郝曉芳

（晉中市水文水資源勘測(cè)分局，山西 晉中 030600）

1 榆次區(qū)水資源供需現(xiàn)狀

1.1 水資源供需現(xiàn)狀

榆次區(qū)是山西省晉中市委、市政府駐地，是晉中市的發(fā)展中心。水資源的可持續(xù)利用，是榆次區(qū)新時(shí)期社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的基礎(chǔ)，榆次區(qū)1956—2016 年多年平均水資源總量為8 280 萬(wàn)m3。

調(diào)查統(tǒng)計(jì)，2016 年榆次區(qū)水利工程總供水量為14 728 萬(wàn) m3，其中，地表水 4 900 萬(wàn) m3，占 33.3%；地下水 8 835 萬(wàn) m3，占 60.0%；中水 993 萬(wàn) m3，占 6.7%。其中，第一產(chǎn)業(yè)（包括農(nóng)業(yè)灌溉、林牧漁業(yè)）8 500 萬(wàn)m3，占57.7%；第二產(chǎn)業(yè)2 461 萬(wàn)m3，占16.7%；第三產(chǎn)業(yè)644 萬(wàn) m3，占 4.4%；生活用水（包括城鎮(zhèn)、農(nóng)村）2 130萬(wàn) m3，占 14.5%；生態(tài)用水 993 萬(wàn) m3，占 6.7%。

1.2 水資源配置目標(biāo)

榆次區(qū)水資源配置，首先運(yùn)用水資源配置優(yōu)化模型，計(jì)算出規(guī)劃水平年（2030 年）的供需水量，再通過(guò)供需分析，對(duì)水利工程可供水量進(jìn)行合理調(diào)整，然后提出水資源優(yōu)化配置方案。配置方案遵循公平性、高效性、可持續(xù)性的原則，確定各主要行業(yè)供水保證率如下：工業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)、生活用水（包括城鎮(zhèn)、農(nóng)村）等供水保證率達(dá)到95%；農(nóng)業(yè)灌溉用水在P 為75%和P 為95%情況下不作要求，供水保證率P 僅要求達(dá)到50%。

晉中市政府核定2030 年用水總量的控制目標(biāo)為1.63 億m3，以此進(jìn)行遠(yuǎn)期2030 年水資源配置，其中供需平衡差率要求在±5%以內(nèi)。

2 水資源配置模型

2.1 目標(biāo)函數(shù)

榆次區(qū)水資源優(yōu)化配置以可持續(xù)發(fā)展理論為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、人口、資源、生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，遵循水資源的供需平衡、時(shí)間和空間上的水量和水質(zhì)統(tǒng)一控制。以經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益等綜合效益最佳為優(yōu)化配置目標(biāo)。使用這組“管理系數(shù)”的加權(quán)函數(shù)，來(lái)確定每個(gè)作業(yè)的優(yōu)先權(quán)數(shù)及總量，加權(quán)函數(shù)計(jì)算公式：

（1）目標(biāo)1（經(jīng)濟(jì)效益）：各水平年各子區(qū)不同行業(yè)供水產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)凈效益最大。

式中：maxf（1x）——經(jīng)濟(jì)效益最大化目標(biāo)函數(shù)；

wk——子區(qū)k 的權(quán)重系數(shù)；

i———供水水源數(shù)i=1……（Ik）；

j——某子區(qū)用戶序號(hào)j=1……J（k）；

k——供水子區(qū)數(shù)k=1……k。

（2）目標(biāo)2（社會(huì)效益）：各水平年各子區(qū)供水系統(tǒng)總?cè)彼孔钚　?/p>

式中：minf2（x）——供水系統(tǒng)總?cè)彼孔钚』繕?biāo)函數(shù)；

（3）目標(biāo)3（環(huán)境效益）：各水平年的各子區(qū)COD排放量之和最小。

式中：maxf3（x）——各水平年的各子區(qū)COD 排放量之和最小化目標(biāo)函數(shù)；

2.2 約束條件

多水源供水優(yōu)化配置的目的是確定最合理的各水源供水量。一方面，希望供水量盡量達(dá)到配置目標(biāo)，反映在優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)值最大或最??；另一方面，各種水源進(jìn)行供水時(shí)，受配置原則、各水源自身的供水能力和相應(yīng)的供水配套設(shè)施的限制。各水源的供水量必須符合一定的條件沒(méi)反映在優(yōu)化模型的約束條件集合上。

（1）水源可供水量約束：

（2）需水約束：

式中：Bk——k 子區(qū)的最低需水量；

（3）用戶需水能力限制：

（4）非負(fù)約束：

2.3 模型參數(shù)

（1）水資源供水次序系數(shù)、用戶公平系數(shù)

按照“先生活用水，再農(nóng)工業(yè)，同時(shí)兼顧生態(tài)”的原則，擬定各主要行業(yè)的供水順序?yàn)椋撼擎?zhèn)生活用水、農(nóng)村生活用水、工業(yè)、建筑業(yè)、電力工業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)、農(nóng)業(yè)灌溉用水、林牧漁業(yè)、生態(tài)環(huán)境用水，按順序計(jì)算得到各主要行業(yè)的公平系數(shù)為：0.20、0.18、0.16、0.13、0.11、0.09、0.07、0.04、0.02。

（2）效益系數(shù)

榆次區(qū)2016 年工業(yè)萬(wàn)元產(chǎn)值用水量為41 m3/萬(wàn)元，預(yù)計(jì)2030 年工業(yè)萬(wàn)元產(chǎn)值用水量改進(jìn)至25 m3/萬(wàn)元，則工業(yè)用水量效益系數(shù)為400 元/m3。其他行業(yè)用水（包括生活、生態(tài)用水）因難以針對(duì)效益量化，此次分析采用工業(yè)用水量效益系數(shù)一同計(jì)算。

（3）費(fèi)用系數(shù)

按照榆次區(qū)基準(zhǔn)年水費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)，本次計(jì)算中第二產(chǎn)業(yè)、城鎮(zhèn)生活用水費(fèi)用分別為6.5 元/m3、3.8 元/m3，第三產(chǎn)業(yè)、農(nóng)業(yè)、農(nóng)村生活、林牧漁畜、生態(tài)用水費(fèi)用均為1.0 元/m3。

（4）目標(biāo)權(quán)重

本次計(jì)算運(yùn)用二元對(duì)比法確定目標(biāo)權(quán)重系數(shù)，得到經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)0.5，社會(huì)效益目標(biāo)0.3，環(huán)境效益目標(biāo)0.2。

3 供水水源配置

3.1 供需平衡分析

從地表水工程供水量、地下水工程供水量、中水可利用量三方面進(jìn)行可供水量分析預(yù)測(cè)可得，到2030 年，榆次區(qū)水利工程年可供水量：P=50%情況下為 19 320 萬(wàn) m3，其中非農(nóng)業(yè) 11 940 萬(wàn) m3，農(nóng)業(yè)7 380 萬(wàn) m3；P=75%情況下為 17 680 萬(wàn) m3，其中非農(nóng)業(yè) 11 940 萬(wàn) m3，農(nóng)業(yè) 5 740 萬(wàn) m3；P=95%情況下為17 230 萬(wàn) m3，其中非農(nóng)業(yè) 11 940 萬(wàn) m3，農(nóng)業(yè) 5 290 萬(wàn) m3。

根據(jù)主要行業(yè)用水指標(biāo)與發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行需水量預(yù)測(cè)，到 2030 年，國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展需水量：P=50%情況下為16 250 萬(wàn)m3/年，其中非農(nóng)業(yè)10 742 萬(wàn) m3/年，農(nóng)業(yè) 5 509 萬(wàn) m3/年；P=75%情況下為 17 860 萬(wàn)m3/年，其中非農(nóng)業(yè)10 742 萬(wàn)m3/年，農(nóng)業(yè)7 118 萬(wàn) m3/年；P=95%情況下為 17 860 萬(wàn) m3/年，其中非農(nóng)業(yè) 10 742 萬(wàn) m3/年，農(nóng)業(yè) 7 118 萬(wàn) m3/年。

計(jì)算可得50%保證率情況下，可供水量滿足需水量要求，余水3 070 萬(wàn)m3/年。75%和95%保證率情況下，可供水量與需水量基本持平，其中非農(nóng)業(yè)供水量滿足需水量要求，農(nóng)業(yè)供水不能滿足需水量要求，缺水量為 1 378～1 828 萬(wàn) m3。

上述可知，預(yù)測(cè)需水量在榆次區(qū)用水總量控制目標(biāo)（1.63 億m3）內(nèi)，已符合要求。預(yù)測(cè)可供水量大于用水總量控制目標(biāo)，依據(jù)供需平衡原則須對(duì)水利工程可供水量進(jìn)行優(yōu)化配置。

3.2 水利工程可供水量配置

前述需水量預(yù)測(cè)經(jīng)合理性分析，節(jié)水的空間非常有限。從減少供水成本和供水工程投資等方面考慮，主要對(duì)水利工程供水進(jìn)行調(diào)整，確定供水水源配置。

2020—2030 年，榆次主要供水工程及供水水源組成如下：

地表水：小型地表水引提水；松塔水電站引水工程；引黃工程供水；瀟河大壩水利樞紐工程。

地下水：藺郊集中供水工程；西窯水源地（重建大溝水源地）；北山水源地：六臺(tái)和東郝水源地；當(dāng)?shù)氐叵滤こ蹋ǚ稚㈤_(kāi)采井水源工程）。

中水：正陽(yáng)污水凈化有限公司（一廠、二廠）；規(guī)劃污水處理廠（高校園區(qū)、修文處理廠）。

根據(jù)前述各主要行業(yè)供水保證率目標(biāo)對(duì)供需水方案進(jìn)行合理的調(diào)整。

調(diào)整引黃工程供水量，年供水量由3 650 萬(wàn)m3調(diào)整為2 500 萬(wàn)m3；因存在地下水超采的情況，農(nóng)業(yè)供水調(diào)整地下水可開(kāi)采量，年開(kāi)采量控制由5 600 萬(wàn)m3調(diào)整為4 530 萬(wàn)m3；為保護(hù)地表水生態(tài)環(huán)境，調(diào)整小型水利工程年供水量，由1 500 萬(wàn)m3調(diào)整為1 000 萬(wàn)m3。

調(diào)整后規(guī)劃水利工程供水量：P=50%情況下為16 250 萬(wàn) m3/年，其中非農(nóng)業(yè) 9 600 萬(wàn) m3/年，農(nóng)業(yè)6 650 萬(wàn) m3/年；P=75%情況下為 15 460 萬(wàn) m3/年，其中非農(nóng)業(yè) 9 600 萬(wàn) m3/年，農(nóng)業(yè) 5 860 萬(wàn) m3/年；P=95%情況下為15 010 萬(wàn)m3/年，其中非農(nóng)業(yè)9 600 萬(wàn)m3/年，農(nóng)業(yè) 5 410 萬(wàn) m3/年。

與前文規(guī)劃需水量對(duì)比可知，非農(nóng)業(yè)、農(nóng)業(yè)供水分別滿足95%、50%的供水保證率，均符合各自的供水保證率要求。

到2030年，水利工程配置年供水總量為16 250萬(wàn)m3，與2016 年比較增加了1 522 萬(wàn)m3，增加幅度約10.3%。各水源供水量對(duì)比情況見(jiàn)表1。

總體上，地表水工程供水量相對(duì)穩(wěn)定在總供水量的37%～38%，地下水開(kāi)采量所占比重相對(duì)減少，中水利用量所占比重相對(duì)增加，外引水源（客水）所占比重增加。

到2030 年，配置外引水源和中水利用量占到總供水量的44%，充分利用外引水和中水對(duì)于有效解決或緩解榆次水資源緊缺問(wèn)題將會(huì)起到非常重要的作用。因此，在今后的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，應(yīng)重視外引水源和污水處理工程項(xiàng)目的建設(shè)。

表1 2016 年、2030 年供水量對(duì)比情況表 單位：萬(wàn)m3

4 主要行業(yè)用水量配置

從供需平衡分析中已知，規(guī)劃到2030 年P(guān)=50%情況下，總需水量為16 250 萬(wàn) m3，較2016 年增加1 522 萬(wàn)m3。主要行業(yè)用水量中，第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)、生態(tài)、城鄉(xiāng)生活分別為5 730 萬(wàn)m3、3 245 萬(wàn) m3、1 110 萬(wàn) m3、1 140 萬(wàn) m3、5 025 萬(wàn) m3，占總配置水量的比例分別為35.3%、20.0%、6.8%、7.0%和4.2%。

到2030 年，通過(guò)農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水技術(shù)的提高，農(nóng)業(yè)用水量減少，地下水開(kāi)采量減少。壓縮地下水開(kāi)采這部分水量主要用于修復(fù)地下水超采和地表水功能區(qū)生態(tài)環(huán)境；第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)、生態(tài)、城鄉(xiāng)生活用水量不同程度提高，增加的用水量主要通過(guò)引黃工程供水和中水利用解決。