彰武水庫(kù)水源優(yōu)化配置分析

李連云，郭若凡

（1河南省安陽水文水資源勘測(cè)局；2河南省信陽水文水資源勘測(cè)局）

1 背景

安陽市畝均水資源占有量190 m3，人均水資源占有量191 m3，僅為全國(guó)平均水平的1/10，水資源開發(fā)利用程度達(dá)118%，地下水嚴(yán)重超采，屬典型的資源型缺水地區(qū)。彰武水庫(kù)作為安陽市的工業(yè)、農(nóng)業(yè)水源和生活飲用水備用水源地，在全面推進(jìn)城市水生態(tài)文明建設(shè)，實(shí)現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展的大背景下，分析彰武水庫(kù)的水資源變化規(guī)律，合理配置區(qū)域生態(tài)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)用水，提高水資源利用效率，改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展具有非常重要的意義。

2 水庫(kù)概況

2.1 彰武水庫(kù)

彰武水庫(kù)位于洹河上游的西高平村，1 958年開工建設(shè)，總庫(kù)容7 830萬m3，興利庫(kù)容3 083萬m3，設(shè)計(jì)灌溉面積2.53萬hm2，城鎮(zhèn)供水12 600 萬m3。該水庫(kù)承擔(dān)安陽市工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)灌溉任務(wù)，兼營(yíng)發(fā)電、養(yǎng)殖、旅游等功能。主要以萬金渠和五八渠、洹河勝利渠向下游工、農(nóng)業(yè)供水，水質(zhì)介于Ⅲ-Ⅳ類之間?？刂屏饔蛎娣e970 km2，控制區(qū)間面積120 km2，上游約10 km是小南海水庫(kù)，下游20 km 是安陽市區(qū)，主要接納小南海水庫(kù)泄水、小南海泉水、南?！梦鋬蓭?kù)區(qū)間來水，因地理位置重要，河南省將彰武水庫(kù)按大型水庫(kù)管理。

2.2 小南海水庫(kù)

小南海水庫(kù)位于洹河上游后駝村，1958 年興建，總庫(kù)容10 759萬m3，興利庫(kù)容4 800萬m3，控制流域面積850 km2，庫(kù)區(qū)存在嚴(yán)重滲漏問題，主要用于防洪。該庫(kù)與下游彰武水庫(kù)聯(lián)合運(yùn)用，對(duì)減輕安陽市及京廣鐵路、京深高鐵、京港澳高速洪水威脅起著十分重要的作用。

3 來水量分析

3.1 系列年確定

來水區(qū)選用小南海、東姚、橫水、林縣、姚村5 個(gè)雨量代表站計(jì)算面年平均降水量。分析了1956-2017年降雨量，簡(jiǎn)稱長(zhǎng)系列；1973-2017年降雨量，簡(jiǎn)稱中系列；1985-2017年降雨量，簡(jiǎn)稱短系列，采用P-Ⅲ型曲線進(jìn)行適線分析。計(jì)算結(jié)果見表1。

短系列與中系列接近，代表性較強(qiáng)。采用短系列共計(jì)33 a作為分析計(jì)算系列年，是基本合理的。

3.2 水量還原計(jì)算

根據(jù)水量平衡原理，計(jì)算公式為：

式（1）中：W來——計(jì)算時(shí)段內(nèi)彰武水庫(kù)來水量；W出——計(jì)算時(shí)段內(nèi)彰武水庫(kù)出庫(kù)水量；W化——計(jì)算時(shí)段內(nèi)化肥廠取水量；ΔV彰——計(jì)算時(shí)段內(nèi)彰武水庫(kù)蓄變量；ΔV南——計(jì)算時(shí)段內(nèi)南海水庫(kù)蓄變量；W滲、W蒸蒸發(fā)量屬于自然消耗，滲漏量較小，不參與計(jì)算。

還原計(jì)算結(jié)果見表2：彰武水庫(kù)不同保證率典型年來水量成果表。比較典型年降水量和年來水量，存在一定差異。究其原因：與紅旗渠退水（跨流域）在南海水庫(kù)上游入洹河有關(guān)。對(duì)照河南省多年平均年徑流深等值線圖可知：多年平均來水量計(jì)算值是合理的。

4 需水量

4.1 生態(tài)需水量

根據(jù)《安陽市水生態(tài)文明城市建設(shè)水資源優(yōu)化配置規(guī)劃報(bào)告》，洹河推薦生態(tài)流量為0.28 m3/s，每年需水量為883萬m3/a，萬金渠、五八渠生態(tài)需水量合計(jì)為1 184萬m3/a，總計(jì)為2 067萬m3/a。

表2 彰武水庫(kù)不同保證率典型年來水量成果表

4.2 工業(yè)需水量

根據(jù)彰武水庫(kù)供水戶現(xiàn)狀統(tǒng)計(jì)：安陽發(fā)電需水1 147 m3/a；安陽電力需水232 m3/a、安鋼需水3 955 萬m3/a，計(jì)量點(diǎn)在安鋼渠取水口處；永興鋼鐵需水593.60 m3/a，取水口在彰武水庫(kù)電站退水閘處，安化直接從彰武水庫(kù)取水需水973萬m3/a、安陽市垃圾焚燒發(fā)電取水量243.50 萬m3，取水口設(shè)置在彰武水庫(kù)電站尾水渠與溢洪道交匯處東側(cè)。

4.3 農(nóng)業(yè)需水量

4.3.1 預(yù)測(cè)指標(biāo)的確定

根據(jù)《河南省安陽市漳南灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造規(guī)劃》（2000 年5 月），萬金灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉面積25 333.33 hm2，其中岳城水庫(kù)引水灌溉1 153.33 hm2，彰武水庫(kù)引水灌溉24 180 hm2。本灌區(qū)作物有小麥、玉米、棉花、油料、蔬菜等。

4.3.2 主要作物需水量

采用彭曼—蒙特斯公式計(jì)算：

式（2）中：Etc——作物需水量，mm/d；Kc——作物系數(shù)；ETo——參照作物需水量，mm/d。

4.3.3 作物有效降水量

有效降水量Py分三種情況：

當(dāng)降雨量P＜5 mm 時(shí)，Py=0；

當(dāng)降雨量5 mm P＜50 mm時(shí)，Py=P；

式（3）中：Py——為時(shí)段有效降水量（mm）；P——為時(shí)段降水量（mm）。

4.3.4 作物灌溉定額

依據(jù)《河南省地方標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)業(yè)用水定額》；確定次灌溉定額和灌溉時(shí)間。

4.3.5 作物灌溉凈需水量

式（4）中：W——作物灌溉凈需水量（萬m3）；N——灌溉面積（萬hm2）；M——綜合灌溉定額（m3/hm2）。

4.4 總需水量

總需水量按下式計(jì)算：

式（5）中：W總——水庫(kù)總供水量（萬m3）；Q生——生態(tài)需水量（萬m3）；W農(nóng)——農(nóng)業(yè)灌溉需水量（萬m3）；Q發(fā)電——安陽發(fā)電需水量（萬m3）；Q電力——安陽電力需水量（萬m3）；Q鋼——安鋼需水量（萬m3）；Q化——安化需水量（萬m3）；Q安——垃圾焚燒發(fā)電需水量（萬m3）；Q永——永興鋼鐵需水量（萬m3）；η1——農(nóng)灌渠系利用系數(shù)；η2——安陽發(fā)電、安陽電力渠系利用系數(shù)；η3——安鋼渠系利用系數(shù)。

經(jīng)計(jì)算：工業(yè)加農(nóng)業(yè)折算到萬金渠首年共需水18 774萬m3/a。下游河道生態(tài)環(huán)境需水量為2 067萬m3/a。

5 可供水量

5.1 調(diào)節(jié)計(jì)算原則

調(diào)節(jié)計(jì)算原則和約束條件：

用水順序：生態(tài)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)；需水先由彰武水庫(kù)提供，不足部分南海水庫(kù)補(bǔ)充；彰武水庫(kù)死水位118.00 m，農(nóng)灌限制水位120.00 m；彰武、南海水庫(kù)汛限水位按2018 年水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行計(jì)劃執(zhí)行；萬金灌區(qū)面積512 km2；地下水可供水量即地下水可開采量，采用系數(shù)法計(jì)算：

Q可開=ρ·Q總補(bǔ)=0.80×13 832=11 066（萬m3）

按照分析范圍，實(shí)際地下水可利用量為2 165萬m3。

5.2 供、需調(diào)節(jié)計(jì)算條件和原理及結(jié)果

5.2.1 基本條件

以汛限水位作為水庫(kù)起調(diào)水位；計(jì)算時(shí)間從1984年7月至2017年12月。

5.2.2 計(jì)算原理

根據(jù)水量平衡原理，計(jì)算公式同式（1）：

經(jīng)多年調(diào)節(jié)計(jì)算：水庫(kù)多年平均來水量19 801萬m3，在保證下游河道生態(tài)需水2 067 萬m3/a 條件下，水庫(kù)多年平均供水量14 883 萬m3，供水量占來水量的75.20%。其中年均供工業(yè)7 457萬m3，供農(nóng)業(yè)7 426萬m3；年均缺水量2 872萬m3，農(nóng)業(yè)缺水2 859萬m3，工業(yè)缺水13萬m3；農(nóng)業(yè)缺水16 a；工業(yè)缺水1 a。

工業(yè)供水保證率96.97%，滿足工業(yè)設(shè)計(jì)保證率95.00%要求。農(nóng)灌供水保證率51.50%，滿足農(nóng)灌設(shè)計(jì)保證率50%～70%的要求。年均棄水5 028 萬m3。小南海和彰武兩座水庫(kù)蓄水量比起調(diào)時(shí)減少3 677萬m3。

6 水質(zhì)評(píng)價(jià)

6.1 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)中華人民共和國(guó)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。IV類：主要適用于一般工業(yè)用水及人體非直接接觸的娛樂用水區(qū)；V類：主要適用于農(nóng)業(yè)用水區(qū)及一般景觀要求水域。

6.2 水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果

6.2.1 水質(zhì)狀況

根據(jù)河南省水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心安陽分中心對(duì)彰武水庫(kù)2017年水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，全年平均19項(xiàng)評(píng)價(jià)因子為Ⅰ類，總磷為Ⅳ類。

6.2.2 水質(zhì)動(dòng)態(tài)變化

分析了近4 a 彰武水庫(kù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料，綜合評(píng)價(jià)彰武水庫(kù)水質(zhì)均為Ⅳ類。彰武水庫(kù)水質(zhì)滿足工業(yè)用水戶、農(nóng)灌和生態(tài)用水要求。

7 結(jié)論與建議

7.1 結(jié)論

通過以上分析：彰武水庫(kù)在水量、水質(zhì)、用水戶不變的情況下，能夠滿足區(qū)域內(nèi)生態(tài)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)用水需求。

7.2 建議

安陽市水資源嚴(yán)重匱乏，政府加大城市中水回用基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，促使企業(yè)盡快改用中水生產(chǎn)。

工業(yè)用水戶加大技術(shù)投入，采用先進(jìn)的生產(chǎn)裝備，改進(jìn)廢水處理工藝，提高生產(chǎn)用水重復(fù)利用率，降低生產(chǎn)水耗，優(yōu)化水資源合理配置。