黑河流域水資源配置分析

黑河流域水資源配置分析

在干旱和半干旱地區(qū)，水資源是最寶貴的自然資源。這不僅是沙漠綠洲形成、發(fā)展和穩(wěn)定的基礎(chǔ)，也是維持生態(tài)系統(tǒng)和流域生態(tài)安全、協(xié)調(diào)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的決定性因素。然而,隨著人口與經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng),水資源的需求量不斷增加,可利用水資源不足成為區(qū)域生態(tài)恢復(fù)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平不斷提高的限制因素,同時(shí)水環(huán)境又不斷惡化,水資源短缺已成為全球性問(wèn)題。流域水資源優(yōu)化配置是在水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)復(fù)合系統(tǒng)內(nèi),按照可持續(xù)性、有效性、公平性和系統(tǒng)性的原則,遵循生態(tài)規(guī)律和經(jīng)濟(jì)規(guī)律,對(duì)特定流域內(nèi)不同形式的水資源,通過(guò)各種工程和非工程措施,以單位產(chǎn)值的水資源消耗最小,生態(tài)系統(tǒng)提供的服務(wù)最大為目標(biāo),在生態(tài)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水之間、區(qū)域之間、經(jīng)濟(jì)用水部門之間進(jìn)行科學(xué)調(diào)配,盡可能提高流域整體的用水效率,促進(jìn)流域水資源的可持續(xù)利用、生態(tài)系統(tǒng)的健康穩(wěn)定和區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。黑河是我國(guó)第二大內(nèi)陸河,流經(jīng)青海、甘肅、內(nèi)蒙古三省區(qū)。它是河西走廊綠洲的支柱,北部沙漠的命脈。水資源是該流域維持生態(tài)平衡的主要保障,是綠洲發(fā)育的生命源泉。有限的水資源既要保證上中游工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的正常需求,又要確保向下游輸水,恢復(fù)下游生態(tài)環(huán)境。為緩解黑河下游河湖干涸、荒漠化、生態(tài)環(huán)境惡化的局面,實(shí)行以水資源合理配置為核心的流域水資源綜合統(tǒng)一管理,在水資源有效管理的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)流域水資源合理配置和高效利用。本文在流域水資源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀分析基礎(chǔ)上,采用系統(tǒng)分析方法,對(duì)流域水資源需求和供水能力進(jìn)行分析,并對(duì)未來(lái)規(guī)劃水平年(2015年、2020年和2030年)水資源配置進(jìn)行分析,從而為未來(lái)流域水資源開(kāi)發(fā)利用和合理配置提供技術(shù)支撐。1水資源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀1.1地表水、地下水水源2010年黑河流域總供水量為3.388×109m3,供水類型主要為地表水、地下水、其他水源。其中地表水2.675×109m3,占總供水量的78.96%;地下水7.01×108m3,占總供水量的20.69%;其他水源0.12×108m3,占總供水量的0.35%。1.2用水構(gòu)成2010年黑河流域總用水量3.388×109m3,其中農(nóng)業(yè)灌溉用水量2.880×109m3,占總用水量的85.01%;林牧漁畜用水量2.62×108m3,占總用水量的7.73%;工業(yè)用水量1.49×108m3,占總用水量的4.40%;居民生活用水0.67×108m3,占總用水量的1.98%,其中城鎮(zhèn)居民生活用水0.51×108m3,農(nóng)村居民生活用水0.16×108m3;生態(tài)環(huán)境用水0.30×108m3,占總用水量的0.88%。2010年黑河流域用水構(gòu)成如圖1所示。從圖1可以看出,在2010年黑河流域用水構(gòu)成中,經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)較差的農(nóng)業(yè)灌溉用水所占比重較大,超過(guò)全流域用水的80%以上,而經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)較好的工業(yè)用水所占比重較低,僅為4.40%。1.3%是速度性侵權(quán)行為,存在于表面形態(tài)不規(guī)范的現(xiàn)象,且認(rèn)為選擇“10.32%”的情況下,應(yīng)該把樣品中“6.84%”2010年黑河流域總耗水量2.344×109m3,其中農(nóng)業(yè)灌溉耗水量2.060×109m3,占總耗水量的87.88%;林牧漁畜耗水量1.84×108m3,占總耗水量的7.85%;工業(yè)耗水量0.48×108m3,占總耗水量的2.05%;居民生活耗水0.38×108m3,占總耗水量的1.62%;生態(tài)環(huán)境耗水0.14×108m3,占總耗水量的0.60%。從上述可知,黑河流域耗水量仍以農(nóng)業(yè)灌溉耗水量為主,占總耗水量的80%以上。2由于水資源開(kāi)發(fā)利用中存在的問(wèn)題2.1全國(guó)平均的農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以1.25m3為例按照水利部《黑河水量分配方案》確定的正義峽下泄水量,中游張掖市人均水資源量只有1250m3,為全國(guó)平均的61%。按現(xiàn)有人口增長(zhǎng)速度,到2015年,人均水資源量將降為1000m3,屬嚴(yán)重缺水地區(qū)。此外,黑河徑流年內(nèi)分配不均,來(lái)水與需水過(guò)程很不協(xié)調(diào),干流缺乏骨干調(diào)蓄工程,客觀上加劇了水資源供需矛盾。2.2農(nóng)業(yè)、農(nóng)業(yè)、商品糧解放以來(lái)黑河中游地區(qū)大規(guī)模墾荒種糧,灌溉面積由解放初期的106667~120000hm2增長(zhǎng)到目前的282440hm2,從黑河流域現(xiàn)狀用水地區(qū)分布看,中游用水占全流域用水的82.16%,從用水結(jié)構(gòu)來(lái)看,中游地區(qū)的農(nóng)業(yè)仍然是用水的主體,其用水量占總用水量的95%,其中農(nóng)田灌溉、林牧業(yè)用量分別占87.12%和7.17%,該地區(qū)也是我國(guó)西部重要的糧食基地,提供的商品糧占全省商品糧的35%。農(nóng)業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)其他部門用水的增長(zhǎng),擠占了中下游地區(qū)尤其是下游地區(qū)的生態(tài)用水,如何在現(xiàn)有的水資源條件約束下,在確保中游地區(qū)生產(chǎn)用水的前提下,確保下游地區(qū)的生態(tài)環(huán)境需水量是急需解決的問(wèn)題。2.3農(nóng)田灌溉用水結(jié)構(gòu)不合理黑河流域用水以農(nóng)業(yè)用水為主,用水結(jié)構(gòu)優(yōu)化推進(jìn)緩慢,農(nóng)田用水結(jié)構(gòu)造成區(qū)域單方水DGP產(chǎn)出偏低,導(dǎo)致水資源利用經(jīng)濟(jì)效益低下,而水資源配置方案和水權(quán)制度的完善進(jìn)展不足,成為農(nóng)田灌溉用水供給量居高不下的首要原因。2.4下游之間的管理力度不一黑河中下游地區(qū)用水計(jì)量、水費(fèi)征收、取水計(jì)劃及監(jiān)督管理工作均不夠完善,中、下游之間,中游地區(qū)的各縣之間管理力度不一。流域內(nèi)涉及到的取水許可與水資源有償使用制度、水功能區(qū)制度、總量控制和定額管理制度等,由于管理等方面原因,這些制度還存在一定問(wèn)題,同時(shí)由于執(zhí)法不嚴(yán),違法和干擾管理現(xiàn)象也較為普遍。3農(nóng)業(yè)需水量預(yù)測(cè)(1)生活需水量預(yù)測(cè)。生活需水與黑河流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平、居民收入水平、水價(jià)、生活用水習(xí)慣、節(jié)水器具的普及與推廣等因素有關(guān)。隨著生活水平的提高,居民生活用水將呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。根據(jù)甘肅省現(xiàn)狀實(shí)際用水水平,城鎮(zhèn)生活平均綜合用水定額為154L/(人·d),節(jié)水器具普及率僅為55%,城鎮(zhèn)管網(wǎng)漏損率達(dá)20%,存在一定程度的水資源浪費(fèi)。參照《甘肅省行業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)》及近年來(lái)甘肅省用水水平及其變化趨勢(shì),并綜合《甘肅省水利發(fā)展“十二五”規(guī)劃》,經(jīng)分析確定2015年、2020年和2030年黑河流域城鎮(zhèn)綜合需水定額分別為160,165,175L/(人·d),節(jié)水器具普及率分別提高到65%,75%,85%以上,城鎮(zhèn)管網(wǎng)漏損率分別降低到18%,15%,13%以內(nèi)。同時(shí)隨著農(nóng)村居民生活水平提高,考慮農(nóng)村自來(lái)水供水人口比例不斷提高,農(nóng)村生活用水將有所增加,根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》,2015年、2020年和2030年分別為60,65,75L/(人·d)。在上述指標(biāo)基礎(chǔ)上,結(jié)合《甘肅省水資源綜合規(guī)劃》預(yù)測(cè)的人口發(fā)展結(jié)果,計(jì)算得到流域生活需水量。(2)農(nóng)業(yè)需水量預(yù)測(cè)。農(nóng)業(yè)需水包括農(nóng)田灌溉和林牧漁業(yè)需水。黑河流域按照《黑河流域近期治理規(guī)劃》進(jìn)行流域治理后,現(xiàn)狀灌溉面積仍超出規(guī)劃治理目標(biāo),考慮中游生態(tài),規(guī)劃水平年維持現(xiàn)狀農(nóng)田有效灌溉面積277540hm2,2020年配水面積維持現(xiàn)狀實(shí)灌面積268720hm2,2030年考慮南水北調(diào)西線工程水量指標(biāo),配水灌溉面積可恢復(fù)到有效灌溉面積277540hm2。隨著種植結(jié)構(gòu)調(diào)整,大力發(fā)展節(jié)水灌溉面積、大幅度提高高效節(jié)水比例、加強(qiáng)管理節(jié)水、加快灌區(qū)節(jié)水改造、加大田間節(jié)水改造力度等措施,黑河流域農(nóng)業(yè)需水量將呈下降趨勢(shì)。甘肅省在“十二五”期間實(shí)施《甘肅省河西走廊國(guó)家級(jí)高效節(jié)水灌溉示范區(qū)項(xiàng)目》,實(shí)施千萬(wàn)畝灌溉面積高效節(jié)水,黑河流域作為該項(xiàng)目實(shí)施的重點(diǎn)區(qū)域之一,將進(jìn)一步增加高效節(jié)水灌溉面積比例。根據(jù)《甘肅省水資源綜合規(guī)劃》,經(jīng)分析確定2015年、2020年和2030年黑河流域農(nóng)田灌溉綜合用水凈定額分別為5550,5505,5430m3/hm2,灌溉水利用系數(shù)分別為0.53,0.64,0.67,園林草綜合用水凈定額為3345m3/hm2。在上述指標(biāo)基礎(chǔ)上,結(jié)合《甘肅省水資源綜合規(guī)劃》預(yù)測(cè)的農(nóng)業(yè)灌溉面積和林牧漁發(fā)展結(jié)果,計(jì)算得到流域農(nóng)業(yè)需水量。(3)工業(yè)需水量預(yù)測(cè)。根據(jù)2009年底國(guó)務(wù)院批復(fù)的《甘肅省循環(huán)經(jīng)濟(jì)總體規(guī)劃》,甘肅被列為全國(guó)第一個(gè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)試點(diǎn)省份,明確將甘肅建設(shè)成為國(guó)家循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范區(qū),同時(shí)在新一輪西部大開(kāi)發(fā)和區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略、工業(yè)強(qiáng)省戰(zhàn)略帶動(dòng)下,甘肅工業(yè)發(fā)展將實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型跨越發(fā)展,使工業(yè)所占全省GDP比重達(dá)到60%以上,未來(lái)20年將是加快工業(yè)化進(jìn)程的重要時(shí)期,甘肅工業(yè)將呈快速發(fā)展態(tài)勢(shì)。同時(shí)結(jié)合《甘肅省水資源綜合規(guī)劃》,黑河流域?qū)⒗^續(xù)把工業(yè)結(jié)構(gòu)的整體優(yōu)化和升級(jí)作為第二產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重點(diǎn),大力引進(jìn)發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè),把發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和環(huán)保型產(chǎn)業(yè)作為流域工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重要環(huán)節(jié),力爭(zhēng)形成具有較強(qiáng)市場(chǎng)適應(yīng)性和競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),提高經(jīng)濟(jì)的整體運(yùn)行質(zhì)量。隨著節(jié)水技術(shù)的推廣和深入,工業(yè)節(jié)水力度在加大、用水工藝在提高,未來(lái)黑河流域?qū)⒁燥L(fēng)電、光電、火核電等能源產(chǎn)業(yè)以及新能源裝備制造業(yè)為主。在現(xiàn)狀資料的基礎(chǔ)上,預(yù)測(cè)在采取相應(yīng)節(jié)水措施的條件下,2015年、2020年和2030年黑河流域非火電工業(yè)萬(wàn)元增加值用水量分別降為63.5,39.9,17.5m3/萬(wàn)元,工業(yè)用水重復(fù)利用率分別達(dá)到65%,75%,85%以上。新增火核電項(xiàng)目嚴(yán)格按照國(guó)家行業(yè)用水指標(biāo)控制,采用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的節(jié)水工藝設(shè)備,對(duì)2011—2020年新增項(xiàng)目每千瓦裝機(jī)用水量控制在3.2m3/kW以內(nèi),工業(yè)用水重復(fù)利用率控制在96%以上;2021—2030年水平年新增項(xiàng)目每1kW裝機(jī)用水量控制在3.0m3/kW以內(nèi),工業(yè)用水重復(fù)利用率控制在98%以上。并對(duì)現(xiàn)狀各火電廠進(jìn)行核查,對(duì)工藝落后的企業(yè)要求進(jìn)行技改,以降低每1kW裝機(jī)用水量。在上述指標(biāo)基礎(chǔ)上,根據(jù)流域萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量估算各年工業(yè)需水量。(4)生態(tài)環(huán)境需水量預(yù)測(cè)。生態(tài)環(huán)境需水量包括河道外需水量和河道內(nèi)需水量,流域河道外生態(tài)環(huán)境需水量主要由綠地灌溉和道路灑水兩部分組成。根據(jù)規(guī)劃的公共綠地和城市道路面積以及相應(yīng)的需水定額,同時(shí)考慮各水平年河道外生態(tài)環(huán)境需水量的保證率,預(yù)測(cè)流域河道外生態(tài)環(huán)境需水量。流域內(nèi)水資源量相對(duì)緊缺,河道內(nèi)需水量只能靠降水和未充分利用的再生水補(bǔ)充,因此對(duì)流域河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量不進(jìn)行預(yù)測(cè)。(5)總需水量預(yù)測(cè)。匯總生活、農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生態(tài)需水量預(yù)測(cè)結(jié)果,得到流域各規(guī)劃水平年需水量,2015年、2020年和2030年黑河流域總需水量分別為3.271×109m3,3.044×109m3和3.071×109m3。黑河流域2010—2030年各行業(yè)需水量變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)見(jiàn)圖2。從圖2可以看出,2010—2030年,隨著高效節(jié)水技術(shù)的推廣和應(yīng)用,農(nóng)業(yè)需水量呈現(xiàn)下降趨勢(shì),生活、工業(yè)和生態(tài)需水呈現(xiàn)逐年增加的趨勢(shì),總需水量呈下降趨勢(shì)。4地表水資源量利用(1)地表水可供水量。黑河流域工程的布局,以保障區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的正常需水和有效遏制生態(tài)環(huán)境惡化趨勢(shì)為基本目標(biāo),近期通過(guò)全面實(shí)施高效節(jié)水農(nóng)業(yè)和灌區(qū)改造工程以及內(nèi)陸河各流域生態(tài)保護(hù)和重點(diǎn)治理工程,充分挖掘區(qū)域內(nèi)節(jié)水潛力,提高水資源利用效率,促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)、生態(tài)協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展;遠(yuǎn)期通過(guò)實(shí)施必要的跨流域調(diào)水工程,增加區(qū)域供水能力,基本解決制約流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境恢復(fù)的資源性缺水問(wèn)題。根據(jù)《甘肅省水資源綜合規(guī)劃》,地表水可利用量采用水利工程控制的調(diào)節(jié)性水量和通過(guò)引水提取的河道基流量進(jìn)行計(jì)算。在充分考慮現(xiàn)有及規(guī)劃蓄水工程、生態(tài)修復(fù)工程和其他工程條件下,不同特征年份地表水可利用量見(jiàn)表1。(2)地下水可供水量。黑河流域淺層地下水開(kāi)采利用程度高,根據(jù)《甘肅省水資源綜合規(guī)劃》成果,結(jié)合地下水水位多年動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料和年開(kāi)采量資料,采用實(shí)際開(kāi)采量調(diào)查法,確定平原區(qū)淺層地下水的可開(kāi)采量。規(guī)劃水平年地下水可供水量,在基準(zhǔn)年地下水可供水量的基礎(chǔ)上,根據(jù)地下水允許開(kāi)采量,在有開(kāi)采潛力且城市及農(nóng)村生活用水十分緊張的局部地區(qū),可適度開(kāi)采地下水。考慮到在2020年、2030年,在無(wú)重點(diǎn)外調(diào)水源的情況下,黑河流域嚴(yán)格按照流域規(guī)劃確定的開(kāi)采指標(biāo)進(jìn)行控制。根據(jù)規(guī)劃成果,在未來(lái)滿足生態(tài)環(huán)境用水的前提下,增加地下水開(kāi)采量,因此2015—2030年地下水呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。黑河流域地下水資源可利用量如表1所示。(3)其他水資源可利用量。其他供水工程主要包括集雨工程、污水處理工程等。按發(fā)展節(jié)水型社會(huì)的要求,積極推進(jìn)污水處理及污水處理回用工程建設(shè)。在各水平年規(guī)劃中,城鎮(zhèn)生活和工業(yè)用水收集處理量在2015年、2020年和2030年分別達(dá)到排污量的70%,80%,90%;一般城市回用率在2020年、2030年分別達(dá)到30%,40%,重點(diǎn)城市分別達(dá)到40%,50%。根據(jù)《甘肅省水資源綜合規(guī)劃》預(yù)測(cè)成果,平水年(50%)黑河流域2015年、2020年和2030年可利用其他水資源量分別為0.21×108m3,0.30×108m3和0.48×108m3。(4)可供水總量預(yù)測(cè)。根據(jù)上述分析,平水年(50%)黑河流域2015年、2020年和2030年可供水總量分別為2.841×109m3,2.972×109m3和3.033×109m3(見(jiàn)表1)。5水資源配置與供應(yīng)平衡分析5.1保障水資源合理利用根據(jù)水資源總體規(guī)劃要求,水資源配置方案是以滿足行業(yè)需求為出發(fā)點(diǎn),兼顧區(qū)域發(fā)展需求,以采取強(qiáng)化節(jié)水措施的水資源供需分析成果為基礎(chǔ),按照水資源可利用量對(duì)河道外用水消耗實(shí)施總量控制,按照河流生態(tài)環(huán)境要求進(jìn)行斷面水量控制,按照節(jié)水型社會(huì)建設(shè)要求進(jìn)行用水定額控制,對(duì)流域水資源在經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)之間,不同部門和區(qū)域之間以及不同用水行業(yè)之間進(jìn)行合理調(diào)配,使得水資源配置格局與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展及生態(tài)環(huán)境保護(hù)的要求相協(xié)調(diào),實(shí)現(xiàn)水資源合理利用,促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。在保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)又好又快發(fā)展的同時(shí),有效保護(hù)水資源,維護(hù)生態(tài)平衡,改善環(huán)境質(zhì)量。根據(jù)黑河流域不同水平年不同保證率水資源可供水量,對(duì)規(guī)劃水平年2015年、2020年和2030年各行業(yè)供水量進(jìn)行配置,水資源配置結(jié)果見(jiàn)表2。到2030年生活用水量由現(xiàn)狀年的0.72×108m3增加到1.09×108m3,基本滿足了流域人口增長(zhǎng)和城市發(fā)展的需要。工業(yè)生產(chǎn)配置的水量由現(xiàn)狀的1.49×108m3增加到3.96×108m3,在建設(shè)節(jié)水型工業(yè)體系的基礎(chǔ)上,基本滿足保障流域?qū)崿F(xiàn)新型工業(yè)化發(fā)展的需要。配置的農(nóng)業(yè)水量由現(xiàn)狀的3.288×109m3減少到2.495×109m3,減少的農(nóng)業(yè)用水量中大量的水直接用于退還擠占的生態(tài)環(huán)境用水和農(nóng)村地區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)。5.25年—供需平衡分析根據(jù)黑河流域不同水平年可供水量和需水量預(yù)測(cè)成果,進(jìn)行不同水平年的水資源供需平衡分析。具體結(jié)果見(jiàn)表3。在50%保證率下,黑河流域2015年需水量3.271×109m3,供水量2.841×109m3,缺水量4.30×108m3,缺水率13.15%;2020年需水量3.041×109m3,供水量2.972×109m3,缺水量0.69×108m3,缺水率2.27%;2030年需水量3.071×109m3,供水量3.033×109m3,缺水量0.38×108m3,缺水率1.24%。在75%保證率下,黑河流域2015年需水量3.271×109m3,供水量2.