茹志明 劉海飛 丁禹

摘要：海洋水庫是指通過建設(shè)堤壩隔離海水，在海水中割出一部分區(qū)域存儲(chǔ)淡水的蓄水建筑物?，F(xiàn)代海洋水庫在中國(guó)已有半個(gè)多世紀(jì)的建設(shè)歷程，上海、香港等我國(guó)沿海缺水城市和地區(qū)先后建設(shè)了一批具有代表性的海洋水庫，為城市建設(shè)發(fā)展提供支持。舟山群島位于我國(guó)東海洋面，天然良港眾多，漁業(yè)資源富饒，戰(zhàn)略地位突出。舟山市當(dāng)前本地淡水短缺問題嚴(yán)峻，這不僅制約了當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，并由此造成環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)一步惡化的趨勢(shì)。文章首先從舟山市可用水資源總量出發(fā)，結(jié)合近幾年舟山市用水情況，預(yù)測(cè)舟山市未來缺水總量;然后結(jié)合現(xiàn)代海洋水庫設(shè)計(jì)理念，初步分析海洋水庫的庫容及舟山島附近的可選壩址，探討在舟山市建設(shè)海洋水庫的可行性。關(guān)鍵詞：水資源;舟山群島;海洋水庫;水庫庫容;水庫選址

中圖分類號(hào)：TV213;P75文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1005-9857（2021）11-0067-06

Preliminary Feasibility Study of Marine Reservoir Construction in Zhoushan City，China RU Zhiming，LIU Haifei，DING Yu

（School of Environment，Beijing Normal University，Beijing 100875，China）

Abstract：Marine reservoir refers to a water storage structure that stores fresh water by construc-ting dams to divide a part of the ocean area. Modern marine reservoirs have been constructed in China for more than half a century. Coastal wateer-scarce cities such as Shanghai and Hong Kong have successively built several representative marine reservoirs to support urban construction and development. Zhoushan， which is located in the lEast Sea of China and has many natural harbors and rich fishery resources，takes a prominent strategic position. The current severe shortage of fresh water in Zhoushan not only restricts thesocio-economic development， but also causes the deterioration trend of the environment and ecosystem. This paper estimated the total amount of water shortage in the future based on its available water resources and water use in recent years. Then， combined with the modern marine reservcir design concept， the storage capacity of the to-tal marine reservoir and potential reservoir sitesnear Zhoushan Island were preliminary analyzed， to explore the feasibility of marine reservoir construction in Zhoushan City.

0引言

水在生產(chǎn)、生活和生態(tài)中扮演著重要的角色，是城市建設(shè)發(fā)展過程中不可或缺的資源。城市利用的淡水資源大多來自河湖存儲(chǔ)的地表水和土壤中的地下水，其中地表水是當(dāng)前的主要供水水源。無論是居民用水、農(nóng)業(yè)用水還是工業(yè)用水，對(duì)供水的水量、水質(zhì)均有一定限制，這對(duì)水利工程的建設(shè)提出一定要求。2013年水利部發(fā)布的《第一次全國(guó)水利普查公報(bào)》顯示，我國(guó)共有98002座水庫，總庫容8104.10億m3，它們?cè)诒Ｕ衔覈?guó)城市供水穩(wěn)定上發(fā)揮著重要作用[1]。

傳統(tǒng)的河道型水庫通過在河流的狹窄處修建大壩攔截流動(dòng)的河水，抬高上游水位的方式儲(chǔ)蓄淡水。水庫一般采用蓄豐水期末期及枯水期初期的河水，解決缺水問題。盡管傳統(tǒng)水庫面臨占地移民、破壞河道連通性、影響上下游生態(tài)環(huán)境、投資建設(shè)大以及運(yùn)行期間安全性要求高等諸多不足，但其在汛期防洪、水力發(fā)電、農(nóng)田灌溉和城鎮(zhèn)供水等多個(gè)領(lǐng)域仍具有重要地位。

然而并非所有的城市都具有建設(shè)大型傳統(tǒng)水庫的條件。河流下游的沿海平原地區(qū)多缺乏建設(shè)攔蓄河道的地形地質(zhì)條件，河口區(qū)域容易受到海水咸潮的影響，海島內(nèi)河流短小且缺乏足夠的匯水面積。此外，河道型水庫的水質(zhì)容易受上游來水的影響，當(dāng)上游發(fā)生突發(fā)污染情況時(shí)很難保證水庫的正常供水。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012—2017年國(guó)內(nèi)共發(fā)生561起突發(fā)水環(huán)境污染事件[2]，影響力較大的有2014年漢江武漢段氨氮超標(biāo)事件[3]、2016年江西新余仙女湖鎘超標(biāo)事件[4]和2017年嘉陵江四川廣元段鉈污染事件[5]等。

針對(duì)沿海和海島地區(qū)的特殊情況，海洋水庫是一個(gè)更加完美的解決方案。區(qū)別于傳統(tǒng)的陸地上的河道型水庫，海洋水庫直接修建在海水范圍中，通過堤壩分隔海水和淡水。目前，我國(guó)建設(shè)了一系列具有代表性的海洋水庫，如香港的萬宜水庫、浙江省的珊瑚沙水庫、上海市的寶鋼水庫和青草沙水庫等。在這方面，楊樹清一直是海洋水庫堅(jiān)定的倡導(dǎo)者與參與者[6-10]，其提倡的第二代海洋水庫（圖1）并不會(huì)完全封堵河口，而是通過建設(shè)一系列的閘、壩、堤、泵和底孔等水利設(shè)施，根據(jù)來水水質(zhì)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)入庫水質(zhì)水量的動(dòng)態(tài)控制。

浙江省舟山市屬于完全的群島型城市，其水資源問題一直困擾著當(dāng)?shù)卣榻鉀Q舟山市的水資源問題，一些學(xué)者提出過在舟山市修建海洋水庫的設(shè)想[10，11]。本研究從舟山市的水資源量出發(fā)，統(tǒng)計(jì)了近幾年舟山市供用水情況，在合理情景內(nèi)預(yù)測(cè)舟山市未來缺水程度，最后對(duì)在舟山市建設(shè)海洋水庫的可行性進(jìn)行了探討。

1舟山市簡(jiǎn)介

1.1舟山市概況

浙江省舟山市位于我國(guó)東南沿海，杭州灣外緣的東海洋面上，地處錢塘江、甬江入?？?。區(qū)域總面積22216km2，其中島嶼陸域面積1256.93km2，灘涂面積183.19km2[12]。舟山群島是我國(guó)最大的群島，共擁有1390個(gè)島嶼（大潮高潮面之上面積大于500m2），相當(dāng)于我國(guó)海島總數(shù)的20%，其中1km2以上的島嶼58個(gè)，占群島總面積的96.9%，戶籍人口在50人以上的島嶼共67個(gè)。舟山市擁有270km港口深水岸線，天然良港眾多、國(guó)內(nèi)外航道縱橫、漁業(yè)資源富饒，是中國(guó)重要的港口城市?；谄渲匾膽?zhàn)略地位，2011年6月30日，國(guó)務(wù)院正式批準(zhǔn)成立舟山群島新區(qū)，舟山市成為中國(guó)首個(gè)以海洋經(jīng)濟(jì)為主題的國(guó)家戰(zhàn)略層次新區(qū)。

1.2人口經(jīng)濟(jì)

2019年年底，舟山市常住人口117.6萬人，戶籍人口96.6萬人，人口自然增長(zhǎng)率-1.47‰。舟山市2019年地區(qū)生產(chǎn)總值達(dá)到1371.6億元，第一、二、三產(chǎn)業(yè)占比分別為10.6%、34.7%、54.7%。圖2給出了舟山市2015—2019年人口與GDP的變化趨勢(shì)。近5年來舟山市的常住人口略有增加，變化不大。但戶籍人口呈緩慢下降趨勢(shì)，自然增長(zhǎng)率已為負(fù)值，對(duì)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展不利。在這種情況下，舟山市GDP在2016—2019年增長(zhǎng)速度分別為14.1%、13.3%、8.0%、4.2%，這種快速下降趨勢(shì)反映出人口結(jié)構(gòu)問題對(duì)舟山市經(jīng)濟(jì)影響已較為突出。

1.3水文氣象

舟山市位于121°30'E—123°25'E，29°32'N—31°04'N之間，屬于北亞熱帶南緣季風(fēng)海洋型氣候。舟山市四季分明、冬暖夏涼。圖3展示了舟山市1990—2018年氣溫與降水的變化趨勢(shì)。舟山市多年平均氣溫16.9℃，多年平均降水量1299.0mm。其中2003年降水量最少，僅為737.9mm;2012年降水量最大，達(dá)1629.6mm;變差系數(shù)為0.160。年內(nèi)降水呈雙峰狀，梅雨季（4-6月）約占全面總降水量的35%，臺(tái)風(fēng)雨季（8-9月）約占全年總降水量的23%[13]。1990—2013年平均蒸發(fā)量為1358.7mm，2014年更換測(cè)量器皿后的平均蒸發(fā)量為973.1mm。總的來看，舟山市年際降水量變化不大，年蒸發(fā)量較大，但需警惕特枯水年的出現(xiàn)。

2舟山市水資源分析

2.1水資源量

由于舟山市由群島組成，并不存在過境客水，因此其本地水資源量基本由當(dāng)?shù)亟邓a(chǎn)生的地表水資源和地下水資源構(gòu)成。根據(jù)前文的數(shù)據(jù)，舟山市多年平均降水量為18.71億m3。全市多年平均地表水資源量為6.9億m3，占浙江省地表水資源總量（943.85億m3）的0.73%。多年平均徑流量為5.92億m3，折合徑流深為471mm，徑流系數(shù)為0.38，變差系數(shù)在0.35～0.37，較降水變化更為劇烈[13]。舟山市的水資源在空間上呈自西南向東北遞減趨勢(shì)，其中定海區(qū)水資源最為豐富。舟山地下水資源總量約1.73億m3，露頭泉分布點(diǎn)少而不勻，多為季節(jié)性泉[14]，但與地表水重復(fù)量較大，一般不直接用于供水。綜上，舟山市多年平均水資源量為7.95億m3，舟山市人均水資源量為707m3，僅為全省人均水資源量的33.4%，也遠(yuǎn)小于全國(guó)2100m3的人均水資源量。按照國(guó)際公認(rèn)的缺水標(biāo)準(zhǔn)，舟山市屬于重度缺水地區(qū)。

在本地水資源不足的情況下，舟山市主要通過大陸引水及海水淡化工程解決用水矛盾。大陸引水工程自1998年起正式實(shí)施，引水總規(guī)模設(shè)計(jì)為5m3/s，年平均引水量達(dá)1.07億m3。其中一期工程引水規(guī)模為1m3/s，年平均引水量2160萬m3;二期工程于2015年建成，工程引水規(guī)模為2.8m3/s，年平均引水量6000萬m3;即將完成的引水三期工程引水規(guī)模為1.2m3/s，年平均引水量2590萬m3。隨著海水淡化廠建設(shè)規(guī)模的逐漸增大，淡化海水在舟山市的供水比例逐漸增加。截至2019年，舟山已建成海水淡化廠17個(gè)，海水淡化項(xiàng)目26個(gè)，海水淡化能力達(dá)到13.7萬t/d。根據(jù)《舟山市海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》設(shè)計(jì)，到2020年海水淡化產(chǎn)能達(dá)到25萬t/d，2025年達(dá)到35萬t/d[15]。

2.2供用水情況

當(dāng)前舟山市水源由地表水、地下水、海水淡化、中水回用等組成，其中地表水和海水淡化是其主要來源。表1和表2列出了舟山市2015—2019年的供用水情況[16]?？梢钥闯?，舟山市近5年來供用水總量呈增加趨勢(shì)，年均增加260.8萬m3，年化增長(zhǎng)率為1.7%。

從供水來源上看，地表水為其主要供水方式，占總供水量的90%左右，海水淡化次之。具體來看，大陸引水工程的供水總量并不穩(wěn)定，存在波動(dòng);地下水供水常年穩(wěn)定在44萬m3左右，波動(dòng)小，占比少;海水淡化近兩年增長(zhǎng)迅速，2019年增長(zhǎng)超過70%;雨水利用略有增長(zhǎng)，利用率不高;中水回用占比不大，但2018年突然增加了87%。

從用水部門上來看，工業(yè)用水和居民生活用水是主要用水部門，城市公共用水次之，生態(tài)環(huán)境用水最少。具體來看，農(nóng)田灌溉用水呈減少趨勢(shì)，主要是因?yàn)檗r(nóng)田總量變化不大且節(jié)水農(nóng)業(yè)建設(shè)導(dǎo)致用水效率提高;林牧漁畜用水變化量不大;工業(yè)用水略有增加;城市公共用水和居民生活用水增加顯著;生態(tài)環(huán)境用水雖然逐年增加，但占比不足1%。2.3水資源評(píng)價(jià)

2019年舟山市共117.6萬人，地區(qū)生產(chǎn)總值（GDP）1371.6億元，供水總量16205萬m3，其中地表水源供水量14322萬m3，占88.4%;地下水源供水量44萬m3，占0.3%;其他水源供水量1839萬m3，占11.3%，其中海水淡化1525萬m3，雨水利用150萬m3，污水處理回用164萬m3。在地表水源供水量中，蓄水工程供水量11048萬m3，引水工程供水量268萬m3，提水工程供水量527萬m3，大陸引水2479萬m3。

根據(jù)2019年數(shù)據(jù)和往年變化趨勢(shì)對(duì)舟山市2040年供用水進(jìn)行分析。假設(shè)新區(qū)建設(shè)將吸引大量外來人口，到2040年新區(qū)常住人口達(dá)到180萬人，城鎮(zhèn)化率85%，城鎮(zhèn)人口153萬人，GDP總量達(dá)到3000億元（保持年均4%的增速）。預(yù)計(jì)全市總用水量達(dá)30000萬m3。其中：農(nóng)田灌溉用水量維持不變，為1800萬m3;林牧漁畜用水量增加至1400萬m3;工業(yè)用水量9800萬m3;城鎮(zhèn)公共用水量4500萬m3;居民生活用水量11000萬m3;生態(tài)環(huán)境用水量1500萬m3。根據(jù)在建的大陸引水工程和海水淡化工程的發(fā)展趨勢(shì)，到2040年舟山市可供水量為20000萬m3，地表水資源為15000萬m3，地下水資源處于完全保護(hù)狀態(tài)，海水淡化供水4000萬m3，其他水源供水1000萬m3。故2040年舟山市供水缺口在10000萬m3左右。

3舟山市建設(shè)海洋水庫的探討

3.1海洋水庫建設(shè)的必要性

舟山市與大陸相隔較遠(yuǎn)，由于咸潮影響無法利用大陸入海河流淡水，只能依靠當(dāng)?shù)厮Y源或特殊水源。而當(dāng)?shù)氐牡乇硭Y源開發(fā)趨近極限，各個(gè)島嶼水利工程建設(shè)基本完成，不存在大規(guī)模增加的可能，而地下水資源開發(fā)受限，只能由其他特殊水源補(bǔ)足缺口。對(duì)于舟山市來說，可大規(guī)模供水的特殊水源包括大陸引水和海水淡化。根據(jù)浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院的計(jì)算，大陸引水工程綜合財(cái)務(wù)總價(jià)為3.7元/t，海水淡化工程綜合財(cái)務(wù)總價(jià)為5.75元/t，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)水源工程價(jià)格[17]。大陸引水方案前期工程投入較大，年運(yùn)行費(fèi)用較低，能源消耗小;與之相反，海水淡化水純度高，供給穩(wěn)定，但耗電量大，居民接受度較低。

由于淡水資源缺乏，當(dāng)前的生態(tài)環(huán)境用水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足生態(tài)需要，加上不合理的污染處置，造成舟山市島內(nèi)和近海的生態(tài)惡化現(xiàn)象[18]。而舟山市與大陸之間交通不便，物價(jià)相比內(nèi)陸較高，再加上水價(jià)的因素，使得對(duì)人口的吸引力下降，直接導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)發(fā)展增速的快速下降。在水資源不足、單價(jià)較高的狀況下，各個(gè)用水部門的用水量必定遭遇削減，這對(duì)島內(nèi)居民的生活質(zhì)量、工農(nóng)業(yè)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)都大大不利。更重要的是，舟山市降水量雖然變化不大，但徑流量變化較大，這導(dǎo)致其地表水資源量保證性更差。據(jù)統(tǒng)計(jì)，舟山市每1.2年就會(huì)發(fā)生一次干旱，本地水資源的不穩(wěn)定性給舟山市供水保證帶來巨大挑戰(zhàn)。

為了解決舟山市的水資源問題，很多學(xué)者都提出了自己的想法[19-20]。主要的思路為增加水庫容量、提高海水淡化規(guī)模、優(yōu)化島際調(diào)水策略等，但都具有一定的限制，無法完全解決問題。

基于以上原因，有必要探討其他可能的水源工程作為舟山市未來淡水工程的一部分。海洋水庫的建設(shè)則可以解決以上大部分問題。首先其不占用島內(nèi)土地，空間選擇更加寬闊;海洋水庫主要用于存儲(chǔ)部分入海淡水或分散降水，對(duì)島內(nèi)生態(tài)影響較小;由于海洋水庫類似于傳統(tǒng)水庫，其綜合單價(jià)相比于大陸引水工程和海水淡化工程更具優(yōu)勢(shì);海洋水庫能夠釋放一部分島內(nèi)水庫容量，增加河道徑流，提高河道自凈能力;最重要的是海洋水庫的建設(shè)可以為舟山市的發(fā)展提供更加豐富的廉價(jià)水資源，保證舟山新區(qū)的蓬勃發(fā)展。

3.2海洋水庫庫容的估測(cè)

水庫庫容一般根據(jù)防洪、灌溉、供水、發(fā)電等一個(gè)或多個(gè)任務(wù)進(jìn)行確定。海洋水庫功能常常只是為了供水，因此其水庫庫容基本由供水需求決定。然而，舟山市河流的集水面積不大，徑流量較小，這限制了其水庫庫容的上限值。

截至2008年12月，舟山市水庫總庫容為1.41億m3。當(dāng)前較大的蓄水水庫有虹橋水庫、黃金灣水庫和大沙水庫。虹橋水庫于1984年建設(shè)完成，總庫容1015萬m3，平均年入庫徑流量867.42萬m3，多年平均供水量750萬m3;第二大水庫黃金灣水庫是舟山大陸引水二期工程的配套水庫，總庫容990萬m3，主要用于臨時(shí)蓄水并調(diào)節(jié)輸水量，同時(shí)對(duì)大陸來水進(jìn)行初步沉淀處理;第三大水庫大沙水庫是舟山大陸引水三期工程的配套水庫，設(shè)計(jì)總庫容888萬m3，有調(diào)節(jié)大陸引水、承擔(dān)本島北線區(qū)應(yīng)急備用水源及提高本地水資源利用率等多種功能，2020年9月前已完成清庫工作，具備蓄水條件。

舟山市年均降水量為18.7億m3，多年平均徑流量為5.92億m3，能夠滿足水庫蓄水要求。同時(shí)，可以利用海洋水庫庫容置換部分上游水庫庫容，增加河道內(nèi)徑流量和水流連續(xù)性，在保障可用水量增加的同時(shí)，盤活島內(nèi)水體循環(huán)，改善河道周邊生態(tài)環(huán)境。

根據(jù)前文的分析，舟山市中期缺水量在1億m3左右，考慮到其他因素變化，可增加10%的安全空間，放寬到1.1億m3。因此，舟山市未來海洋水庫的平均年供水總能力應(yīng)在1.1億m3左右，總庫容根據(jù)月供用水曲線進(jìn)行推算。

3.3海洋水庫壩址的選擇

傳統(tǒng)水庫壩址的選擇以地形地質(zhì)作為主要篩選條件。水庫大壩的建設(shè)一般選擇口袋形地形，如在峽谷處建設(shè)大壩，可以通過較少的工程量和投資量，在口袋內(nèi)儲(chǔ)蓄更多的水量。由于大壩通常高達(dá)幾十米甚至上百米，因此大壩位置的選擇必須考慮地質(zhì)因素，通常選擇在地質(zhì)條件較為穩(wěn)定、基巖完整的位置。除此之外，傳統(tǒng)水庫壩址的選擇還需考慮到對(duì)上下游的影響、水資源量、大壩功能等其他因素。

海洋水庫可分為河口型海洋水庫、灘涂型海洋水庫、海灣型海洋水庫和海島型海洋水庫等，需要根據(jù)攔河流流量與水質(zhì)、海上風(fēng)浪、地質(zhì)構(gòu)造、航道交通等要求合理選擇建庫位置。海洋水庫通過堤壩與大陸海岸將一部分區(qū)域從海水中隔離出來，通過泵站或其他方式將淡水存儲(chǔ)起來。海洋水庫存儲(chǔ)的淡水可來自入海徑流、降水或其他區(qū)域引水。

舟山市多丘陵，河流大多短小、直排入海，集水面積不大導(dǎo)致徑流量較低。針對(duì)這種情況，可將較大河流的河口作為舟山市海洋水庫的主要建設(shè)位置。此外，在島內(nèi)利用溝渠系統(tǒng)將較小河流及分散降水等連通起來，既可以提高水系的連通性，也能增加海洋水庫的可蓄水量。以舟山本島為例，根據(jù)其地形、人口分布和河流流量等信息，建議分期建設(shè)4～6個(gè)海洋水庫，主要為工商業(yè)發(fā)展和城鎮(zhèn)居民的正常生活提供足夠的優(yōu)質(zhì)淡水。根據(jù)舟山本島各流域的匯水面積與供用水情況，可優(yōu)先在臨城流域、勾山流域、白泉流域、定海流域等主要河流入?？谖恢媒ㄔO(shè)海洋水庫。

4結(jié)論

浙江省舟山市人均水資源量?jī)H707m3，屬于重度缺水地區(qū)。水資源的缺乏對(duì)當(dāng)?shù)氐娜丝谡?、?jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境都造成了消極影響。在大陸引水工程、海水淡化工程都不適合作為主要供水水源的情況下，繼續(xù)開發(fā)本地淡水資源十分必要。本研究分析了舟山市近30年的水文氣象數(shù)據(jù)，并利用其2015—2019年的供用水?dāng)?shù)據(jù)對(duì)2040年的用水情況進(jìn)行預(yù)測(cè)。在保證舟山新區(qū)的正常發(fā)展的情況下，到2040年舟山市總需水量將達(dá)到3億m3，缺水總額達(dá)1億m3。為此建議舟山市海洋水庫的年供水總能力應(yīng)達(dá)1.1億m3，并根據(jù)舟山市降水徑流的實(shí)際分布修建多個(gè)小庫容水庫。本研究對(duì)舟山市建立海洋水庫的必要性和可行性進(jìn)行了初步探討，在舟山市修建一批現(xiàn)代海洋水庫能夠大大緩解舟山市當(dāng)前和未來的缺水問題，對(duì)舟山市未來發(fā)展具有重要幫助。

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