胶东地区跨流域调水优化配置分析

2021-03-11

工程技术研究 2021年2期

水发建设有限责任公司，山东济南 250100

1 研究概况

胶东调水项目属于南水北调的组成部分之一，主要是引黄济青以及胶东引黄调水的工程项目。受水区处于胶东半岛南部，年降水量分配十分不均，降水大多发生在7—9月份，这期间的降水量占全年的60%～80%，并且供需矛盾日渐突出，因而需要通过调水来解决此问题。

2 水资源供需平衡

（1）水量供需平衡分析。水量平衡是根据受水区不同年份的可供水量以及预测需水量进行相应的分析。可供水量来源主要是地表水和地下水以及非常规的水源和客水调水，针对不同水源，分别计算50%、75%、95%保证率的可供水量，并最终计算出可供水量的总量。需水量主要包含生活用水、农业用水、工业用水、城镇用水以及生态需水五个部分。文章运用指标分析法，以2016年为基准，对胶东地区2022年和2027年的需水量进行详细的预测。

（2）供水分析。可供水量主要是指在能够预见的期限内，利用相关技术和合理有效的措施，能够供应河道外一次性利用的最高水量。地表水与地下水的可供水量主要以以往的相关调查资料为基础，使用皮尔逊Ⅲ型曲线来明确不同频率水资源的数量，同时，根据受水区内的相关水利工程的实际情况以及水资源的利用率，可以确定实际的可供水量。另外，还应当考虑相关基础设施和配套现水利工程的规划对水资源的利用情况加以预测；客水的可供水量则依据相关文件内调引客水的相应指标进行计算。可供水量在现状年以及规划年的基础上计算不同保证率，得出胶东地区2016年的可供水量如下：保证率为50%时为23000万m3、保证率为75%时为112000万m3、保证率为95%时为10700万m3。2022年的可供水量如下：保证率为50%时为64226万m3、保证率为75%时为64101万m3、保证率为95%时为64040万m3。2027年的可供水量如下：保证率为50%时为66227万m3、保证率为75%时为66102万m3、保证率为95%时为66041万m3。

（3）需水量分析。运用定量预测法来预测受水区的需水量，定量预测方法主要有数学模型法以及定额法，文章使用定额法以及趋势法相结合的方法来确定。需水量的预测主要是生活用水和生产用水以及生态用水的需水预测。根据详细的计算得出胶东地区的受水区总需水量如下：2016年的受水区需水量为160000万m3、2022年的受水区需水量为137870万m3、2027年的受水区需水量为164935万m3。

（4）供需平衡分析。依据经过计算得出的需水量以及可供水量，对受水区的现状年和规划年供需水的平衡情况进行研究分析，当计算只考虑非常规和当地的水源时，具体结果如表1所示。

表1 供需平衡结果

由表1可知，2016年受水区缺水情况严重，保证率为50%时缺水较为严重，保证率为75%时缺水率均接近30%，保证率为95%时缺水率为32.8%。2022年保证率为50%时缺水率为35.3%，保证率为75%时缺水率为43.5%，保证率为95%时缺水率为53.5%。2027年保证率为50%时缺水率为44.1%，保证率为75%时缺水率为510%，保证率为95%时缺水率为59.4%，与2022年相比有一定的增加，并且缺水率也呈现出升高的状态，当地水资源以及非常规的水源均无法达到受水区需水的相关需求。

3 调水优化配置模型

胶东调水项目是为解决该地区的水源供需问题而建立的工程，着重解决水资源短缺以及利用效率问题，同时，还可提升跨流域调水项目的经济效益，最终实现可持续发展。调水优化最关键的目标即是降低缺水量，其次是提升项目经济效益。

3.1 参数确定

（1）供水上限。将黄河水以及长江水的客水引入受水区，并将受水区的水量分配指标设置为供水量的上限值。相关文件资料中的数据显示，引黄水为23300万m3、引江水为13000万m3，总共引水36300万m3。

（2）需水上下限。将受水区的缺水量Qil作为客水需水量的上限值，同时优先考虑居民生活用水的相关需求，将生活需水量Qi2设定为下限标准，如果当地的水资源可以供给生活用水，则将Qi2调整为0。具体的上下限标准如表2所示。

表2 需水量的上下限

（3）水价和运行费用。受水区调引客水的水价和运行费如表3所示。以当地水资源、非常规水源以及黄河水为基础构建的水源优化模型为L-UC-Y，而依当地水资源和非常规水源以及黄河水和长江水而建立的优化模型则为L-UCY-Y。

表3 调水工程水价和运行费用

4 优化配置的结果

根据LINGO求解多目标函数模型，对不同水源在受水区间进行优化配置，得到调引黄河水以及长江水的优化配置结果，如表4所示。

表4 调引黄河水和长江水的优化配置结果

5 优化配置结果分析

综上所述，依据优化后的调水配置结果分析，在现有条件下，以不超出供水指标为前提，通过调引黄河水和长江水来降低缺水率，可以有效达到工程的最大效益。由于当前研究区域的缺水量远远高于分配的调水指标，因此依据指标调水无法满足缺水的需求。经过调水配置优化之后，不同保证率下的缺水量如表5所示。

由表5可知，在调引黄河水之后的受水区，缺水量呈下降趋势，预计在2022年不同的保证率下，研究区域的缺水量均显著下降32%左右；在2027年不同的保证率下，研究区域的缺水量均显著下降24%左右。在调引黄河以及长江两处水源后的受水区，缺水量呈现下降趋势，预计在2022年不同的保证率下，研究区域的缺水量均显著下降49%左右；在2027年不同的保证率下，研究区域的缺水量均显著下降37%左右。