蚌埠市多水源聯(lián)合配置與供水安全綜合研究

尚新紅， 胡 瑞

(1. 安徽省·水利部淮委水利科學研究院，安徽 合肥 230088；2. 安徽省水利水資源重點實驗室，安徽 蚌埠 233000；3.中水淮河規(guī)劃設(shè)計研究有限公司，安徽合肥 230000)

0 引 言

蚌埠市水資源情勢與演變機制復雜多變，供水水源單一，供水保證率不高，尤其是枯水年、枯水期抗缺水風險能力不強；水資源開發(fā)利用與保護中目標單一，注重生活生產(chǎn)供水，對生態(tài)復育、景觀、文化需水等關(guān)注不夠。為了有效解決水資源與水安全突出問題，淮河水利委員會聯(lián)合安徽省水利科學研究院、河海大學、中水淮河規(guī)劃設(shè)計研究有限公司、上海睿臻工程咨詢有限公司等多家單位，產(chǎn)學研用相結(jié)合，開展蚌埠市多水源聯(lián)合配置與供水安全綜合研究。

1 研究方法

研究通過對蚌埠市的水資源開發(fā)利用情況進行詳細調(diào)查評價，摸清蚌埠市近年供用水狀況，分析境內(nèi)河流水系湖泊分布連通，將蚌埠市劃分為22個計算單元；分析各計算單元水資源供、用、耗、排水之間的相互聯(lián)系，并概化出水資源系統(tǒng)節(jié)點圖，以反映各計算單元間的水力聯(lián)系；建立基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫內(nèi)容包括蚌埠市22個計算單元水資源量系列、地下水可開采量、跨流域調(diào)水工程的調(diào)水量、通過科學預測經(jīng)濟社會發(fā)展指標和生活生產(chǎn)及生態(tài)與環(huán)境的需水量、現(xiàn)有工程及規(guī)劃工程(蓄水)供水能力、工程與用戶需求間的拓撲關(guān)系等；選取經(jīng)濟社會、水量、水質(zhì)、水生態(tài)四大類目標，以蚌埠市水資源承載能力、主要控制節(jié)點下泄水量、區(qū)域缺水狀況為約束，在現(xiàn)狀供需分析和對各種合理抑制需求、有效增加供水、積極保護生態(tài)環(huán)境等目標進行組合及分析的基礎(chǔ)上，建立基于水生態(tài)文明的蚌埠市多水源聯(lián)合配置模型，開展多水源聯(lián)合調(diào)配技術(shù)研究。

2 研究內(nèi)容及成果

2.1 水資源全要素演變規(guī)律研究

采用多站點長系列水文氣象資料，對降雨、徑流、蒸發(fā)、地下水等水資源要素的演變情勢進行了系統(tǒng)分析，采用小波法和動態(tài)評價法，揭示了水資源數(shù)量、質(zhì)量在年內(nèi)、年際、年代際之間的變化規(guī)律，剖析了其趨勢、周期、突變等變化規(guī)律的歸因。建立了考慮作物水利用和溝網(wǎng)調(diào)蓄條件下的地下水調(diào)節(jié)計算模型，實現(xiàn)了地表水與地下水的良性互饋及高效利用。

通過研究，蚌埠市徑流年內(nèi)分配不均勻，汛期十分集中、季徑流變化大、最大與最小月徑流相差懸殊等，年徑流的大部分主要集中在汛期6～9月份，最大與最小月徑流相差較大；地表徑流量年紀變化趨勢明顯，呈先減少后增加的趨勢，1956～1979年每年減少2.73mm，1980～2010年平均每年增加3.72mm，增加速率較減少速率大些；地表水徑流量年代變化整體呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢，在20世紀70年代達到最低值，21世紀10年代與多年平均徑流深的比值達到最大，增長斜率比減少時的斜率大。

2.2 蚌埠閘上枯水期水資源動態(tài)演變與供需態(tài)勢研究

根據(jù)淮干蚌埠閘上主要雨量站及重點控制水文站降雨及徑流量長系列資料分析研究，揭示了蚌埠閘以上連續(xù)3個月枯水期時段為12～2月，連續(xù)5個月枯水期時段為11～3月。

采用Mexcian hat小波、Morlet小波和cmor2-1小波3種小波分析法，對淮河干流枯水期典型斷面近60年的資料進行分析研究表明：魯臺子站連續(xù)5個月徑流量在小尺度時間上存在3年和9年的發(fā)育明顯周期；中尺度在時間上存在28年的表現(xiàn)顯著周期；但從大尺度上看，變化趨勢與連續(xù)3個月枯水期相同。

通過對不同年型需水缺水態(tài)勢分析，蚌埠閘上連續(xù)3個月枯水期現(xiàn)狀水平年20%、50%、95%和95%保證率下的缺水量分別為0×108m3、0.209×108m3、1.265×108m3和2.22×108m3，連續(xù)5個月枯水期現(xiàn)狀水平年20%、50%、95%和95%保證率下的缺水量分別為0×108m3、0.399×108m3、2.415×108m3和4.242×108m3。

采用基于AHP構(gòu)權(quán)的多層次綜合模糊評價模型對蚌埠閘以上地區(qū)供水安全進行評價，得出蚌埠閘以上地區(qū)供水安全綜合評價低于一般水平。在4個準則層中，實際供水保障最高，超過一般水平，而生態(tài)環(huán)境保障及抗風險能力都低，處于不安全與極不安全之間，其中抗風險能力最低。

綜合以上結(jié)果，可以看出蚌埠閘以上地區(qū)供水充足，水資源總量及過境水量充足，但是由于水資源時空分配不均，所以在特枯年缺水情勢嚴峻，抗風險能力不足，同時存著在對生態(tài)環(huán)境保障措施不足的問題，影響地區(qū)供水安全及水資源的可持續(xù)利用。

2.3 蚌埠市水資源應急調(diào)度關(guān)鍵技術(shù)研究

基于建立先進、實用的Mike Basin蚌埠閘水量調(diào)度模型，結(jié)合蚌埠閘與懷洪新河聯(lián)合調(diào)度，對有限的水資源進行合理配置，分析不同來水年份水量分配方案，實現(xiàn)水資源科學管理，提出了基于用水戶滿意的水資源應急調(diào)度供水安全保障方案。

研究得出在97%保值率典型年份來水情況下，對蚌埠閘上水位進行調(diào)整，得出了在缺水情況下不同水位整體滿意度、各用戶的滿意度及用水量，提出綜合滿意度最高的水資源配置方案。

2.4 水資源保護與水生態(tài)修復技術(shù)研究

針對蚌埠市水體“點、線、面、水體區(qū)域”統(tǒng)籌定位及統(tǒng)一規(guī)劃，營造山水景觀、山水文化的城市建設(shè)主題和亮點，結(jié)合淮河兩岸悠久的歷史文化底蘊與蚌埠市的供水需求，構(gòu)筑與蚌埠城市形象相適應的“水清、岸綠、山美、游暢 ”的城市環(huán)境景觀，促進蚌埠市山水旅游業(yè)的發(fā)展，可以大大提升蚌埠依山傍水、自成天然的城市品質(zhì)和魅力。研究提出了適合蚌埠市的水域綜合治理、生態(tài)景觀補水、生態(tài)復育、水景觀要素控制、自然生態(tài)型河道設(shè)計等措施。

蚌埠市區(qū)水景觀與水生態(tài)規(guī)劃布局：根據(jù)蚌埠閘水利樞紐及水利風景區(qū)、席家溝、淮河南岸、三汊河濕地、龍子湖、天河湖等水域，構(gòu)建“點、線、面及水體區(qū)域”格局，形成市級水景觀與水生態(tài)河湖規(guī)劃布局。

懷遠縣水景觀與水生態(tài)規(guī)劃布局：根據(jù)“6河相匯”、“2山聳立”、“5橋飛架”、四方湖濕地景觀區(qū)、懷洪新河連接四方湖和渦河的河段、上橋閘和何巷閘樞紐、渦河縣城河段4座景觀橋梁飛架南北、荊涂淮河大橋貫通東西、將懷遠縣新老城區(qū)相連接的渦河與淮河交匯區(qū)的河口景觀段等水域與交通樞紐。以“一核、一湖、一帶、兩樞紐、五橋段”進行規(guī)劃布局。

固鎮(zhèn)縣水景觀與水生態(tài)規(guī)劃布局：根據(jù)固鎮(zhèn)城關(guān)沿澮景觀帶、三八河景觀帶、新區(qū)城中河景觀帶、老龍頭(三里灣)水景觀工程、張家湖濕地、化家溝濕地、釣魚臺湖自然保護區(qū)、固鎮(zhèn)閘樞紐、澥河胡洼閘風景區(qū)、懷洪新河水源地自然保護區(qū)等天然條件，按照“多廊、3濕地、2樞紐、1河”進行布局。

五河縣水景觀與水生態(tài)規(guī)劃布局：根據(jù)沱湖、天井湖、樵子澗水庫風景區(qū)、新舊城區(qū)的景觀走廊、龍?zhí)逗竦氐忍烊粭l件，按照“2湖、1庫、1廊、1濕地”規(guī)劃布局，呈‘手掌狀’環(huán)繞在城區(qū)周圍。

2.5 多水源多用戶聯(lián)合配置技術(shù)研究

針對蚌埠市地表水、地下水、沿淮洼地洪水資源利用、再生水以及外調(diào)水等不同水源的特點以及國家對不同水源的鼓勵以及限制措施，提出了各項水源的規(guī)劃不同水平年的可供水量，保障蚌埠市未來經(jīng)濟社會和諧發(fā)展對水資源的利用要求。建立交互式情景共享——系統(tǒng)仿真耦合模型，對蚌埠市進行水資源供需分析和水資源配置，在現(xiàn)狀供需分析和對各種合理抑制需求、有效增加供水、積極保護生態(tài)環(huán)境的可能措施進行組合及分析的基礎(chǔ)上，對各種可行的水資源配置方案進行比選，提出多水源多用戶水量配置的推薦方案。

研究表明，規(guī)劃年份蚌埠市供水水源主要包括地表水、地下水、外調(diào)水和其他水源，用水戶主要包括城鎮(zhèn)生活、農(nóng)村生活、第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)、生態(tài)等。優(yōu)化配置方案：城鎮(zhèn)生活配置地表水和外調(diào)水，農(nóng)村生活配置地下水和部分外調(diào)水，第一產(chǎn)業(yè)配置地表水、地下水和外調(diào)水，第二產(chǎn)業(yè)配置地表水、地下水、外調(diào)水和其他水源，第三產(chǎn)業(yè)配置地表水、地下水和外調(diào)水，生態(tài)用水配置水源為地表水和外調(diào)水。

在現(xiàn)狀供水工程挖潛和規(guī)劃供水工程建設(shè)的情況下，規(guī)劃年2020年和2030年75%保證率缺水量為4.6×108m3和4.9×108m3。通過考慮引江濟淮跨流域調(diào)水及多水源聯(lián)合配置情況下，規(guī)劃水平年蚌埠市缺水問題將會得到很大改善，75%來水保值率的年份均不存在缺水問題，可以支撐蚌埠市經(jīng)濟社會的快速發(fā)展。

4 結(jié)束語

本項研究揭示了變化條件下水資源全要素演變規(guī)律，提出了缺水態(tài)勢及多水源配置方案；建立了蚌埠市水資源應急調(diào)度技術(shù)和適宜蚌埠市的水環(huán)境保護與水生態(tài)修復技術(shù)；構(gòu)建了供水安全保障技術(shù)體系。為進一步實行最嚴格水資源管理制度及3條紅線指標考核落實的總體部署要求，科學有序開發(fā)利用當?shù)厮Y源和合理配置當?shù)厮?、過境水及外調(diào)水，促進人水和諧，提高水資源配置和調(diào)控能力，保障以水資源的可持續(xù)開發(fā)支撐蚌埠市經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展，具有十分重要的意義。

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