節

金山水庫水源為洪水河灌區節余水量，來水受上游雙樹寺水庫蓄水的影響。為了同時滿足洪水河灌區和工業園區的用水需求，要考慮金山水庫與雙樹寺水庫聯合調節，在來水不能完全滿足需求的情況下，優先滿足雙樹寺水庫的供水對象的用水需求。

2.1 基本原則

(1)雙樹寺水庫徑流調節原則：在滿足生態環境需水量的前提下優先滿足生活用水，其次解決生態用水和農田灌溉用水，使生活用水保證率達到95%，滴灌灌溉保證率達到90%，渠管灌灌溉保證率達到50%；當來水不能滿足需水要求時，灌溉用水遭到破壞，該區域多年平均降水量小于400mm，灌溉破壞深度按20%考慮。即對P<50%的年份，應保證上述所有部門的正常供水；對于P>50%的年份，農業灌溉用水破壞20%，灌溉用水縮減供水至各月原供水量的80%。

(2)金山水庫徑流調節原則：充分利用洪水河灌區節余水量，以滿足工業園區內工業用水，使工業用水保證率達到90%。

2.2 計算條件

(1)擬建金山水庫與上游雙樹寺水庫聯合調節，雙樹寺水庫以當前興利庫容為基礎條件，并充分考慮水庫汛限水位的影響。雙樹寺水庫于1975年建成，2000年進行了加固處理，總庫容2646萬m3，興利庫容2380萬m3，死庫容為108萬m3。主汛期為6月25日—8月15日，次汛期為5月1日—6月24日和8月16日—9月15日。主汛期汛限水位定為2476m，相應庫容為1956萬m3，次汛期汛限水位定為2478.5m，相應庫容為2243萬m3。

(2)洪水河灌區節余水量，經雙樹寺水庫下泄，通過益民干渠引至金山水庫，引水流量要考慮益民干渠設計引水流量以及干渠利用率等。

(3)雙樹寺水庫和金山水庫蒸發損失分別由民樂縣氣象站(高程2300m)和山丹氣象站(高程1700m)實測資料求得，兩庫各月滲漏損失量根據區域水文地質條件按水庫平均蓄水容積的0.5%估算。

2.3 徑流調節

按照上述徑流調節計算基本原則，采用長系列法進行調節計算。對雙樹寺水文站1957年7月—2015年6月58年徑流系列，以月為時段，來水扣除河道生態環境需水量后，與雙樹寺水庫控制區用水過程按照雙樹寺水庫現有規模進行調節計算，得到雙樹寺水庫的棄水過程。根據棄水過程并考慮益民干渠設計引水流量以及干渠利用率后得到金山水庫的來水過程，經金山水庫來水、用水過程逐月調節計算，得到金山水庫興利庫容。先假定一個興利庫容，列表順時序逐年進行水量平衡計算，得到水庫各年的供水情況，凡一年中一個或幾個時段的需水不能滿足，則該年就算不能保證，若各行業供水保證率滿足要求，則此假定興利庫容即為該方案需要的興利庫容，否則重新假定興利庫容進行計算，直至各項設計保證率滿足要求為止。最終使得選定的興利庫容可保證工業用水保證率達到90%。

根據來水、用水等情況，經調節計算后上游雙樹寺水庫在58年長系列中，有27年缺水，灌溉供水保證率達到53%，生活用水全部能滿足。對于金山水庫，經試算當金山水庫興利庫容為1130萬m3時，58年長系列中，工業供水正常年份為53年，供水保證率為90%，供水保證率達到設計保證率，因此，金山水庫興利庫容確定為1130萬m3。兩庫聯合徑流調節計算成果見表2。

表2 徑流調節計算成果表 單位：萬m3

(續表2)

2.4 規模確定

通過徑流調節計算，得到金山水庫興利庫容為1130萬m3，由于規模較大，建設需要的資金量大，故分期建設，提早受益。即在已確定工程總規模的前提下，選擇合理的分期建設方案，首先建好金山水庫一期工程，盡早發揮效益。根據籌措資金情況、供水保證率、供水效益、庫區淹沒投資及經濟指標等各方面分析考慮，擬定一期工程規模為200萬、285萬、385萬m3三個方案進行比選，其比較表見表3。

表3 金山水庫一期工程規模比選表

經比較，3種方案在工程淹沒影響、供水保證率方面無太大差別，從經濟因素分析，285萬m3方案在經濟指標上為最優方案。因此，綜合考慮確定金山水庫一期工程興利庫容為285萬m3。金山水庫建成后，工業園區需水量為489萬m3，多年平均來水情況下供水量為367萬m3，可核減地下水超采量367萬m3，園區缺水122萬m3。由于水庫規模限制，豐水年洪水河有大量棄水無法引用，造成工業園區內工業用水得不到保障，建議盡快完成金山系列水庫的后續建設，使有棄水的年份，特別是豐水年組，多余棄水可蓄到金山水庫，同時通過節水工程實施、種植結構調整、灌溉面積壓減等多種措施，不斷減少超采區地下水開采量，從而達到核減地下水、恢復超采區地下水生態的最終目標。

3 結語

(1) 金山水庫通過民樂縣益民東干渠引蓄洪水河灌區農業節水量，為工業園區工業用水提供水源，置換園區工業地下水開采量，對恢復區域地下水超采具有極為重要的意義。

(2) 工業園區地下水總超采量616萬m3，金山水庫一期工程建成后，核減區域地下水超采量367萬m3，完成壓減任務的60%，金山水庫全部建設完成，核減地下水量489萬m3，完成壓減任務的79%，水庫建設較好的完成了地下水壓減任務，有效的改善了地下水環境。

(3) 水庫受上游蓄水過程和下游用水對象要求的影響，供水保證率各不相同，要綜合考慮上下游用水關系，工程建設投資等因素，最終確定水庫規模。