阜新市水資源供需配置研究

王寶琛

(阜新市水利事務服務中心，遼寧 阜新 123000)

水資源作為我國戰略性經濟資源和基礎性自然資源，受人口壓力不斷增大、水系統循環穩定性下降以及高強度水土資源開發等因素影響，水資源短缺、水生態受損、水環境污染等問題日趨突出，經濟社會發展與水資源承載力失衡逐漸成為我國可持續發展的瓶頸[1]。水行政部門管理、水利工程建設等與水資源開發利用密切相關，諸多復雜因素往往會限制水資源配置方案的制定[2-3]。因此，必須設置不同情景方案對比分析水資源供需配置合理性，為水資源可持續利用提供一定參考，如呂彤等以浦口區為例，考慮調水措施、水資源承載力和現狀工程條件探討了水資源三次供需平衡關系，為區域產業結構調整和經濟發展規劃提供科學依據；楊志峰等研究了廣州市水資源綜合強化方案、基本控制方案；彭少明等從“三次供需”的角度分析了鄂爾多斯市的水資源狀況；王浩等最早提出了“三次平衡”的水資源配置策略[4-7]。黃河水利委員會依據工程是否生效，分2030年(有引漢濟渭工程和西線工程)、2030年(無引漢濟渭工程和西線工程)、2020年(有引漢濟渭工程)、2020年(無引漢濟渭工程)研究了黃河流域水資源供需情況。

水資源供需分析要重點考慮工程規劃及實際建設情況、用水總量控制紅線指標等，從而合理設置水資源供需情景方案[8-9]。文章以阜新市為例，考慮水利工程建設情況及用水總量控制要求，結合水資源管理需求科學設置供需情景方案，并利用水資源模型模擬分析了各方案的可行性，旨在為阜新市水資源高效利用和產業結構調整提供一定借鑒。

1 阜新市水資源利用現狀

1.1 研究區概況

阜新市處于東北遼河平原與內蒙古高原的中間過渡帶，位于遼西低山丘陵區，全區呈長矩形，總面積10445km2，主要有2個縣區和5個市轄區，即阜蒙縣、彰武縣，太平區、海州區、細河區、清河門區、新邱區。阜新市屬于北溫帶大陸季風氣候，年均降水量481mm，降水時空分布不均，從西北到東南降水遞增，汛期徑流與降水占全年的70%，豐枯年徑流量相差5-30倍，大水面蒸發量1400-1800mm，光照充足，年日照時數2868h。境內河網水系密布，大多為季節性高含沙水流，必須建蓄水調節工程并處理好水沙關系，才能實現雨洪資源的有效利用。根據不同的地理位置，可將河流劃分成大凌河和遼河兩大水系，主要河流如表1所示。

表1 阜新地區主要河流特征

阜新市內現共建降雨站144個，河道水位站14個，水庫33個，其中小型水庫27個，中型水庫4個，大型水庫2個，如圖1所示。近年來，隨著城鎮化、工業化進程加快及經濟社會不斷發展，阜新市農業灌溉、居民生活和工業生產等用水需求急劇增大，經濟發展與水資源利用不協調、水資源短缺、供給壓力增加等問題日趨突出，因此，為實現不同水源與各用水部門的供需平衡，有必要科學配置區域水資源。

圖1 阜新市水庫站點

1.2 用水總量控制

阜新市未來是以遼西北供水工程為主的地表、地下水多水源供水的城市，如果遼西北供水工程出現問題，阜新市應有其它水源保證其供水安全。阜新市2025年、2030年用水總量控制指標分別為69480萬m3、78500萬m3，地表水占比分別為55%、63%。用水總量控制指標，見表2。

表2 用水總量控制指標

1.3 水資源利用情況

根據阜新市2010-2019年水資源管理年報表、公報調查表、供水耗水情況等資料，探討分析區域水資源利用情況，如表3所示。

表3 阜新市2009-2019年供水量

從表3可以看出，2010-2019年阜新市總供水量呈波動減少趨勢，從2010年的43952.40萬m3波動減小至2019年的26043.92萬m3，其中地表水從最初的11064.20萬m3波動減小至8028.68萬m3，地下水從32888.20波動減小至17280.34萬m3。

1.4 現存問題分析

目前，阜新市非常規水源利用不足而常規水源利用量較大。非常規水源從2015年逐漸開始利用，常規水源的長期過度使用在一定程度上污染了水環境，并且致使水資源供需矛盾更加突出。此外，地表水利用不足而過度依賴于地下水，2009-2019年阜新市水資源供給以地下水為主，其多年平均供給占比達到71.90%。在空間分布上，可控地表水分布不均加大了開發利用難度，阜新市地處遼西低山丘陵區，較大蓄水工程興建難度大，可控地表水開采程度不高，研究期間地表水供給量僅占27.33%，這與地表水用水總量控制指標要求的2025年55%、2030年63%相差甚遠。

2 水資源管理情景方案

根據阜新市水資源現存問題和不同水平年需水預測成果，考慮區域用水總量控制指標要求及地表水工程規劃情況，通過協調、反饋、平衡分析多個情景模式獲取最優的水資源供需方案[10]。

2.1 設置典型年

鑒于重度干旱年增加紅線可行性和中等干旱年農業灌溉需求較大的實際情況，本研究設置了重度干旱年(P=75%)、中度干旱年(P=75%)、常規平水年(P=50%)三個典型年，按照以豐補歉的原則以及中度干旱年較平水年需水量增長比例適當增加紅線控制指標，如表4所示。

表4 典型年設置

2.2 設置約束方式

通過合理設置工程約束方式以更加全面地反映工程建設實際情況和用水總量控制要求，如表5所示。

表5 約束方式設置

2.3 設置情景方案

根據已設置的紅線、交叉工程約束條件和重度干旱年、中度干旱年、平水年3個典型年，交叉設置6種水資源供需情景方案，如表6所示。

表6 阜新市水資源供需配置情景方案

3 網絡模型構建與供需配置

3.1 網絡模型

通過優化改進運籌學中的最大流、最小費用原理構建一個帶下限的網絡模型，并利用該模型計算水資源供需平衡關系，該算法比較適用于分水政策等試驗研究，并且有效確保了各節點水量平衡。

文章結合阜新市現有水利工程情況和主要斷面控制要求，考慮全區水系分布和行政區劃劃分成36個計算單元，從而構建區域水資源供需平衡節點圖。該節點圖由一系列有向連線及節點所組成，每個編號都與節點相對應，并結合實際情況設置斷面生態流量、水庫蓄水、區間需水、入流等要素，這是水資源系統的概化，全面反映了系統內部要素的相互關系。水資源供需平衡節點圖以各節點為單位，以1961-2019年為時限，以水資源評價為輸入條件，經一系列復雜運算，可以確定河道內生態環境、農村人畜、城鎮生活、農業灌溉、工業生產和河道外生態供水優先次序[11]。

3.2 可供水量分析

1)地表水。依據發展規劃，2025年前續建配套已建中小型水庫，其中小型水庫12座，中型水庫2座，2030年前續建配套已建大型水庫，配套完善大型水庫1座。

2)地下水。總體上，阜新市地下水實際開采量不超過淺層地下水多年平均可開采量，由于開采集中局部地區存在地下水超采現象。針對局部超采區按照地下水開采控制原則壓減超采量，并考慮實際供水量需求，對具有地下水開采潛力的平原地區更新改造及續建配套地下水機電井工程，適當增大地下水供水量以緩解供水矛盾[12]。

3)非常規水源。雨水和再生水是阜新市主要非常規水源，通過合理利用雨水和再生水可以替代部分常規水源。

4)外調水。考慮大伙房水庫輸水工程，將現狀地下水利用遼河干流地表水置換；結合遼西北供水工程實際情況和用水需求，合理調配遼西北供水工程水。

3.3 供需情景方案對比

經模型模擬條算，輸出阜新市不同情境下水資源供需配置成果，如表7所示。

表7 阜新市水資源供需配置成果表 萬m3

從表7可以看出，同一典型年中不同水平年的紅線約束和工程約束的供水量、需水量、缺水量相同，主要差別是地下水與地表水的供水分配不同。工程約束是在用水總量控制指標和地表水工程供水能力約束下，確定地下水與地表水的供水量，該約束考慮了阜新市水利工程建設情況；紅線約束則是依據用水總量控制約束條件，不考慮供水工程情況確定地下水與地表水的供水量，該約束體現了區域最嚴水資源管理要求[13]。

綜合考慮阜新市地表水開發利用逐步實施到位和各種情景下的水資源供需分析，規劃水平年地下水具備一定開采潛力而地表水工程建設無法支撐用水總量控制指標，經深入探討與交流后建議阜新市加快地表水工程建設，盡快促使地表水達到開發利用紅線指標，在此之前結合地下水缺水情況和可開采量，充分利用這部分地下水以滿足區域經濟發展需求。綜上分析，阜新市水資源供需配置推薦方案為平水年(P=50%)工程約束情景。

3.4 推薦情景的配置

根據推薦的供需方案情景輸出水資源配置結果，如表8所示。2030年阜新市用水總量控制指標為48300萬m3，因此2030年可以配置的紅線指標內非常規水源及遼河干流水、地下水和地表水供給計48300萬m3，全部配置紅線指標。

表8 阜新市水資源配置成果 萬m3

4 結 論

文章深入研究了阜新市水資源供需配置方案設置問題，為解決水利工程實際情況與地下水、地表水總量控制紅線不協調問題提出水資源供需情景方案，通過紅線、工程兩個約束和設置重度干旱年、重度干旱年、平水年交叉形成6個情景模式，并利用阜新市水資源模擬模擬深入探討了當前水資源供需形勢，在深入解析多種供需情景方案的基礎上優選出符合實際情況的最佳方案，研究成果可為阜新市水資源利用規劃、合理開發管理和節約利用保護提供一定參考。