彰武水库水源优化配置分析

2020-12-24李连云郭若凡

河南水利与南水北调 2020年11期

李连云，郭若凡

（1河南省安阳水文水资源勘测局；2河南省信阳水文水资源勘测局）

1 背景

安阳市亩均水资源占有量190 m3，人均水资源占有量191 m3，仅为全国平均水平的1/10，水资源开发利用程度达118%，地下水严重超采，属典型的资源型缺水地区。彰武水库作为安阳市的工业、农业水源和生活饮用水备用水源地，在全面推进城市水生态文明建设，实现人与自然和谐发展的大背景下，分析彰武水库的水资源变化规律，合理配置区域生态、工业、农业用水，提高水资源利用效率，改善区域生态环境，促进社会经济可持续协调发展具有非常重要的意义。

2 水库概况

2.1 彰武水库

彰武水库位于洹河上游的西高平村，1 958年开工建设，总库容7 830万m3，兴利库容3 083万m3，设计灌溉面积2.53万hm2，城镇供水12 600 万m3。该水库承担安阳市工业用水、农业灌溉任务，兼营发电、养殖、旅游等功能。主要以万金渠和五八渠、洹河胜利渠向下游工、农业供水，水质介于Ⅲ-Ⅳ类之间。控制流域面积970 km2，控制区间面积120 km2，上游约10 km是小南海水库，下游20 km 是安阳市区，主要接纳小南海水库泄水、小南海泉水、南海～彰武两库区间来水，因地理位置重要，河南省将彰武水库按大型水库管理。

2.2 小南海水库

小南海水库位于洹河上游后驼村，1958 年兴建，总库容10 759万m3，兴利库容4 800万m3，控制流域面积850 km2，库区存在严重渗漏问题，主要用于防洪。该库与下游彰武水库联合运用，对减轻安阳市及京广铁路、京深高铁、京港澳高速洪水威胁起着十分重要的作用。

3 来水量分析

3.1 系列年确定

来水区选用小南海、东姚、横水、林县、姚村5 个雨量代表站计算面年平均降水量。分析了1956-2017年降雨量，简称长系列；1973-2017年降雨量，简称中系列；1985-2017年降雨量，简称短系列，采用P-Ⅲ型曲线进行适线分析。计算结果见表1。

短系列与中系列接近，代表性较强。采用短系列共计33 a作为分析计算系列年，是基本合理的。

3.2 水量还原计算

根据水量平衡原理，计算公式为：

式（1）中：W来——计算时段内彰武水库来水量；W出——计算时段内彰武水库出库水量；W化——计算时段内化肥厂取水量；ΔV彰——计算时段内彰武水库蓄变量；ΔV南——计算时段内南海水库蓄变量；W渗、W蒸蒸发量属于自然消耗，渗漏量较小，不参与计算。

还原计算结果见表2：彰武水库不同保证率典型年来水量成果表。比较典型年降水量和年来水量，存在一定差异。究其原因：与红旗渠退水（跨流域）在南海水库上游入洹河有关。对照河南省多年平均年径流深等值线图可知：多年平均来水量计算值是合理的。

4 需水量

4.1 生态需水量

根据《安阳市水生态文明城市建设水资源优化配置规划报告》，洹河推荐生态流量为0.28 m3/s，每年需水量为883万m3/a，万金渠、五八渠生态需水量合计为1 184万m3/a，总计为2 067万m3/a。

表2 彰武水库不同保证率典型年来水量成果表

4.2 工业需水量

根据彰武水库供水户现状统计：安阳发电需水1 147 m3/a；安阳电力需水232 m3/a、安钢需水3 955 万m3/a，计量点在安钢渠取水口处；永兴钢铁需水593.60 m3/a，取水口在彰武水库电站退水闸处，安化直接从彰武水库取水需水973万m3/a、安阳市垃圾焚烧发电取水量243.50 万m3，取水口设置在彰武水库电站尾水渠与溢洪道交汇处东侧。

4.3 农业需水量

4.3.1 预测指标的确定

根据《河南省安阳市漳南灌区续建配套与节水改造规划》（2000 年5 月），万金灌区设计灌溉面积25 333.33 hm2，其中岳城水库引水灌溉1 153.33 hm2，彰武水库引水灌溉24 180 hm2。本灌区作物有小麦、玉米、棉花、油料、蔬菜等。

4.3.2 主要作物需水量

采用彭曼—蒙特斯公式计算：

式（2）中：Etc——作物需水量，mm/d；Kc——作物系数；ETo——参照作物需水量，mm/d。

4.3.3 作物有效降水量

有效降水量Py分三种情况：

当降雨量P＜5 mm 时，Py=0；

当降雨量5 mm P＜50 mm时，Py=P；

式（3）中：Py——为时段有效降水量（mm）；P——为时段降水量（mm）。

4.3.4 作物灌溉定额

依据《河南省地方标准农业用水定额》；确定次灌溉定额和灌溉时间。

4.3.5 作物灌溉净需水量

式（4）中：W——作物灌溉净需水量（万m3）；N——灌溉面积（万hm2）；M——综合灌溉定额（m3/hm2）。

4.4 总需水量

总需水量按下式计算：

式（5）中：W总——水库总供水量（万m3）；Q生——生态需水量（万m3）；W农——农业灌溉需水量（万m3）；Q发电——安阳发电需水量（万m3）；Q电力——安阳电力需水量（万m3）；Q钢——安钢需水量（万m3）；Q化——安化需水量（万m3）；Q安——垃圾焚烧发电需水量（万m3）；Q永——永兴钢铁需水量（万m3）；η1——农灌渠系利用系数；η2——安阳发电、安阳电力渠系利用系数；η3——安钢渠系利用系数。

经计算：工业加农业折算到万金渠首年共需水18 774万m3/a。下游河道生态环境需水量为2 067万m3/a。

5 可供水量

5.1 调节计算原则

调节计算原则和约束条件：

用水顺序：生态、工业、农业；需水先由彰武水库提供，不足部分南海水库补充；彰武水库死水位118.00 m，农灌限制水位120.00 m；彰武、南海水库汛限水位按2018 年水库调度运行计划执行；万金灌区面积512 km2；地下水可供水量即地下水可开采量，采用系数法计算：

Q可开=ρ·Q总补=0.80×13 832=11 066（万m3）

按照分析范围，实际地下水可利用量为2 165万m3。

5.2 供、需调节计算条件和原理及结果

5.2.1 基本条件

以汛限水位作为水库起调水位；计算时间从1984年7月至2017年12月。

5.2.2 计算原理

根据水量平衡原理，计算公式同式（1）：

经多年调节计算：水库多年平均来水量19 801万m3，在保证下游河道生态需水2 067 万m3/a 条件下，水库多年平均供水量14 883 万m3，供水量占来水量的75.20%。其中年均供工业7 457万m3，供农业7 426万m3；年均缺水量2 872万m3，农业缺水2 859万m3，工业缺水13万m3；农业缺水16 a；工业缺水1 a。

工业供水保证率96.97%，满足工业设计保证率95.00%要求。农灌供水保证率51.50%，满足农灌设计保证率50%～70%的要求。年均弃水5 028 万m3。小南海和彰武两座水库蓄水量比起调时减少3 677万m3。