城市水源为多个综合利用水库的供需平衡分析方法探讨

曹国良，陈 菡

(湖北省水利水电规划勘测设计院有限公司，湖北 武汉 430064)

城市供水是重要的民生工程，事关人民群众身体健康和社会稳定。由于工业化和城市化发展，城市人口剧增，且城乡居民生活水平提高，城市需水量逐年递增，城市供水水源的水库多兼有农业灌溉等综合利用任务，城市供水与农业供水争水现象明显，因此研究城市供水对城市经济社会发展显得十分重要。

目前部分城市存在多个常规供水水源和备用水源结合的情况，为实现水资源的高效利用和优水优用，研究多个水源对城市的合理高效供水非常必要。本文以安陆市城市供水研究为范例，从城市全行业全口径需水方面着手研究与区域来水条件的适应性，结合城市规划及区域供水发展规划分析当地水资源条件对城市发展的承载能力，统筹区域供水条件，分析城市供水水源配置方案。

1 安陆市城市概况

安陆市地处大洪山余脉与江汉平原交汇地带，南通武汉，北依襄樊，处于两大城市连接线中间地带，处于武汉城市圈紧密圈层。安陆市下辖2个街道办事处、1个经济技术开发区、9个镇、4个乡，总国土面积1352.8km2。2017年安陆市常住人口为58.33万人，地区生产总值213.21亿元。安陆市常用耕地总面积为68.08万亩。

1.1 安陆市城区水厂现状及存在的问题

安陆市城区现有两座水厂，分别为第二水厂和第三水厂，水源地均为府河干流解放山水库。第二水厂位于府河右岸，建成于1988年，日供水能力4万m3/d。第三水厂位于府河左岸，设计供水规模为10万m3/d。

解放山水库位于府河干流上，坝址以上来水面积7131km2，是一座兼顾防洪、发电、供水、灌溉、水产养殖和交通的河道型水库工程。解放山水库是解放山西干渠灌区的灌溉水源，灌区位于安陆市府河以西，设计灌溉面积16.71万亩。水库总库容为0.47亿m3，其中兴利库容0.32亿m3。

府河开发利用程度较高，随着经济社会的快速发展，沿线污水排放量大幅增加。近年来，政府部门大力推进乡镇和农村污水处理设施建设，使得部分乡镇和农村的生活污水得到了一定程度上的处理，但是由于乡镇污水处理建设普遍滞后，农村污水处理较城市存在一定差距。农村污水目前尚未实现全面覆盖和收集，且部分乡镇污水处理厂运行不理想，仍存在有零散生活污水直排入府河的现象。因此，府河解放山水库水质不稳定，部分时段有水质超标情况，超标指标多为氨氮和总磷。根据2017年1～12月、2018年1～10月湖北省水功能区水质通报结果，按全因子指标评价，涢水安陆解放山开发利用区水质有8个月份保持在Ⅱ～Ⅲ类，其余时段水质为Ⅳ～Ⅴ类，个别月份甚至达到劣Ⅴ类，总磷和氨氮严重超标。尤其每年春天，河道内藻类繁殖，存在安全隐患。

1.2 安陆市农村安全饮水现状及存在问题

目前，安陆市三水厂供水范围除府城、南城和开发区城区范围外，还包括城区水厂管网延伸覆盖到的洑水镇、陈店乡和李店镇及烟店镇、棠棣镇部分乡村，其余的接官乡、赵棚镇、辛榨乡、巡店镇、木梓乡、雷公镇、孛畈镇和王义贞镇等区域现状均由当地乡镇水厂供水。目前安陆市各乡镇小水厂普遍存在水量保障程度不高、处理工艺落后、水厂运行管理落后等问题，导致出厂水质微生物超标、消毒指标不满足规范要求。

2 城市需水预测

2.1 分析范围

分析范围为安陆市城市水厂规划供水范围以及徐家河水库、解放山水库生产生活供水范围，涉及广水市、安陆市、孝昌县，共3县市17个乡镇。

徐家河和解放山水库农业供水分别为徐家河灌区和解放山西干渠灌区，现状有效灌溉面积分别为60万亩和16.71万亩。徐家河水库是一座以灌溉、防洪为主，兼有发电、供水等综合效益的大(2)型水库。坝址以上流域面积749km2，水库为多年调节水库，总库容为7.34亿m3，兴利库容2.99亿m3，死库容1.41亿m3。

2.2 需水预测成果

需水预测的口径和全国水资源综合规划的口径一致，分为生活、生产和生态环境需水3大类。需水预测采用定额法进行预测。

分析范围基准年、设计水平年总需水量(不含河道内生态环境需水)分别为5.24亿m3和4.62亿m3，设计水平年生活、生产、生态环境需水分别为0.59亿m3、4.00亿m3、0.03亿m3。

3 供需平衡分析

3.1 水资源供需平衡原则

(1)各平衡片的用水分为城乡生活(含第三产业等)及生态、工业(含建筑业)、农业灌溉3类。

(2)供水工程有大中小型水库和塘堰等蓄水工程、引提水工程、地下水。地下水主要供水对象为少量的农村安全饮水和工业用水；地表水供水水源中优先使用塘坝和蓄水工程，然后是提水工程。其中的蓄水工程首先分片进行概化合并，概化成若干个“大水库”，然后按照塘堰、小(二)型水库、小(一)型水库、中型水库、大型水库的顺序由小到大逐级平衡。生活工业需水主要由各片骨干工程供水。

(3)取自河道的引提水量按控制断面来水量、现有引提水能力和供水范围进行平衡。

3.2 基准年水资源供需平衡成果

经供需平衡分析，安陆市城市供水考虑徐家河水库进行供水后，对徐家河灌区的农业灌溉保证率和生活工业供水保证率影响不大，说明徐家河水库具备置换安陆市生活用水的条件，具体供需平衡分析成果见表1。

表1 基准年供需平衡成果表

3.3 设计水平年水资源供需平衡

设计水平年依据《安陆市城乡供水一体化规划》(2019年)、《安陆市给水专项规划》(2015年)、《安陆市城市总体规划(2013—2030)》等，并征求孝感市及安陆市市政、水利、城建等多部门意见，综合确定规划年供水范围供水结构布局。

随着经济社会发展，设计水平年安陆市考虑大范围的城乡一体化，城市生活工业用水将增加，经计算，若仍以解放山水库为水源，生活工业用水将挤占农业用水，使农业灌溉保证率达不到标准。根据水源分析成果，徐家河水库水质和水量的保证程度较高。因此，待设计水平年解放山水库水质治理达标后，可由解放山水库、徐家河水库为安陆市城乡生活工业联合供水。

设计水平年供需分析范围生活工业总需水量为10228万m3(扣除中水、地下水)，优先采用解放山水库向安陆市供水，在恢复解放山水库上游洑水泵站后，在考虑退还被挤占的农业用水，经试算，在满足解放山灌区农业灌溉保证率的条件下，可以满足安陆市2500万m3生活工业需水。除本已考虑在徐家河片供水的曾都区、广水市、孝昌县、云梦县乡镇供水外，安陆市城乡一体化后的城乡生活工业需水由徐家河水库供给。如图1所示。

图1 安陆市城市供水水资源配置网络图

(1)计算工况

工况1：安陆市城乡一体化后的城乡其他需水由解放山水库供给，先退还河道内生态基流，河道外供水优先满足生活、工业需水，然后再考虑农业。

工况2：试算解放山片在满足保证农业灌溉保证率80%的前提下能够满足的生活工业需水，剩余需求由徐家河水库供给。

(2)水资源供需平衡计算成果

设计水平年在充分发挥现有供水工程的潜力，对灌溉渠系和供水管网进行续建配套与节水改造，并进一步提高水资源开发利用程度的基础上，首先满足河道内生态基流要求，河道外供水优生满足生活、工业需水，然后再考虑农业灌溉，以此进行水资源供需平衡。

经水资源供需平衡分析，设计水平年工况1解放山片农业灌溉保证率为72.4%，生活用水保证率为96.4%，工业用水保证率为95.7%，生活工业需水量0.836亿m3，农业需水量0.788亿m3，生活工业供水量0.811亿m3，农业供水量0.659亿m3，生活工业缺水量为0.025亿m3，农业缺水量为0.129亿m3。

工况2(推荐方案)解放山片农业灌溉保证率为81%，生活用水保证率为99.1%，工业用水保证率为99.1%，生活工业需水量0.250亿m3，农业需水量0.788亿m3，生活工业供水量0.249亿m3，农业供水量0.751亿m3，生活工业缺水量为0.001亿m3，农业缺水量为0.038亿m3。徐家河片农业灌溉保证率为80.0%，生活用水保证率95.6%，工业用水保证率为95.0%，生活工业需水量0.884亿m3，农业需水量2.700亿m3，生活工业供水量0.850亿m3，农业供水量2.444亿m3，生活工业缺水量为0.034亿m3，农业缺水量为0.256亿m3。解放山及徐家河片均能满足保证率要求，水资源供需平衡成果见表2。

表2 设计水平年水资源供需平衡成果表

4 结论

本文主要研究了安陆市城市水源现状年从河道型水库到设计水平年调整为水质较好的大型水库为主，现状河道型水库为辅的情况下，结合供需平衡计算，分析了调整的原因，并从供水能力、水质条件情况，按照优水优用的思路，提出设计水平年合理高效水资源配置方案，对于城市水源为多个综合利用的水库，且各水质有差别的城市供水方案有指导意义。

文章仅提出了设计保证率工况下的供水方案，在丰水期和平水期，多水源供水需从水源水质、供水成本考虑合理的水资源配置方案，但未进行进一步分析。