城市水源为多个综合利用水库的供需平衡分析方法探讨.pdf

工程实践水利技术监督 年第 期:/城市水源为多个综合利用水库的供需平衡分析方法探讨曹国良 陈 菡(湖北省水利水电规划勘测设计院有限公司 湖北 武汉)摘要:为研究城市多水源联合供水 且城市水源为多个综合利用水库的情况下的联合水资源配置 以安陆市城市供水水源供需平衡为例 探讨了城市多水源的综合利用水库供需平衡分析的相关内容 提出了合理的供水方案目前 诸多城市供水面临新形势、新问题、新挑战 文章主要按照优水优用、水资源合理高效配置的目标 有效保障了安陆市城市供水安全 为其他多水源城市的水资源合理配置提供借鉴关键词:城市供水 多水源 综合利用 供需平衡中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期:作者简介:曹国良(年)男 高级工程师:城市供水是重要的民生工程 事关人民群众身体健康和社会稳定 由于工业化和城市化发展 城市人口剧增 且城乡居民生活水平提高 城市需水量逐年递增 城市供水水源的水库多兼有农业灌溉等综合利用任务 城市供水与农业供水争水现象明显 因此研究城市供水对城市经济社会发展显得十分重要目前部分城市存在多个常规供水水源和备用水源结合的情况 为实现水资源的高效利用和优水优用 研究多个水源对城市的合理高效供水非常必要 本文以安陆市城市供水研究为范例 从城市全行业全口径需水方面着手研究与区域来水条件的适应性 结合城市规划及区域供水发展规划分析当地水资源条件对城市发展的承载能力 统筹区域供水条件 分析城市供水水源配置方案 安陆市城市概况安陆市地处大洪山余脉与江汉平原交汇地带南通武汉 北依襄樊 处于两大城市连接线中间地带 处于武汉城市圈紧密圈层 安陆市下辖 个街道办事处、个经济技术开发区、个镇、个乡总国土面积 年安陆市常住人口为 万人 地区生产总值 亿元 安陆市常用耕地总面积为 万亩 安陆市城区水厂现状及存在的问题安陆市城区现有两座水厂 分别为第二水厂和第三水厂 水源地均为府河干流解放山水库 第二水厂位于府河右岸 建成于 年 日供水能力万/第三水厂位于府河左岸 设计供水规模为 万/解放山水库位于府河干流上 坝址以上来水面积 是一座兼顾防洪、发电、供水、灌溉、水产养殖和交通的河道型水库工程 解放山水库是解放山西干渠灌区的灌溉水源 灌区位于安陆市府河以西 设计灌溉面积 万亩 水库总库容为 亿 其中兴利库容 亿 府河开发利用程度较高 随着经济社会的快速发展 沿线污水排放量大幅增加 近年来 政府部门大力推进乡镇和农村污水处理设施建设 使得部分乡镇和农村的生活污水得到了一定程度上的处理 但是由于乡镇污水处理建设普遍滞后 农村污水处理较城市存在一定差距 农村污水目前尚未实现全面覆盖和收集 且部分乡镇污水处理厂运行不理想 仍存在有零散生活污水直排入府河的现象因此 府河解放山水库水质不稳定 部分时段有水质超标情况 超标指标多为氨氮和总磷 根据 年 月、年 月湖北省水功能区水质通报结果 按全因子指标评价 涢水安陆解放山开发利用区水质有 个月份保持在 类 年第 期水利技术监督工程实践其余时段水质为 类 个别月份甚至达到劣类 总磷和氨氮严重超标 尤其每年春天 河道内藻类繁殖 存在安全隐患 安陆市农村安全饮水现状及存在问题目前 安陆市三水厂供水范围除府城、南城和开发区城区范围外 还包括城区水厂管网延伸覆盖到的洑水镇、陈店乡和李店镇及烟店镇、棠棣镇部分乡村 其余的接官乡、赵棚镇、辛榨乡、巡店镇、木梓乡、雷公镇、孛畈镇和王义贞镇等区域现状均由当地乡镇水厂供水 目前安陆市各乡镇小水厂普遍存在水量保障程度不高、处理工艺落后、水厂运行管理落后等问题 导致出厂水质微生物超标、消毒指标不满足规范要求 城市需水预测 分析范围分析范围为安陆市城市水厂规划供水范围以及徐家河水库、解放山水库生产生活供水范围 涉及广水市、安陆市、孝昌县 共 县市 个乡镇徐家河和解放山水库农业供水分别为徐家河灌区和解放山西干渠灌区 现状有效灌溉面积分别为 万亩和 万亩 徐家河水库是一座以灌溉、防洪为主 兼有发电、供水等综合效益的大()型水库 坝址以上流域面积 水库为多年调节水库 总库容为 亿 兴利库容 亿 死库容 亿 需水预测成果需水预测的口径和全国水资源综合规划的口径一致 分为生活、生产和生态环境需水 大类 需水预测采用定额法进行预测分析范围基准年、设计水平年总需水量(不含河道内生态环境需水)分别为 亿 和 亿 设计水平年生活、生产、生态环境需水分别为 亿、亿、亿 供需平衡分析 水资源供需平衡原则()各平衡片的用水分为城乡生活(含第三产业等)及生态、工业(含建筑业)、农业灌溉 类()供水工程有大中小型水库和塘堰等蓄水工程、引提水工程、地下水 地下水主要供水对象为少量的农村安全饮水和工业用水 地表水供水水源中优先使用塘坝和蓄水工程 然后是提水工程 其中的蓄水工程首先分片进行概化合并 概化成若干个“大水库”然后按照塘堰、小(二)型水库、小(一)型水库、中型水库、大型水库的顺序由小到大逐级平衡 生活工业需水主要由各片骨干工程供水()取自河道的引提水量按控制断面来水量、现有引提水能力和供水范围进行平衡 基准年水资源供需平衡成果经供需平衡分析 安陆市城市供水考虑徐家河水库进行供水后 对徐家河灌区的农业灌溉保证率和生活工业供水保证率影响不大 说明徐家河水库具备置换安陆市生活用水的条件 具体供需平衡分析成果见表 设计水平年水资源供需平衡设计水平年依据安陆市城乡供水一体化规划(年)、安陆市给水专项规划(年)、安陆市城市总体规划()等 并征求孝感市及安陆市市政、水利、城建等多部门意见综合确定规划年供水范围供水结构布局随着经济社会发展 设计水平年安陆市考虑大范围的城乡一体化 城市生活工业用水将增加 经计算 若仍以解放山水库为水源 生活工业用水将挤占农业用水 使农业灌溉保证率达不到标准 根据水源分析成果 徐家河水库水质和水量的保证程度较高 因此 待设计水平年解放山水库水质治理达标后 可由解放山水库、徐家河水库为安陆市城乡生活工业联合供水设计水平年供需分析范围生活工业总需水量为 万(扣除中水、地下水)优先采用解放山水库向安陆市供水 在恢复解放山水库上游洑水泵站后 在考虑退还被挤占的农业用水 经试算在满足解放山灌区农业灌溉保证率的条件下 可以满足安陆市 万 生活工业需水 除本已考虑表 基准年供需平衡成果表分片灌溉面积/万亩灌溉保证率生活保证率工业保证率生活工业需水量/亿 农业需水量/亿 生活工业供水量/亿 农业供水量/亿 生活工业缺水量/亿 农业缺水量/亿 解放山片 徐家河片 工程实践水利技术监督 年第 期在徐家河片供水的曾都区、广水市、孝昌县、云梦县乡镇供水外 安陆市城乡一体化后的城乡生活工业需水由徐家河水库供给 如图 所示()计算工况工况:安陆市城乡一体化后的城乡其他需水由解放山水库供给 先退还河道内生态基流 河道外供水优先满足生活、工业需水 然后再考虑农业工况:试算解放山片在满足保证农业灌溉保证率 的前提下能够满足的生活工业需水 剩余需求由徐家河水库供给()水资源供需平衡计算成果设计水平年在充分发挥现有供水工程的潜力对灌溉渠系和供水管网进行续建配套与节水改造并进一步提高水资源开发利用程度的基础上 首先满足河道内生态基流要求 河道外供水优生满足生活、工业需水 然后再考虑农业灌溉 以此进行水资源供需平衡经水资源供需平衡分析 设计水平年工况 解放山片农业灌溉保证率为 生活用水保证率为 工业用水保证率为 生活工业需水量 亿 农业需水量 亿 生活工业供水量 亿 农业供水量 亿 生活工业缺水量为 亿 农业缺水量为 亿 工况(推荐方案)解放山片农业灌溉保证率为 生活用水保证率为 工业用水保证率为 生活工业需水量 亿 农业需水量 亿 生活工业供水量 亿 农业供水量 亿 生活工业缺水量为 亿 农业缺水量为 亿 徐家河片农业灌溉保证率为 生活用水保证率 工业用水保证率为 生活工业需水量 亿 农业需水量 亿 生活工业供水量 亿 农业供水量 亿 生活工业缺水量为 亿 农业缺水量为 亿 解放山及徐家河片均能满足保证率要求 水资源供需平衡成果见表 图 安陆市城市供水水资源配置网络图表 设计水平年水资源供需平衡成果表工况分片灌溉面积/万亩灌溉保证率生活保证率工业证率生活工业需水量/亿 农业需水量/亿 生活工业供水量/亿 农业供水量/亿 生活工业缺水量/亿 农业缺水量/亿 工况 解放山片 工况(推荐方案)解放山片 徐家河片 结论本文主要研究了安陆市城市水源现状年从河道型水库到设计水平年调整为水质较好的大型水库为主 现状河道型水库为辅的情况下 结合供需平衡计算 分析了调整的原因 并从供水能力、水质条件情况 按照优水优用的思路 提出设计水平年合理高效水资源配置方案 对于城市水源为多个综合 年第 期水利技术监督工程实践利用的水库 且各水质有差别的城市供水方案有指导意义文章仅提出了设计保证率工况下的供水方案在丰水期和平水期 多水源供水需从水源水质、供水成本考虑合理的水资源配置方案 但未进行进一步分析参考文献 王浩 汪林.水资源配置理论与方法探讨.水利规划与设 计():.郑冬艳.珠江水资源的合理配置.人民珠江():.李娟 曹国良 常景坤.应城市城市供水水源方案研究.水利水电技术():.沈军 苟露 曾才茂.贵州省大江大河临近城市水资源优化配置分析.水利科学与寒区工程():.林莺 陆华理.南宁市城市供水水源规划探讨.水利水电技术():.艾合买提江艾木拉.阿克苏西大桥引水灌区水资源供需平衡分析.水利技术监督():.(上接第 页)所对应的径流值作为丰、平、枯水年的设计值 结果见表 表 典型年选取年径流量/万 参考年放大倍数 联合优化模型求解对于多目标优化模型 为简化模型求解过程采取主目标函数法 以电站发电量最大为主函数将水库调水量目标函数转化为约束条件 加入惩罚系数 将多目标优化模型转为单目标模型 采用遗传算法进行求解 参数设定为:初始种群数 变量个数 交叉概率 变异概率 丰、平、枯分别进行计算 计算结果见表 表 计算结果年份电站年发电量/()泵站年耗电量/()水库年调水量/丰水年 平水年 枯水年 模型计算结果验证了东山供水工程和泽城西安水电站联合运行的可行性 由模型结果可知 丰水年水库的泄水量一部分进入水电站 水轮机发电发电量足以供泵站耗能 且有富余 富余的电量可以用来售卖产生经济效益 平水年、枯水年水量有限 但在最优运行水位下 较丰水年发电量小 调节泵站调度方案 使其耗能变小 可以满足水电站向泵站供电 即更加经济节能表 最优水位表单位:年份 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月丰 平 枯 结论通过建立电站 水库 泵站联合优化多目标优化模型 结合东山供水工程和泽城西安水电站联合运行工程实例 采用遗传算法进行求解 确定了设计工况下两工程联合运行的最经济节能的方案 验证了联合运行的可行性 同时其调度方案为实际工程提供了参考参考文献 相子江.大型流域水电站水库群长期联合优化调度模型研究.陕西水利():.孔波 付少杰 黄强.大型复杂跨流域调水工程电站 水库 泵站群多目标优化调度.水资源保护 ():.胡秀成 王旭 徐天宇.金沙江中游梯级水电站联合优化调度实践.云南水力发电 ():.黄志鸿 董增川 周涛 等.浊漳河流域水库群多目标生态调度模型研究.水电能源科学 ():.高焕臣 王俊成.皮尔逊曲线拟合的完全程序化.海洋通报():.魏良良 丁祥 蔡甜 等.基于 神经网络与改进遗传算法的泵站优化调度.水电能源科学 ():.