基于罕见枯水期的北方严重缺水城市供水预测及保障调度方案研究

孙志毅

(大连市水务事务服务中心，辽宁 大连 116001)

大连地区属于我国缺水较为严重的区域，城市供水保证率是当前地区水资源配置最先保障的目标，也是大连市城市水资源供需分析的重要内容[1- 2]。当前，随着城市供水保证率的逐年提高，当来水量不能满足城市供水保证率尤其是出现罕见的枯水期时，需要及时制定城市应急供水保障调度方案，最大程度满足城市供水的正常需求[3- 4]。大连市城市供水系统主要由5个部分组成，分别为金州以南地区供水系统、普兰店区供水系统、瓦房店市供水系统、庄河市供水系统以及外调水供水系统，外调水作为大连地区主要的应急供水系统，水源来源于大伙房水库输水工程[5- 7]。近些年来，关于城市来水短缺情形下的供水应急调度方案已成为许多地区急需实施的方案[8- 12]，尤其是在缺水较为严重的城市，罕见枯水期供水预测及保障调度方案对于城市水量应急调度具有重要的支撑作用[13- 14]。为此本文以大连市各大水库现有蓄水量为基准，结合用水量分析，预测未来2a若出现罕见枯水期的来水组合，并得出不同组合条件下的大连市供水保证率情况，从而可计算大伙房水库输水入大连市的补水量。根据供需平衡分析，对大连市5个供水系统的水量保障调度方案进行分解。研究成果对于大连地区水库运行和城市供水系统应急调度具有重要的参考价值。

1 大连市城市供水系统组成

1.1 金州以南地区供水系统

大连市金州以南地区供水系统主要分为2个部分：北段供水工程和南段供水工程(含城市配水管网)。北段和南段供水工程以普兰店市大刘家镇的洼子店水库为界。目前，向大连市金州以南地区输水的北段主要工程包括：引碧入连暗渠工程、引英入连管线工程、转角楼水库与英那河水库的调水工程，如图1所示。同时，通过引碧应急工程及引英管线工程还向长兴岛经济区、花园口经济区及长海县输送原水。

1.2 普兰店区供水系统

普兰店区供水的水源地为刘大水库，通过输水管线自流至普兰店净水厂。当刘大水库缺水时，可通过引碧应急工程向刘大水库输水。

1.3 瓦房店市供水系统

瓦房店市供水系统由松树水库输水工程、引东入瓦供水工程和净水厂组成，应急水源由大伙房应急入连的东风水库高位水池供水。

1.4 庄河市供水系统

庄河市区供水的水源地为朱隈水库。通过输水管线输送至庄河净水厂。修建输水管线之前庄河市区供水是由朱隈水库放水沿河道自流至平顶山拦河闸，然后通过DN800的渗渠至庄河净水厂，该线路现作为庄河供水的备用线路。应急水源来自引英入连工程庄河分水口，通过朱隈水库输水管线至净水厂。

图1 北段供水系统示意图

1.5 外调水供水系统

大伙房水库输水应急入连工程是利用大伙房水库输水工程作为水源，解决大连市城市工业与生活用水并改善大连地区水环境的一项跨流域调水工程，如图2所示。该工程是由大伙房输水(二期)工程鞍山配水站开始，经二次加压后通过管道将水调入碧流河水库，经碧流河水库中转后，其中一部分水量利用引碧三期暗渠富余能力经洼子店水库调节后送往大连市区，另一部分水量经引碧应急管线及新建输水管线送往东风水库高位水池，为瓦房店及长兴岛供水。工程调水规模3亿m3/a。以碧流河水库为界，大伙房水库输水应急入连工程分为北段工程和南段工程。北段工程位于辽阳、鞍山、营口市境内，全长165.07km。南段工程位于大连市境内，起点为碧流河水库，终点为东风水库高位水池，全长57.1km，主要供水对象为瓦房店市、长兴岛经济区及松木岛化工产业园区，目前，只有长兴岛经济区使用该水。

2 未来罕见枯水水情及可供水量预测

2.1 当前水库蓄水量情况

本次未来水情预测时间段为2019年7月1日—2021年6月30日。截至2019年7月1日，各水库蓄水量情况见表1。

表1 各水库蓄水量 单位：万m3

2.2 未来罕见枯水期下水情预测

来水分为平水年(50%)、枯水年(75%)、特枯水年(95%)3种情况。另外，将系列中最枯年的来水也作为一种水情进行分析，转角楼水库的最枯年来水年为2000年，松树水库和刘大水库的最枯年来水年为2002年，其他水库的最枯年来水年均为2014年。对各水库多年的水文资料进行分析，可以得出各水库不同年份的来水量。根据不同来水年的径流量选择典型年，选取原则为典型年径流量与相应保证率下的径流量相近，且年内分配最不利。选定的典型年见表2。

从表2中可看出，各水库不同保证率下的来水量差异性较大，各保证率条件下碧流河水库作为大连市主要供水水库，年径流量最大，刘大水库不同保证率条件下的年径流量最小，罕见枯水期各水库年径流量在6852万～394万m3之间，碧流河罕见枯水期径流量最大，刘大水库在罕见枯水期能提供的水量最小。

图2 大伙房水库输水应急入连工程示意图

表2 大连地区罕见枯水期各水库不同保证率下典型年选取

2.3 可供水量预测

针对不同的来水分别对各水库进行调节计算。调节计算的初始库容为各水库2019年7月1日的库容，调节计算考虑水库下游河流生态环境用水和水库的蒸发渗漏损失。调节计算对朱隈水库和转角楼水库考虑农业用水量，每年为2000万m3和7000万m3。经调节计算出各水库在不同水情下的可供水量见表3。引碧工程的输水能力为120万m3/d，引英工程的输水能力为66万m3/d，转角楼水库至英那河水库的反调水工程输水能力为12万m3/d，当各水库计算可供水量大于输水规模时，按输水规模计。

表3 大连地区罕见枯水期各水库可供水量

注：转角楼水库除第一种情况外，恢复农业供水即缺水，缺水量平均为0.1～8.8万m3/d。

3 需水量及缺水量情况

3.1 用水情况

碧流河水库及英那河水库共向主城区及附属供水区域平均日供水量165万m3，其中金州以南日供水量149.5万m3、长兴岛13万m3、庄河市2万m3、长海县0.5万m3。刘大水库(普兰店区)日供水量7万m3，松树水库(瓦房店市)日供水量9万m3，朱隈水库(庄河市)日供水量5万m3。

3.2 供需平衡分析及调度方案

本次计算以各大水库现有蓄水量为基准，结合用水量，并预测未来2a不同频率的来水组合，得出不同组合条件下的供水保证率情况，可以得出缺水量数据，即大伙房水库输水入连补水量。根据前文可供水量及用水情况预测，进行供需水量平衡分析，可以得到各区缺水量及大伙房水库输水入连工程需供水量情况，见表4。

通过供需平衡分析可以看出，长海县不缺水，其他各区的供水调度方案分别为：

(1)保证率50%+50%，瓦房店市和长兴岛临港工业区缺水。瓦房店市日缺水量为0.2万m3，长兴岛临港工业区日缺水量为2.6万m3。大伙房水库输水入连工程日需供水量分别为2.8万m3。

(2)保证率50%+75%，金州以南地区、瓦房店市和长兴岛临港工业区缺水。金州以南地区日缺水量为20.2万m3，瓦房店市日缺水量为2.2万m3，长兴岛临港工业区日缺水量为13.0万m3。大伙房水库输水入连工程日需供水量为35.4万m3。

(3)保证率50%+95%、50%+最枯年、75%+75%、75%+95%和75%+最枯年，金州以南地区、瓦房店市、普兰店区和长兴岛临港工业区缺水。金州以南地区日缺水量分别为27.3万、44.5万、26.5万、53.5万、60.8万m3，瓦房店市日缺水量分别为2.7万、3.2万、3.9万、5.9万、6.3万m3，普兰店区日缺水量分别为0.1万、0.7万、0.8万、2.3万、2.8万m3，长兴岛临港工业区日缺水量均为13.0万m3。大伙房水库输水入连工程日需供水量分别为43.1万、61.4万、44.2万、74.7万、82.9万m3。

(4)保证率95%+95%、95%+最枯年和最枯年+最枯年，全市各地区均缺水。金州以南地区日缺水量分别为80.6万、87.8万、95.0万m3，庄河市日缺水量分别为1.7万、2.3万、2.9万m3，瓦房店市日缺水量分别为7.9万、8.3万、8.8万m3，普兰店区日缺水量分别为3.8万、4.3万、4.8万m3，长兴岛临港工业区日缺水量均为13.0万m3。大伙房水库输水入连工程日需供水量分别为107.0万、115.7万、124.5(超过能力)万m3。

4 主要结论

(1)按罕见枯水期、保证率95%考虑，大连市各区日缺水量将达到124.5万m3，需要由大伙房水库进行应急输水，但日输水量将超过大伙房水库的供水能力，还需要结合其他措施如分段限时供水方式满足城市供水需求。

(2)各水库不同保证率下的来水量差异性较大，在罕见枯水期下，碧流河水库径流量最大，刘大水库在罕见枯水期能提供的水量最小，各水库年径流量在6852万～394万m3之间。

表4 大连地区罕见枯水期各水库缺水量汇总

注：大伙房水库输水入连工程供水量为全市缺水量合计。

(3)本文虽然对罕见枯水期各供水系统的调度方案进行分析，但未对优化调度方案进行分析，以后还需根据优化方法对调度水量进行分解。