后引汉济渭时期关中受水区水资源供需分析.pdf

第11期2023年11月文章编号：16 7 3-9 0 0 0（2 0 2 3)11-0 0 2 6-0 4后引汉济渭时期关中受水区水资源供需分析陕西水利Shaanxi WaterResourcesNo.11November,2023王冬雪，马永胜，慕鹏飞，韩彩波，史娟（陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西西安7 10 0 0 1）【摘要引汉济渭工程是关中受水区未来一个时期的骨干水源工程，统筹考虑2 0 35年后引汉济渭时期受水区水资源供需变化，经过受水区主要受水对象以及重点水源工程供需平衡计算，分析关中水资源供需平衡合理性及其变化趋势。结果表明，后引汉济渭时期，受水区主要对象需水量为2 9.13亿m，重点水源工程总供水量为12.66亿m，考虑引汉济渭工程2 0 30 年调水规模15亿m，受水区总缺水量为1.47 亿m。【关键词引汉济渭调水工程；后引汉济渭时期；关中受水区；水资源供需平衡【中图分类号TV211.1【文献标识码BAnalysis of Water Resource Supply and Demand in Guanzhong Receiving Area duringHanjiwei PeriodWang Dongxue,Ma Yongsheng,Mu Pengfei,Han Caibo,Shi Juan(Shanxi Province Institute of Water Conservancy and Electric Power investigation and Design,Xi an 710001,Shaanxi)Abstract:The Hanjiwei Project is the backbone water source project of Guanzhong water demand area in the futureperiod.Ater overall consideration of the changes of water supply and demand in the catchment area after 2035,the rationalityand change trend of water supply and demand balance of the main recipients of the catchment area and key water sourceprojects are analyzed.The results show that the water demand of the main object in the receiving area is 2.913 billion m andthe total water supply of the key water source project is 1.266 billion m.Considering the water transfer scale of the Hanziweiproject in 2030 at 1.5 billion m,the total water shortage of the receiving area is 147 millon m.Key words:Introduction of Hanji-Weiwei water diversion Project;after the Han and Wei dynasties;guanzhongreceiving area;water resource supply and demand balance水对象，见图1。1关中受水区概况富平县引汉济渭工程是从陕南汉江流域调水至渭河流域的关中地区，缓解关中地区水资源供需矛盾，促进陕西省内水资源优化配置，改善渭河流域生态环境，促进关中地区可持续发展的大型跨流域调水工程。工程由调水工程和输配水工程两大部分组成，调水工程包括三河口水利枢纽、黄金峡水利枢纽和秦岭输水隧洞三部分。输配水工程作为引汉济渭工程的重要组成部分，从黄池沟配水枢纽起，西到杨凌，东到华州，北到富平，南到邑，供水总面积约1.45万km。工程由黄池沟配水枢纽、南干线、北干线及2 1条输水支线组成。引汉济渭受水区2 1个供水对象分别为：西安市、咸阳市、渭南市、杨凌区、兴平市、武功县、周至县、鄂邑区、长安区、临潼区、三原县、高陵区、阎良区、华州区、富平县、渭北工业园区（高陵、临潼、阎良3个组团），共计2 1个直接受泾三原县泾河西安渭北工业区空港新城新城高陵区秦汉河西安州北干业区“速组团）西安渭北工业区杨凌区新城武功县兴平市威阳市渭洋西洋东河临潼区渭南市华州区新城新城周至县鄂邑区西安市长安区图1引汉济渭受水区2 1个对象分布示意图“十四五”时期是推动关中平原城市群高质量发展的关键期。依据关中平原城市群发展规划（2 0 18 年）、中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要及黄河流域生态保护和高质量发展阁良区（间良组团）（高陵组团）图例重点城市西威新区中小城市工业园区收稿日期2 0 2 3-0 5-12【作者简介王冬雪（19 8 9-），女，陕西西安人，工程师，主要从事水资源方面工作。26.第11期2023年11月规划纲要等一系列区域发展规划及关中地区总体发展布局，未来一个时期内，关中城市群质量得到实质性提升，建成经济充满活力、生活品质优良、生态环境优美、彰显中华文化、具有国际影响力的国家级城市群。作为国家水网主要输排水通道，以及关中地区未来一个时期骨干水源工程，事关关中水安全保障的关键工程。引汉济渭工程设计水平年为2 0 30 年，预期调水规模为秦岭隧洞人口处多年平均调水量15亿m。随着社会经济稳步发展，到2 0 35年，关中地区水资源需求可能进一步加大，引汉济渭工程或无法充分满足关中需水要求。有必要分析论证引汉济渭设计水平年之后，即后引汉济渭时期，关中受水区供需关系。2受水区需水量预测2.1社会经济发展指标统筹各城市总体规划，综合考虑价格因素等实际情况，预测2 0 35年各城市人口规模，GDP增长率及不同水平年的产业结构，计算受水区供水范围不同行业2 0 35年社会经济指标。2.2行业用水定额城市居民生活：结合不同受水对象城镇规模、居住条件、生活水平、生活习惯和用水特点，按照节水规划要求，确定城市居民生活需水定额2 0 35年为115L/（p d）。生产：按设计水平年产业结构调整的方向，并参照先进地区的用水水平，在充分考虑节水措施后，拟定2 0 35年一般工业万元增加值需水定额为14m/万元，建筑业和三产需水定额为4.5m/万元、2.6 m/万元。河道外生态：主要考虑人均绿地面积及河湖补水指标。设计2 0 35年人均绿地面积分别为2 4.2 m/人；人均河湖补水量为14.5m/人。2.3需水量预测成果经测算，设计水平年2 0 35年，供水范围总需水量为2 9.13亿m。其中，生活需水量7.49 亿m，生产需水量18.14亿m，生态需水3.49 亿m。2 0 35年关中受水区范围对象需水量预测成果见图2。654图2 2 0 35年关中受水区主要城市测算需水量2.4膏需水合理性分析受人口增长、城市化水平提高以及经济社会快速发展的驱动，关中受水区需水总体呈现逐步增长趋势。生活需水：据统计分析，2 0 16 年 2 0 2 0 年生活用水年增长率2%，2 0 2 0 年 2 0 35年生活需水由3.9 1亿m增加到7.49亿m，年均增长率4.9%。随着关中平原城市群、西安都陕西水利Shaanxi Water Resources市圈建设进程逐步加快，区域农村人口减少，城市人口迅速增加，居民生活水平不断提高，生活需水量增加是必然趋势。工业需水量：2 0 16 年 2 0 2 0 年工业实际用水年均增长率为2.2 9%，2 0 2 0 年 2 0 35年工业需水由6.7 8 亿m增至12.29亿m，增长率4.3%，而对应的工业增加值由2 0 2 0 年的2522.51亿元增加到2 0 35年的9 0 6 7.9 5亿元，同比增长率为9.6%。随着关天经济区、关中平原城市群的快速发展、西安国家中心城市及西咸新区的建设，高新技术广泛运用，工业产业不断优化调整，工业用水定额逐步达到国内领先水平，符合未来受水区工业产业发展趋势。河道外生态环境需水量：基准年需水量3.0 8 亿m，规划水平年需水量为3.49 亿m，年均增长率1.0%，呈上升趋势，是加快实施黄河流域高质量发展及关中地区渭河流域水生态修复工程，构建关中水生态绿色环境体系，建设沿渭河生态带的客观需求。需水结构分析：至2 0 35年，受水区的用水结构将发生较大变化，生活、生产和河道外生态环境等部门需水占总需水量的比重持续上升，分别达到2 5%、6 2%、13%。受水区需水变化趋势与经济社会发展进程、产业结构特点和生产力水平的提高相协调，符合本地区社会经济发展态势。3受水区可供水量预测3.1土地表水可供水量预测引汉济渭调水工程建成生效后，主要配置给渭河沿岸以西安、咸阳、渭南、杨凌为主的重点城镇和工业区用水。届时，石头河供水系统将不再向关中中部的西安、咸阳（含兴平、武功）两市及杨凌示范区供水，转向关中西部。泾河东庄水库建成后，向铜川市新区、富平县城及工业区和西咸新区渭北的3个新城供水，其供水用户较多、而供水能力有限可考虑联合引汉济渭共同供水、分质供水。富平县城、三原县城、西咸新区的空港、秦汉、泾河新城同为引汉济渭工程受水对象，东庄水库供水量约0.9 6 亿m。采用单元分割方式，受水区主要水源工程按照黑河供水系统、李家河供水系统、涧峪供水系统等，核算主要水库工程2 0 35年可供水量。面对“生态优先，绿色发展”的新形势，生活生产生态目前对已成水源工程地表水可供水量进行重新核算，根据形势要求着重对现状供水中不合理的开发水量进行调整。在调算过程中，重点考虑退还挤占的河道内生态与农业灌溉用水3-41。按照现行的生态流量要求，优先保障下游河道生态用水，渭北对已批复确定的生态流量，遵照批复生态流量予以保障；对未有批复生态流量的水库，按照非汛期、汛期分别占比多年平均径流量10%、2 0%较严格约束满足15。基于新形势农田灌溉要求，应从水库可供水量中退还该部分农业用水，尽可能维持灌区灌溉面积，保障灌溉供水量，并满足灌溉保证率要求。本文采用长系列调节，主要地表水供水系统调节计算成果见表1。27No.11November,2023第11期2023 年11 月供水系统来水量河道内生态需水量城市、农灌城市供水量农灌由表1可见，受水区主要水源工程设计水平年可供水量合计3.52 亿m，东庄水库供给受水区水量约0.9 6 亿m2035年受水区地表水水源工程合计4.48 亿m。与现状供水对比分析可知，设计水平年城市供水量减小1.49 亿m；农业灌溉相应增加0.7 8 亿m；河道内生态相应增加0.7 7 亿m。符合当前生态优先，新增河道内生态用水，退还挤占农业用水要求。3.2地下水可供水量预测为遏制陕西省黄河流域地下水超采（载）、导致局部区域水位急剧下降的局面，水利部、流域委以及陕西省近年开展了一系列地下水治理、保护、管理等相关工作。2 0 2 1年陕西省在陕西省地下水管控指标确定（2 0 2 1.8）中结合超载区治理方案，同时考虑经济社会发展和地下水赋存特性，复核陕西省地下水超载县区，引汉济渭受水区超载县区14个。依据陕西省第三次水资源调查评价中地下水资源量和可开采量成果，考虑陕西省地下水超采区划定与保护方案中控制开采量的成果，按照陕西省地下水管控指标确定中对地下水的管控要求，对超采（载）区，即平原区现状开采量超其可开采量的县区，2 0 35年以可开采量的8 0%为控制指标；平原区部分区域现状开采量超其可开采量的，但县区开采总量未超的，2 0 35年压采部分区域的超采量，以现状开采量作为2 0 35年的控制指标。结合超载区治理方案，同时考虑经济社会发展和地下水赋存特性，提出地下水管控流程，见图3。地下水管控原则年内：旬控制年际：年控制过程管控协调性分析（水量与过程）地下水约束过程图3地下水管控流程图第一，过程管控。通过地下水年际最大值和最小值，以及年内旬最大值和最小值约束实现地下水过程管控。第二，.28.陕西水利Shaanxi WaterResources表1关中受水区主要地表水供水系统调节计算成果表黑河供水系统工程水量金盆水库58538石砭峪水库8910引乾济石调人5152合计72600金盆水库5306石砭峪水库2809合计8115城市28145黑河农灌12026石砭峪农灌5405合计45576黑河供城市24622石砭峪供城市2227黑河农灌10025石砭峪农灌4676合计41547水量管控。参照地下水管理条例以及陕西省地下水管控指标确定要求，同时考虑经济社会发展和地下水赋存特性，复核陕西省地下水超载县区。综合考虑以上因素，在受水区1559 眼地下水井，设计能力10.45亿m的基础上，通过地下水总量以及年际、年内过程管控后，地下水供水多年平均值3.55亿m，其中，年最大值为4.6 2 亿m，年最小值为2.48 亿m；旬最大值为2 0 0 0 万m，旬最小值为50 万m。3.3再生水可利用量根据陕西省“十四五”水利发展规划陕西省水网建设规划中提出的要加强再生水、雨水、矿井水等非常规水多元、梯级和安全利用，逐年提高非常规水利用比例。通过逐步加大非常规水源利用力度，再生水回用率达到35%以上，预测2 0 35年受水区非常规水源可供水量达到4.6 3亿。4受水区水资源供需平衡结论经分析计算2 0 35年，引汉济渭受区2 1个对象需水量为29.13亿m，而当地水源工程总供水量为12.6 6 亿m，考虑引汉济渭供水2 0 30 年可达调水规模15亿m，受水区供需平衡计算后，总缺水量为1.47 亿m。引汉济渭三期可研（下称可研）受水区供需平衡结论，是目前确认较新成果，可将本文计算结果与可研成果对比，结果见表2。地下水过程表2 受水区供需平衡成果比较表水量管控可开采量控制需水成果水平年量地表地下其他总供余水缺水水水引汉济渭2 0 2 5年21.434.034.552.5911.180.0010.26三期可研2 0 30 年2 5.9 74.314.57 3.6512.530.0013.43本文计算2 0 35年2 9.134.483.554.6312.660.0016.47需求侧分析：可研2 0 30 年需水量较2 0 2 5年增长4.54亿m，本文2 0 35年需水量较可研2 0 30 年增长3.16 亿m，受水区需No.11November,2023单位：万m李家河供水系统涧峪水库工程水量李家河水库13506岱峪水库2064合计15570李家河水库1893岱峪水库358合计2251城市7505农灌567合计8072城市7160农灌431合计7591工程涧峪水库合计洞峪水库合计城市农灌合计城市农灌合计可供水量水量水量39373937743743130012872587117612872463单位：亿m供需平衡第11期2023年11月水量呈现增长但逐步变缓趋势，与关中地区产业结构调整与相关发展规划基本协调，也符合未来我国2 0 30 年前实现“碳达峰”政策，经济社会趋于稳定发展态势。供给侧分析：可研可供水量2 0 30 年相较2 0 2 5年增长1.35亿m，本文2 0 35年供水量基本与可研2 0 30 年相当（仅增长0.13亿m），但其各水源供水量有较为明显变化。地表水可供水量一方面退还挤占的不合理农业与生态用水有所减少，另一方面石头河水库供水西进、新增东庄水库供水等水源调整，2 0 35年可供水总量相较于2 0 30 年基本保持不变；由于受地下水管控要求，地下水可供水量由2 0 2 5年与2 0 30 年约4.6 亿m，下降至2 0 35年3.6 亿m，减幅达1亿m，符合涵养保护关中地下水新要求；为实现逐步加大非常规水源利用力度，再生水回用率2 0 35年达到35%的目标，其他水源加大供水量占比，2 0 35年可供水量较2 0 30 年增幅约1亿m。通过供需平衡分析，关中受水区2 0 30 年相较于2 0 2 5年缺水量为增加3.17 亿m，2 0 35年较2 0 30 年缺水量增加3.04亿m，缺口基本相当。5结论基于后引汉济渭时代关中受水区水资源供需变化，通过陕西水利Shaanxi Water Resources2035水平年测算分析：受水区需水量为2 9.13亿m，受水区水源工程总供水量为12.6 6 亿m，考虑引汉济渭工程2 0 30 年可达调水规模15亿m，供需平衡计算后，受水区总缺水量为1.47亿m。可根据未来关中受水区供水格局，及经济社会发展趋势，通过加大受水区节水措施应用，或增大外流域引汉济渭调水量等方式解决。1任童.引汉济渭工程建世纪工程润三秦大地J.中国水利，2 0 2 2(19):9899.2陕西省引嘉人汉工程项目建议书报告R.陕西省水利电力勘测设计研究院，2 0 2 3.3 卢泽华，王君勤。自然降水条件下关中平原农业水资源短缺风险分析J.水土保持研究，2 0 2 1.【4 赵敏，夏同水，马宗国.黄河流域生态保护和农业产业高质量发展评价研究J.长江流域资源与环境，2 0 2 2,31（9）：12.5叶文显，曾绍龙.关中平原城市群资源环境承载力研究.环境监测管理与技术，2 0 2 2,34（3）：6.No.11November,2023参考文献（上接第2 5页）3）有限元法整体建模，宜视闸室结构为整体结构采用空形配筋。800600400200200-400-600-800-1000-1200校核水位工况闸室顺水流方向最大水平应力为1.9 0 MPa垂直水流方向最大竖向应力为2.9 7 MPa，最大竖向应力为4.86MPa,校核水位工况水平应力增大比较明显。底板顺水流方向最大水平应力为6.2 9 MPa，垂直水流方向最大竖向应力为1.40 MPa,最大竖向应力为2.0 4MPa。底板最大受力弯矩为995.7kNm，比完建期加载增大了2 2%。4结语闸室结构内力分析是一个重要而又复杂的问题，为正确地进行内力分析，选择符合实际情况的计算模型和方法是非常重要的。1）反力直线分布法计算简单，计算结果偏大，适用于小型水工建筑物基础设计，也可作为大、中型水工建筑基础内力计算的校核方法。2）弹性地基梁计算是经典的基础内力计算方法，也是一种比较精确的计算方法。广泛用于水工基础结构设计，也是水利行业规范中推荐的计算方法。间有限单元法进行应力分析，选择合适的有限元结构分析软件计算，分析结果为内力时可直接配筋，结果为应力时按应力图101520253035底板距原点距离/m图16 底板弯矩分布图40504）通过沙集闸内力计算分析，计算结果相比较：反力直线分布法 弹性地基梁法 有限单元法，反力直线分布法弯矩计算成果均为负弯矩，即底板上层弯矩最大，弯矩最大值为1531.9 8 kNm（校核水位闸门下游截面），弹性地基梁法弯矩计算成果地板弯矩有正值也有负值，弯矩最大值为10 47 kNm（校核水位闸门下游截面），反力直线分布法比弹性地基梁法弯矩计算值大约46%，比有限单元法弯矩计算值大约54%。5）中小型水利工程设计宜优先采用弹性地基梁法，采用程序计算方便快捷，计算准确度比较高。有限元法整体建模需要花费较多时间，但受力条件复杂的大中型水闸闸室结构宜视为整体结构采用空间有限单元法进行应力分析。1SL265-2016,水闸设计规范S.北京：中国水利水电出版社，2 0 16.2梁景奇.基于ABAQUS的水闸闸室三维有限元分析D.石河子：石河子大学，2 0 14.3邱冬梅.水工基础内力计算方法探讨J.水电与新能源,2 0 11,6:2 9-34.4罗庆峰.水闸底板结构计算方法对比分析J.广东水利水电,2 0 0 7,5:2 9-33.29参考文献