Journal of Water Resources Research 水资源研究, 2013, 2, 331-336 http://dx.doi.org/10.12677/jwrr.2013.25047 Published Online October 2013 (http://www.hanspub.org/journal/jwrr.html) Study on the Water Supply and Water Use Processes in the Benefited Areas in Water Diversion from Han River to Wei River Project* Weiwei Shao1, Jiahong Liu1, He Xu2, Cunwen Niu1, Zuhao Zhou1, Hao Huang1 1China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing 2Water Resource Protection Research Institute of Haihe River Water Conservancy Commission MWR, Tianjin Email: shaoww@iwhr.com Receiv ed: Aug . 20th, 2013; revised: Oct. 22nd, 2013; accepted: Oct. 28th, 2013 Abstract: Water Diversion from Han River to Wei River Project is an important water diversion project con- structed to solve the shortage of water resources in the Guanzhong Area of Shannxi Province. This study analyzes the water resources demand structure of the benefited areas based on the analysis of social and eco- nomic development. Taking a period of ten days as the time scale, this study analyzes the water use process including the domestic water use and production water use. Based on the time series from 1955 to 2007, this study analyzes the water supply process, the water div ersion quantity and regional water supply. It is known from this study that a regulation project as a supplement of the water diversion project is necessary to coor- dinate the processes of water supply and water use in the benefited areas in water diversion from Han River to Wei River Project. Keywords: Water Diversion from Han River to Wei River Project; Benefited Areas; Water Supply; Water Use; Regulation 引汉济渭工程受水区供用水过程分析* 邵薇薇 1,刘家宏 1,徐 鹤2,牛存稳 1,周祖昊 1,黄 昊1 1中国水利水电科学研究院,北京 2水利部海河水利委员会水资源保护科学研究所,天津 Email: shaoww@iwhr.com 收稿日期:2013 年8月20 日;修回日期:2013 年10 月22 日;录用日期:2013 年10 月28 日 摘 要:引汉济渭工程是陕西省为了解决关中地区缺水问题而规划建设的跨流域调水骨干工程。本文 在社会经济发展分析基础上,对受水区水量需求结构进行了分析;并以旬为时间单位,对受水区生活、 生产等用水过程进行了分析。在 1955 年至 2007 年系列年供水区可调水量及其它当地水源供水量基础 上,对受水区供水过程进行了分析。由分析可知,为协调供水与用水过程不匹配问题,建设引汉济渭 配套的调蓄工程成为必然选择。 关键词:引汉济渭;受水区;供水;用水;调蓄 *基金项目:国家自然科学基金青年科学基金(51109222);“陕西省引汉济渭配水工程调蓄基础研究项目;中国水利水电科学研究院科研专项 (ZJ1224)”;国家自然科学基金重点项目 50939006。 作者简介:邵薇薇(1981)女,江苏南通,高级工程师,博士,水文水资源。 Copyright © 2013 Hanspub 331 邵薇薇,等:引汉济渭工程受水区供用水过程分析 Copyright © 2013 Hanspub 第2卷 · 第5期 332 1. 引言 陕西省水资源区域分布极不均衡,关中地区集中 了全省 64%的人口、56%的耕地、72%的灌溉面积和 82%的国内生产总值,但区内自产水资源总量仅 63.69 亿m3,人均和耕地亩均水资源量分别相当于全国平均 水平的 15%和17%,属严重缺水地区[1,2]。缺水不仅严 重制约了陕西经济与社会的发展,而且大面积超采地 下水造成西安、咸阳等地区地下水位大幅度下降、地 面裂缝不断增加扩展,生态环境问题日趋严重。据《渭 河流域重点治理规划》预测渭河流域今后 20~30 年后, 区内经济社会对水资源需求的增长和天然水资源量 衰减的趋势依旧严峻,而现在区内水资源开发利用潜 力已十分有限,近期的一些中小型工程基本只能弥补 工程供水能力衰减的缺口,仅靠节水和治污已不能满 足近期经济社会发展的需求,必须靠区外调水解决 [1,2]。 陕西省 2003 年底编制了《陕西省南水北调工程 的总体规划》,该总体规划选定了东、中、西三条调 水线路,即东线引乾入石,西线引红济石,中线引汉 济渭;中线是三条调水线路中调水量最大的一条。 2011 年3月,引汉济渭工程被正式列入《全国“十二 五”规划纲要》。2011 年7月,国家发展和改革委员 会批复《关于陕西省引汉济渭工程项目建议书》,引 汉济渭工程正式启动。引汉济渭工程是把在汉江干流 修建黄金峡电站枢纽和黄金峡抽水站,把陕西省汉江 水系的富余水量通过提水和引水、明渠和隧洞相结合 的多种输水方式,经过子午河上规划的三河口水库调 蓄后穿越秦岭送入已建成的黑河金盆水库以上,向渭 河流域关中地区补水,从而解决其缺水问题。引汉济 渭工程是以城市工业及生活供水为主,兼顾生态环境 及农业用水[3]。实施引汉济渭工程不仅可以解决关中 地区的缺水问题和改善渭河下游的水环境状况,而且 可以成为国家南水北调的重要组成部分,十分有利于 长江和黄河、上游和下游的水资源的统一调度和优化 配置。 引汉济渭工程受水区主要包括西安市、宝鸡市、 咸阳市、渭南市、杨凌区 5个重点城市和兴平市、武 功县等 13 个县级小城市,以及沿途城镇的 8个工业 园区。受水区 2010年城镇人口、GDP 和工业增加值 分别占关中地区的 57.4%、63.6%、73.8%,在 整 个 关 中地区占据着极其重要的位置,是陕西省政治、经济、 文化、商贸中心和自然资源、经济发展重点区域,在 西部大开发战略和陕西经济社会发展中具有重要战 略地位[2]。 2. 受水区水量需求结构分析 基于《引汉济渭工程可行性研究报告》不同水平 年的需水量预测,2010 年、2020 年、2030 年三个水 平年的引汉济渭受水区城镇生活、第二和第三产业生 产、河道外生态环境等总需水量分别为 13.62 亿m3、 25.37亿m3、29.44 亿m3,其中生活需水量分别为 2.84 亿m3、5.39亿m3、7.28 亿m3,分别占各水平年总需 水量的 20.8%、21.2%、24.7%;生产需水量分别为9.77 亿m3、18.44 亿m3、20.36 亿m3,其中第二产业需水 分别占各水平年总需水量的66.0%、61.4%、56.3%, 第三产业需水分别占各水平年需水量的 5.8%、11 . 2% 、 12.9%;生 态 需 水1.01亿m3、1.58亿m3、1.80亿m3, 分别占各水平年总需水量的 7.4%、6.2%、6.1%。五 大城市需水占总需水量的约 70%,其次是 13 个县级 城市需水占总需水量的约 20%,工业园区需水占总量 的约 10%。不同水平年城市及工业园区需水成果汇总 见表 1。在五大城市中,西安市需水量最高,其次是 宝鸡市、咸阳市、渭南市和杨凌区;其中西安市 2010 年、2020 年、2030 年的总需水量分别占五大城市总 需水量的71%、67%、65%。 3. 受水区用水过程分析 引汉济渭工程的配水以渭河为界又可以分为南 干线和北干线,其中北干线主要向宝鸡市、杨凌区、 咸阳市等地区供水,南干线主要向西安市和渭南市等 地区供水。配水对象为沿线十六个水厂,满足水厂覆 盖范围内的城镇生活用水与第二、三产业的生产用 水。因此,分析受水区年内用水过程非常重要,可以 了解受水区的水资源需求。一般而言,受水区年内用 水过程主要受居民的生活习惯、节假日、气候条件、 生产制度、突发事件等因素影响[4,5]。根据受水区几个 重要自来水公司和水厂的数据资料,对受水区用水过 程进行分析[6,7]。 3.1. 生产用水 生产用水主要包括第二产业(工业和建筑业)和第 邵薇薇,等:引汉济渭工程受水区供用水过程分析 第2卷 · 第5期 Table 1. Water demands of benefited areas in different years 表1. 受水区不同水平年需水量预测成果汇总表* 生产需水 城市名称 水平年 城镇生活 第二产业 第三产业 河道外生态环境 总需水 2010 23,843 65,027 5862 8395 103,128 2020 39,541 98,783 22,925 11,741 172,989 五大城市小计 2030 50,116 98,333 30,104 12,764 191,316 2010 3704 18,901 1705 1394 25,704 2020 11,511 35,521 4365 3220 54,616 十三小城小计 2030 17,252 51,158 6422 4140 78,972 2010 809 5953 282 350 7394 2020 2866 21,489 981 804 26,140 工业园区小计 2030 5440 16,115 1445 1119 24,119 2010 28,356 89,881 7850 10,140 136,226 2020 53,917 155,792 28,271 15,765 253,745 合计 2030 72,808 165,606 37,970 18023 294,406 (*注:数据参考陕西省引汉济渭工程协调领导小组办公室《引汉济渭工程可行性研究报告》和陕西省水利电力勘测设计研究院《陕西省引汉济渭工程项目建议 书受水区配置规划》)。 三产业的产品生产和服务过程中的用水。受水区的生 产用水总的来说,各月用水量相差不大,一年四季变 化较小,但是由于各月天数的不同,其供水量也有较 小差异。根据渭南中心城市供水配置,渭南市主要有 W水厂、H自来水公司、W自来水公司(东水厂、南 水厂)、G自来水厂等水厂供给生产生活用水(注:因 可能涉及保密问题,将水厂和自来水公司的名称隐 去,下同)。以W水厂为例,该水厂是渭南市临渭区 重点水利项目,2012 年总供水量合计为 133.6 万m3, 其中企业用水量为 26.46万m3,农村供水量为 107.14 万m3,企业用水量约占总供水量的 20%。分析 W水 厂供应的企业用水量,可知 8月最高为 2.59 万m3, 日均用水量 835 m3/d;2月最低为 1.74 万m3,日均用 水量 621 m3/d;而 2012 年平均企业日用水量为 724 m3/d。 根据渭南市 H自来水公司提供的资料,H自来水 公司一、二水厂水源均采用地下水,其供应的生产用 水主要包括商业用水和企事业用水。2012 年H自来 水共计供水 217.5 万m3,其中企事业用水 28.22 万m3, 商业用水41.5 万m3,生活用水 11.8.74 万m3,漏失 率为 13.5%,工业和第三产业的生产用水分别占总用 水的 13%和19%。由图1可知,用水区域 2月的生产 用水略低,商业用水和企事业用水分别为 2.97 万m3 和2.02 万m3,6~9 月的生产用水略高,商业用水和企 事业用水分别为每月平均 3.78 万m3和每月平均 2.57 万m3。 由W水厂和H自来水公司的供水数据分析可见, 扣除每月天数不同和节假日等影响,受水地区的生产 用水年内过程变化差异不太显著。 3.2. 生活用水 受水区的引汉济渭来水还将供给城镇生活用水, 包括居民用水和公共设施用水组成。生活用水一般会 随季节变化。根据 2012 年渭南市自来水公司的供水 量数据,W自来水公司主要有东厂、西厂和南厂三座 水厂,其中东厂和南厂供水量较大,西厂供水量相对 较少且部分时期不参与供水。W自来水公司主要供给 生产生活用水,其中生活用水占较大部分,其供水量 逐日和逐旬变化情况如图 2所示,2012 年全年供水 0.17亿m3,月平均供水 141.1 万m3。由供水量逐旬 变化图可见 6~8 月的用水量较大,约 50~55 万m3; 1~2 月的用水量较小,约 40~45 万m3;根据逐日过程 可知用水量各日波动还较大,总的来说,夏季生活用 水量相对较高。以 H自来水公司为例,根据 H自来 Copyright © 2013 Hanspub 333 邵薇薇,等:引汉济渭工程受水区供用水过程分析 第2卷 · 第5期 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 1月 2月 3月 4月 5月 6月7月 8月9月10月11月12月 月份 供水量(m 3 ) 商业用水 企事业用水 Figure 1. Water consumption process of commercial, establishing enterprise of H Water Supply Company 图1. H自来水公司商业和企事业用水年内过程 35000 40000 45000 50000 55000 60000 1月1日 1月15日 1月29日 2月12日 2月26日 3月11日 3月25日 4月8日 4月22日 5月6日 5月20日 6月3日 6月17日 7月1日 7月15日 7月29日 8月12日 8月26日 9月9日 9月23日 10月7日 10月21日 11月4日 11月18日 12月2日 12月16日 12月30日 供水量(m 3 ) 日期 Figure 2. Daily process of water supply of W Water Supply Company 图2. W自来水公司逐日供水过程 水公司 2012 年供应的生活用水年内变化过程,H 自来水公司供应的生活用水总量为 118.74 万m3,占 其总供水量的 55%;用水量最低的为 2月和 12 月, 分别为 8.51万m3和9.15万m3,6月至9月用水量比 较大,均为 10.81 万m3。另一个例子 Q水厂是西安市 黑河引水工程的重要组成部分,通过分析 Q水厂 2010 年供水数据,1~2 月份春节期间出现小高峰,日供水 80~90万m3,3~5 月较为平稳,6月份起呈现增长,8 月份气温高,供水出现最高峰,日供水 90~120 万m3, 9月起供水量开始下降,10~12 月份供水再次平稳。 由此可见,生活用水的年内变化与居民季节用水 特征相关,由于生活习惯等原因,一般而言夏季因为 洗浴、洗衣、防暑降温,用水需求会相对略大,而冬 季的用水需求相对略小。 由受水区用水过程的分析可知,生产用水和生活 用水均需要很高的保证率,且总用水过程年内过程相 对稳定,夏季略大,用水最多月份与用水最小月份相 差约 20%。 4. 受水区供水过程分析 根据引汉济渭工程设计,在汛期引黄金峡水库部 分多余水量,通过设置在三河口水库坝址的地下泵站 抽送到三河口水库调蓄,在枯水期经秦岭隧洞(越岭段) 自流到黄池沟,接通关中供水网。可供水量和用水量 在年内过程的分配、空间上的分配,都具有很大的不 确定性,受到水文条件、下垫面条件、社会经济发展 规模等的影响[8,9]。 4.1. 引汉济渭工程供水规模 根据引汉济渭工程受水区水资源配置规划,2020 年引汉济渭工程将实现对西安市的配水,其他城市还 没有实现配水,秦岭隧道出口的毛配水量为45,625 万 Copyright © 2013 Hanspub 334 邵薇薇,等:引汉济渭工程受水区供用水过程分析 第2卷 · 第5期 m3,城市水厂的净配水量为 44,285 万m3,其中西安 市区的配水量占总配水量的91.2%;长安区的配水量 占总配水量的 8.8%。2030 年引汉济渭工程将实现对 西安市、宝鸡市、咸阳市、渭南市和杨凌区的配水, 秦岭隧洞出口的毛配水总量为139,549 万m3,城市水 厂的净配水总量为 135,018 万m3,其中西安市、宝鸡 市、咸阳市、渭南市和杨凌区分别占总配水量的 57.1%、8.6%、22.8%、10.0%和1.5%(表2)。 4.2. 引汉济渭工程供水过程分析 依据优化的引汉济渭来水过程,在2020年和2030 年引汉济渭工程调蓄来水过程基础上,对 1954 年7 月至 2008 年6月秦岭隧洞供水过程的逐旬流量进行 分析,对各旬的流量进行分别排频,得到各旬不同频 率的典型来水过程,如图 3和图 4所示。分析 2020 和2030 两个水平年引汉济渭来水年内过程,可知在 2 月底(第6旬)时,来水量达到最低,随后来水量逐渐 Table 2. Total water supply in different years of the water diversion from Han River to Wei River Project (104 m3) 表2. 引汉济渭工程不同水平年总供水量(万m3) 2020 年配水量2030年配水量 毛配水净配水毛配水净配水 配水对象 秦岭隧洞出口 城市水厂秦岭隧洞出口 城市水厂 西安市45,625 44,285 79,747 77,459 宝鸡市 12,002 11,411 咸阳市 31,801 30,790 渭南市 13,862 13,285 杨凌区 2137 2073 总计45,625 44,285 139,549 135,018 0 10 20 30 40 50 60 1‐1 1‐3 2‐2 3‐1 3‐3 4‐2 5‐1 5‐3 6‐2 7‐1 7‐3 8‐2 9‐1 9‐3 10‐2 11‐1 11‐3 12‐2 流量(万m 3 /s) 旬数 25% 50% 75% 95% 平均 Figure 3. The ten-day processes of different levels of the long serial in 2020 图3. 2020水平年长序列逐旬来水过程分析 0 10 20 30 40 50 60 70 80 1‐1 1‐3 2‐2 3‐1 3‐3 4‐2 5‐1 5‐3 6‐2 7‐1 7‐3 8‐2 9‐1 9‐3 10‐2 11‐1 11‐3 12‐2 流量(万m 3 /s) 旬数 25% 50% 75% 95% 平均 Figure 4. The ten-day processes of different levels of the long serial in 2030 图4. 2030水平年长序列逐旬来水过程分析 Copyright © 2013 Hanspub 335 邵薇薇,等:引汉济渭工程受水区供用水过程分析 第2卷 · 第5期 增加,至 10~12 月(第30~36 旬)趋于平稳达到高峰。 同时可见,来水量和来水过程受丰枯频率的影响较 大,同一旬的来水过程在各频率变幅很大,有的月份 丰水年和枯水年来水量相差甚至达 10倍,难以提供 高保证率的用水过程,尤其是在枯水和特枯年份;因 此,受水区需要对引汉济渭来水进行调蓄。 4.3. 其他水源供水分析 受水区的水源供给,除引汉济渭工程外,还有当 地的地表水、地下水和再生水的供水。通过分析主要 城市引汉济渭供水(毛配水量)和当地水资源供水的比 例,可知 2020 年西安市引汉济渭供水(毛配水量)和当 地水资源供水量的比例为40.5%和59.5%。2030 年西 安市、宝鸡市、咸阳市、渭南市、杨凌区引汉济渭供 水(毛配水量)和当地水资源供水量的比例分别为 41.5%和58.5%,28.6%和71.4%,71.2%和28.8%, 72.1%和27.9%,62.2%和37.8%。由此可见,西安市、 咸阳市、渭南市和杨凌区等受水区在未来引汉济渭配 水占供水量的比重均较大,实现了对本地地下水的压 采和再生水的大规模和高效利用,而在这些地区对引 汉济渭来水的调蓄的任务也相对更重。并且由预测可 知,引汉济渭北干线(宝鸡、咸阳和杨凌)城市 2020 年 和2030 年当地水资源供水分别为 33,532 万m3和 44,069 万m3,南干线(西安和渭南)城市 2020 和2030 年当地水资源供水分别为 72,573 万m3和61,922 万 m3;北干线当地地表水、地下水供给量较少,自我调 蓄能力非常有限,因此若建立联合调蓄工程,调蓄任 务应该向南干线转移。 5. 总结 通过对引汉济渭受水区供用水过程的分析,可知 受水区来水过程和用水过程不相吻合,用水过程需要 高保证率的稳定的水资源,来水量和来水过程受来水 丰枯频率的影响较大,同一旬的来水过程在各水平年 变幅大并且忽高忽低,尤其在枯水年份时受水区的用 水过程难以得到较高的保证,必须通过建设调蓄工程 进行调蓄,并且建议调蓄任务向引汉济渭工程配水南 干线转移。 参考文献 (References) [1] 苏丹, 费良军, 杨晓茹. 陕西省引汉济渭工程受水区水资源 优化配置研究[J]. 水资源与水工程学报, 2008, 19(4): 46-49. 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