城市水源為多個綜合利用水庫的供需平衡分析方法探討

曹國良，陳 菡

(湖北省水利水電規劃勘測設計院有限公司，湖北 武漢 430064)

城市供水是重要的民生工程，事關人民群眾身體健康和社會穩定。由于工業化和城市化發展，城市人口劇增，且城鄉居民生活水平提高，城市需水量逐年遞增，城市供水水源的水庫多兼有農業灌溉等綜合利用任務，城市供水與農業供水爭水現象明顯，因此研究城市供水對城市經濟社會發展顯得十分重要。

目前部分城市存在多個常規供水水源和備用水源結合的情況，為實現水資源的高效利用和優水優用，研究多個水源對城市的合理高效供水非常必要。本文以安陸市城市供水研究為范例，從城市全行業全口徑需水方面著手研究與區域來水條件的適應性，結合城市規劃及區域供水發展規劃分析當地水資源條件對城市發展的承載能力，統籌區域供水條件，分析城市供水水源配置方案。

1 安陸市城市概況

安陸市地處大洪山余脈與江漢平原交匯地帶，南通武漢，北依襄樊，處于兩大城市連接線中間地帶，處于武漢城市圈緊密圈層。安陸市下轄2個街道辦事處、1個經濟技術開發區、9個鎮、4個鄉，總國土面積1352.8km2。2017年安陸市常住人口為58.33萬人，地區生產總值213.21億元。安陸市常用耕地總面積為68.08萬畝。

1.1 安陸市城區水廠現狀及存在的問題

安陸市城區現有兩座水廠，分別為第二水廠和第三水廠，水源地均為府河干流解放山水庫。第二水廠位于府河右岸，建成于1988年，日供水能力4萬m3/d。第三水廠位于府河左岸，設計供水規模為10萬m3/d。

解放山水庫位于府河干流上，壩址以上來水面積7131km2，是一座兼顧防洪、發電、供水、灌溉、水產養殖和交通的河道型水庫工程。解放山水庫是解放山西干渠灌區的灌溉水源，灌區位于安陸市府河以西，設計灌溉面積16.71萬畝。水庫總庫容為0.47億m3，其中興利庫容0.32億m3。

府河開發利用程度較高，隨著經濟社會的快速發展，沿線污水排放量大幅增加。近年來，政府部門大力推進鄉鎮和農村污水處理設施建設，使得部分鄉鎮和農村的生活污水得到了一定程度上的處理，但是由于鄉鎮污水處理建設普遍滯后，農村污水處理較城市存在一定差距。農村污水目前尚未實現全面覆蓋和收集，且部分鄉鎮污水處理廠運行不理想，仍存在有零散生活污水直排入府河的現象。因此，府河解放山水庫水質不穩定，部分時段有水質超標情況，超標指標多為氨氮和總磷。根據2017年1～12月、2018年1～10月湖北省水功能區水質通報結果，按全因子指標評價，涢水安陸解放山開發利用區水質有8個月份保持在Ⅱ～Ⅲ類，其余時段水質為Ⅳ～Ⅴ類，個別月份甚至達到劣Ⅴ類，總磷和氨氮嚴重超標。尤其每年春天，河道內藻類繁殖，存在安全隱患。

1.2 安陸市農村安全飲水現狀及存在問題

目前，安陸市三水廠供水范圍除府城、南城和開發區城區范圍外，還包括城區水廠管網延伸覆蓋到的洑水鎮、陳店鄉和李店鎮及煙店鎮、棠棣鎮部分鄉村，其余的接官鄉、趙棚鎮、辛榨鄉、巡店鎮、木梓鄉、雷公鎮、孛畈鎮和王義貞鎮等區域現狀均由當地鄉鎮水廠供水。目前安陸市各鄉鎮小水廠普遍存在水量保障程度不高、處理工藝落后、水廠運行管理落后等問題，導致出廠水質微生物超標、消毒指標不滿足規范要求。

2 城市需水預測

2.1 分析范圍

分析范圍為安陸市城市水廠規劃供水范圍以及徐家河水庫、解放山水庫生產生活供水范圍，涉及廣水市、安陸市、孝昌縣，共3縣市17個鄉鎮。

徐家河和解放山水庫農業供水分別為徐家河灌區和解放山西干渠灌區，現狀有效灌溉面積分別為60萬畝和16.71萬畝。徐家河水庫是一座以灌溉、防洪為主，兼有發電、供水等綜合效益的大(2)型水庫。壩址以上流域面積749km2，水庫為多年調節水庫，總庫容為7.34億m3，興利庫容2.99億m3，死庫容1.41億m3。

2.2 需水預測成果

需水預測的口徑和全國水資源綜合規劃的口徑一致，分為生活、生產和生態環境需水3大類。需水預測采用定額法進行預測。

分析范圍基準年、設計水平年總需水量(不含河道內生態環境需水)分別為5.24億m3和4.62億m3，設計水平年生活、生產、生態環境需水分別為0.59億m3、4.00億m3、0.03億m3。

3 供需平衡分析

3.1 水資源供需平衡原則

(1)各平衡片的用水分為城鄉生活(含第三產業等)及生態、工業(含建筑業)、農業灌溉3類。

(2)供水工程有大中小型水庫和塘堰等蓄水工程、引提水工程、地下水。地下水主要供水對象為少量的農村安全飲水和工業用水；地表水供水水源中優先使用塘壩和蓄水工程，然后是提水工程。其中的蓄水工程首先分片進行概化合并，概化成若干個“大水庫”，然后按照塘堰、小(二)型水庫、小(一)型水庫、中型水庫、大型水庫的順序由小到大逐級平衡。生活工業需水主要由各片骨干工程供水。

(3)取自河道的引提水量按控制斷面來水量、現有引提水能力和供水范圍進行平衡。

3.2 基準年水資源供需平衡成果

經供需平衡分析，安陸市城市供水考慮徐家河水庫進行供水后，對徐家河灌區的農業灌溉保證率和生活工業供水保證率影響不大，說明徐家河水庫具備置換安陸市生活用水的條件，具體供需平衡分析成果見表1。

表1 基準年供需平衡成果表

3.3 設計水平年水資源供需平衡

設計水平年依據《安陸市城鄉供水一體化規劃》(2019年)、《安陸市給水專項規劃》(2015年)、《安陸市城市總體規劃(2013—2030)》等，并征求孝感市及安陸市市政、水利、城建等多部門意見，綜合確定規劃年供水范圍供水結構布局。

隨著經濟社會發展，設計水平年安陸市考慮大范圍的城鄉一體化，城市生活工業用水將增加，經計算，若仍以解放山水庫為水源，生活工業用水將擠占農業用水，使農業灌溉保證率達不到標準。根據水源分析成果，徐家河水庫水質和水量的保證程度較高。因此，待設計水平年解放山水庫水質治理達標后，可由解放山水庫、徐家河水庫為安陸市城鄉生活工業聯合供水。

設計水平年供需分析范圍生活工業總需水量為10228萬m3(扣除中水、地下水)，優先采用解放山水庫向安陸市供水，在恢復解放山水庫上游洑水泵站后，在考慮退還被擠占的農業用水，經試算，在滿足解放山灌區農業灌溉保證率的條件下，可以滿足安陸市2500萬m3生活工業需水。除本已考慮在徐家河片供水的曾都區、廣水市、孝昌縣、云夢縣鄉鎮供水外，安陸市城鄉一體化后的城鄉生活工業需水由徐家河水庫供給。如圖1所示。

圖1 安陸市城市供水水資源配置網絡圖

(1)計算工況

工況1：安陸市城鄉一體化后的城鄉其他需水由解放山水庫供給，先退還河道內生態基流，河道外供水優先滿足生活、工業需水，然后再考慮農業。

工況2：試算解放山片在滿足保證農業灌溉保證率80%的前提下能夠滿足的生活工業需水，剩余需求由徐家河水庫供給。

(2)水資源供需平衡計算成果

設計水平年在充分發揮現有供水工程的潛力，對灌溉渠系和供水管網進行續建配套與節水改造，并進一步提高水資源開發利用程度的基礎上，首先滿足河道內生態基流要求，河道外供水優生滿足生活、工業需水，然后再考慮農業灌溉，以此進行水資源供需平衡。

經水資源供需平衡分析，設計水平年工況1解放山片農業灌溉保證率為72.4%，生活用水保證率為96.4%，工業用水保證率為95.7%，生活工業需水量0.836億m3，農業需水量0.788億m3，生活工業供水量0.811億m3，農業供水量0.659億m3，生活工業缺水量為0.025億m3，農業缺水量為0.129億m3。

工況2(推薦方案)解放山片農業灌溉保證率為81%，生活用水保證率為99.1%，工業用水保證率為99.1%，生活工業需水量0.250億m3，農業需水量0.788億m3，生活工業供水量0.249億m3，農業供水量0.751億m3，生活工業缺水量為0.001億m3，農業缺水量為0.038億m3。徐家河片農業灌溉保證率為80.0%，生活用水保證率95.6%，工業用水保證率為95.0%，生活工業需水量0.884億m3，農業需水量2.700億m3，生活工業供水量0.850億m3，農業供水量2.444億m3，生活工業缺水量為0.034億m3，農業缺水量為0.256億m3。解放山及徐家河片均能滿足保證率要求，水資源供需平衡成果見表2。

表2 設計水平年水資源供需平衡成果表

4 結論

本文主要研究了安陸市城市水源現狀年從河道型水庫到設計水平年調整為水質較好的大型水庫為主，現狀河道型水庫為輔的情況下，結合供需平衡計算，分析了調整的原因，并從供水能力、水質條件情況，按照優水優用的思路，提出設計水平年合理高效水資源配置方案，對于城市水源為多個綜合利用的水庫，且各水質有差別的城市供水方案有指導意義。

文章僅提出了設計保證率工況下的供水方案，在豐水期和平水期，多水源供水需從水源水質、供水成本考慮合理的水資源配置方案，但未進行進一步分析。