基于管理需求的驻马店市水资源配置格局研究

贾正茂，赵新磊，崔长勇，王林威，李克飞

(黄河勘测规划设计有限公司，河南 郑州 450003)

水资源是基础性自然资源和战略性经济资源，随着我国经济和社会快速发展，水资源问题成为当前我国可持续发展的主要瓶颈[1]。水资源的开发利用与当地工程建设、水行政部门管理等方面有着紧密联系，在制定水资源规划配置方案时往往会遇到各种复杂问题。为解决此类问题，在水资源供需分析中往往设置不同情景方案，通过合理性对比分析，为水资源管理部门提供一套科学的措施方案。王浩等首次提出水资源“三次平衡”配置思想[2- 3]。彭少明等对鄂尔多斯市水资源进行了“三次供需分析”[4]。杨志峰等按照基本控制方案、综合强化方案对广州市水资源进行了研究[5]。吕彤在研究浦口区水资源供需分析及合理利用时，开展了基于现状工程条件的一次、基于水资源承载能力的二次、考虑调水措施的三次供需平衡分析[6]。黄河水利委员会在研究黄河流域水资源供需分析时，按照工程是否生效，分2020年(无引汉济渭工程)、2020年(有引汉济渭工程)、2030年(无西线工程、无引汉济渭工程)、2030年(有西线工程、有引汉济渭工程)进行研究[7]。

笔者认为，在水资源供需分析中，要重点考虑用水总量控制红线指标和实际工程建设及规划情况，由此设置供需分析中的情景方案，本文以驻马店市为例，针对水资源管理需求，考虑用水总量控制红线要求及工程建设情况，通过研究设置适合当地的水资源供需情景方案，构建驻马店市水资源模拟模型，进行供需分析及水资源配置，从而为驻马店市的发展提供一定参考。

1 驻马店市水资源利用问题

1.1 驻马店市概况

驻马店市下辖1区8县，总面积13633km2，近年来其经济社会一直保持快速发展，“十一五”期间GDP年均增长12.4%，“十二五”期间GDP增速在9%以上。随着经济社会快速发展、工业化和城镇化进程加快及国家粮食安全保障需要，该市对水资源的需求不断上升，水资源供需矛盾日益突出。

1.2 用水总量红线管理要求

根据政府发布的文件，驻马店市用水总量控制指标情况见表1。由表1可知，驻马店市2020年和2030年水平用水总量控制指标分别为115253万m3和125466万m3，地表水所占比例较大，分别为61%、64%。

表1 驻马店市用水总量控制指标

1.3 近些年水资源利用情况分析

根据发布的《驻马店市水资源公报》，分析了近些年水资源利用情况，见表2。由表2可知，12年间供水量总体上呈增长态势，从前6年的8.44亿m3增加到后5年的10.00亿m3，地表水从1.44亿m3增加到2.53亿m3，地下水供水量从7.00亿m3增加到7.45亿m3。

表2 驻马店市2005—2016年供水量统计

注：数据来源于2005—2016年《驻马店市水资源公报》。

1.4 存在问题

常规水源利用量大，非常规水源利用不足。驻马店市从2015年才开始少量利用非常规水源，长期过度依赖常规水源加剧了区域水资源供需矛盾，并且污染了水环境。

对地下水依赖程度高，当地地表水利用不足。驻马店市供水中主要以地下水为主，近6年平均地下水供水量占75%。

可控地表水主要集中在西部山区，加大了地表水利用难度。驻马店市东部平原区面积占70%，不适合兴建较大蓄水工程，地表水可控制利用程度相对较低，近6年平均地表水供水量占25%，而省政府下达驻马店市地表水用水总量指标所占比例较高，2015年为50%，2030年高达64%。

2 基于管理需求的情景方案设置

根据驻马店市不同水平年需水预测成果，针对区域水资源存在的问题，为得到全面的水资源供需分析成果，根据地表水工程规划情况及用水总量控制指标要求，设置多个情景进行反馈、协调与平衡分析。

2.1 典型年的设置

鉴于中等干旱年(P=75%)农业灌溉需求较大，同时考虑到中等干旱年(P=75%)增加红线可行性，除了设置常规的平水年(P=50%)、中等干旱年(P=75%)，本次增加中等干旱年(P=75%，增加红线)第三个特殊的典型年，根据中等干旱年(P=75%)相比平水年(P=50%)的需水量增长比例，按照以丰补歉的原则，适当增加红线控制指标，见表3。

表3 典型年的设置情况

2.2 约束方式的设置

为了反映工程建设的实际情况，设置工程约束方式，为了反映用水总量控制指标要求，设置红线约束方式，见表4。

表4 约束方式的设置情况

2.3 基于驻马店市水资源管理需求的情景方案设置

根据以上研究的平水年、中等干旱年、中等干旱年(增加红线)三个典型年，交叉工程约束、红线约束两个约束方式，共交叉出六个情景，见表5。

表5 基于驻马店市水资源管理需求的情景方案设置成果

3 水资源模拟模型构建及供需配置研究

3.1 水资源模拟模型构建

本次构建的模型是一个网络模型，其平衡计算以运筹学中的最小费用、最大流原理(MAXMIN法)为基础，经改进后将其用于带下限的网络计算中。此算法不仅保证了各节点的水量平衡，而且能够非常方便地进行大量分水政策等方面的试验。

本研究根据驻马店市行政区划和水系分布，考虑主要断面控制要求和工程情况，将驻马店市共划分为38个计算单元，并构建驻马店市水资源供需平衡计算节点图，如图1所示，节点图模拟实际系统及其内部关系的概化，由一系列节点及有向连线组成，节点图每个节点都标明节点编号，并根据实际情况，设置区间入流、需水、水库蓄水、断面生态流量等要素。本模型输入水资源评价成果，是以各节点为单位，以1956—2014年59年系列逐月为时限。供水优先序设置方面，优先考虑城镇生活、农村人畜、河道内生态环境用水，工业用水次之，农业灌溉及河道外生态最后满足。

3.2 驻马店市可供水量研究

3.2.1当地地表水

根据已有规划，2020年前对已建大型水库进行续建配套，新建3座中型水库，40座小型水库，2030年前对已建大型水库继续进行续建配套，并新建1座大型水库、1座中型水库。

3.2.2地下水

驻马店市多年平均浅层地下水可开采量不超过地下水实际开采量，总体上不超采，但局部地区由于开采集中，存在超采现象。根据地下水开采控制原则，在局部超采区压减超采量，在具有地下水开采潜力的平原地区，结合实际需求，考虑地下水机电井工程更新改造及续建配套，从而增加地下水供水量。

3.2.3非常规水源

驻马店市境内主要的非常规水资源为再生水和雨水，在一定程度上替代常规水资源。

3.2.4外调水

规划年考虑正阳县城引淮工程，用淮河干流的地表水置换现状的地下水；根据驻马店市利用南水北调中线水有关前期工作情况，结合用水需求合理配置南水北调中线水。

3.3 供需情景方案的对比解析

3.3.1多情景下的水资源供需分析

经过驻马店市水资源模拟模型调算，不同情景下的水资源供需分析成果见表6。由表6可知，同一典型年中，工程约束和红线约束在不同水平年的需水量、供水量、缺水量相同，不同的是供水量中地表水和地下水分配不一样。工程约束考虑地表水工程供水能力，同时在用水总量控制指标的约束下(不再分地表水、地下水进行指标控制)，确定地表水、地下水供水量。而红线约束则不考虑地表水供水工程情况，严格按照用水总量控制指标约束，对地表水、地下水分别进行指标控制，确定地表水、地下水供水量。工程约束结合了驻马店市水利工程建设情况，而红线约束则更反映了最严格水资源管理的要求。

图1 驻马店市水资源供需平衡计算节点图

典型年约束水平年需水量供水量缺水状况当地水地表水地下水非常规水淮河干流南水北调中线合计缺水量缺水率/%P=50%P=75%P=75%增加红线工程约束红线约束工程约束红线约束工程约束红线约束基准年9844733832550090008884196079.82020年12589146151635054243815400011871471775.72030年149184561516500088881215840013965495306.4基准年9844745476433640008884196079.82020年12589169225404314243815400011871471775.72030年149184791154203688881215840013965495306.4基准年1249303383260016000938483108224.92020年1527695001262135424381540001212053156420.72030年17511561078600738888121584001396543546120.2基准年1249304883045018000938483108224.92020年1527696922542922424381540001212053156420.72030年17511579115420368888121584001396543546120.2基准年12493033832723700001062021872815.02020年152769500128023442438154000139304134658.82030年1751156107885466888812158400165047100685.7基准年12493048830573720001062021872815.02020年152769692256102142438154000139304134658.82030年1751157911567428888812158400165047100685.7

表7 驻马店市水资源配置成果(一) 单位：万m3

表8 驻马店市水资源配置成果(二) 单位：万m3

3.3.2供需情景方案对比推荐

综合各种情景下的水资源供需分析，考虑到驻马店市地表水开发利用需要逐步实施到位，规划水平年的地表水工程建设情况还不能支撑地表水用水总量红线指标，而规划水平年地下水具备一定开采潜力，同时经与相关水利主管部门深入交流与探讨，建议驻马店市加快地表水工程建设，使地表水的开发利用规模努力达到红线指标，在这之前，可以根据地下水可开采量和缺水情况，多利用一部分地下水，保障驻马店市经济社会健康发展。综上，推荐平水年(P=50%)工程约束的供需方案情景。

3.4 基于推荐情景下的配置成果

根据推荐的供需方案情景，本次水资源配置方案为推荐的平水年(P=50%)工程约束情景的水资源配置方案，见表7—8。由表7—8可知，2020年水平配置河道外供水量118714万m3，2030年水平配置河道外供水量139654万m3。

驻马店市2030年用水总量控制红线指标为125466万m3，本次2030年水平年配置的水量中地表水、地下水、淮河干流水及红线指标内的非常规水源占用驻马店市红线指标，共计125466万m3，红线指标全部配置完毕。

本次研究的配置成果，已应用于《驻马店市水资源综合规划》，并于2017年9月通过河南省专家评审，于2018年6月获得驻马店市人民政府批复。

4 结语

本文对水资源供需分析中的情景方案设置问题进行了深入研究，为解决驻马店市分配的当地地表、地下水总量控制红线与工程实际情况不协调问题，提出了基于用水总量红线管理的水资源供需情景方案，设置平水年、中等干旱年、中等干旱年(增加红线)三个典型年，交叉工程约束、红线约束两个约束，共六个情景模式，通过构建驻马店市水资源模拟模型，对当地水资源供需形势进行深度摸底，对多种供需情景方案进行优选及深度解析，最终提出符合驻马店市实际情况的水资源配置方案，可作为今后一段时期驻马店市水资源开发利用、节约保护和管理的依据，也可为今后开展其他区域水资源规划提供参考和借鉴。