大凌河流域及主要控制斷面的地表水可利用量計算分析

李曉波

(遼寧省朝陽縣水務局，遼寧 朝陽 122000)

1 流域概況

大凌河地處遼西低山丘陵區，地理坐標為E118°53′-121°52′、N40°28′-42°38′。大凌河流域南與六股河、小凌河相鄰，以松嶺為界；西與青龍河相鄰；北臨老哈河、教來河、；東鄰繞陽河，以醫巫閭山為界。該流域主要有清河、細河、涼水河、牤牛河、老虎山河、大定河、瓦子峪河、李二河、紅臺子河等支流，流域內植被覆蓋率低，河流洪峰漲跌迅速，大凌河上游分西、南兩支，其發源于平泉縣宋營子鄉泉子溝和吳坤杖子村水泉溝，兩支在喀左縣大城子鎮東南匯合，流經朝陽、北漂、義縣、凌海市等地后于凌海注入渤海。流域總面積23263km2，其中平原區11%，低山丘陵89%，自下而上建有白石、閻王鼻子、宮山咀等水庫。

該流域屬溫帶季風氣候，年均氣溫8.0℃-9.0℃，年均降水量500mm，受季風氣候影響年際降水量存在較大差異，降水量豐、枯比最高可達3倍，年內降水分配不均衡，其中6-9月降水占全年的70%-80%。地下水和大氣降水為河流水系主要補給來源，年蒸散發1700mm，蒸發量最小、最大時段為5月和1月，年際徑流量變化較大，徑流豐、枯比最高達10倍。借鑒流域內2017-2019年供水狀況，流域內水資源開發率60.8%，流域供水量9.28億m3，現狀具有較高的開發利用程度。

2 地表水可利用量

2.1 計算流程

依據《全國水資源調查評價技術細則》直接計算水資源可利用量，通過長系列調節保證運算結果的精準度，詳細流程為：

步驟1：以河道內生態需水量為基準對流域實行長系列調節計算，在缺水量和棄水量達到最小化的條件下，確定汛期各控制斷面及水庫的不可用洪水和棄水量，即不可利用水量。

步驟2：各控制斷面及水庫的90%、70%頻率下和多年平均生態環境供水量從調節計算結果中直接提取，通過比較分析目標或者基本生態需水量，確定生態需水量計算成果為兩者較大值[1-3]。

步驟3：遵循地表水資源不包括再生水、污廢水、回歸水等水量的原則，對各控制斷面及水庫利用倒算法計算，即扣除河道內不可利用水量和生態環境需水量后的多年平均地表水資源量即為最終結果，其表達式為：

W地表水資源可利用量=W地表水資源量-W不可利用水量-W河道內生態需水量

(1)

其中，如何確定汛期難以利用洪水量和河道內最小生態環境需水量為計算地表水資源可利用量的關鍵[4]。據此，本研究利用水文學法計算河道生態環境需水量，并按照流域最下游的耗用程度以及控制節點上的工程調蓄能力綜合確定汛期難以利用的洪水量。

2.2 生態需水量

文章選擇白石水庫、閻王鼻子水庫、宮山咀水庫、凌海、義縣、朝陽6個斷面進行河道生態需水量分析，采用水文學法以及長系列天然徑流數據，分別確定非汛期、汛期和冰凍期生態需水量，見表1。

表1 各斷面生態需水量 萬m3

1)12-次年3月。依據斷面長系列月平均流量和年內需水過程的最低值，采用QP法和生態基流分別計算95%、90%保證率下的生態需水量，即不同頻率下最枯月的平均流量[5]。

2)6-9月。結合水資源可利用量調查評價資料及其技術細則確定目標生態需水計算比例，即以年均徑流量的30%作為汛期各月生態流量。

3)4-5月、10-11月。考慮到大凌河流域非汛期天然來水量小、年內降雨分配極不均衡的實際情況，以年均徑流量的20%作為非汛期各月生態流量[6-7]。

2.3 不可利用水量

工程調蓄能力和流域需水量在一定程度上影響著不可利用水量，文章利用大凌河流域1961-2005年供用水數據資料確定生態環境、生產及生活用水需求，并插補匯總了2006-2019年各部門供、用水量，在此基礎上對大凌河流域用水結構特點及其供水變化趨勢進行分析，并借鑒國民經濟發展相關指標確定大凌河流域在可預見期內的生態環境、生產以及生活用水需求量，見表2。其中，大凌河流域可預見期內的地表水12.65億m3，流域內、外需水量為1.60億m3和11.05億m3[8]。

表2 大凌河流域可預見期內需水量 萬m3

供水工程棄水和汛期不可利用洪水為流域不可利用水量，水源取生態環境需水量扣除后的天然徑流量，通過供需分析確定供水工程棄水以及汛期各控制斷面不可利用量，見表3。

表3 流域不可利用水量 萬m3

2.4 成果分析

1985-2019年大凌河流域年均地表徑流量12.63億m3，其中遼寧段徑流量11.76億m3，通過長系列調節計算確定包含回歸水利用量的可供出水量為10.25億m3，斷面入海量3.71億m3，其缺水量1.55億m3，詳見表4。

表4 地表水可利用量

依據供需平衡分析成果，采用倒算的方法計算減去不可利用水量及河道內生態需水量的水資源量。大凌河流域年均地表水量12.63億m3，不同保證率(即90%、70%)條件下的地表水量為5.27億m3、7.43億m3，從而確定全流域地表水可利用量9.52億m3，開發利用率達到75.4%；其中，大凌河流域最下游凌海斷面地表水可用量9.91億m3，其開發利用率達到78.5%。

3 合理性評價

3.1 流域地表水可利用量

結合前文計算成果，遼寧省境內大凌河流域地表水量11.76億m3，其生態需水量2.34億m3，不可利用量0.39億m3，地表水可利用量9.03億m3，地表水利用率76.8%。大凌河流域水量分配方案與文章計算的可利用量成果，如圖1所示。

圖1 計算成果分析

從圖1可知，白石水庫和閻王鼻子水庫下閘蓄水發揮著很大的興利作用，通過存儲流域內不可利用水量大幅提升了地表水可利用率；凌海、義縣和朝陽斷面下泄水量能夠滿足各用水戶的用水需求，并且可以基本滿足河道生態需水量，該計算結果與全國水資源調查評價相關要求保持較高的一致性，研究成果可為流域水資源規劃以及地表水合理利用提供借鑒[9]。

3.2 主要控制斷面地表水可利用量

凌海斷面地表水可利用量對比，見表5。

表5 凌海斷面地表水可利用量對比

由表5可知，三次評價地表水資源量較二次評價明顯減少，兩次評價生態需水保持較好的一致性，與二次評價相比不可利用洪水大大減少。通過深入分析發現，近年來大凌河流域年徑流量不斷減少，加之白石水庫、閻王鼻子水庫下閘蓄水使得流域內不可利用水量得以存儲，水利工程建設有效解決了流域內缺水問題，并發揮著重要的興利功能，所以不可利用洪水減少與水利工程蓄水功能相一致；此外，三次評價較二次評價的可利用水率明顯提升，白石、閻王鼻子和宮山咀水庫供水大大提升了各用水戶的用水保證率，所以計算結果與實際情況保持一致；另外，大凌河流域水量分配方案與本次計算分析成果整體一致，可見文章計算結果能夠較為客觀、準確的反映地表水可利用量及其特征。

水資源是促提高生活質量、進經濟發展及生態環境保護的重要條件，也是實現國家糧食、生態與飲水安全的基本保障[10]。長期以來，遼寧地區面臨著嚴峻的缺水問題，隨著人口的持續擴張及經濟的發展，地下水超采、水環境污染等問題日趨顯露，優化配置和綜合利用有限的水資源極為重要。對此，應不斷優化水資源配置方案確保農業有效灌溉用水，滿足城鄉居民生活用水以及工業用水的合理配置，堅持以較高的優先級賦予生態環境用水，實現生態環境、區域經濟、社會效益與水量分配的平衡，最大程度的挖掘水資源效益。

4 結 論

大凌河流域水資源量呈明顯減少趨勢，較二次評價水資源量第三次評價減少5.22億m3，兩次評價生態需水保持較好的一致性，不可利用洪水大大減少，白石水庫、閻王鼻子水庫下閘蓄水使得流域內不可利用水量得以存儲，水利工程建設有效解決了流域內缺水問題，并發揮著重要的興利功能。

大凌河流域年均地表水量12.63億m3，全流域地表水可利用量9.52億m3，開發利用率達到75.4%，流域最大供水量能夠滿足各用水戶用水需求。