东港市基于防治海水入侵的水资源配置方案

张 弘

(辽宁省丹东水文局，辽宁 丹东118001)

1 水资源配置目的

海水入侵3个严重区域分别位于三大灌溉体系的海岸附近。本文配置水资源主要是针对海水入侵严重地区的用水量与时空分布，结合水动力学，根据线性规划模型进行计算。

三大海水入侵严重区中从左至右，第1个区域为孤山镇刘大房附近，该区域为盐碱化沼泽地，农业生产少，且地势较低，与大洋河河口有直接的水力联系。第2个区域是椅圈镇于家村，为农业区域。第3个区域是东港市新兴区苇场和胜利村，一个在东港市区，为工业用水区，一个为农业用水区［1］。对水资源进行配置以防治海水入侵，主要分为3个目的层，最低目的层:一般在枯水期，要保证海水入侵不加剧，水资源利用得到基本满足;中间目的层:平水期，要保证农业用水区、工业(城区)用水区海水入侵在合理范围，水资源利用得到满足;高级目的层:一般在丰水期，在满足用水的前提下，最大能力地回灌地下水，增加入海水量。同时，由于海水入侵的滞后性，保护效果也会有一定的滞后［2］。

2 水资源开发利用现状

2.1 水资源开发利用率

研究区2012年水资源总量为12.34 亿m3，总供水量7.59 亿m3，耗水5.39 亿m3，水资源开发利用率达到61.4%，消耗率达到71%，针对水资源总量，耗水比率为43.6%。另外研究区每年都从土门子水库、鸭绿江提水利用，实际开发利用率要低于此值。

2.2 用水结构分析

2012年用水结构主要为农业用水、工业用水和生活用水，其中生活用水有城市生活用水和农村生活用水。农业灌溉用水6.59 亿m3，占总用水量87%，工业用水0.64 亿m3，占总用水量8.4%，生活用水0.35 亿m3，占总用水量4.6%。详见表1。

表1 2012年用水结构表

3 水资源开发利用预测

3.1 中长期水资源需水预测

3.1.1 预测方法

预测城镇生活需水、农村人畜需水、农业灌溉需水采用定额法。即通过分析确定不同水平年的各种需水定额，乘以相应的发展指标，即得到不同水平年的需水量。

计算公式为:

式中:W 是需水量;Q 是用水定额;C 发展指标，i 是不同的需水类别(城镇生活、农村人畜、农业灌溉)。

预测工业各部门的需水采用万元产值耗水量的方法，通过对万元产值耗水量分析，确定合理的重复利用率，然后利用万元产值用水定额推算不同水平年的工业需水量，公式如下:

式中:q 为万元产值用水定额;G 为万元产值;k 为重复利用系数。

3.1.2 预测的依据

本次规划需水预测主要依据是:东港市《国民经济和社会发展第十一五年计划和2010年远景目标纲要》、市计生委制定的《人口规划》。水资源的合理利用是关系到国民经济健康发展的主要因素之一，无论现在还是将来，本市各部门的各个行业都要本着计划用水、节约用水的原则，千方百计降低用水定额，提高单位水资源的效益。因此在需水预测中要充分考虑到科技进步、产业结构调整、行业技术改造、先进的节水技术和节水措施推广使用等方面节水因素［3－4］。

根据本市的实际情况，确定城镇生活用水和农村生活用水保证率95%，农业灌溉用水保证率为75%，工业用水保证率为95%。

3.1.3 预测结果

需水总量预测(如表2，图1、图2)

图1 2020年需水结构图

图2 2030年需水结构图

表2 需水总量预测表 万m3

从图中看出，农业依然是主要用水户，分别高达87%和85%，生活用水量逐步增加，工业用水量有减少趋势［5］。

3.2 中长期水资源供水结构与供需平衡分析

3.2.1 供水结构

根据东港市水资源规划，地下水控制开采量，2020年和2030年保持4200 万方水不变。根据保证率，地表水、地下水供水量如下表3，其中地表水所占比例高达93%。

表3 供水结构表

3.2.2 供需平衡分析

从4 表中可以看出:2020年缺水9 819.3 万m3，其中鸭干和鸭～大缺水12 366 万m3，大洋河余水2 546 万m3。

2030年缺水11 792.7 万m3，其中鸭干和鸭～大缺水14 270 万m3，大洋河余水2 477.3 万m3。

表4 供需平衡分析表 万m3

3.3 节水预测

3.3.1 农业节水

改造现有水利工程，完善配套工程与调水工程，节水改造工程完成后，灌溉定额平均降低256 m3/hm2，灌区每年节省水量1.43 亿m3。

3.3.2 工业节水

工业节水预测根据定额计算，2020年定额比2010年 少10 方/万元，392 亿 元 产 值 节 约1 960 万m3水。

4 水资源配置方案

基于保证海水入侵程度最小思想的水资源优化配置模型，以入海水量最大化为目标函数，以生存条件约束和承载能力约束组成约束空间，构造出水资源配置方案生成模型［6］。

模型数学表述如下:

4.1 目的函数

入海水资源量最大化，即地下水入海量和河口水入海量最大:

式中:W 为入海水量;Q地为地下水初水量;W地引为地下水引水量;W农用为农业用水量;Q河为河流初水量;W河引为河流水引水量;W工用为工业用水量;W生用为生活用水量，1.2 是地下水防治海水入侵效应系数，0.5、0.1、0.6、0.75 为用水回归系数。

4.2 约束条件

4.2.1 生存条件约束

生存条件约束主要有4 条:

1)Q河－ W河引+0.1W农用+ 0.6W工用+ 0.6W生用≥Min，W生态为保证生态需水量要求。

2)Q库≥W库引为保证水库可引水量。

3)Q河≥W河引为保证河水可引水量。

4)Q地≥W地引为保证地下水可引水量。4.2.2 承载能力约束

W河引+W地引+W库引≥W农用+W工用+W生用为保证引水量大于用水量。

(Q河－W河引)×(C标－C本底)≥W污为保证水质安全(纳污能力)。

5 结 论

结合2020年、2030年预测的供需分析，预测7.3 亿m3和7.5 亿m3的需水量和6.3 亿的供水量，并计划对灌区续建配套与节水改造，新建鸭绿江引水工程，大洋河新建拦河闸及改建沿河提水站工程等，可 供 水 量 达 到7.54 亿m3，2010年 余 水0.24 亿m3，2030年余水0.04 亿m3，水资源总量基本满足要求［7－8］。

根据地下水的1.2 作用系数，一般只关注河水约束条件，鸭绿江的生态需水和纳污能力满足约束条件，故在充分引用水库水后不足部分引用河水。

本模型以防治海水入侵为唯一目的，在输水线路的经济效益没有考虑，又由于本地区水资源丰富，一般以需定供，三水配置约束条件一般处于闲置状态。

［1］王涛，周旭东，李晶. 大连地区海水入侵成因分析及防治对策研究［J］. 东北水利水电，2008(10).

［2］陈鸿汉，王新民，张永祥，任仲宇. 潍河下游地区海咸水入侵动态三维数值模拟分析［J］. 地学前缘，2000年S2期.

［3］丰华丽，王超，李剑超. 干旱区流域生态需水量估算原则分析［J］. 环境科学与技术，2002(01).

［4］高学平，杨建华，涂向阳，张明星. 帷幕防治海水入侵的数值模拟研究［J］. 海洋环境科学，2006，25(04):55－58.

［5］刘青勇，耿树德，董广清，等. 王河流域防治海水入侵的拦蓄源及调度技术研究［J］. 水利水电技术，1997，28(08):18 －21.

［6］王国利，周惠成. 大连市地下水资源优化管理模型［J］.大连理工大学学报，2001，41(01):112 －115.

［7］于百荣，冯厚群. 龙口市北马河流域缓解海水入侵试验研究［J］. 水利水电技术，1996(09):5 －10.

［8］张展羽，高玉芳，李龙昌，徐征和. 沿海缺水罐区水资源优化调配藕合模型［J］. 水力学报，2006，37(10):1246－1252.