鉴江流域特枯条件下应急供水供需平衡分析

吕超寅，郝颖波，房春艳，周佳伟

(1.广东省西江流域管理局，广东 珠海；2.中山大学水资源与环境研究中心，广东 广州 510275； 3.华南地区水循环和水安全重点实验室，广东 广州 510275；4.中山大学 土木工程学院，广东 珠海 519082)

1 概述

水资源是重要的基础自然资源，供水安全是关系居民生活、城市运转和社会发展的最基本保障[1]。随着鉴江流域社会经济的快速发展，以及气候环境的改变，各城区供水也面临着各种各样的问题，尤其是在特枯条件下，水源短缺可能引发供水突发事件等安全问题，需要相应的应急方案对应急条件下的供需水进行量化分析。

目前，国内外对城市应急供水、水源保障能力的研究较多。赵林林[2]以月塘水库为应急水源地，对仪征市进行了应急供水水量平衡分析；张海滨[3]制定了东北地区不同干旱等级下保障目标的供水标准，根据不同干旱条件进行应急需水预测；黄恒熙[4]用人口资料与国民经济指标对惠州市应急需水进行预测，并分析各产业需水的合理性；王静[5]针对城市供水系统各环节高危要素建立相关指标体系和评价标准，对郑州、东莞等6个城市的供水系统应急能力进行评价；V.K.Lohani等[6]基于Palmer干旱指数，采用非均一马尔柯夫链转移概率模型，对维吉尼亚干旱进行了预警，结果表明：该方法很好地反映了气候对干旱的影响；Marwan Haddad[7]以巴基斯坦地区为例，为应对恐怖袭击、投毒等突发事件下的供水安全问题，提出了建立应急地下水源及地下输水管网系统。总之，大多数对于应急供需水的研究都以城市为对象，对于流域相应的研究较少。本文将从流域的尺度预测在特枯条件下的应急需水，制定相应的应急供水方案，并对水量供需平衡情况进行分析。

2 流域概况

鉴江是粤西沿海最大、最长的一条独流入海的河流，发源于信宜市东镇里五大山，由北向南流经信宜、高州、化州3市至湛江吴川市黄坡注入南海。鉴江干流全长为231 km，总落差为220 m，平均坡降为0.374‰。流域总面积为9 464 km2，在茂名市的流域面积为7 949 km2，约占全流域的84%，广西境内的集雨面积为745 km2，湛江吴川市集雨面积为770 km2。鉴江流域人口约为731万。流域多年平均雨量为1 780 mm，由西南向东北递增，变化范围为1 500～2 000 mm；流域多年平均水面蒸发量为1 180.7 mm(E601型蒸发器)；多年平均径流量为89亿m3；较大支流有罗江、曹江、大井河、袂花江、小东江等(见图1所示)。

图1 鉴江流域概况示意

3 应急需水预测

3.1 分区及水平年

本次应急需水量预测范围包括茂名市与湛江市共4市2区，以及电白区内的滨海新区与湛江市内的东海岛。本次预测以2020年为水平年。

3.2 应急供水保证率及供水保证期

供水保证率是评价供水工程供水能力的重要指标，也是供水工程设计标准的一项重要指标。为应对供水突发事件，对应急供水保证率作70%和30%两种方案，进行突发情况下的需水预测和方案评价。其中供水保证期为30 d。

1) 按总需水量的70%考虑。供水保证率完全满足了居民的生活用水，同时还能满足工业企业的基本生产用水，对工业影响不大。保证供水率，除绿化环卫、洗车、娱乐等受到一定影响外，居民生活用水完全不受影响，社会秩序能够维持稳定。

2) 按总需水量的30%考虑。可保证居民生活用水，所有工业基本停止生产，供水保证率对工企业的生产影响大，对社会生活也会造成一定的影响。

3.3 水平年需水预测

根据《广东省各地级以上市用水总量控制指标》，茂名市和湛江市2020年用水总量控制指标见表1所示。

表1 2020年两市用水总量控制指标 亿m3

根据两市的用水总量控制指标，结合流域主要取、用水户2010—2018年取用水数据、鉴江流域2010—2018年的用水变化趋势，使用定额法与趋势外推法，预测2020年流域内河道内行业需水和河道外需水(见表2所示)。

表2 2020水平年鉴江流域需水预测 万m3

3.4 应急需水量预测

分别按照总需水量70%、30%的供水保证率要求，得出鉴江流域在2020水平年下特枯条件时7 d、10 d、13 d的应急需水量(见表3～4所示)。

表3 2020水平年各区城镇应急需水量(70%保证率) 万m3/d

表4 2020水平年各区城镇应急需水量(30%保证率) 万m3/d

4 应急供水方案与水量供需平衡分析

鉴江流域在特枯条件下应急供水水源主要是依赖于高州水库、罗坑水库和一些干渠，水源到用户则主要依靠供水厂，东海岛供水主要是鉴江供水枢纽工程。

4.1 应急供水方案

为了增加应急供水方案的有效性与可行性，结合鉴江流域1958—2018年来水情况和调度情况，设置3种特枯条件，每种条件下两水库调度期分别为13 d、10 d、7 d。各枯水条件设置与其对应应急供水方案见表5所示。

表5 各枯水条件设置与其对应应急供水方案

4.1.1方案1

调度周期为13 d。初始调度时高州水库水位为80.66 m，出库流量为60 m3/s。而罗坑水库初始水位为107.5 m，枯水期入库流量为2 m3/s，拟定出库流量为7 m3/s进行应急调度。两水库调度过程见表6所示，两水库共调度水量1.38亿m3，提供鉴江流域主要干渠和用水户30 d总应急用水。

表6 方案1应急调度期内两水库调度过程 万m3

4.1.2方案2

调度周期为10 d，初始调度时高州水库水位为80.66 m，出库流量为70 m3/s；罗坑水库初始水位为107.5 m，入库流量为1.8 m3/s。拟定出库流量为8 m3/s进行应急调度(调度过程见表7所示)，两水库共调度水量1.299亿 m3，提供鉴江流域主要干渠和用水户30 d总应急用水。

表7 方案2应急调度期内两水库调度过程 万m3

4.1.3方案3

调度周期为7 d。初始调度时高州水库水位为79.16 m，出库流量为90 m3/s；罗坑水库初始水位为102.2 m，入库流量为1.5 m3/s。拟定出库流量为10 m3/s进行应急调度(调度过程见表8所示)，两水库共调度水量0.947亿m3，提供鉴江流域主要干渠和用水户30 d总应急用水。

表8 方案3应急调度期内高州水库应急调度过程 万m3

4.2 供需平衡分析

高州水库与罗坑水库在应急供水时遵循优先保障城乡居民生活用水、再考虑重要工业和生态用水的原则，由于特殊干旱期水量的紧缺性，需要削减一部分农业灌溉、发电用水。3种方案下两水库均能保证城乡居民生活及主要用水户用水(见表9所示)。

表9 3种方案中主要用水户30 d应急配水量 万m3

基于3种方案情况下的流域应急供水供需平衡分析如表10所示。方案2、3均能保证流域70%以上的需水；方案1由于水库出库流量较小，调度期内对于70%保证率13 d的应急需水尚缺水561.9万m3，但也基本能保证流域内的正常供水，表明了方案设置的科学合理性。

表10 2020水平年各区城镇应急供水供需平衡分析 万m3

特枯条件下，在应急供水时需要削减一部分农业灌溉及发电用水，3种方案下各干渠及调度工程缺水量如表11所示。与3特枯条件的设置相对应，流域来水越枯，各干渠取水的削减量越大。

表11 3种方案下主要干渠30 d应急调配水量及缺水量 万m3

综合主要用水户与干渠的供需水分析，3种方案各有优劣。方案3考虑最不利的枯水情况，更注重保证近期的供水；方案1考虑较为温和的枯水情况，更注重保证远期的供水；方案2折中。在应急供水时需要根据实际情况进行综合考量。

5 结语

1) 本文预测了鉴江流域在2020水平年的应急需水量，为应对3种特枯条件制定了3种应急供水方案，从方案1到方案3遵循由缓至急的策略。

2) 分析了鉴江流域供水、需水情况，在进行应急供水时优先保障城乡居民生活用水、再考虑重要工业和生态用水，并削减一部分农业灌溉用水。3种供水方案均能满足流域30 d生活用水的需求，基本能保证流域内的正常供水。

3) 本文应急供水方案以两座水库作为应急供水水源地，没有考虑输水过程的损耗、突发水污染事件、工程事故等问题，应急供水机制仍需进一步完善。