水库下游河道工业项目取水可靠性分析研究

张玉兰

(宁波市水利水电规划设计研究院有限公司，浙江 宁波 315000)

工业项目的取水可靠性直接涉及到项目投入运行后的稳定产出效率，对项目经济效益的发挥至关重要。在项目投产建设之前，对其进行取水水源的水量和水质等方面的可靠性分析研究很有必要，既是对项目未来经济效益发挥的前提，也是落实节水优先方针、水资源最严格管理制度的要求，同时是避免水资源过度开发、无序开发的重要保障。水库下游河道的工业项目取水可靠性分析，与一般河道相比有其特殊性，主要体现在水库大多是兼顾发电、供水、农业灌溉等多功能，水库放水既与上游来水有关，又受到引调水、自身调度等多方面影响，因此有必要开展专门研究。本文以宁海白溪水库下游的某工业项目取水为例，开展来水、需水、供需平衡分析等方面的研究，并对水质要求相符性进行论证，分析了该项目的取水可靠性。

1 项目概况与取水需求

项目拟建设在宁波市宁海县，一期预计2021年建成，年取水量60万m3，二期预计在2029年建成，二期投产后年总取水量79万m3，按照所在行业规范要求，项目需达到97%的取水保证率。取水地点初选在宁海白溪左岸上明桥断面以上50m，距离厂址线路长约6km。取水口设置：根据不影响河道堤防安全的原则设置，结合现有取水口高程及来水水位流量关系，取水口高程拟设在1.2m左右。原水取水提供水质情况后，项目自身拟采取相应取水及净水措施，对原水水质要求V类水以上。

2 流域概况

白溪流域位于浙江省中东部，是宁海县境内最大的溪流。发源于新昌县牛平岗，南流经天台县大同、宁海县白溪村，折东北至水车乡纳大溪，东流至越溪，从白桥岗进入三门湾。白溪主流长66.5km，河道比降12.8‰，流域面积627km2。主要支流为大溪，发源于宁海、奉化交界的野猪坑，河长37km，河道比降22.7‰。

流域内已建成大中型水库3座，大型水库白溪水库控制集水面积254km2；中型水库2座：黄坛水库控制集水面积114km2，西溪水库控制集水面积95.6km2。另外建有2座小(二)型水库，集水面积3.09km2；塘坝362座，溪流堰坝337条。已建的水利工程主要承担防洪、供水功能，兼顾流域内的农业灌溉、发电等功能。

3 取水水源论证

3.1 分析范围及论证范围

由于项目的取水水源是宁海县白溪上明桥断面来水，因此，本次水资源论证的分析范围为白溪流域，面积627km2。论证范围为白溪流域的白溪水库坝址、黄坛水库坝址至上明桥断面之间的区域，面积222.6km2，包括白溪水库下游的前童、岔路地区和西溪-黄坛水库下游的黄坛、跃龙街道等。

3.2 论证方法

通过降水、产水、需水、供水及其供需平衡分析计算后，得到论证范围水资源量的余缺状况和对水质的评估。根据地区水资源综合规划，白溪流域内各用水户保证率如下：城镇生活和重要工业用水保证率为95%，一般工业用水保证率90%，农业灌溉用水保证率80%～90%，环境生态用水保证率70%～80%。结合项目建成投产时间，取2019年为现状水平年，2030年为规划水平年进行论证。

3.3 水文基本资料

本次论证区域内流量资料缺乏，拟采用降雨修正的水文比拟法。选用白溪范围内及周边的里岙、里加坑、大蔡等10个雨量站，与洪家塔流量站的实测流量比拟得到径流量，由于各测站资料起始年份和观测年限不一，通过相关法进行资料插补延长，取用年限为1960—2018年。

3.4 来水量

计算单元(白溪、黄坛水库坝下至上明桥断面)的来水包括白溪水库、西溪水库和黄坛水库的农业灌溉及生态放水、汛期弃水，非受控山区来水，当地平原产水以及相关用户的回归水。由上述降水、蒸发等资料，可分析得到来水量。见表1。

表1 论证范围的设计频率总来水量

3.5 需水量分析

由于项目取水的上明桥断面的来水量与上游用户的取水量有关，而上明桥以下白溪干流为感潮河段，没有取水用户。因此仅需对断面上游用户的需水进行计算分析。

项目取水断面以上直接从溪流、河道取水的用户主要是一般工业、农业灌溉用水以及生态用水。因论证范围内的生活用水和重要工业用水由另外水厂供应优质水，不包括本次论证范围内。

3.5.1一般工业需水量

现状水平年，白溪中下游地区的一般工业用水由生活水厂、工业水厂以及溪流、河道提供，扣除生活水厂供水量以及工业水厂补充的量后，其他一般工业在直接从溪流、河道取水量为14万m3/年。按照当地工业用水年均10%的增长率外延，预测到2030水平年，其他一般工业用户从溪流、河道直接取水量将达到30万m3/年。

本工业项目一期需从上明桥断面取水60万m3/年，二期投产以后最终工程需取水79万m3/年。

3.5.2农业需水量

包括水稻、综合旱作物等需水量。农田净灌溉定额根据作物需水量考虑田间灌溉损失计算，毛灌溉需水量根据计算的农田净灌溉定额和比较选定的灌溉水利用系数进行预测。本次农业灌溉需水量的计算原则：由降雨、蒸发资料按作物灌溉制度推求设计灌溉定额；由设计灌溉定额推求灌溉净需水量；灌溉需水量需考虑灌溉水利用系数。根据趋势预测，本次论证范围耕地平均年递减率为2.1‰。现状耕地面积2.75万亩，其中水田2.23万亩，旱地0.52万亩；预测到2030水平年耕地面积2.69万亩，其中水田2.18万亩，旱地0.51万亩。

各计算区主要农作物为水稻，还有部分旱地作物和经济园地。水稻灌溉定额计算以降雨量和蒸发量为依据采用需水系数(α)法进行田间来水与耗水逐日水量平衡计算，求得水稻净灌溉定额。旱地灌溉定额以主要旱作物生长期为代表，进行灌溉定额计算。分析得到水田50%保证率为265m3/亩，75%保证率为316m3/亩，85%保证率为391m3/亩；旱作物50%保证率为42m3/亩，75%保证率为74m3/亩，85%保证率为102m3/亩。据相关规划资料，现状水平年灌溉水利用系数为0.6，2030水平年灌溉水利用系数为0.65。

按照大牲畜用水定额为70L/(头·日)，小牲畜用水定额为15L/(头·日)，淡水养殖需水定额为3500m3/(亩·年)，计算现状水平年畜牧业需水61万m3/年，2030水平年畜牧业需水74万m3/年。

综上，计算单元内各水平年不同保证率的农业需水量见表2。

表2 不同保证率下农业需水预测成果表

3.5.3生态环境需水量

主要包括河道内与河道外生态环境需水量。其中河道内生态环境需水量是指娱乐、鱼类和景观的需水量；河道外生态环境需水量主要是指城乡的净化、绿化及公园湖泊等需水量。为保持和维护河网基本生态要求，以河道内生态环境需水量为约束条件，确定河道内生态库容为正常库容的30%，当河网库容低于河道内生态库容即停止河网供水。

河道外生态环境需水量随着社会的进步和经济的不断发展，以及人们的休闲、娱乐时间的增多和对生态环境要求的不断提高等。预测宁海县河道外生态环境需水量占总需水量的比例将达到8%～10%左右。供河道外环境生态用水量具体预测结果见表3。

表3 不同保证率生态需水预测成果表

3.6 供需平衡分析

3.6.1供需平衡计算单元和系统结构

计算单元1个，即白溪、黄坛水库坝下至上明桥断面的区间。水量供需平衡分析的计算单元均可归结为来水、需水、供水三个系列所构成的系统。计算的来水主要是计算单位的来水总和；需水主要是在河道中直接取水的用水户，包括一般工业用水、农业用水和生态环境用水；与来水相对应，供水系统考虑的是河道引水和河道提水工程供水。

3.6.2供需平衡计算的原则与参数选取

(1)计算系列采用1960—2018年共59年的长系列逐日水文资料，调节计算以日为计算时段。水资源供需平衡计算时，上明桥断面以上的计算单元经来水、取水、退水的调节，水量最终传递到上明桥断面。

(2)上游白溪水库供给宁波市中心城区17300万m3/年；西溪、黄坛水库供给宁海县生活用水5700万m3/年。保证率85%的情况下，白溪水库供下游农灌等一般用水1300万m3，环境流量和下游农灌用水可以部分结合，没有灌溉的月份，按0.58m3/s供给下游，有灌溉供水的月份，扣除灌溉流量，补充不足0.58m3/s的部分流量，灌溉流量大于0.58m3/s的月份，不再补充；西溪水库、黄坛水库联合提供下游农田灌溉用水1770亿万m3。

(3)计算时考虑水库、塘坝的调蓄能力。白溪水库、西溪-黄坛水库梅汛、台汛期蓄至汛期限制水位，其它时期蓄至正常高水位，超过各期控制水位即为弃水。白溪中下游地区大小塘坝共362处，可调蓄的库容合计291万m3，其中上明桥断面以上可调蓄的库容219.4万m3。

(4)城镇生活用水的60%～70%作为再生水，农村生活的15%作为再生水，工业用水的60%～80%作为再生水，农业回归水取30%。

3.6.3计算单元水量平衡情况

根据上述计算方法和原则，通过对计算单元区域进行长系列水资源供需平衡计算可知，区域水资源基本可以满足社会经济发展需要。

计算单元水资源供需平衡状况见表4。

表4 计算单元供需平衡计算成果表 单位：万m3

通过表4计算分析可知，计算单元来水量丰富，现状及2030水平年均可以满足区域内各类取水户的用水需求，达到相应的保证率要求；本项目的取水能够得到保证，且基本不会对其他取水户产生影响。

3.6.4取水断面最小日来水量

现状水平年，在考虑上游取水户需水之后，本项目取水的上明桥断面95%保证率的年份最小日来水量为2.60万m3，97%保证率(97%为本项目取水要求保证率)的年份最小日来水量为2.22万m3，98%保证率的年份最小日来水量为1.58万m3，均远大于项目取水量0.165万m3。从断面最小流量的角度看，也是能够满足本项目的取水需求的，且本项目取水断面下游地区无直接从白溪河道取水的用户，因此对下游用户取水量也无不利影响。规划水平年的断面最小来水量与本项目的取水需求量之间的关系也是类似的，详见表5。

表5 取水断面各年来水频率下的最小日来水量 单位：万m3

3.7 取水口位置合理性分析

取水口建议设置在上明桥上游50m处的左岸，地势相对开阔，适宜建设取水泵房；为了保障枯水季节的取水安全，取水口的高程建议取在1.2m的河底。为了减轻溪流底部泥沙的影响，建议在不影响河道堤岸及河道行洪安全的前提下，在取水口处下挖1.5m左右，形成一个“取水池”，并在取水口前布置栅格、滤网等过滤预处理设备。

4 水质符合性分析

白溪河道为山区性河流，源近流急，自净能力较强。根据水功能区划分，项目取水口所处的白溪马婆园入处至入海口段为白溪宁海农业、工业用水区，目标水质为Ⅲ类。白溪水系现有6个水质监测断面：黄坛水库、柘湖杨、水车、双水、屠岙胡、赵郎场。根据2018年宁海县环境质量状况公报，白溪水系的6个监测断面均符合水环境功能区水质目标要求，该水系水质较好。其中项目取水口附近的水车断面功能区目标类别为Ⅲ类，实测水质Ⅱ类。水质达到水功能区的目标水质，也高于本项目要求得V类水水质要求。

5 结语

针对水库下游河道的工业项目取水水源可靠性进行了研究分析。以宁海县白溪水库下游的某工业项目取水为例，通过取水地点的关联分析，明确了研究的分析范围和论证范围，结合项目的分期投产日期确定了现状水平年和规划水平年。针对实测流量资料缺乏的现状，采用降雨修正的水文比拟法，计算了论证范围的来水量。对论证范围内的工业、农业、生态等各类用水户在不同频率下的需水进行了相应方法预测。在来水量、用水量明确基础上，建立了水资源供需计算模型，结合流域片区实际，按照计算原则和选定的计算参数，对论证范围进行了水资源供需分析，得出本项目水量基本能够得到保障的结论。最后，结合实测水质与水功能区的要求，对项目取水水质需求的相符性进行了分析。本文研究可以为其他水库下游取水的工业项目开展取水可靠性分析提供参考。