東港市基于防治海水入侵的水資源配置方案

張 弘

(遼寧省丹東水文局，遼寧 丹東118001)

1 水資源配置目的

海水入侵3個嚴重區域分別位于三大灌溉體系的海岸附近。本文配置水資源主要是針對海水入侵嚴重地區的用水量與時空分布，結合水動力學，根據線性規劃模型進行計算。

三大海水入侵嚴重區中從左至右，第1個區域為孤山鎮劉大房附近，該區域為鹽堿化沼澤地，農業生產少，且地勢較低，與大洋河河口有直接的水力聯系。第2個區域是椅圈鎮于家村，為農業區域。第3個區域是東港市新興區葦場和勝利村，一個在東港市區，為工業用水區，一個為農業用水區［1］。對水資源進行配置以防治海水入侵，主要分為3個目的層，最低目的層:一般在枯水期，要保證海水入侵不加劇，水資源利用得到基本滿足;中間目的層:平水期，要保證農業用水區、工業(城區)用水區海水入侵在合理范圍，水資源利用得到滿足;高級目的層:一般在豐水期，在滿足用水的前提下，最大能力地回灌地下水，增加入海水量。同時，由于海水入侵的滯后性，保護效果也會有一定的滯后［2］。

2 水資源開發利用現狀

2.1 水資源開發利用率

研究區2012年水資源總量為12.34 億m3，總供水量7.59 億m3，耗水5.39 億m3，水資源開發利用率達到61.4%，消耗率達到71%，針對水資源總量，耗水比率為43.6%。另外研究區每年都從土門子水庫、鴨綠江提水利用，實際開發利用率要低于此值。

2.2 用水結構分析

2012年用水結構主要為農業用水、工業用水和生活用水，其中生活用水有城市生活用水和農村生活用水。農業灌溉用水6.59 億m3，占總用水量87%，工業用水0.64 億m3，占總用水量8.4%，生活用水0.35 億m3，占總用水量4.6%。詳見表1。

表1 2012年用水結構表

3 水資源開發利用預測

3.1 中長期水資源需水預測

3.1.1 預測方法

預測城鎮生活需水、農村人畜需水、農業灌溉需水采用定額法。即通過分析確定不同水平年的各種需水定額，乘以相應的發展指標，即得到不同水平年的需水量。

計算公式為:

式中:W 是需水量;Q 是用水定額;C 發展指標，i 是不同的需水類別(城鎮生活、農村人畜、農業灌溉)。

預測工業各部門的需水采用萬元產值耗水量的方法，通過對萬元產值耗水量分析，確定合理的重復利用率，然后利用萬元產值用水定額推算不同水平年的工業需水量，公式如下:

式中:q 為萬元產值用水定額;G 為萬元產值;k 為重復利用系數。

3.1.2 預測的依據

本次規劃需水預測主要依據是:東港市《國民經濟和社會發展第十一五年計劃和2010年遠景目標綱要》、市計生委制定的《人口規劃》。水資源的合理利用是關系到國民經濟健康發展的主要因素之一，無論現在還是將來，本市各部門的各個行業都要本著計劃用水、節約用水的原則，千方百計降低用水定額，提高單位水資源的效益。因此在需水預測中要充分考慮到科技進步、產業結構調整、行業技術改造、先進的節水技術和節水措施推廣使用等方面節水因素［3－4］。

根據本市的實際情況，確定城鎮生活用水和農村生活用水保證率95%，農業灌溉用水保證率為75%，工業用水保證率為95%。

3.1.3 預測結果

需水總量預測(如表2，圖1、圖2)

圖1 2020年需水結構圖

圖2 2030年需水結構圖

表2 需水總量預測表 萬m3

從圖中看出，農業依然是主要用水戶，分別高達87%和85%，生活用水量逐步增加，工業用水量有減少趨勢［5］。

3.2 中長期水資源供水結構與供需平衡分析

3.2.1 供水結構

根據東港市水資源規劃，地下水控制開采量，2020年和2030年保持4200 萬方水不變。根據保證率，地表水、地下水供水量如下表3，其中地表水所占比例高達93%。

表3 供水結構表

3.2.2 供需平衡分析

從4 表中可以看出:2020年缺水9 819.3 萬m3，其中鴨干和鴨～大缺水12 366 萬m3，大洋河余水2 546 萬m3。

2030年缺水11 792.7 萬m3，其中鴨干和鴨～大缺水14 270 萬m3，大洋河余水2 477.3 萬m3。

表4 供需平衡分析表 萬m3

3.3 節水預測

3.3.1 農業節水

改造現有水利工程，完善配套工程與調水工程，節水改造工程完成后，灌溉定額平均降低256 m3/hm2，灌區每年節省水量1.43 億m3。

3.3.2 工業節水

工業節水預測根據定額計算，2020年定額比2010年 少10 方/萬元，392 億 元 產 值 節 約1 960 萬m3水。

4 水資源配置方案

基于保證海水入侵程度最小思想的水資源優化配置模型，以入海水量最大化為目標函數，以生存條件約束和承載能力約束組成約束空間，構造出水資源配置方案生成模型［6］。

模型數學表述如下:

4.1 目的函數

入海水資源量最大化，即地下水入海量和河口水入海量最大:

式中:W 為入海水量;Q地為地下水初水量;W地引為地下水引水量;W農用為農業用水量;Q河為河流初水量;W河引為河流水引水量;W工用為工業用水量;W生用為生活用水量，1.2 是地下水防治海水入侵效應系數，0.5、0.1、0.6、0.75 為用水回歸系數。

4.2 約束條件

4.2.1 生存條件約束

生存條件約束主要有4 條:

1)Q河－ W河引+0.1W農用+ 0.6W工用+ 0.6W生用≥Min，W生態為保證生態需水量要求。

2)Q庫≥W庫引為保證水庫可引水量。

3)Q河≥W河引為保證河水可引水量。

4)Q地≥W地引為保證地下水可引水量。4.2.2 承載能力約束

W河引+W地引+W庫引≥W農用+W工用+W生用為保證引水量大于用水量。

(Q河－W河引)×(C標－C本底)≥W污為保證水質安全(納污能力)。

5 結 論

結合2020年、2030年預測的供需分析，預測7.3 億m3和7.5 億m3的需水量和6.3 億的供水量，并計劃對灌區續建配套與節水改造，新建鴨綠江引水工程，大洋河新建攔河閘及改建沿河提水站工程等，可 供 水 量 達 到7.54 億m3，2010年 余 水0.24 億m3，2030年余水0.04 億m3，水資源總量基本滿足要求［7－8］。

根據地下水的1.2 作用系數，一般只關注河水約束條件，鴨綠江的生態需水和納污能力滿足約束條件，故在充分引用水庫水后不足部分引用河水。

本模型以防治海水入侵為唯一目的，在輸水線路的經濟效益沒有考慮，又由于本地區水資源豐富，一般以需定供，三水配置約束條件一般處于閑置狀態。

［1］王濤，周旭東，李晶. 大連地區海水入侵成因分析及防治對策研究［J］. 東北水利水電，2008(10).

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［3］豐華麗，王超，李劍超. 干旱區流域生態需水量估算原則分析［J］. 環境科學與技術，2002(01).

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［5］劉青勇，耿樹德，董廣清，等. 王河流域防治海水入侵的攔蓄源及調度技術研究［J］. 水利水電技術，1997，28(08):18 －21.

［6］王國利，周惠成. 大連市地下水資源優化管理模型［J］.大連理工大學學報，2001，41(01):112 －115.

［7］于百榮，馮厚群. 龍口市北馬河流域緩解海水入侵試驗研究［J］. 水利水電技術，1996(09):5 －10.

［8］張展羽，高玉芳，李龍昌，徐征和. 沿海缺水罐區水資源優化調配藕合模型［J］. 水力學報，2006，37(10):1246－1252.