浙江省城市供水预警指标研究

2014-12-31邱志章韩海骞

浙江水利科技 2014年6期

邱志章，顾冬，2，韩海骞

(1.浙江省水利河口研究院，浙江杭州 310020;2.河海大学，江苏南京 210001)

近年来，浙江省的城市化进程不断向前推进，2012年全省城市化水平已达到63.2%。根据《浙江省城镇体系规划 (2008—2020)》，到2020年全省的城市化水平将达到72.0%左右。预计全省城市化进程将以每年1.0%以上的速度推进，相当于每年增加2座20万人口的中等城市;到2020年，城镇人口将达到4100～4200万人。随着浙江省城市化的不断推进和城乡供水一体化的发展，城市用水和供水的矛盾将会进一步突显，一旦遭遇干旱，就可能爆发城市供水危机。在危机爆发之前及时给出供水预警，将是城市供水工作的重点。在对浙江省各个县级以上城市主城区的自来水供水研究的基础上，给出以水库供水为主的城市供水预警指标，将大大提高城市供水预警的预见性，为城市供水主管部门和决策者应对供水危机提供更科学的参考。

1 浙江省城市自来水供水结构分析

浙江省11个地市共有72个县级以上城市，由于地区的差异，各个城市的自来水供水结构不尽相同。首先需要对浙江省72个县级以上城市主城区的自来水供水水源进行调研分析。调研结果见表1。

表1 浙江省72个县级以上城市主城区供水水源基本情况表

由表1统计计算得出，浙江省11个地市72个县级以上城市的主城区中，有76%以水库作为供水水源。据此得出，浙江省绝大部分城市由水库供水，而且随着河道和河网水质的不断下降，以水库供水的城市比例还将上升。

2 城市供水预警指标研究

目前，国内常用“城市干旱缺水率”、“连续无雨日天数”、和“因旱饮水困难人数”等指标来描述城市干旱(供水危机)［2］，然而这些指标都是以实际发生情况进行判别，在计算时影响因素较多，且不具有预警功能，指标没有预见性。为了开展具体工作，从浙江省的实际情况出发，针对绝大部分城市供水由水库提供的特点，以水库作为主要研究对象，并从实用性和城市用水的供需关系出发，提出“水库供水预警库容Wt”作为城市供水预警指标，并用该指标来划分供水预警等级。

2.1 水库供水预警库容Wt计算公式确定

水库供水预警库容是确定各个预警等级下供水水库需供水量与水库补充水量，同时考虑供水水库的实际蓄水量，最终整合各个变量得出预警公式。

2.1.1 基础公式

式中:Wt为水库供水预警库容，万m3;Wq为需供水量，万m3;We为其他需水量，万m3;Ws为水库补充水量，万m3。

2.1.2 影响因素

影响水库供水预警库容指标值的有2大因素:城市需水量和水库可供水量。城市需水量的研究重点是关注城市自来水供水水源的供水预警指标。因此，城市需水量用城市自来水供水量表示。水库可供水量是指城市自来水供水水源的可供水量，其影响因素主要有水源蓄水量、境外引入水量、水源引出水量、农业用水量、蒸发量、渗漏水量等。

2.1.3 公式的建立

水库供水预警库容公式见式(2)，为本研究首次提出:

2.1.4 城市供水保证天数Dn的确定

目前尚未有相关研究讨论城市供水保证天数Dn的确定方法，因此，本研究提出从城市的连续无雨日反推城市的供水保证天数。

各预警等级城市供水保证天数的确定方法:由于供水保证天数随着供水预警等级的升高而减少 (Ⅲ级供水预警一定是在Ⅳ级供水预警之后)，因此，Ⅳ级供水预警对应的保证天数最大。应急预案在供水危机即将发生时，应当考虑到较坏的可能性，Ⅳ级供水预警保证天数需要考虑较长的连续无雨日，但是，随着干旱的持续发展，城市所拥有的自来水量已经不能满足预定的保证天数的供水，供水保证天数就要相应削减，直到出现特大干旱 (Ⅰ级干旱)时，供水保证天数只能选用出现频率最高的连续无雨日。因此，通过对城市多年连续无雨日的排频计算，选择出现概率为5.0%的连续无雨日为Ⅳ级城市供水预警保证天数;出现概率为20.0%的连续无雨日为Ⅲ级城市供水预警保证天数;出现概率为50.0%的连续无雨日为Ⅱ级城市供水预警保证天数;出现概率为99.9%的连续无雨日为Ⅰ级城市供水预警保证天数。

2.2 试点城市分析

选择舟山本岛供水区域作为试点，以水库供水预警库容作为城市供水预警指标，分析试点的各级供水预警指标值。

预警计算起始时间假定为2014年01月01日，2014年的用水数据沿用2013年的用水数据，通过连续无雨日排频，确定城市供水保证天数从Ⅳ级到Ⅰ级分别为61，45，33，18d。具体计算见表2。

表2 水库供水预警库容计算例表

从表2可以看出，大陆引水按0m3/d计，计算起始日以2014年01月01日计，当水库库容达到2426万m3时，需要启动Ⅳ级供水预警;当水库库容达到2046万m3时，需要启动Ⅲ级供水预警;当水库库容达到1756万m3时，需要启动Ⅱ级供水预警;当水库库容达到1360万m3时，需要启动Ⅰ级供水预警。

舟山本岛供水水库为28座联网水库，研究将这些水库作为整体分析，同时，由于舟山本岛大陆引水工程的兴建，缓解了用水矛盾，本研究考虑了不同大陆引水量对应的水库供水预警库容 (见表3)。

表3 不同大陆引水情况下水库供水预警库容表

2.3 计算结果可靠性分析

预测2014年的自来水可供水预警水量指标时，无法对其进行可靠性检验。所以在验证可靠性时，采用2011年数据，结合2011年舟山市实际抗旱工作，对选用的预警指标的可靠性展开分析讨论。另外，2013年浙江全省发生了持续的高温干旱，但是舟山本岛并未发布干旱预警信息，以城市干旱预警指标来分析2013年的干旱情况，以此与实际作出比较。

2.3.1 与2011年实际情况对比

2011 年舟山本岛供水水库蓄水率变化情况见表4。

表4 2011年舟山本岛28座供水水库蓄水变化表

舟山市在2011年05月27日启动Ⅱ级供水预警，由表4可见，该日水库库容为1212万m3。计算给出的2011年05月27日的水源预警信息见表5。

表5 2011年05月27日水源预警信息表

由表5可见，2011年05月27日，水库Ⅳ级供水预警库容为1623万m3，水库Ⅲ级供水预警库容为1422万m3，水库Ⅱ级供水预警库容为1269万m3，水库Ⅰ级供水预警库容为1041万m3。由表4可见，05月17日的库容为1268万m3，而模型计算的Ⅱ级预警库容为1269万m3，此时需要启动Ⅱ级供水预警，比实际 (05月27日)提前11d。从舟山本岛2011年实际旱情情况看，当年供水预警信息发布略有滞后，所以指标的适当提前是有必要的，结果更具有预见性，能够弥补2011年供水预警发布指标上的不足，从实际情况看也相对更加合理。此外，查询表4后可以发现，根据当年旱情发展过程来看，大致在4月中下旬应先启动Ⅳ级供水预警，05月初启动Ⅲ级供水预警，但是这些符合干旱发展规律的循序渐进的供水预警过程，限于当时的实际困难没有发布。由此可见，通过研究，若再遇2011年干旱，整个供水预警发布过程将更为合理，管理部门和决策者可以参考此研究成果更科学合理地做好应急指挥调度。

2.3.2 与2013年实际情况对比

2013 年舟山市28座供水水库蓄水变化见表6。

表6 2013年28座供水水库蓄水变化表

续表6

根据表6所示，选择蓄水率相对较低的2013年09月20日、2013年09月29日、11月09日、11月30日、12月10日、12月20日和12月31日作为分析节点，利用本研究提出的城市供水预警指标进行针对性分析，结果见表7。

表7 城市供水预警指标针对性分析表

通过表7的计算数据和表6的实际数据对比发现，舟山本岛2013年全年不用发布城市供水预警信息。理由如下:城市供水危机主要体现为城市供水短缺，而通过表6可以看出，舟山本岛28个联网水库，上半年蓄水情况很好，以至于下半年出现连续高温干旱后，水库蓄水并未降低到供水预警值，因此不用发布城市供水预警，这也与实际情况相符，舟山本岛2013年并未发布供水预警。

根据对舟山本岛2011年干旱预警和2013年干旱预警分析可以看出，研究成果应用于舟山本岛城市供水预警后，大大提高了供水预警的预见性和科学性。