阜新市水资源供需配置研究

王宝琛

(阜新市水利事务服务中心，辽宁 阜新 123000)

水资源作为我国战略性经济资源和基础性自然资源，受人口压力不断增大、水系统循环稳定性下降以及高强度水土资源开发等因素影响，水资源短缺、水生态受损、水环境污染等问题日趋突出，经济社会发展与水资源承载力失衡逐渐成为我国可持续发展的瓶颈[1]。水行政部门管理、水利工程建设等与水资源开发利用密切相关，诸多复杂因素往往会限制水资源配置方案的制定[2-3]。因此，必须设置不同情景方案对比分析水资源供需配置合理性，为水资源可持续利用提供一定参考，如吕彤等以浦口区为例，考虑调水措施、水资源承载力和现状工程条件探讨了水资源三次供需平衡关系，为区域产业结构调整和经济发展规划提供科学依据；杨志峰等研究了广州市水资源综合强化方案、基本控制方案；彭少明等从“三次供需”的角度分析了鄂尔多斯市的水资源状况；王浩等最早提出了“三次平衡”的水资源配置策略[4-7]。黄河水利委员会依据工程是否生效，分2030年(有引汉济渭工程和西线工程)、2030年(无引汉济渭工程和西线工程)、2020年(有引汉济渭工程)、2020年(无引汉济渭工程)研究了黄河流域水资源供需情况。

水资源供需分析要重点考虑工程规划及实际建设情况、用水总量控制红线指标等，从而合理设置水资源供需情景方案[8-9]。文章以阜新市为例，考虑水利工程建设情况及用水总量控制要求，结合水资源管理需求科学设置供需情景方案，并利用水资源模型模拟分析了各方案的可行性，旨在为阜新市水资源高效利用和产业结构调整提供一定借鉴。

1 阜新市水资源利用现状

1.1 研究区概况

阜新市处于东北辽河平原与内蒙古高原的中间过渡带，位于辽西低山丘陵区，全区呈长矩形，总面积10445km2，主要有2个县区和5个市辖区，即阜蒙县、彰武县，太平区、海州区、细河区、清河门区、新邱区。阜新市属于北温带大陆季风气候，年均降水量481mm，降水时空分布不均，从西北到东南降水递增，汛期径流与降水占全年的70%，丰枯年径流量相差5-30倍，大水面蒸发量1400-1800mm，光照充足，年日照时数2868h。境内河网水系密布，大多为季节性高含沙水流，必须建蓄水调节工程并处理好水沙关系，才能实现雨洪资源的有效利用。根据不同的地理位置，可将河流划分成大凌河和辽河两大水系，主要河流如表1所示。

表1 阜新地区主要河流特征

阜新市内现共建降雨站144个，河道水位站14个，水库33个，其中小型水库27个，中型水库4个，大型水库2个，如图1所示。近年来，随着城镇化、工业化进程加快及经济社会不断发展，阜新市农业灌溉、居民生活和工业生产等用水需求急剧增大，经济发展与水资源利用不协调、水资源短缺、供给压力增加等问题日趋突出，因此，为实现不同水源与各用水部门的供需平衡，有必要科学配置区域水资源。

图1 阜新市水库站点

1.2 用水总量控制

阜新市未来是以辽西北供水工程为主的地表、地下水多水源供水的城市，如果辽西北供水工程出现问题，阜新市应有其它水源保证其供水安全。阜新市2025年、2030年用水总量控制指标分别为69480万m3、78500万m3，地表水占比分别为55%、63%。用水总量控制指标，见表2。

表2 用水总量控制指标

1.3 水资源利用情况

根据阜新市2010-2019年水资源管理年报表、公报调查表、供水耗水情况等资料，探讨分析区域水资源利用情况，如表3所示。

表3 阜新市2009-2019年供水量

从表3可以看出，2010-2019年阜新市总供水量呈波动减少趋势，从2010年的43952.40万m3波动减小至2019年的26043.92万m3，其中地表水从最初的11064.20万m3波动减小至8028.68万m3，地下水从32888.20波动减小至17280.34万m3。

1.4 现存问题分析

目前，阜新市非常规水源利用不足而常规水源利用量较大。非常规水源从2015年逐渐开始利用，常规水源的长期过度使用在一定程度上污染了水环境，并且致使水资源供需矛盾更加突出。此外，地表水利用不足而过度依赖于地下水，2009-2019年阜新市水资源供给以地下水为主，其多年平均供给占比达到71.90%。在空间分布上，可控地表水分布不均加大了开发利用难度，阜新市地处辽西低山丘陵区，较大蓄水工程兴建难度大，可控地表水开采程度不高，研究期间地表水供给量仅占27.33%，这与地表水用水总量控制指标要求的2025年55%、2030年63%相差甚远。

2 水资源管理情景方案

根据阜新市水资源现存问题和不同水平年需水预测成果，考虑区域用水总量控制指标要求及地表水工程规划情况，通过协调、反馈、平衡分析多个情景模式获取最优的水资源供需方案[10]。

2.1 设置典型年

鉴于重度干旱年增加红线可行性和中等干旱年农业灌溉需求较大的实际情况，本研究设置了重度干旱年(P=75%)、中度干旱年(P=75%)、常规平水年(P=50%)三个典型年，按照以丰补歉的原则以及中度干旱年较平水年需水量增长比例适当增加红线控制指标，如表4所示。

表4 典型年设置

2.2 设置约束方式

通过合理设置工程约束方式以更加全面地反映工程建设实际情况和用水总量控制要求，如表5所示。

表5 约束方式设置

2.3 设置情景方案

根据已设置的红线、交叉工程约束条件和重度干旱年、中度干旱年、平水年3个典型年，交叉设置6种水资源供需情景方案，如表6所示。

表6 阜新市水资源供需配置情景方案

3 网络模型构建与供需配置

3.1 网络模型

通过优化改进运筹学中的最大流、最小费用原理构建一个带下限的网络模型，并利用该模型计算水资源供需平衡关系，该算法比较适用于分水政策等试验研究，并且有效确保了各节点水量平衡。

文章结合阜新市现有水利工程情况和主要断面控制要求，考虑全区水系分布和行政区划划分成36个计算单元，从而构建区域水资源供需平衡节点图。该节点图由一系列有向连线及节点所组成，每个编号都与节点相对应，并结合实际情况设置断面生态流量、水库蓄水、区间需水、入流等要素，这是水资源系统的概化，全面反映了系统内部要素的相互关系。水资源供需平衡节点图以各节点为单位，以1961-2019年为时限，以水资源评价为输入条件，经一系列复杂运算，可以确定河道内生态环境、农村人畜、城镇生活、农业灌溉、工业生产和河道外生态供水优先次序[11]。

3.2 可供水量分析

1)地表水。依据发展规划，2025年前续建配套已建中小型水库，其中小型水库12座，中型水库2座，2030年前续建配套已建大型水库，配套完善大型水库1座。

2)地下水。总体上，阜新市地下水实际开采量不超过浅层地下水多年平均可开采量，由于开采集中局部地区存在地下水超采现象。针对局部超采区按照地下水开采控制原则压减超采量，并考虑实际供水量需求，对具有地下水开采潜力的平原地区更新改造及续建配套地下水机电井工程，适当增大地下水供水量以缓解供水矛盾[12]。

3)非常规水源。雨水和再生水是阜新市主要非常规水源，通过合理利用雨水和再生水可以替代部分常规水源。

4)外调水。考虑大伙房水库输水工程，将现状地下水利用辽河干流地表水置换；结合辽西北供水工程实际情况和用水需求，合理调配辽西北供水工程水。

3.3 供需情景方案对比

经模型模拟条算，输出阜新市不同情境下水资源供需配置成果，如表7所示。

表7 阜新市水资源供需配置成果表 万m3

从表7可以看出，同一典型年中不同水平年的红线约束和工程约束的供水量、需水量、缺水量相同，主要差别是地下水与地表水的供水分配不同。工程约束是在用水总量控制指标和地表水工程供水能力约束下，确定地下水与地表水的供水量，该约束考虑了阜新市水利工程建设情况；红线约束则是依据用水总量控制约束条件，不考虑供水工程情况确定地下水与地表水的供水量，该约束体现了区域最严水资源管理要求[13]。

综合考虑阜新市地表水开发利用逐步实施到位和各种情景下的水资源供需分析，规划水平年地下水具备一定开采潜力而地表水工程建设无法支撑用水总量控制指标，经深入探讨与交流后建议阜新市加快地表水工程建设，尽快促使地表水达到开发利用红线指标，在此之前结合地下水缺水情况和可开采量，充分利用这部分地下水以满足区域经济发展需求。综上分析，阜新市水资源供需配置推荐方案为平水年(P=50%)工程约束情景。

3.4 推荐情景的配置

根据推荐的供需方案情景输出水资源配置结果，如表8所示。2030年阜新市用水总量控制指标为48300万m3，因此2030年可以配置的红线指标内非常规水源及辽河干流水、地下水和地表水供给计48300万m3，全部配置红线指标。

表8 阜新市水资源配置成果 万m3

4 结 论

文章深入研究了阜新市水资源供需配置方案设置问题，为解决水利工程实际情况与地下水、地表水总量控制红线不协调问题提出水资源供需情景方案，通过红线、工程两个约束和设置重度干旱年、重度干旱年、平水年交叉形成6个情景模式，并利用阜新市水资源模拟模拟深入探讨了当前水资源供需形势，在深入解析多种供需情景方案的基础上优选出符合实际情况的最佳方案，研究成果可为阜新市水资源利用规划、合理开发管理和节约利用保护提供一定参考。