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地表水資源可利用量計算方法探討
地表水資源可利用量計算方法探討 摘 要:地表水資源可利用量分析計算是水資源評價工作中一項重要的內(nèi)容,用常規(guī)的方法計算不僅需要大量的有關(guān)資料,而且工作量繁雜。根據(jù)全國《水資源評價導(dǎo)則》的技術(shù)要求,本文結(jié)合我省蓄、引、提水利工程運行情況,以及地表水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀,建立經(jīng)驗公式,估算地表水資源可利用量。
關(guān)鍵詞:地表水資源;可利用量;相關(guān)分析
1、概述
水資源是重要的自然資源和經(jīng)濟(jì)資源,對水資源的開發(fā)利用應(yīng)有一定的程度。因此,在水資源評價工作中,不僅要評價地表水資源的數(shù)量,還要搞清地表水資源的可利用量,為合理形利用地表水資源提供科學(xué)依據(jù)。
對地表水資源可利用量的計算,通常采用的方法:一是扣損法,即選定某一頻率的代表年,在已知該年的自產(chǎn)水量(指當(dāng)?shù)亟邓a(chǎn)生的徑流量)、入境水量基礎(chǔ)上,扣除蒸發(fā)滲漏等損失,以及出境入海等不可利用的水量,求得該頻率的地表水資源可利用量。二是根據(jù)現(xiàn)狀中大中型水利工程設(shè)施,對各河的徑流過程以時歷法或代表年法進(jìn)行調(diào)節(jié)計算,以求得某一頻率的地表水資源可利用量。上述兩種方法中,選擇代表年具有一定的任意性,而時歷法的調(diào)節(jié)計算不僅需要大量的相關(guān)資料,而且工作量繁雜。筆者結(jié)合我省地表水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀,提出適合我省情況,并具有一定精度較為簡便的地表水資源可利用量計算方法。
2、地表水資源可利用量的有關(guān)因素與河道內(nèi)用水量的估算
2.1頻率
地表水資源可利用量具有頻率的概念。區(qū)域地表水資源可利用量是在區(qū)域自產(chǎn)水量和區(qū)外流入水量的基礎(chǔ)上分析計算的,而不同頻率的區(qū)域自產(chǎn)水量和區(qū)外流入水量是不相同的。因此,地表水資源可利用量也必與頻率有關(guān)。
2.2水平年
地表水資源可利用量具有水平年的概念。不同水平年地表水的蓄、引、提等工程措施有所不同,其管理水平、調(diào)度運行方案也會有差異,因而在相同的區(qū)域自產(chǎn)水量和區(qū)外流入水量的條件下,地表水資源的可利用量也是不同的。
此外,河道內(nèi)用水、下游地區(qū)用水以及地表水水質(zhì)污染程度等因素,也將影響地表水資源的可利用量。
2.3河道內(nèi)用水
河道內(nèi)用水包括生產(chǎn)(如航運、水力發(fā)電等)和生態(tài)用水。我省水資源十分匱乏,水資源的供需矛盾非常突出。因此,對于河道內(nèi)的生產(chǎn)用水暫不考慮,本文僅估算了河道內(nèi)的生態(tài)用水。
河北省河流枯季斷流主要發(fā)生在平原地區(qū),平原區(qū)分布的河流大多屬于大清河水系及子牙河水系,現(xiàn)階段改善河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境的具體目標(biāo)是:大清河水系保證白洋淀不干淀,平水年白洋淀的蓄水量保持20世紀(jì)70年代平水年的水平。子牙河水系下游主要控制站——獻(xiàn)縣水文站平水年枯季平均流量,不小于20世紀(jì)70年代平水年的枯季平均流量。由于灤河、潮白薊運河及永定河山區(qū)的大型水庫及主要控制工程分屬水利部、北京市和天津市管理,南運河水系的兩大支流中,漳河出山口大型水庫——岳城水庫由水利部管理,衛(wèi)河山區(qū)均位于河南省境內(nèi)。上述河流我省均沒有調(diào)度運用權(quán)和控制能力,因此,這些河流的河道內(nèi)生態(tài)用水問題難以確定。至于大清河、子牙河水系的水質(zhì)污染問題,應(yīng)當(dāng)依靠排污企業(yè)及城市通過污水處理達(dá)標(biāo)排放來解決,在目前水資源十分緊缺的情況下,不宜采用增加清水流量進(jìn)行稀釋的途徑來改善水質(zhì)。
通過資料分析,白洋淀20世紀(jì)70年代平水年年平均蓄水量0.69億m3,全年水面蒸發(fā)量0.94億m3,周邊的側(cè)向滲漏量0.22億m3.由此可知,要保持70年代平水年的平均蓄水量,需要入淀水量1.85億m3.因此,在最不利的情況下(如1984~1986年入淀水量為零)要使白洋淀年平均蓄水量保持0.69億m3,則需要山區(qū)水庫補水3.19億m3(沿途輸水損失按0.42考慮)。
子牙河系獻(xiàn)縣水文站,20世紀(jì)70年代平水年枯季平均流量為5.56m3/s,90年代為零,要維持70年代枯季平均流量需補水5.56m3/s,枯季按270d計,需要山區(qū)水庫補水2.36億m3(沿途輸水損失按0.45計)。
為了實現(xiàn)現(xiàn)階段大清河系及子牙河系河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境目標(biāo),河道內(nèi)生態(tài)用水量共需5.55億m3.
3、地表水資源可利用量計算方法
我省地表水資源開發(fā)利用程度很高,現(xiàn)狀平水年地表水的供水量達(dá)到自產(chǎn)水量的55%左右;偏枯年可以達(dá)到70%左右。因而目前供水水平扣除回歸水的重復(fù)量,基本上反映了現(xiàn)狀地表水工程措施可能控制利用的河道外一次性最大水量。
為了能代表現(xiàn)狀條件下的自產(chǎn)水量、入境水量、出境水量及地表水的供水量,本次采用1990~2000年資料進(jìn)行分析,為了顧及北京和天津兩市的用水量,我們的入境水量中扣除了引灤入津及潮白河、薊運河、永定河山區(qū)的出境水量,具體步驟如下:
(1)搜集1990~2000年自產(chǎn)水量、入境水量,灤河(引灤入津)、潮白、薊運和永定河山區(qū)的出境水量,以及本省地表水供水量。并分析自產(chǎn)水量的相應(yīng)頻率,計算自產(chǎn)水量+(入境水量——四河山區(qū)的出境水量)和地表供水量占該水量的比率(β,即地表水利用系數(shù)),見表1.其中1990~1997年自產(chǎn)水量、入境和出境水量采用《河北省水資源狀況分析報告》中的數(shù)據(jù),該數(shù)據(jù)基本上代表了現(xiàn)狀水利工程狀況下地表水的最大供水量,扣除重復(fù)利用水量,即為地表水的可利用量。1998~2000年采用《河北省水資源公報》中數(shù)據(jù),1990~2000年地表水供水量采用《河北省水資源公報》中的數(shù)據(jù)。1990~2000年自產(chǎn)水量的相應(yīng)頻率是根據(jù)修正為現(xiàn)狀下墊面條件下的產(chǎn)流量(1956~1997年系列)計算的統(tǒng)計參數(shù)求得。
(2)通過資料分析,建立自產(chǎn)水量~“入境水量”相關(guān)圖。
(3)建立自產(chǎn)水量相應(yīng)頻率與β相關(guān)圖。
4、平水年和偏枯水年地表水資源可利用量
由《河北省水資源狀況分析報告》可知,平水年(P=50%)的自產(chǎn)水量為107億m3,偏枯年(P=75%)為75.1億m3。
一般年份我省地表供水量當(dāng)中70%供平原地區(qū),而且主要是山前平原,30%供山丘區(qū)(包括山間盆地)。目前山前平原區(qū)的地下水埋深均在10m以上,地下水位遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于平原河道河底高程,因而河道和渠系的滲漏損失,以及渠灌的田間滲漏水量,只能補給地下水,不可能回歸河道和渠系。近年來山區(qū)的地下水開采量發(fā)展很快,地下水年開采量由20世紀(jì)70年代末的12億m3增加到90年代末的23億m3.而這些開采井多分布在渠系較多的山間盆地,山間盆地較多的張家口、承德、唐山、秦皇島四市,山區(qū)地表水供水量和地下水開采量分別占全省山區(qū)地表水供水量和地下水開采量的80%和70%,地下水埋深一般在8m以上。由此說明,山區(qū)地表灌溉的滲漏部分,主要被地下水開采,回歸河道被重復(fù)利用部分很少,占地表水供水量不會超過5%。因此,上述計算的平水年和偏枯年的地表水供水量,基本上代表了現(xiàn)狀水平年沒有扣除河道內(nèi)生態(tài)用水情況下的地表水資源可利用量。在自產(chǎn)水量+“入境水量”中扣除現(xiàn)階段河道內(nèi)生態(tài)用水5.55億m3之后,平水年的地表水資源可利用量為(114.7-5.55)×0.51=55.7億m3.偏枯水年的地表水資源可利用量為(77.3-5.55)×0.69=49.5億m3.
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