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标题 徒骇河流域水资源供需预测与可持续利用对策
范文 赵芬++徐立荣++李春晖++傅新



摘要：徒骇河位于山东省海河流域南部，为山东省北部的发展提供水资源。随着社会的高速发展，徒骇河流域水资源供需矛盾日益突出。本文在不考虑南水北调东线调水情况下，以2010年为现状年，2020年和2030年为预测年，根据徒骇河流域的典型特征和徒骇河流域各县市的社会经济发展规划，对徒骇河流域供、需水量进行预测，并分析水资源供需平衡状况。结果表明：在现状年2010年，徒骇河流域供水量与需水量基本维持平衡；2020年，徒骇河流域P=50%（平水年）、P=75%（枯水年）缺水量分别为894亿m3、356亿m3，缺水率分别为1946%、775%；2030年，徒骇河流域P=50%（平水年）、P=75%（枯水年）缺水量分别为1168亿m3、652亿 m3，缺水率分别为2524%、1409%。即徒骇河流域的水资源在未来10年至20年不能完全满足生产、生活、生态的需水要求，需通过有效措施，使流域水资源得到可持续利用。
关键词：供需水量预测；生态需水量；水资源供需平衡；徒骇河流域
中图分类号：P963文献标志码：A文章编号：16721683（2016）06003906
Forecast of water resources supplydemand and sustainable utilization countermeasures in the Tuhai River Basin
ZHAO Fen1，2，XU Lirong1，LI Chunhui2，FU Xin1
（1.School of Resources and Environment，University of Jinan，Jinan 250022，China；2.Key Laboratory for Water and
Sediment Sciences of the Ministry of Education，School of Environment，Beijing Normal University，Beijing 100875，China）
Abstract：The Tuhai River is located in the south of the Haihe River Basin in Shandong Province and provides water resources for the development of the northern region of Shandong Province.The imbalance between supply and demand of water resources has become more prominent with the rapid development of the society.This paper selected 2010 as the status quo year，2020 and 2030 as the forecast years.The water supply and demand in the Tuhai River Basin was forecasted according to the typical characteristics and the social and economic development planning，regardless of the east route of southtonorth water diversion project，and then the balance between supply and demand of water resources was analyzed.The results showed that when P=50%（normal year），P=75% （low flow year），the water deficit of the Tuhai River Basin was respectively 11.2×108m3，5.86×108 m3，the water deficient ratio was 19.66%，11.31% in 2020.When P=50%（normal flow year），P=75% （low flow year），the water deficit of the Tuhai River Basin was respectively 13.98×108 m3，8.82×108 m3，the water deficient ratio was 3.20%，1601% in 2030.The water resources in the Tuhai River Basin would not fully meet the requirements of production，life，ecological system in next 10～20 years，and some effective measures are required to ensure the sustainable utilization
Key words：forecast of water supply and demand；the ecological water demand；water supply and demand balance；the Tuhai River Basin.
随着社会经济的飞速发展以及人口数量持续增加，水资源供需方面的研究越来越受到人们的重视[1]。1956年美国加利福尼亚州开始对水资源的利用、供给及预测进行研究[2]，我国西北地区也开始了水资源供需平衡的研究[3]。水资源供需研究主要集中在供、需水预测新模型的应用及优化算法的求解上[47]，对地区的某种类型用水量的预测有少量的研究[810]，目前缺少对某地区全部用水量的预测和水资源的供需平衡分析。本文在前人研究的基础上，选取了徒骇河流域作为研究区，根据山东省海河局《山东省海河流域综合规划报告》对徒骇河流域供水量、需水量进行预测，继而对流域的水资源供需平衡进行分析，对流域的水资源可持续开发利用以及水资源的合理配置具有重要意义。
1徒骇河流域概况
徒骇河位于山东省海河流域南部，于莘县文明寨流入山东省，从上游到下游依次流经山东省的聊城、德州、济南、滨州四市，于滨州市沾化县东风港暴风站入渤海湾，从西南到东北呈窄长状。山东省境内河道长406 km，流域面积13 296 km2。研究区范围见图1。
徒骇河流域降水、径流以及输沙量在时间分布上较集中，6月-9月的降雨量占全年的77%以上；6月-9月的径流量占全年的83%以上；7月-8月输沙量分别占全年输沙量的88%，因此在计算徒骇河河道内输沙需水量时，主要计算汛期内的输沙需水量。徒骇河3月-9月份的蒸发量较大，占全年的7562%。4月、5月为春季，降水少、蒸发大、农业灌溉需水量大，用水矛盾较突出。
2徒骇河流域供、需水量预测
本文以2010年为现状水平年，2020年为近期规划预测水平年，2030年为远期规划预测水平年，根据山东省海河流域水利管理局《山东省海河流域综合规划报告》等资料，在不考虑南水北调东线工程调水的情况下，对徒骇河流域的供、需水量进行预测。
2.1徒骇河流域供水量预测
2.1.1地表水
地表水供水量是在保证地表水源条件、地表水资源可利用量安全的前提下，通过合理科学的措施可供的水量。根据《山东省海河流域综合规划报告》，徒骇河流域现状年地表水供水量为280亿 m3，预计2020年为318亿m3，2030年可达到319亿m3。
2.1.2地下水
根据《山东省海河流域综合规划报告》，徒骇河流域现状年地下水供水量为1068亿m3，2020年、2030年徒骇河流域浅层地下水资源都能够得到合理的开采利用，由于地下水保护政策，徒骇河流域地下水供水量呈下降趋势，预计2020年地下水供水量为1109亿m3，2030年为1059亿m3。
2.1.3非常规水源
非常规水源包括：再生水、海水、雨水、微咸水、矿坑水等。
2.1.4客水
徒骇河流域客水主要是引黄，根据《山东省海河流域综合规划报告》，徒骇河现状年、2020年、2030年的引黄水量分别为2812亿m3、2759亿m3、2720亿m3。不同规划水平年供水量预测结果见表1。
根据地表水、地下水、非常规水源和客水的供水量预测水平，预计2020年，徒骇河流域供水总量为4595亿m3，2030年为4627亿m3。2.2徒骇河流域需水量预测
2.2.1生活需水量
根据山东省海河流域水利管理局《山东省海河流域综合规划报告》和徒骇河流域各市的城市发展规划目标等资料，采用增长率法进行流域人口数量预测，2010年徒骇河流域人口总数为1 021万人，其中城镇人口为240万人，农村人口为781万人。预计到2020年，人口总数将达到1 051万人，其中城镇人口为582万人，占总人口的5536%，农村人口为469万人，占总人口的4464%；2030年，人口总数将达到1 069万人，其中城镇人口为748万人，占总人口的70%，农村人口为321万人，占总人口的30%。生活需水量预测采用人均日用水定额法，预计2020年、2030年城镇人均用水定额分别为119 L/（人·d）、133 L/（人·d），2020年、2030年农村人均用水定额分别为76 L/（人·d）、86 L/（人·d），那么2020年、2030年徒骇河流域居民生活需水量分别为383亿m3、464亿m3。
2.2.2工业需水量
据2010年的徒骇河流域各县市的统计年鉴数据：工业实际年用水量为3029 4亿m3，工业实际用水重复利用率为6653%。徒骇河市流域未来工业稳步发展，2010年-2020年工业增加值年增长率在925%左右，可达3 95047亿元；2020年-2030年工业增加值年增长率为905%左右，可达9 39606亿元。本文根据工业增加值和万元工业增加值用水定额以及工业用水重复率预测工业需水量。预计到2020年，流域内工业增加值需水量为2714亿m3，工业需水量为574亿m3；到2030年，流域内工业增加值需水量为3771亿m3，工业需水量为951亿m3。
2.2.3农业需水量
农业需水包括农田灌溉需水和林牧渔畜需水两部分，其中农田灌溉需水分为水田、水浇地、菜田需水；林牧渔畜需水包括林果地灌溉需水、畜牧用水、鱼塘补水。
农田灌溉需水量采用灌溉定额与灌溉水利用系数方法进行预测[1112]，参照山东省农业发展与土地利用指标，海河流域水浇地、水田灌溉面积以及灌溉综合净定额基本维持现状，灌溉水利用系数逐渐增大。由于徒骇河流域基本上属于资源型缺水地区，农田灌溉需水按基本满足作物生长需求的非充分灌溉定额考虑。以聊城市东昌府区为例，2020年-2030年该区农业灌溉用水定额保持不变，P=50%平水年的水田、水浇地、菜田灌溉定额分别为3 570 m3/hm2、3 210 m3/hm2、3 075 m3/hm2；P=75%枯水年的水田、水浇地、菜田灌溉定额分别为2 745 m3/hm2、2 460 m3/hm2、2 370 m3/hm2。
林果地灌溉需水量预测采用灌溉定额预测方法；鱼塘补水量采用亩均补水定额方法计算，亩均补水定额根据鱼塘渗透量及水面蒸发量与降水量的差值加以确定[13]。2010年，流域林果地灌溉定额为3 450 m3/hm2、鱼塘补水定额为10 425 m3/hm2；预计2020年流域林果地灌溉定额为3 315 m3/hm2、鱼塘补水定额为10 005 m3/hm2；2030年流域林果地灌溉定额为3 180 m3/hm2、鱼塘补水定额为9 585 m3/hm2；大牲畜日用水量为50 L/（头·d），小牲畜日用水量为25 L/（头·d）。
农田灌溉需水量与林牧渔畜需水量之和即为农业总需水量，预计2020年P=50%农业需水量为3935亿m3，P=75%农业需水量为3397亿m3；2030年P=50%农业需水量为3753亿m3，P=75%农业需水量为3237亿 m3。
2.2.4生态需水
徒骇河流域生态需水包括河道内生态需水和河道外生态需水两部分，河道内生态需水量包括河流生态基流量、自净需水量、输沙需水量和水面蒸发需水量，河道外生态需水包括城镇生态需水和农村生态需水[14]。
（1）河道内生态需水量。
本文选择保证率法计算河流生态基流量。具体步骤如下[1516]：根据水文资料，对天然年径流量按由小到大的顺序进行排列；分别取95%、75%、50%、25%的保证率，计算所对应的天然径流量；参考国际河流流量推荐值下限（天然径流量的10%）和上限（天然径流量的60%）以及河流生态保护目标，设定10%为河流最小生态需水量，30%为河流最适宜生态需水量，60%为河流最优生态需水量[17]。
河流自净需水量指河流稀释、降解污染物所需的水量，一般采用近十年最小月平均流量，作为河流的自净需水量[1819]。计算公式如式（1）：
Wd=min{Wij}（1）
式中：Wd为河流自净水量（m3）；Wij为近十年最小月平均流量（m3）。
根据徒骇河流域年内输沙集中在汛期这一特点，计算徒骇河干流输沙需水时，采用计算公式如下：
Ws=ηα-Ww（2）
Ww=W-S/γs（3）
式中：Ws为输沙需水量（m3）；η为输沙效率；α为指数（η<1时，α=1；η>1时，α=0）；Ww为净水量（m3）；W为径流量（m3）；S为输沙量（亿t），γs=265 t/m3。
当河流水面的蒸发量大于降水量时，水面蒸发需水量大于0；当河流水面蒸发量小于降雨量时，则认为河流的蒸发需水量为0[20]。公式如下：
We=A（E-P）E>P
We=0E式中：We为水面蒸发需水量（m3）；A为计算时段内水体水面面积（m2）；E为计算时段内水面蒸发量（mm）；P为计算时段内水面降水量（mm）。
河流生态基流量、河流自净需水量和输沙需水量三者中的最大值与水面蒸发需水量叠加即为河道内生态需水量。公式如下：
W=max（Wr，Wd，Ws）+We（5）
计算得到多年平均条件下的年生态基流量为：聊城站037亿m3、刘桥站03亿m3、堡集闸092亿m3；从上游到下游聊城站、刘桥站、堡集站3站的自净需水量是逐渐增加的，自净需水量最大为0085亿m3；聊城和堡集闸的输沙需水量分别为185亿m3，614 亿m3；徒骇河全年的蒸发量为044亿m3；那么徒骇河河道内生态需水量为54亿 m3。
（2）河道外生态需水量。
河道外生态需水包括城镇生态需水和农村生态需水[14]，其中城镇生态需水包含城镇绿地建设需水、城镇河湖补水以及城镇环境卫生（扫洒）需水三个方面；农村生态需水包含湖泊沼泽湿地生态需水、地下水回灌等。由于城镇河湖补水需水量较小，故而本文忽略了此部分需水量。
根据《山东水资源综合规划报告》以及山东省城市规划等有关资料，绿地需水量以城镇人均绿地占有量来预测，城镇卫生需水量以城镇人均道路面积占有量来预测，徒骇河流域城镇公园绿地用水定额为2 800 m3/hm2，城镇环境卫生的用水定额为230 m3/hm2，2011年-2020年、2021年-2030年均增长率分别为14%和16%；农村生态需水量用增长率的方法进行预测，2011年-2020年农村生态需水增长率35%，2021年-2030年增长率414%。预计2020年徒骇河河道外生态需水量为057亿m3，2030年徒骇河河道外生态需水量为087亿 m3。
综合河道内与河道外生态需水量，预计2020年徒骇河流域生态需水量为597亿 m3，2030年徒骇河生态需水量为627亿 m3。
根据上述对徒骇河流域各县市的生活、工业、农业、生态需水量的预测结果，计算出徒骇河流域预测年相应综合需水量，结果见表2。
徒骇河流域水资源量供需平衡分析
以流域缺水量与缺水率来衡量徒骇河流域水资源供需平衡状况（表3），可以看出，在2010年，徒骇河流域供水量总量为4352亿m3，需水总量为4394亿 m3，供水量与需水量基本维持平衡；预测2020年，徒骇河流域可供水量总量为4595亿m3，P=50%、75%需水总量分别为5489亿m3、4951亿m3，缺水量分别为894亿m3、356亿 m3，缺水率分别为1946%、775%；预测2030年，徒骇河流域可供水量总量为4627亿m3，P=50%、75%需水总量分别为5795亿m3、5279亿 m3，缺水量分别为1168亿m3、652亿m3，缺水率分别为2524%、1409%。
可见，徒骇河流域的水资源并不能完全满足生产、生活、特别是生态的需水量。随着社会经济的发展，对水资源的需求量愈来愈大，水资源供需矛盾愈来愈严重，所以合理配置流域水资源，提高流域水资源的可持续利用率，是解决供需矛盾的重要手段。
4徒骇河流域水资源可持续利用对策
为实现徒骇河流域水资源的合理规划配置，提高水资源可持续利用率，维护徒骇河流域的生态功能，应采取以下措施。
（1）保证徒骇河生态需水量，维持河流正常的生态功能。应保证徒骇河两侧河岸带上的植被缓冲带有一定的宽度。流域地下水在汛期以及丰水年通过植被缓冲带得到补给，在非汛期和枯水年流域地下水则通过植被缓冲带补给河水，使河流生态需水得到补给，这样在一定程度上对河水起到调蓄作用，使得水资源在枯水年或者丰水年波动较小，增加了流域供水的稳定性。此外，植被缓冲带还具有净化水质的作用，其平均污染物去除率约为：悬浮固体物70%，重金属20%～50%，营养盐为10%～30%[21]，增加了河水的可用水资源。
（2）积极推广农业节水灌溉新技术。目前流域内的输水渠道多为土渠，灌溉水利用系数只有048～049，比发达国家的利用系数低出近一半。将农业灌溉用的土渠改成石渠，并推广喷灌、滴灌技术，提高水资源的利用率。流域内采取农业节水灌溉措施后，预计农业节水潜力将达到13 亿m3，节水潜力较大。此外，还应加强对城市工业和生活的节约用水管理，提高水的利用效率。

（3）调整徒骇河流域产业结构和布局。激励耗水量小、产值高且低污染企业的发展，减少污染物入河量；大力发展第三产业、节能环保型产业，使得水资源的质与量得到优化配置。随着科技的发展、工业技术的提高，工业用水效率大大提高，工业需水量将逐渐降低。将工业节约的水资源用于补充农业、生态和和生活等其他用水，使得有限的水资源能够支撑流域经济的发展，缓解水资源的供需矛盾。
（4）解决徒骇河流域水资源时间分布不均问题。徒骇河流域汛期的降雨量和径流量分别占全年的77%和83%以上，易造成水资源的浪费，应建设水利工程，调蓄汛期水资源，以汛期补非汛期。既满足河流生态需水要求，又能缓解流域水资源供需矛盾，缓解春旱、防治夏季洪水灾害。
（5）充分利用南水北调续建配套工程，解决春季河流断流、蒸发量大、农业用水集中，用水矛盾突出的问题。对流域水资源进行人工生态调度，将南水北调东线工程调来的长江水送到调蓄水库，能有效解决徒骇河流域春季农业用水需求大的问题，缓解春季用水矛盾。
5结语
本文针对徒骇河流域水资源量不能满足社会经济发展要求的问题，以《山东省海河流域综合规划》为基础，以2010年为现状年，预测2020年及2030年徒骇河流域水资源供、需水量，并分析流域水资源供需平衡状况。研究发现，在2010年，徒骇河流域供水量与需水量基本维持平衡；2020年，徒骇河流域可供水量不能满足需水量，水量缺口愈来愈大；预测2030年，徒骇河流域平水年的缺水量高达1168亿m3、缺水率为2524%，枯水年的缺水量为652亿 m3、缺水率高达1409%。
随着社会经济的发展，徒骇河流域对水资源需求量愈来愈大，水资源供需矛盾愈来愈严重，应采取一些维持流域水资源可持续利用的措施和策略，保障徒骇河流域水资源的高效配置、可持续开发和利用。
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