摘要：北京市水資源嚴重短缺,水環境問題突出。實行地表水、地下水、外來水與再生水的綜合調配和高效利用,達到供給約束條件下的水量供需平衡,是北京水務發展的必然選擇。在分析北京市水資源綜合調配特點的基礎上,提出了水資源綜合調配的基本思路,分析了水資源綜合調配的幾個關健問題。

關鍵詞：水資源綜合調配北京市

中圖分類號：TV213.9文獻標識碼：A文章編號：1673-4637（2006）02-0024-03

1北京市水資源綜合調配的必然性

北京市屬資源性缺水地區,人均水資源量不足300m3,是全國人均的1/8,世界人均的1/30。自20世紀60年代以來,北京市曾多次發生水危機,尤其是90年代后期以來,遭遇連續多年干早,供水危機進一步加重。由于地表可供水量減少,北京市地下水超采嚴重。根據水資源公報,2003年末與1980年末相比,北京市平原區地下水位下降11.09m,地下水儲量減少56.78億m3,埋深大于10m的地下水嚴重下降區面積達4108km2,尤其是在漏斗區,地下水位埋深達20m以上。地下水的超采不僅使地下水儲量急劇下降,而且在局部地區還引發了地下水質惡化、地面沉降等環境問題。由于地表、地下水的過度開發,河道基流銳減,最小生態流量難以保證,一些河段甚至常年干涸,自然生態受到破壞,即使有水的河道大多也污染嚴重,造成有河多干、有水多污的現象。但另一方面,一些非常規水源的開發還有較大潛力,如汛期雨洪水和再生水。如果汛期雨洪水和再生水得到有效開發,不僅可在一定程度上緩解北京市水資源緊缺的局面,提高水資源綜合利用率,而且可以減輕北京市洪澇災害,改善河道水環境。

因此,解決北京市的水資源問題,一方面要開源節流,在加強節約用水、充分挖掘內部潛力的同時,廣開各種水源,包括常規水源和非常規水源,實施跨流域和跨區域調水,增加有效供給,盡可能彌補資源性缺水的先天不足另一方面要加強水資源綜合調配,在供水有限的條件下,綜合考慮各種用水需求,通過采取工程、技術、經濟、法律、行政等多種手段,優化多水源的配置,充分發揮水資源的綜合利用效益。

目前南水北調中線工程己經開工建設,按照規劃,2010年實現引長江水進京的目標,這為解決北京市水資源供需矛盾提供了強有力的水源保障。但是,南水北調工程通水后,北京市水資源管理面臨的首要問題就是如何將南水北調水和北京市的其他水源有機結合,保證水資源的有效利用。另外,從推行兩個轉變、實現循環水務來講,強化水資源的綜合管理,以新的治水理念為指導,通過水資源的綜合調配,實現當地水與外來水、地表水與地下水、清潔水源與再生水源、枯季降水與雨洪水的合理配置和高效利用,從而達到供給約束條件下的水資源供需平衡,將是今后水務工作發展的必然選擇。

2北京市水資源綜合調配的特點

2.1多水源

目前,北京市主要供水水源是地表水和地下水另外還有少比例的再生水。據2003年供水統計,在35.8億m3總供水量中,地表水為8.33億m3,占總供水的23%；地下水為25.42億m3,占71%；再生水為2.05億m3,占6%。到2010年長江水進京后,實現年調水10億m3,外流域調水將成為北京市的又一主要水源。同時,按照規劃,到2010年北京市再生水利用量將達到6億m3左右。屆時,所有這些水源都必須納入北京市水資源綜合調配的范疇。因此,地表水、地下水、外調水和再生水等多水源統一配置是北京市水資源綜合調配的一個特點。

2.2多用戶

水資源的調配必須考慮各用戶的用水需求,是在綜合考慮各類用戶對水量、水質要求的基礎上對各種水源的再分配。北京市的水資源綜合調配不僅要考慮不同區域工業、農業、人民生活等用水需求,而且從建設宜居城市、提高人民生活質量出發,還必須考慮各類環境和地下水回灌等用水需求。

2.3系統結構復雜

經過多年來大規模的水利建設工作,北京市已形成了覆蓋全市的相對完善的地表地下水源和供水工程體系。目前北京市地下供水工程除城區8處地下水水廠外,還有分布在各大企業的自備水井和郊區城鎮集中供水廠。近幾年為了緩解供水緊張局面,又建設了平谷、懷柔、馬坊等應急備用水源工程。在地表供水工程中,目前主要依靠永定河和潮白河兩大供水體系。隨著京密引水渠、永定河引水渠、白河堡補水工程以及東水西調工程的建設,兩大供水系統已實現了水力連通。同時,在兩大供水體系中包含若干大中小型水庫工程,僅計劃納人聯合調配的大、中型水庫就有座。這些水庫既有并聯關系,又有串聯關系,一些不同水系間的水庫還可以通過人工輸水工程實現水量補償,在綜合調配時既要考慮地表水和地下水間的相互調配,又要考慮地表不同水源、不同水系間的相互調節,同時還要考慮同一水系上各水庫間的相互補償。所以,這些工程一方面為實現北京市水資源綜合調配提供了基礎設施保障,另一方面其復雜的水力聯系和結構布局又增加了綜合調配的難度和復雜性。

2.4供水保證率要求高,供需矛盾突出

隨著北京市經濟社會的快速發展和向國際化大都市的邁進,水資源的供需矛盾愈加尖銳,水資源緊缺已成為制約北京市發展的第一瓶頸。但另一方面,作為我國政治、經濟和文化的中心,北京市的供水問題有其特殊的重要性,城市生活和工業用水比重大,供水保證率要求高。據2003年統計,北京市總用水量中,生活用水占36%,工業用水占23%,而這兩類用水要求保證率都在95%以上,無形中增加了北京市水資源綜合調配的難度,加重了調配的任務。

3北京市水資源綜合調配的思路

北京市水資源綜合調配是一個大城市復雜供水系統多水源多目標的聯合配置問題,依靠傳統的模擬或優化方法難以解決,指望一個模型來解決問題也是不切實際的。對此,可按照“設計調配方案一進行方案模擬一評價模擬效果一調整完善方案一決策實施方案”的思路,通過建立針對不同問題的一組模擬模型,根據不同階段的問題分別采用不同的模型,分層次模擬問題解決方案,并在模擬模型中鑲嵌自動或人工辨識反饋結構,使模擬模型的開環結構變為閉環結構,增加模擬模型的優化功能,從而實現對復雜供水系統多水資源的聯合調配。

4實施水資源綜合調配的幾個關鍵問題

根據上述水資源綜合調配的思路,在對北京市水資源進行綜合調配時應首先解決以下幾個關鍵問題。

4.1來水預側問題

科學預測來水量,合理確定可供綜合調配的水資源總量是水資源綜合調配的基矗北京市主要供水水源包括官廳、密云兩大水庫系統來水、平原地區地下水、南水北調來水和再生水等。平原地區地下水的可開采量多年平均變化不大南水北調來水主要受國家南水北調分水計劃的影響再生水與城市生活和工業用水以及污水回用率有關,在一定階段其變化也是可控制的唯有官廳、密云兩大水庫系統來水與氣候、下墊面條件和上游用水密切相關,受自然因素影響較大。因此,合理預測官廳、密云兩大水庫系統來水是北京市來水預測的重點。

目前對于水源地的產匯流預測多采用分布式水文模型,即根據氣候、下墊面等將水源地分為若干個分區,按照每個分區的特點分別建立相應的產流模型,分別預測各分區的產流,最后再對各分區進行匯流計算。分布式水文模型解決了大面積上產匯流特性的空間變異性問題,可以提高大面積上水文預測的精度。但是,如果用于模型率定的樣本環境與預測環境差別較大,也將會降低預測的精度。所以,開發具有自學習、自跟蹤功能,能夠根據下墊面條件變化自動調整模型參數的分布式水文模型,將能較好地解決由于下墊面條件變化所帶來的產匯流特性的時間和空間變異問題,提高模型預測的精度。這同時也需要完善的水文數據監測和采集系統來保障。另一方面,由于官廳、密云兩大水庫系統上游大部分水源地屬外省區,其用水的變化直接影響水庫的來水,因此,在來水預測中必須考慮上游用水因素。

4.2用水需求預測和合理控制問題

合理預測不同地區、不同類型用戶的用水需求是北京市水資源綜合調配的另一個基矗雖然在水資源短缺地區,以供定需是水資源開發利用的基本原則,但這并不意味著不需要考慮用水戶的需求,而正是要統籌各用戶的用水需求,通過合理配置有限的可用水量,最終實現供給約束條件下的水量供需平衡。

合理預測用水需求不是根據歷史用水資料簡單地預測用戶用水量的自然變化,而是在用戶歷史用水資料分析的基礎上,根據社會經濟發展水平和水資源供求形勢,充分考慮節水需求和節水可行性,在對用戶用水需求加以有效管理的條件下,對用戶合理的用水需求進行預測。因此,對于處于經濟發展期的北京市,如果僅通過系列分析法來預測用水需求,其預測結果必然不切實際,也難以得到滿足。必須借鑒國際上發展中大城市的用水發展趨勢和管理經驗,結合北京市的實際,通過開展綜合資源規劃和需求方管理技術,在加強用水需求管理的基礎上,分析北京市不同階段用水水平和節水潛力,合理確定不同類型用水戶的用水定額,科學預測用水需求。

4.3不同水源的開發利用和配水原則

北京市水源包括地表水、地下水、外來水、再生水等,這幾種水源按照什么原則來利用,在不同情況下或不同的階段這幾種水源有什么樣的開發利用次序,在供給嚴重不足的條件下,應該遵循什么樣的分水原則等,這些都是實施水資源綜合調配必須首先解決的問題。

對北京市來講,在水資源嚴重短缺的條件下,首先應保證人民生活用水,其次是工業,然后是農業和生態環境用水。但所優先保障的不是用戶的全部用水需求,而應是基本用水需求。在保證基本用水需求的基礎上,再根據剩余供水能力,按照一定的原則進行水量的二次分配。

從北京市水資源可持續利用和水環境改善來考慮,在現階段由于水資源極其短缺,地下水嚴重超采,首先應盡可能地利用再生水,以提高水資源的重復利用率,改善河道水環境其次應充分利用外來水,以補充當地水源之不足對于當地地表水和地下水,應在利用主要調節水庫適當預留備用庫容的條件下,首先開發利用地表水包括雨洪水,盡可能減少地下水開采,并通過地下水人工回灌,促進地下水儲量的恢復。當地下水資源恢復到一定程度后,應按照經濟、合理、效率、公平的原則,對水資源進行綜合調配,使各種水源得到有效合理的利用,同時又使水環境得到良性循環,實現水資源的可持續利用。

4.4基礎設施和技術保障問題

水資源綜合調配是一項極其復雜的系統工程,需要完善的基礎設施和現代化的技術作保障。主要表現在①水資源供需預測需要完善的信息采集和數據處理傳輸設施,尤其是水文預報需要實時地了解氣象和水文信息,并迅速地將數據傳送到處理分析中心②水量的調配需要必要的控制工程作保障。沒有工程,再合理的方案也無法實現。③水資源綜合調配方案的設計需要綜合考慮多方面的因素,需要處理大量的數據和信息。必須依靠現代化的計算機技術和系統工程理論,建立水資源調配決策支持系統,利用模擬仿真技術,通過在計算機上對多種情景和若干方案的模擬仿真,分析評價各種方案實施后的效果和可能出現的問題,選擇合理的實施方案。這就需要系統分析技術、系統模擬仿真技術、系統決策技術等來支持④調配方案實施過程中,需要實時地監控水利工程的運行狀況,及時發現方案實施中的新情況和新問題,以便對方案進行及時的調整或擬定新的調配方案,這就需要有工程監控乃至遠程控制設施。目前北京市正在進行的水利信息化建設可為北京市水資源綜合調配提供基礎設施保障。

4.5政策保障問題

水作為基礎性資源,蘊含著極大的經濟使用價值。水資源的綜合調配表面上是對區域水資源的分配,實質上是對水的開發利用效益在用戶間的再分配,包含著一定的經濟效益轉移問題,尤其是在水資源匾乏的干旱地區,水資源的綜合調配往往會引發較大的利益沖突。因此,水資源的綜合調配不僅需要工程的、行政的、技術的保障措施,而且需要政策和法律的保障措施,需要制定相關的經濟補償、水權轉讓政策,必要時可以通過法律法規的形式,制定有關措施,以保障水資源綜合調配的實施。