郭 威 劉俊秀 趙孟偉 巴曉杰

豫東地區(qū)引黃灌區(qū)水資源優(yōu)化配置

郭 威1劉俊秀2趙孟偉3巴曉杰4

（1.開封市農(nóng)村水利技術(shù)推廣站，河南 開封 475004；2.開封市水利建筑勘察設(shè)計(jì)院，河南 開封 475001；
3.河南省豫東水利工程管理局惠北水利科學(xué)試驗(yàn)站，河南 開封 475001；4.洛陽城市建設(shè)勘察設(shè)計(jì)院有限公司，河南 洛陽 471000）

本文以灌區(qū)水資源實(shí)際供需情況為依據(jù)，依照5條優(yōu)化配置原則，建立規(guī)劃年（2020年）多目標(biāo)多水源優(yōu)化配置模型，使用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行求解，提出適宜豫東引黃灌區(qū)水資源優(yōu)化配置方案，以期為灌區(qū)水資源調(diào)度提供了決策依據(jù)，為豫東引黃灌區(qū)的發(fā)展提供科學(xué)的技術(shù)支持。

豫東引黃灌區(qū)；水資源優(yōu)化配置；供需平衡

水資源是人類生活、生產(chǎn)中不可替代的最重要的自然資源［1］。近半個(gè)世紀(jì)以來，人口數(shù)量急劇增長(zhǎng)，農(nóng)業(yè)、工業(yè)、城鎮(zhèn)化不斷發(fā)展，人類社會(huì)對(duì)水資源的需求與日俱增。同時(shí)，由于人類不合理開發(fā)利用水資源，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境不斷惡化。因此，基于可持續(xù)發(fā)展利用原則的水資源優(yōu)化配置顯得格外重要［2］。水資源優(yōu)化配置是指在有限形式、數(shù)量的水資源條件下，進(jìn)行科學(xué)合理的分配，從而達(dá)到人類與自然的協(xié)調(diào)發(fā)展［3］。

黃河自西向東貫穿河南省，在其境內(nèi)綿延700多千米，是河南省生活、生產(chǎn)和城市發(fā)展的重要水源。豫東引黃灌區(qū)氣候溫和、土壤肥沃，是我國重要的糧食產(chǎn)業(yè)基地［4］。同時(shí)，豫東地區(qū)又是河南新型工業(yè)、能源原材料和加工基地。豫東地區(qū)屬于資源型缺水地區(qū)，人均水資源量不足300m3，水資源的匱乏嚴(yán)重制約著該區(qū)域的發(fā)展。大力發(fā)展引黃、南水北調(diào)事業(yè)，推進(jìn)區(qū)域內(nèi)水資源優(yōu)化調(diào)配，是促進(jìn)豫東地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

1 豫東引黃灌區(qū)概況

豫東指河南省東部地區(qū)，地處中原與東部沿海的交匯地，包括開封市、商丘市、周口市3個(gè)地級(jí)市。截至2015年，全區(qū)總面積為2 9107km2，總?cè)丝谶_(dá)2 062.57萬人。豫東屬溫帶季風(fēng)氣候，冬季寒冷干燥，春季干旱多風(fēng)，夏季高溫多雨，秋季天高氣爽，四季分明，年均氣溫為14.5℃，年均無霜期為200多天，年均降水量為610mm，降水多集中在夏季7、8月份。豫東引黃灌區(qū)（黑崗口灌區(qū)、趙口灌區(qū)、柳園口灌區(qū)、三義寨灌區(qū)）是河南省重要的糧食生產(chǎn)基地［5］，境內(nèi)河渠四通八達(dá)，既能灌溉又能排澇。豫東平原的水資源量為126.6億m3，只占全省水資源總量的30%，人均水資源量為261m3。埋深小于40m的地下水是廣大農(nóng)村地區(qū)生活用水的主要水源，根據(jù)資料顯示，該層地下水已普遍遭受不同程度的污染。

表1 2020年灌區(qū)供需水分析成果表（P=50%）

2 水資源供需情況分析及開發(fā)利用狀況

2.1 需水分析

豫東引黃灌區(qū)內(nèi)需水包括種植業(yè)，二、三產(chǎn)業(yè)，生活及生態(tài)需水四方面。

種植業(yè)需水：根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查統(tǒng)計(jì)分析，豫東地區(qū)作物主要以小麥、玉米和棉花為代表，復(fù)種指數(shù)均為180%以上，設(shè)計(jì)灌溉保證率為50%。根據(jù)灌溉面積、灌溉方式及灌溉制度，計(jì)算農(nóng)業(yè)需水量。二三產(chǎn)業(yè)需水：重點(diǎn)考慮二、三產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的增加和萬元工業(yè)增加值用水量的減少，工業(yè)用水重復(fù)率提高［6］。居民生活用水：預(yù)計(jì)到2020年，城市人口每日需水量為110～120L/人，鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口每日需水量為90～110L/人，農(nóng)村人口每日需水量為70～80L/人。生態(tài)需水：主要包括城市綠化用水、河湖景觀需水。

2.2 供水分析

豫東引黃灌區(qū)主要供水來源：黃河水、地表水、地下水、南水北調(diào)水、再生水。隨著引黃灌區(qū)渠首改造和調(diào)蓄工程建設(shè)，預(yù)計(jì)2020年灌區(qū)引黃河水11.29億m3；灌區(qū)多年平均水資源總量23.98億m3（其中，地表水資源量6.87億m3，17.11億m3）；南水北調(diào)中線一期工程建成，周口地區(qū)可以受到南水北調(diào)水補(bǔ)給。由于引黃供水及南水北調(diào)水的介入，地下水資源的開采量減少，有利于改善灌區(qū)地下水超采狀況。2020年灌區(qū)供需水平衡分析詳見表1。

3 灌區(qū)水資源優(yōu)化配置

3.1 水資源優(yōu)化配置原則及模型建立

水資源的優(yōu)化配置是指在一個(gè)具體的流域或區(qū)域內(nèi)，采用工程與非工程措施，對(duì)水量有限的、不同性質(zhì)的水資源不僅在基本部門而且在不同用戶之間進(jìn)行優(yōu)化調(diào)配，使數(shù)量有限的水資源得到合理、充分利用，為供水區(qū)的生活、生產(chǎn)、生態(tài)等方面提供充足的水源，以獲得良好的綜合效益，即滿足社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)環(huán)境效益等多種效益目標(biāo)［7］，最終實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用。本次優(yōu)化配置主要原則：①以人為本、水資源開發(fā)利用與經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展原則；②優(yōu)水優(yōu)用，一水多用的原則；③經(jīng)濟(jì)高效，充分發(fā)揮現(xiàn)有供水設(shè)施的效益，水源價(jià)格優(yōu)先的原則；④逐步改善景觀和環(huán)境生態(tài)用水的原則；⑤全面規(guī)劃和統(tǒng)籌兼顧的原則，即城鄉(xiāng)統(tǒng)籌，工農(nóng)業(yè)統(tǒng)籌，二、三產(chǎn)業(yè)用水與生活環(huán)境用水統(tǒng)籌。

基于上述灌區(qū)水資源合理分配方案原則，建立多目標(biāo)、多水源合理分配模型，詳見圖1。

圖1 豫東引黃灌區(qū)多目標(biāo)多水源合理分配模型

3.2 結(jié)果

基于水資源供需平衡的條件,結(jié)合多水源、多目標(biāo)、多層次、綜合效益最優(yōu)的優(yōu)化配置原則，采用MATLAB數(shù)學(xué)計(jì)算軟件［8］，合理配置灌區(qū)水資源。經(jīng)計(jì)算，豫東引黃灌區(qū)水資源優(yōu)化配置結(jié)果詳見表2，表3。

3.3 成果分析與展望

水資源優(yōu)化配置更能體現(xiàn)現(xiàn)實(shí)社會(huì)的發(fā)展需求，基于水資源供需平衡成果可以更好地為將來社會(huì)發(fā)展、人民生活提出有效、科學(xué)、可持續(xù)的有效指導(dǎo)。從水源方面考慮：引黃水的增加有利于緩解灌區(qū)種植業(yè)、生活對(duì)地下水的開采，并且可以較好地回補(bǔ)地下水，起到改善灌區(qū)生態(tài)環(huán)境的作用；南水北調(diào)水水質(zhì)較好，同時(shí)成本也較高，適用于對(duì)水質(zhì)有一定要求的二、三產(chǎn)業(yè)用水。從供水方面考慮：應(yīng)首先滿足城鎮(zhèn)與農(nóng)村居民生活用水，其次考慮二、三產(chǎn)業(yè)用水，然后是種植業(yè)用水、生態(tài)建設(shè)用水。從產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益方面考慮：二、三產(chǎn)業(yè)用水應(yīng)優(yōu)先考慮萬元工業(yè)增加值需水量較少的行業(yè)，同時(shí)應(yīng)滿足國家基礎(chǔ)建設(shè)行業(yè)（供水、供氣、供熱、電力、通信、交通）用水。

表2 2020年灌區(qū)水資源優(yōu)化配置結(jié)果（一）

表3 2020年灌區(qū)水資源優(yōu)化配置結(jié)果（二）

灌區(qū)主要以種植業(yè)用水為主（農(nóng)業(yè)用水占用水總量的60%），經(jīng)濟(jì)效益較低。為促進(jìn)灌區(qū)的綜合發(fā)展，應(yīng)加大推行農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水技術(shù)和灌區(qū)高效運(yùn)行管理模式的保障措施，提高灌溉水保證率，將節(jié)約的水資源用于城鎮(zhèn)及工業(yè)區(qū)發(fā)展、改善灌區(qū)河道的水質(zhì)狀況和生態(tài)環(huán)境。

4 結(jié)語

灌區(qū)水資源優(yōu)化配置對(duì)促進(jìn)灌區(qū)人與自然和諧發(fā)展、水資源的可持續(xù)利用有重要意義。尤其是在水資源較為匱乏的地區(qū)，將有限的多種水源用于不同部門、不同用戶，使水資源得到合理、充分的利用，從而達(dá)到綜合效益最優(yōu)，是一個(gè)不斷完善、改進(jìn)的過程。本次優(yōu)化配置收集了大量自然概況、水文氣象、水利工程、社會(huì)經(jīng)濟(jì)資料，建立適宜豫東引黃灌區(qū)的水資源優(yōu)化配置模型，較為充分地反映了灌區(qū)多水源、多目標(biāo)、多層次的特性。通過水資源優(yōu)化配置的結(jié)果分析研究，為灌區(qū)水資源調(diào)度提供了決策依據(jù)，為豫東引黃灌區(qū)的發(fā)展提供科學(xué)的技術(shù)支持。

［1］吳澤寧，索麗生.水資源優(yōu)化配置研究進(jìn)展［J］.灌溉排水學(xué)報(bào)，2004（2）：1-5.

［2］李強(qiáng).綜評(píng)水資源優(yōu)化配置研究進(jìn)展［J］.黑龍江水利科技，2014（9）：27-29.

［3］陳南祥，李躍鵬，徐晨光.基于多目標(biāo)遺傳算法的水資源優(yōu)化配置［J］.水利學(xué)報(bào)，2006（3）：308-313.

［4］郭振升，刁少華.豫東平原水資源現(xiàn)狀及農(nóng)業(yè)用水對(duì)策［J］.商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（2）：94-96.

［5］張鳳池.從政府角度看豫東地區(qū)縣域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約因素與對(duì)策［J］.河南農(nóng)業(yè)，2015（2）：61-62.

［6］張運(yùn)鳳，郭威，徐建新，等.基于最嚴(yán)格水資源管理制度的大功引黃灌區(qū)的水資源優(yōu)化配置［J］.華北水利水電大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015（3）：28-32.

［7］高亮，張玲玲.區(qū)域多水源多用戶水資源優(yōu)化配置研究［J］.節(jié)水灌溉，2015（3）：38-41.

［8］王永濤，楊璐瑤，張和喜，等.基于多目標(biāo)優(yōu)化的黔中區(qū)水資源配置研究［J］.人民長(zhǎng)江，2017（1）：32-36.

Water Resources Optimization and Allocation of Yellow Irrigation Area in Eastern Henan Province

Guo Wei1Liu Junxiu2Zhao Mengwei3Ba Xiaojie4
（1.Kaifeng Rural Hydraulic Technology Promotion Stations，Kaifeng Henan 475004；2.Kaifeng Water Conservancy Building Investigation Institute ，Kaifeng Henan 475001；3.Henan henan East Water Conservancy Engineering Bureau,Huibei Water Conservancy Science Test Station，Kaifeng Henan 475001；4.Luoyang Urban Construction Survey and Design Institute co.Ltd.，Luoyang Henan 471000）

Based on the irrigation area water resources on the basis of the actual situation of supply and de?mand in accordance with the five principle of optimal allocation,planning years(2020)established multi-ob?jective optimal allocation of water model,using computer software for solving,suitable for eastern Yellow River irrigation area water resources optimal allocation scheme is put forward,so as to provide the decision basis for irrigation scheduling of water resources,for the development of the eastern Yellow River irrigation district to provide scientific support.

yellow irrigation area in eastern henan province；optimal allocation of water resources；balance be?tween supply and demand

TV211

A

1003-5168（2017）10-0092-03

2017-09-01

郭威（1988-），男，碩士，助理工程師，研究方向：水資源規(guī)劃設(shè)計(jì)。