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        鑒江流域特枯條件下應急供水供需平衡分析

        2020-11-30 06:15:10呂超寅郝穎波房春艷周佳偉
        廣東水利水電 2020年11期
        關鍵詞:保證率需水供水

        呂超寅,郝穎波,房春艷,周佳偉

        (1.廣東省西江流域管理局,廣東 珠海;2.中山大學水資源與環(huán)境研究中心,廣東 廣州 510275; 3.華南地區(qū)水循環(huán)和水安全重點實驗室,廣東 廣州 510275;4.中山大學 土木工程學院,廣東 珠海 519082)

        1 概述

        水資源是重要的基礎自然資源,供水安全是關系居民生活、城市運轉(zhuǎn)和社會發(fā)展的最基本保障[1]。隨著鑒江流域社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,以及氣候環(huán)境的改變,各城區(qū)供水也面臨著各種各樣的問題,尤其是在特枯條件下,水源短缺可能引發(fā)供水突發(fā)事件等安全問題,需要相應的應急方案對應急條件下的供需水進行量化分析。

        目前,國內(nèi)外對城市應急供水、水源保障能力的研究較多。趙林林[2]以月塘水庫為應急水源地,對儀征市進行了應急供水水量平衡分析;張海濱[3]制定了東北地區(qū)不同干旱等級下保障目標的供水標準,根據(jù)不同干旱條件進行應急需水預測;黃恒熙[4]用人口資料與國民經(jīng)濟指標對惠州市應急需水進行預測,并分析各產(chǎn)業(yè)需水的合理性;王靜[5]針對城市供水系統(tǒng)各環(huán)節(jié)高危要素建立相關指標體系和評價標準,對鄭州、東莞等6個城市的供水系統(tǒng)應急能力進行評價;V.K.Lohani等[6]基于Palmer干旱指數(shù),采用非均一馬爾柯夫鏈轉(zhuǎn)移概率模型,對維吉尼亞干旱進行了預警,結(jié)果表明:該方法很好地反映了氣候?qū)Ω珊档挠绊懀籑arwan Haddad[7]以巴基斯坦地區(qū)為例,為應對恐怖襲擊、投毒等突發(fā)事件下的供水安全問題,提出了建立應急地下水源及地下輸水管網(wǎng)系統(tǒng)。總之,大多數(shù)對于應急供需水的研究都以城市為對象,對于流域相應的研究較少。本文將從流域的尺度預測在特枯條件下的應急需水,制定相應的應急供水方案,并對水量供需平衡情況進行分析。

        2 流域概況

        鑒江是粵西沿海最大、最長的一條獨流入海的河流,發(fā)源于信宜市東鎮(zhèn)里五大山,由北向南流經(jīng)信宜、高州、化州3市至湛江吳川市黃坡注入南海。鑒江干流全長為231 km,總落差為220 m,平均坡降為0.374‰。流域總面積為9 464 km2,在茂名市的流域面積為7 949 km2,約占全流域的84%,廣西境內(nèi)的集雨面積為745 km2,湛江吳川市集雨面積為770 km2。鑒江流域人口約為731萬。流域多年平均雨量為1 780 mm,由西南向東北遞增,變化范圍為1 500~2 000 mm;流域多年平均水面蒸發(fā)量為1 180.7 mm(E601型蒸發(fā)器);多年平均徑流量為89億m3;較大支流有羅江、曹江、大井河、袂花江、小東江等(見圖1所示)。

        圖1 鑒江流域概況示意

        3 應急需水預測

        3.1 分區(qū)及水平年

        本次應急需水量預測范圍包括茂名市與湛江市共4市2區(qū),以及電白區(qū)內(nèi)的濱海新區(qū)與湛江市內(nèi)的東海島。本次預測以2020年為水平年。

        3.2 應急供水保證率及供水保證期

        供水保證率是評價供水工程供水能力的重要指標,也是供水工程設計標準的一項重要指標。為應對供水突發(fā)事件,對應急供水保證率作70%和30%兩種方案,進行突發(fā)情況下的需水預測和方案評價。其中供水保證期為30 d。

        1) 按總需水量的70%考慮。供水保證率完全滿足了居民的生活用水,同時還能滿足工業(yè)企業(yè)的基本生產(chǎn)用水,對工業(yè)影響不大。保證供水率,除綠化環(huán)衛(wèi)、洗車、娛樂等受到一定影響外,居民生活用水完全不受影響,社會秩序能夠維持穩(wěn)定。

        2) 按總需水量的30%考慮??杀WC居民生活用水,所有工業(yè)基本停止生產(chǎn),供水保證率對工企業(yè)的生產(chǎn)影響大,對社會生活也會造成一定的影響。

        3.3 水平年需水預測

        根據(jù)《廣東省各地級以上市用水總量控制指標》,茂名市和湛江市2020年用水總量控制指標見表1所示。

        表1 2020年兩市用水總量控制指標 億m3

        根據(jù)兩市的用水總量控制指標,結(jié)合流域主要取、用水戶2010—2018年取用水數(shù)據(jù)、鑒江流域2010—2018年的用水變化趨勢,使用定額法與趨勢外推法,預測2020年流域內(nèi)河道內(nèi)行業(yè)需水和河道外需水(見表2所示)。

        表2 2020水平年鑒江流域需水預測 萬m3

        3.4 應急需水量預測

        分別按照總需水量70%、30%的供水保證率要求,得出鑒江流域在2020水平年下特枯條件時7 d、10 d、13 d的應急需水量(見表3~4所示)。

        表3 2020水平年各區(qū)城鎮(zhèn)應急需水量(70%保證率) 萬m3/d

        表4 2020水平年各區(qū)城鎮(zhèn)應急需水量(30%保證率) 萬m3/d

        4 應急供水方案與水量供需平衡分析

        鑒江流域在特枯條件下應急供水水源主要是依賴于高州水庫、羅坑水庫和一些干渠,水源到用戶則主要依靠供水廠,東海島供水主要是鑒江供水樞紐工程。

        4.1 應急供水方案

        為了增加應急供水方案的有效性與可行性,結(jié)合鑒江流域1958—2018年來水情況和調(diào)度情況,設置3種特枯條件,每種條件下兩水庫調(diào)度期分別為13 d、10 d、7 d。各枯水條件設置與其對應應急供水方案見表5所示。

        表5 各枯水條件設置與其對應應急供水方案

        4.1.1方案1

        調(diào)度周期為13 d。初始調(diào)度時高州水庫水位為80.66 m,出庫流量為60 m3/s。而羅坑水庫初始水位為107.5 m,枯水期入庫流量為2 m3/s,擬定出庫流量為7 m3/s進行應急調(diào)度。兩水庫調(diào)度過程見表6所示,兩水庫共調(diào)度水量1.38億m3,提供鑒江流域主要干渠和用水戶30 d總應急用水。

        表6 方案1應急調(diào)度期內(nèi)兩水庫調(diào)度過程 萬m3

        4.1.2方案2

        調(diào)度周期為10 d,初始調(diào)度時高州水庫水位為80.66 m,出庫流量為70 m3/s;羅坑水庫初始水位為107.5 m,入庫流量為1.8 m3/s。擬定出庫流量為8 m3/s進行應急調(diào)度(調(diào)度過程見表7所示),兩水庫共調(diào)度水量1.299億 m3,提供鑒江流域主要干渠和用水戶30 d總應急用水。

        表7 方案2應急調(diào)度期內(nèi)兩水庫調(diào)度過程 萬m3

        4.1.3方案3

        調(diào)度周期為7 d。初始調(diào)度時高州水庫水位為79.16 m,出庫流量為90 m3/s;羅坑水庫初始水位為102.2 m,入庫流量為1.5 m3/s。擬定出庫流量為10 m3/s進行應急調(diào)度(調(diào)度過程見表8所示),兩水庫共調(diào)度水量0.947億m3,提供鑒江流域主要干渠和用水戶30 d總應急用水。

        表8 方案3應急調(diào)度期內(nèi)高州水庫應急調(diào)度過程 萬m3

        4.2 供需平衡分析

        高州水庫與羅坑水庫在應急供水時遵循優(yōu)先保障城鄉(xiāng)居民生活用水、再考慮重要工業(yè)和生態(tài)用水的原則,由于特殊干旱期水量的緊缺性,需要削減一部分農(nóng)業(yè)灌溉、發(fā)電用水。3種方案下兩水庫均能保證城鄉(xiāng)居民生活及主要用水戶用水(見表9所示)。

        表9 3種方案中主要用水戶30 d應急配水量 萬m3

        基于3種方案情況下的流域應急供水供需平衡分析如表10所示。方案2、3均能保證流域70%以上的需水;方案1由于水庫出庫流量較小,調(diào)度期內(nèi)對于70%保證率13 d的應急需水尚缺水561.9萬m3,但也基本能保證流域內(nèi)的正常供水,表明了方案設置的科學合理性。

        表10 2020水平年各區(qū)城鎮(zhèn)應急供水供需平衡分析 萬m3

        特枯條件下,在應急供水時需要削減一部分農(nóng)業(yè)灌溉及發(fā)電用水,3種方案下各干渠及調(diào)度工程缺水量如表11所示。與3特枯條件的設置相對應,流域來水越枯,各干渠取水的削減量越大。

        表11 3種方案下主要干渠30 d應急調(diào)配水量及缺水量 萬m3

        綜合主要用水戶與干渠的供需水分析,3種方案各有優(yōu)劣。方案3考慮最不利的枯水情況,更注重保證近期的供水;方案1考慮較為溫和的枯水情況,更注重保證遠期的供水;方案2折中。在應急供水時需要根據(jù)實際情況進行綜合考量。

        5 結(jié)語

        1) 本文預測了鑒江流域在2020水平年的應急需水量,為應對3種特枯條件制定了3種應急供水方案,從方案1到方案3遵循由緩至急的策略。

        2) 分析了鑒江流域供水、需水情況,在進行應急供水時優(yōu)先保障城鄉(xiāng)居民生活用水、再考慮重要工業(yè)和生態(tài)用水,并削減一部分農(nóng)業(yè)灌溉用水。3種供水方案均能滿足流域30 d生活用水的需求,基本能保證流域內(nèi)的正常供水。

        3) 本文應急供水方案以兩座水庫作為應急供水水源地,沒有考慮輸水過程的損耗、突發(fā)水污染事件、工程事故等問題,應急供水機制仍需進一步完善。

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