地表水供水工程中洪水资源利用研究——以河北省迁西县栗乡工业产业聚集区为例

赵宏亮，刘玉伟，徐海剑

（河北省唐秦水文水资源勘测局，河北唐山 063000）

1 引言

2010年，按照河北省政府发布的《关于加快工业聚集区发展的若干意见》要求，迁西县委、县政府提出了建设迁西县栗乡工业产业聚集区的战略构想。2011年5月，河北省政府批准迁西县栗乡工业产业聚集区为首批省级工业聚集区。迁西县栗乡工业产业聚集区用地涉及三屯营镇、白庙子乡和新集镇3个乡镇，2020年总规划面积29.421 3 km2，规划区现状人口1.285 2万人，建成后可居住人口5.48万人[1]。

迁西县栗乡工业产业聚集区分为西区、中区和东区3个功能区[1]。东区位于新集镇，包括东岗村、西岗村、河东寨村、北董村、小傅庄、学房峪等行政村，现有人口约4 595人，已建成企业有迁西首特锻铸有限公司、迁西县金信太阳能光伏玻璃有限公司和奥帝爱机械铸造有限公司[2]。规划2020年，东区面积6.33 km2，人口约1.18万人。东区功能定位为新能源和装备制造产业主体功能区。为解决东区用水问题，拟建东区地表水供水工程，水源主要为滦河洪水资源。

2 东区需水量预测

采用分项估算法和土地综合用水指标法进行需水量预测。最终，综合考虑两种需水量预测方法的预测结果，确定东区规划水平年用水量。

2.1 分项估算法

东区需水量中包括生活需水量、工业需水量、市政需水量、公共建筑需水量、不可预见水量及自来水厂自用水量。先分项计算再对各分项求和，得到东区需水量。

（1）生活需水量：用东区规划人口乘以居民人均生活用水量得到。河北省城镇居民室内有给排水、卫生设施、淋浴设备、24 h热水，生活用水定额标准为140L/（人·d）[3]。本次预测居民人均生活用水量采用120 L/（人·d）。

（2）工业需水量：采用万元增加值，用水量乘以规划水平年工业万元增加值计算得到。根据东区产业布局，结合现状入驻企业生产产品及产能，并参考水利部最严格水资源管理工作方案推荐的国际先进水平7 m3/万元，确定东区规划2020年工业增加值用水量为8 m3/万元。规划2020年，东区工业增加值60 亿元[2]。

（3）市政需水量及公共建筑需水量：分别取生活需水量及工业需水量之和的5%和10%作为市政需水量及公共建筑需水量。

（4）不可预见水量：取前3项的10%作为不可预见水量值。

（5）自来水厂自用水量：取前4项的5%作为自来水厂自用水量。

以上5项之和为东区需水量，见表1。

表1 东区分项估算法需水量预测成果

2.2 土地综合用水指标法

土地综合用水指标由工业区规划水平年城市规模和产业规划布局确定。唐山市在水资源分区中处于海河区，在全国城市分区中为Ⅱ区，地均综合用水指标为 80 万～125 万 m3/（km2·a）[4]。 东区属于小城市，根据东区规划产业布局，土地综合用水指标取110万 m3/（km2·a）。 土地综合用水指标乘以面积得到东区规划2020年需水量，见表2。

表2 东区土地综合用水指标法需水量预测成果

2.3 需水量确定

分析以上预测结果，两种方法预测的结果相对误差较小，取两者平均值，对东区水资源进行合理配置。经计算，东区需水量701.3万m3/a，其中东区生活需水量采用分项估算法预测值51.7万m3/a、工业及其他需水量649.6万m3/a。

供水平衡分析表明，规划2020年，东区供水量215.0万m3，其中地下水供水量51.7万m3/a（东区生活用水开采当地地下水）、再生水供水量163.3万m3/a（东区污水处理厂再生水）、东区缺水量486.3万m3[2]。

3 水源选择

东区所在区域属山丘区河谷地带，第四系松散沉积物厚度小，现状地下水处于超采状态；东区内有1条季节性河流——朱家河，由于无地表水供水工程，地表水可利用量为零；另外，当地没有矿坑水、疏干水和再生水可使用。因此，确定东区供水工程水源以大黑汀－取水口区间滦河洪水资源为主，并与房官营水库以上流域自产水量进行联合调节，调蓄水量供东区使用。

大黑汀-取水口区间流域面积1 400 km2，滦河支流主要有：长河、横河和朱家河。长河位于迁西县北部，发源于宽城县大汉沟东南的都山西北麓，在董家口穿过长城进入迁西境内，于九山村南注入滦河，全长110 km，流域面积652 km2；横河发源于迁西县王寺峪以北的十八盘，至白堡店注入滦河，全长23 km，流域面积134 km2；朱家河位于迁西县东南部，属季节性河流，全长12 km，流域面积60 km2。降水时间多出现在每年6—9月，4个月降雨量占全年降水量的80%以上，汛期水量（6—9月）一般可占全年水量的 60%～90%[5]。

4 洪水资源利用分析

4.1 供水工程概况[6]

供水工程管径设计流量0.81 m3/s，月引水量约210万m3，主要包括取水工程、引水工程、房官营水库调节工程、输水工程和给水厂。取水工程位于滦河右岸、滦河支流朱家河河口下游约1 km处，由集水井工程、提水泵站工程、输变电工程、机电控制系统工程、供水泵站、办公用房屋工程六部分组成，提水泵站配备2台水泵，单台供水能力1 643 m3/h；引水工程采用有压管道输水，管道材质为玻璃钢，管径为DN800 mm，沿朱家河和彭李公路铺设1条管，由取水工程的供水泵站通往房官营水库；房官营水库调节工程位于东区东侧的尹庄乡房官营村，水库所在河流为滦河水系朱家河，水库控制流域面积25 km2，正常泄洪道最大泄量657 m3/s，输水洞最大泄量2.0 m3/s，水库技术指标见表3；输水工程采用有压管道输水，管道材质为玻璃钢，管径为DN800 mm，自房官营水库至给水厂铺设1条管线；东区规划建设1座相应规模的给水厂[1]。

表3 房官营水库技术指标

4.2 来水量预测

4.2.1 天然年径流量

供水工程取水口位于桑园水文站以上约7 km处，大黑汀-桑园区间包括大黑汀-取水口区间，可以采用水文比拟法计算大黑汀-取水口区间1956—2010年天然年径流量。房官营水库以上流域位于大黑汀-桑园区间内，房官营水库缺乏实测和还原资料，其1956—2010年天然年径流量同样采用水文比拟法计算。

（1）大黑汀-桑园区间天然年径流量：桑园水文站位于滦河迁安市段，于1984年撤站。大黑汀-桑园区间1956—2000年天然年径流量直接采用《河北省水资源评价》和《唐山市水资源评价》数据；2001—2010年天然年径流量由插补而得。插补采用两种方法：一是建立大黑汀－桑园区间降雨径流深相关图，由2001—2010年区间降水量查出区间径流深，由径流深计算天然年径流量；二是使用唐山市逐年径流深等值线图查得径流深，由径流深计算天然年径流量。由两种方法得到的结果确定大黑汀-桑园区间2001—2010年天然年径流量，保障1956—2010年天然年径流量资料具有较好的一致性。

依据大黑汀-桑园区间1956—2010年天然年径流量系列成果进行频率计算，求得大黑汀-桑园区间多年平均天然径流量32850万m3，保证率为50%、75%、95%的天然径流量分别为26 700万、16 120万、8 390 万 m3，见表 4。

表4 1956—2010年天然年径流量频率计算成果

式中：WAB为大黑汀-取水口区间天然年径流量（亿m3）；WA为大黑汀-桑园区间天然年径流量 （亿m3）；FA为大黑汀-桑园区间面积（km2），取 FA＝1 800；FB为大

（2）大黑汀-取水口区间天然年径流量：大黑汀-取水口区间天然年径流量按下式计算：黑汀-取水口区间面积（km2），取 FB＝1 375。

对大黑汀-取水口区间1956—2010年天然年径流量系列成果进行频率计算，求得大黑汀-取水口区间多年平均天然径流量25 090万m3，保证率为50%、75%、95%的天然径流量分别为20 400万、12 310 万、6 410 万 m3，见表 4。

（3）房官营水库以上流域天然年径流量：房官营水库以上流域1956—2010年天然年径流量按式（1）计算。对房官营水库以上流域1956—2010年天然年径流量系列成果进行频率计算，求得多年平均天然径流量456万m3，保证率50%、75%、95%的天然径流量分别为371万、224万、117万m3，见表4。

4.2.2 来水量预测

（1）大黑汀-取水口区间河道来水量预测：大黑汀-取水口区间河道来水量包括两部分：一是大黑汀-取水口区间流域自产水量，二是大黑汀水库放水量。由于大黑汀水库不归唐山市管辖，且放水时间及放水量受人为控制，故此部分水量不予考虑。大黑汀-取水口区间河道来水量按下式计算：

式中：W来为区间河道来水量（万m3）；W天然为区间天然径流量（万m3）；W用为区间用水净消耗量（万m3）。

大黑汀-取水口区间要考虑的用水户主要有工业、农业及生态景观。根据河北省唐秦水文水资源勘测局2006—2010年用水调查资料，预测规划2020年保证率为50%、75%年份区间总耗水量为1 918万m3，其中工业1 184万m3、农业 514万m3、生态景观220万m3；保证率为95%年份不再考虑农业用水，总耗水量为1 404万m3。

在大黑汀-取水口区间不同保证率天然径流量计算结果的基础上，以冷口水文站的实测水文资料（冷口水文站位于迁安境内、滦河支流沙河上，其气候条件和下垫面条件与本供水工程所在区域相似）按对水库来水偏不利原则选取典型年，进行年内径流分配。保证率为50%、75%、95%典型年分别选用2001、2004、2002年。大黑汀-取水口区间工业用水按月平均分配；农业用水按作物生长需水量进行月分配；生态景观用水中水面蒸发量依据潘家口站多年平均水面蒸发量月分配进行，渗漏量按月平均分配。预测区间规划水平年不同保证率来水量及其月分配，见表5。规划2020年，大黑汀-取水口区间保证率为 50%、75%、95%的河道年来水量分别为18 482万、10 392万、5 011万 m3。

（2）房官营水库以上流域来水量预测：现状房官营水库上游无工农业用水户，居民生活用水取用地下水，所以规划2020年流域上游工农业净耗水量可视为零。规划2020年房官营水库以上流域保证率为50%、75%、95%年份的来水量分别为 371万、224万、117 万 m3。

表5 规划2020年大黑汀-取水口区间河道来水量预测成果 万m3

房官营水库1984—2003年的水库水文资料经由河北省水文局组织的非水文系统监测的大中型水库水文资料整编。本次按照房官营水库整编的月年来水量统计资料和实际报汛水库水文资料进行典型年来水量年内分配，结果见表6。

表6 房官营水库典型年来水量年内分配万m3

4.3 洪水资源利用量

房官营水库建库时水量主要供农业用水。近年来，迁西县政府调整农业产业种植结构，农业多以旱地作物为主，水库逐渐停止向农业供水，现状用水户为万通、德隆工贸等4家铁选厂（不属于东区范围），供水量60万m3/a；规划2020年增加东区用水486.3万m3/a，供水量合计546.3万m3/a。

房官营水库为中型水库，可以采用典型年法进行调节。房官营水库来水量包括水库自产水量和引滦河洪水资源量。

4.3.1 调节计算原则

房官营水库6月末起调水位为死水位60 m，相应库容121万m3；7月10日—8月10日控制在汛限水位66 m，相应库容413万m3；汛后控制水位为正常蓄水位69 m，相应库容705万m3。选择在8—10月引滦河洪水资源，引水量以房官营水库不弃水或少弃水为原则。

4.3.2 洪水资源利用量

由调节结果可知，规划2020年，保证率为75%时，房官营水库以上流域自产水量224万m3/a，在8—10月需净引滦河洪水资源量409.7万m3/a，除去用于蒸发和渗漏损失48万m3/a、现状用水户用水量60万m3/a外，可供水量525.7万m3/a，能够满足东区需水量486.3万m3/a要求；保证率为95%时，房官营水库以上流域自产水量117万m3/a，在8—10月需净引滦河洪水资源量474.3万m3/a，除去用于蒸发和渗漏损失45万m3/a、现状用水户用水量60万m3/a外，可供水量486.3万m3/a，能够满足东区需水量要求，见表7。

表7 规划2020年不同保证率年份引滦河洪水资源量统计 万m3

规划2020年保证率为75%、95%年份，东区供水工程直接利用房官营水库自产径流量分别为76.6万、12.0万m3，净引滦河洪水资源量分别为409.7万、474.3万m3。供水工程引水采用管道，输水损失按5%考虑，保证率为75%、95%年份毛引滦河洪水资源量分别为431.3万、499.3万m3。

5 洪水资源化的意义

洪水资源化是指在不增加防洪风险的前提下，利用工程措施和非工程措施拦蓄洪水，延长洪水在陆地上的停留时间，用于经济社会需水和生态环境需水，以改善河流、湖泊、洼地的水面景观和补充地下水，最大限度地发挥洪水的资源效益[7]。

5.1 解决水资源短缺的重要途径

由于迁西县境内滦河上游修建潘家口、大黑汀两座大型水库，滦河大部分水量被跨流域调至天津；另外，迁西县缺少地表水供水工程，地表水开发利用程度较低。2010年，迁西县总供水量为11 400万m3，其中地表水供水量2 800万m3，占总供水量的24.6%；地下水供水量8 600万m3，占总供水量的75.4%。随着国民经济的快速发展、人民生活水平的提高和城市化进程的加快，水资源的需求量越来越大，由于地表水开发利用程度较低，迁西县水资源更加短缺。

一切未被利用的水资源（地表径流）均可看作是洪水资源。对于一个区域来说，也就是出境水[6]。迁西县出境河流主要为滦河、清河和还乡河。迁西县1980—2000年多年平均出境水量为18.632 3亿m3，汛期（6—9月）多年平均出境水量为9.806 6亿m3，占全年出境水量的52.6%，见表8。1983年引滦入津输水工程建成后，大黑汀水库开始向天津市供水，这部分水量称为供水式出境水量，1983—2000年平均供水量5.642 1亿m3，扣除供水式出境水量，则迁西县自然式出境水量约为12.990 2亿m3。迁西县洪水资源丰富，应充分利用已有的水库实施汛限水位动态控制，采取河网梯级开发、河库联合运用[5]、修建供水工程等手段，最大限度地利用洪水资源，解决迁西县水资源短缺的问题。

表8 迁西县1980—2000年出境水量统计

5.2 改善地下水环境的有效手段

迁西县多年平均地下水资源量16 809万m3，地下水可开采量3 705万m3，其中平原区822万m3、山区2 253万m3[8]。2010年迁西县地下水供水量8 600万m3，地下水处于严重超采状态。由于长期大量超采地下水，地下水位逐年下降，引发了一系列环境地质问题，破坏了生态环境的平衡。

为解决由于地下水开采引起的环境地质问题，应减少地下水的开采量，改变只依靠超采地下水才能维持经济社会发展对水基本需求的现状。东区供水工程引用滦河洪水资源作为企业生产用水，不再增采当地地下水，同时替代地下水开采量39.9万m3/a（现状东区企业开采地下水量）。洪水资源化是改善地下水环境的有效手段。

另外，可以利用工程措施和非工程措施拦蓄洪水，延长洪水在陆地上的停留时间，汛期洪水一般限于主要河流的堤坝以内，可以利用大洪水以及滞洪区，滞洪区在洪水期由天然或人工构筑的闸门或溢洪坝控制，可以利用剩余的洪水来缓解超量开采含水层的问题[9]，改善地下水环境。

5.3 经济社会可持续发展的重要保障

洪水利用兼有兴利与防洪的双重功效。洪水资源由水库拦蓄后，通过发电机组下泄，增加发电量，同时可以作为农业灌溉用水；洪水资源经供水工程提引、调蓄、处理后，可作为企业生产用水使用。东区供水工程通过引滦河洪水资源可以解决东区企业生产用水，保障区域经济社会可持续发展。东区2020年工业增加值约60亿元，洪水资源化可以产生较为显著的经济效益。

迁西为纯山区县，降水时空分布不均，极易在短时间内汇成洪水，洪水灾害十分频繁。迁西境内有蓄水工程86处 （含潘家口和大黑汀水库）、引水工程82处、提水工程113处，应充分发挥现有水利工程的作用，利用洪水的淡水属性，减轻洪水灾害，增加水资源量，解决经济社会快速发展与水资源紧缺之间的矛盾，保障经济社会可持续发展。

6 结语

水资源供需矛盾随着经济的发展将进一步加剧，水资源短缺严重威胁区域经济社会可持续发展。洪水资源化是解决水资源短缺的重要途径。在洪水资源利用方面，要树立洪水也是一种资源的意识，政府和水行政部门应从政策方面予以大力支持，增加资金投入，组织有关部门开展必要的洪水资源化方面的科学研究，采取正确有效的洪水资源化方式和途径，在保证防洪与供水全面安全的前提下，最大限度地利用洪水资源，以解决水资源短缺，保护地下水环境，保障区域经济社会的可持续发展。

[1]北方设计研究院.迁西县栗乡工业产业聚集区控制性详细规划（2010-2020）[R].石家庄：北方设计研究院，2010.

[2]河北省水文水资源勘测局，河北省唐秦水文水资源勘测局.迁西县栗乡工业产业聚集区（东区）供水工程水资源论证报告[R].唐山：河北省唐秦水文水资源勘测局，2012.

[3]DB13/T 1161-2009，用水定额（河北省地方标准）[S].

[4]SL367-2006，城市综合用水量标准[S].

[5]王庆平.刘金艳.时振阁.唐山市洪水资源利用可行性分析[J].南水北调与水利科技，2010（4）：103-106.

[6]河北省迁西县水务局.尹庄引水泵站项目建议书及可研报告[R].唐山：河北省迁西县水务局，2011.

[7]邢焕政，刘东康，杨山林.海河流域洪水资源化潜力探讨[J].海河水利，2004（5）：11-12.

[8]唐秦水文水资源勘测局，唐山环境地质勘查院.唐山市水资源评价[R].唐山：唐秦水文水资源勘测局，唐山环境地质勘查院，2005.

[9]赵宏亮.滦河及冀东沿海平原区地下水开采问题及对策[J].水资源保护， 2009，25（S1）：27-29.