邱志章，顧 冬，2，韓海騫

(1.浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020;2.河海大學，江蘇 南京 210001)

近年來，浙江省的城市化進程不斷向前推進，2012年全省城市化水平已達到63.2%。根據(jù)《浙江省城鎮(zhèn)體系規(guī)劃 (2008—2020)》，到2020年全省的城市化水平將達到72.0%左右。預計全省城市化進程將以每年1.0%以上的速度推進，相當于每年增加2座20萬人口的中等城市;到2020年，城鎮(zhèn)人口將達到4100～4200萬人。隨著浙江省城市化的不斷推進和城鄉(xiāng)供水一體化的發(fā)展，城市用水和供水的矛盾將會進一步突顯，一旦遭遇干旱，就可能爆發(fā)城市供水危機。在危機爆發(fā)之前及時給出供水預警，將是城市供水工作的重點。在對浙江省各個縣級以上城市主城區(qū)的自來水供水研究的基礎上，給出以水庫供水為主的城市供水預警指標，將大大提高城市供水預警的預見性，為城市供水主管部門和決策者應對供水危機提供更科學的參考。

1 浙江省城市自來水供水結(jié)構(gòu)分析

浙江省11個地市共有72個縣級以上城市，由于地區(qū)的差異，各個城市的自來水供水結(jié)構(gòu)不盡相同。首先需要對浙江省72個縣級以上城市主城區(qū)的自來水供水水源進行調(diào)研分析。調(diào)研結(jié)果見表1。

表1 浙江省72個縣級以上城市主城區(qū)供水水源基本情況表

由表1統(tǒng)計計算得出，浙江省11個地市72個縣級以上城市的主城區(qū)中，有76%以水庫作為供水水源。據(jù)此得出，浙江省絕大部分城市由水庫供水，而且隨著河道和河網(wǎng)水質(zhì)的不斷下降，以水庫供水的城市比例還將上升。

2 城市供水預警指標研究

目前，國內(nèi)常用“城市干旱缺水率”、“連續(xù)無雨日天數(shù)”、和“因旱飲水困難人數(shù)”等指標來描述城市干旱(供水危機)［2］，然而這些指標都是以實際發(fā)生情況進行判別，在計算時影響因素較多，且不具有預警功能，指標沒有預見性。為了開展具體工作，從浙江省的實際情況出發(fā)，針對絕大部分城市供水由水庫提供的特點，以水庫作為主要研究對象，并從實用性和城市用水的供需關系出發(fā)，提出“水庫供水預警庫容Wt”作為城市供水預警指標，并用該指標來劃分供水預警等級。

2.1 水庫供水預警庫容Wt計算公式確定

水庫供水預警庫容是確定各個預警等級下供水水庫需供水量與水庫補充水量，同時考慮供水水庫的實際蓄水量，最終整合各個變量得出預警公式。

2.1.1 基礎公式

式中:Wt為水庫供水預警庫容，萬m3;Wq為需供水量，萬m3;We為其他需水量，萬m3;Ws為水庫補充水量，萬m3。

2.1.2 影響因素

影響水庫供水預警庫容指標值的有2大因素:城市需水量和水庫可供水量。城市需水量的研究重點是關注城市自來水供水水源的供水預警指標。因此，城市需水量用城市自來水供水量表示。水庫可供水量是指城市自來水供水水源的可供水量，其影響因素主要有水源蓄水量、境外引入水量、水源引出水量、農(nóng)業(yè)用水量、蒸發(fā)量、滲漏水量等。

2.1.3 公式的建立

水庫供水預警庫容公式見式(2)，為本研究首次提出:

2.1.4 城市供水保證天數(shù)Dn的確定

目前尚未有相關研究討論城市供水保證天數(shù)Dn的確定方法，因此，本研究提出從城市的連續(xù)無雨日反推城市的供水保證天數(shù)。

各預警等級城市供水保證天數(shù)的確定方法:由于供水保證天數(shù)隨著供水預警等級的升高而減少 (Ⅲ級供水預警一定是在Ⅳ級供水預警之后)，因此，Ⅳ級供水預警對應的保證天數(shù)最大。應急預案在供水危機即將發(fā)生時，應當考慮到較壞的可能性，Ⅳ級供水預警保證天數(shù)需要考慮較長的連續(xù)無雨日，但是，隨著干旱的持續(xù)發(fā)展，城市所擁有的自來水量已經(jīng)不能滿足預定的保證天數(shù)的供水，供水保證天數(shù)就要相應削減，直到出現(xiàn)特大干旱 (Ⅰ級干旱)時，供水保證天數(shù)只能選用出現(xiàn)頻率最高的連續(xù)無雨日。因此，通過對城市多年連續(xù)無雨日的排頻計算，選擇出現(xiàn)概率為5.0%的連續(xù)無雨日為Ⅳ級城市供水預警保證天數(shù);出現(xiàn)概率為20.0%的連續(xù)無雨日為Ⅲ級城市供水預警保證天數(shù);出現(xiàn)概率為50.0%的連續(xù)無雨日為Ⅱ級城市供水預警保證天數(shù);出現(xiàn)概率為99.9%的連續(xù)無雨日為Ⅰ級城市供水預警保證天數(shù)。

2.2 試點城市分析

選擇舟山本島供水區(qū)域作為試點，以水庫供水預警庫容作為城市供水預警指標，分析試點的各級供水預警指標值。

預警計算起始時間假定為2014年01月01日，2014年的用水數(shù)據(jù)沿用2013年的用水數(shù)據(jù)，通過連續(xù)無雨日排頻，確定城市供水保證天數(shù)從Ⅳ級到Ⅰ級分別為61，45，33，18d。具體計算見表2。

表2 水庫供水預警庫容計算例表

從表2可以看出，大陸引水按0m3/d計，計算起始日以2014年01月01日計，當水庫庫容達到2426萬m3時，需要啟動Ⅳ級供水預警;當水庫庫容達到2046萬m3時，需要啟動Ⅲ級供水預警;當水庫庫容達到1756萬m3時，需要啟動Ⅱ級供水預警;當水庫庫容達到1360萬m3時，需要啟動Ⅰ級供水預警。

舟山本島供水水庫為28座聯(lián)網(wǎng)水庫，研究將這些水庫作為整體分析，同時，由于舟山本島大陸引水工程的興建，緩解了用水矛盾，本研究考慮了不同大陸引水量對應的水庫供水預警庫容 (見表3)。

表3 不同大陸引水情況下水庫供水預警庫容表

2.3 計算結(jié)果可靠性分析

預測2014年的自來水可供水預警水量指標時，無法對其進行可靠性檢驗。所以在驗證可靠性時，采用2011年數(shù)據(jù)，結(jié)合2011年舟山市實際抗旱工作，對選用的預警指標的可靠性展開分析討論。另外，2013年浙江全省發(fā)生了持續(xù)的高溫干旱，但是舟山本島并未發(fā)布干旱預警信息，以城市干旱預警指標來分析2013年的干旱情況，以此與實際作出比較。

2.3.1 與2011年實際情況對比

2011 年舟山本島供水水庫蓄水率變化情況見表4。

表4 2011年舟山本島28座供水水庫蓄水變化表

舟山市在2011年05月27日啟動Ⅱ級供水預警，由表4可見，該日水庫庫容為1212萬m3。計算給出的2011年05月27日的水源預警信息見表5。

表5 2011年05月27日水源預警信息表

由表5可見，2011年05月27日，水庫Ⅳ級供水預警庫容為1623萬m3，水庫Ⅲ級供水預警庫容為1422萬m3，水庫Ⅱ級供水預警庫容為1269萬m3，水庫Ⅰ級供水預警庫容為1041萬m3。由表4可見，05月17日的庫容為1268萬m3，而模型計算的Ⅱ級預警庫容為1269萬m3，此時需要啟動Ⅱ級供水預警，比實際 (05月27日)提前11d。從舟山本島2011年實際旱情情況看，當年供水預警信息發(fā)布略有滯后，所以指標的適當提前是有必要的，結(jié)果更具有預見性，能夠彌補2011年供水預警發(fā)布指標上的不足，從實際情況看也相對更加合理。此外，查詢表4后可以發(fā)現(xiàn)，根據(jù)當年旱情發(fā)展過程來看，大致在4月中下旬應先啟動Ⅳ級供水預警，05月初啟動Ⅲ級供水預警，但是這些符合干旱發(fā)展規(guī)律的循序漸進的供水預警過程，限于當時的實際困難沒有發(fā)布。由此可見，通過研究，若再遇2011年干旱，整個供水預警發(fā)布過程將更為合理，管理部門和決策者可以參考此研究成果更科學合理地做好應急指揮調(diào)度。

2.3.2 與2013年實際情況對比

2013 年舟山市28座供水水庫蓄水變化見表6。

表6 2013年28座供水水庫蓄水變化表

續(xù)表6

根據(jù)表6所示，選擇蓄水率相對較低的2013年09月20日、2013年09月29日、11月09日、11月30日、12月10日、12月20日和12月31日作為分析節(jié)點，利用本研究提出的城市供水預警指標進行針對性分析，結(jié)果見表7。

表7 城市供水預警指標針對性分析表

通過表7的計算數(shù)據(jù)和表6的實際數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，舟山本島2013年全年不用發(fā)布城市供水預警信息。理由如下:城市供水危機主要體現(xiàn)為城市供水短缺，而通過表6可以看出，舟山本島28個聯(lián)網(wǎng)水庫，上半年蓄水情況很好，以至于下半年出現(xiàn)連續(xù)高溫干旱后，水庫蓄水并未降低到供水預警值，因此不用發(fā)布城市供水預警，這也與實際情況相符，舟山本島2013年并未發(fā)布供水預警。

根據(jù)對舟山本島2011年干旱預警和2013年干旱預警分析可以看出，研究成果應用于舟山本島城市供水預警后，大大提高了供水預警的預見性和科學性。

3 結(jié)論與展望

水庫供水預警庫容是針對浙江省3/4以上城市以水庫供水的特點而提出的城市供水預警指標，考慮了城市供水和需水的關系，是城市是否發(fā)生供水危機的直觀反映，在城市供水預警中具有很強的可操作性，能夠給城市供水和抗旱部門提供重要參考。

［1］朱法君，王亞紅.浙江省水資源可持續(xù)利用總體思路及對策研究 ［J］.浙江水利科技，2010(4):35-37.

［2］屈艷萍，呂娟，蘇志誠.湖南長沙市城市干旱預警研究［J］.中國防汛抗旱，2012，22(6):12-15.