引硫济金工程输水效率及水资源优化利用分析_胡铁军.pdf

DOI:10 19807/j cnki DXS 2023 03 041引硫济金工程输水效率及水资源优化利用分析胡铁军(甘肃省武威水文站，甘肃 武威 733000)摘要甘肃省金昌市人均年占有水资源量远低于全国和全省水平，是全国 108 个重点缺水城市之一和 13个资源型缺水城市之一，跨流域调水是缓解金昌市水资源供需矛盾的有效措施。引硫济金工程作为解决金昌市工业和城市生活用水的跨流域调水工程，有效调蓄调度利用水资源对满足金昌市水资源需求具有重要作用。本文对引硫济金输水工程沿线五个关键控制点用水组成和输水效率进行分析，采用水量平衡原理和数理统计的计算方法确定引硫济金工程综合输水效率，提出水资源优化利用相关措施。结果表明:引硫济金工程综合输水效率为 0 635，可通过加强对地表水、泉水、地下水及外调水等多种水源的联合运用、引导全社会节水并鼓励污水循环和重复利用、加强输水渠道的管理维护、减少跑冒滴漏及区间损失、调整产业结构和农业种植结构、规范水资源费征收管理等多种措施，提高用水效率对缓解金昌市水资源短缺矛盾十分重要。分析结论为金昌市水资源科学管理提供技术依据。关键词引硫济金工程;输水效率;水资源管理:金昌市中图分类号TU991文献标识码A文章编号1004 1184(2023)03 0119 04收稿日期2022 06 21基金项目甘肃省水利科学试验研究及技术推广项目计划(2021(71 号)作者简介胡铁军(1973 )，男，甘肃兰州人，高级工程师，主要从事水文水资源研究工作。Analysis of water transfer efficiency and optimal useof water resources in the Sulphur Diversion and Jinshan ProjectHU Tie jun(Wuwei Hydrological Station，Wuwei，Gansu Province 733000)Abstract:As one of the 108 key water scarce cities and one of the 13 resource based water scarce cities in China，inter basin water transfer is an effective measure to alleviate the contradiction between water supply and demand in JinchangCity，Gansu Province As an inter basin water transfer project for industrial and urban water supply in Jinchang，the SulphurDiversion Project plays an important role in meeting the water demand of Jinchang by effectively transferring and dispatchingwater resources This paper analyses the composition of water use and water transfer efficiency at five key control points alongthe sulphur and gold transfer project，uses the principle of water balance and mathematical and statistical calculation methodsto determine the comprehensive water transfer efficiency of the sulphur and gold transfer project，and proposes relevant meas-ures for the optimal use of water resources The results show that the comprehensive water transfer efficiency of the Sulphur Di-version Project is 0 635，and that various measures can be taken to strengthen the combined use of surface water，springs，groundwater and external water transfer，guide the whole society to save water and encourage the recycling and reuse of wastewater，strengthen the management and maintenance of water transfer channels，reduce run off and leakage and inter districtlosses，adjust the industrial structure and agricultural cultivation structure，and standardise the collection and management ofwater resource fees Improving water use efficiency is important to alleviate the contradiction of water shortage in Jinchang Theconclusions of the analysis provide a technical basis for the scientific management of water resources in JinchangKey words:Sulphur diversion project;Water transfer efficiency;Water resources management;Jinchang city0引言甘肃省金昌市位于石羊河水系西部，石羊河水系是内陆河流域中人口最密集、水资源开发利用程度最高、用水矛盾最突出、生态环境问题最严重的流域之一。金昌市属于大陆性干旱气候，受全球气候变暖、祁连山冰川雪线上移、上游水源涵养能力下降等因素影响，地表水资源量逐年减少，金昌市的供需水矛盾更加突出，缺水问题严重制约国家镍钴生产基地和国防工业的发展。引硫济金工程是解决甘肃省金昌市工业和城市生活用水的跨流域调水工程，也是“引大济西”工程的一期工程，规划用水指标近期 0 4 亿 m3，远期 2 5 亿m3。工程从青海省门源县境内的硫磺沟引水，穿越祁连山冷龙岭经小平羌沟，入西大河水库通过西金输水渠汇入金川峡水库供给金昌市区工业、城镇居民生活用水。引硫济金工程已经运营 18 年，虽经改造，但水流、风、水中的化学物质对渠道的防渗措施都有一定程度的破坏，渠道输水过程中因蒸发9112023 年 5 月第 45 卷第 3 期地下水Ground waterMay，2023Vol.45NO.3和渗漏存在部分水量损失1。引硫济金工程调水线路如图 1所示。如何有效调蓄调度利用水资源是金昌市重视的问题，本文提出了强化本地工程调蓄作用、污水回用、引导全社会节水、加强外流域调水管理等措施。图 1引硫济金工程调水线路图1水文气象概况金昌市干旱少雨，降水分布不均，祁连山区多年平均降水量在 400 mm 以上，浅山区在 200 400 之间，走廊平川区在 130 200 mm 之间。降水中心在海拔高于 4 200 m 的祁连山深山区冷龙岭，是最主要的降水产流区。降水年内分配极不均匀，多集中在 6 9 月，占全年降水量的 75%。多年平均年降水量 190 1 mm，多年平均水面蒸发量 1 209 5 mm。山区降水多，蒸发小，走廊平原区降水少，蒸发大，蒸发量远大于降水量，多年平均蒸发量达 1 300 2 600 mm。引硫济金工程沿线降水量、蒸发量沿高程变化情况见图 2。图 2降水量蒸发量沿高程变化过程图 3引硫济金工程沿线降水量与蒸发量变化情况点绘石羊河流域各站年蒸发量过程线如图 3 所示。从图中可以看出，各站年蒸发量存在整体减小的趋势，这和国内许多蒸发站观测资料一致性减小的趋势相对应。金川区干旱指数为 10 7，属极端干旱气候区。强烈的蒸发作用是导致金昌市干旱的主要因素之一。2金昌市水资源量情况金昌市平均年水资源量约 4 3 亿 m3，加上重复利用水量，全市可利用的水量仅为 5 1 亿 m3，人均年占有水资源量远低于全国和全省水平，是全国 108 个重点缺水城市之一和13 个资源型缺水城市之一，水资源严重短缺是制约金昌经济社会可持续发展和工业发展的瓶颈，金昌市区所在地无地表水和地下水资源，市区供水全靠东大河、西大河及皇城、西大河和金川峡三座中型水库调给。金昌市经济社会迅速发展，工农业需水量逐年增长，干旱少雨，水资源供需缺口逐年加大，使本来就很匮乏的水资源远远不能满足国民经济发展和人民群众生活的需要。从以上的统计分析情况也看出，金昌市水资源匮乏，且水资源地区分布不均，工农业用水矛盾非常突出，跨流域调水是解决金昌市缺水问题的根本途径。3引硫济金工程沿程输水效率分析国内外对水量(流量)渗漏损失分析比较多，包括河(渠)道、水库、湖泊等的渗漏损失分析，但从查阅到的资料来看，对引硫济金工程输水损失研究方面不多，且都为估算，缺乏实测数据的支撑。本研究遵循水量平衡原理，以引硫济金工程沿途水库、河道、输水渠实测水文资料为基础，对河(渠)道渗漏损失、河(渠)道水利用系数进行测算，输水损失包括渗水损失、漏水损失以及水面蒸发损失。依据每次实测流量资料，只计算前两种输水损失，蒸发损失未予考虑，同时对区间降水也不予考虑。输水渠是水利工程的重要设施之一，因多方面因素的影响，实际输水过程中的耗损率较大，影响着输水调度的效率。渠道水利用系数综合反映了渠道工作状况和渠道管理水平及渠道的利用率，也反应各区段输水过程中水的损失，是计划用水和科学输配水的重要科学依据之一。渠道的输水效率一般受到渠道防渗措施、渠床土壤特性、工程完好状况、渠道过水流量等的影响。引硫济金工程已经运营 17 a，虽经改造，但水流、风、水中的化学物质对渠道的防渗措施都有一定程度的破坏，渠道输水过程中因蒸发和渗漏存在部分水量损失。渠道渗漏是渠道输水损失的主要原因，正常养护情况下，防渗渠道使用年限越长，老化程度越严重，渠道渗水越大，渠道输水效率也越低3。此外，该工程全程存在多处汇水和分水问题，经过众多分水口，采用单一的流量影响了输水效率4。3 1引水口 西大河水库引硫济金工程引水口由引水枢纽和隧洞组成，引水枢纽主要建筑物有进水闸、泄冲闸、溢流坝。隧洞由混凝土浇筑而成，长 28 km，设计引水流量 7 5 m3/s，最大限制流量 19 5m3/s。隧洞内部有山体渗水补充，湿度较大，输水损失可作为零处理。隧洞出口 西大河水库段为平羌沟天然河道，径流主要依靠冰雪融化以汇流、渗出方式补充，加上区域内气温低，蒸发量较小，输水损失量较小。根据甘肃、青海两省联合开发硫磺沟水资源协议，工程设计年调水量为 0 4 亿 m3，实际硫磺沟 2003 2019 年多年平均引水量 0 26 亿 m3，低于设计标准。根据甘肃省水文站汇编刊印资料，2003 年引硫济金工程开始调水以来，西大河 2003 2019 年多年平均年径流量2 01亿 m3，扣除引硫济金水量后同期多年平均天然径流量1 76 亿 m3，则引硫济金工程 2003 2019 年引水量年均值为021第 45 卷第 3 期地下水2023 年 5 月0 25 亿 m3，与金昌市引硫济金管理局提供的硫磺沟口处引水量 0 26 亿 m3数据基本接近，说明硫磺沟口处多年平均引水量 0 26 亿 m3数据可靠。为了进一步验证该段的损失，在硫磺沟隧洞出口处和西大河水库入库口布设断面，测得流量为 3 18 m3/s 和 3 02 m3/s，得出此段输水效率为 0 95。3 2西大河水库 西金干渠渠首此段输水过程较复杂，先是西大河水库出库后从天然河道流至石梯子渠首，长度 11 km;渠首引水沿西大河总干渠、北干渠进入西金输水渠渠首，主要由混凝土砌成，长度 14km。根据西大河水库 2003 2018 年出库水量 1 94 亿 m3，沿途各渠首或分水口 2003 2018 年多年平均引水量 1 75亿 m3，按照出库水量和引水总量得出此段的输水效率为0 90。3 3西金干渠渠首 金川峡水文站西金输水渠 2003 2019 年多年平均引水量为 0 34 亿m3，设计年输水 0 5 亿 m3，含“引硫济金”水量 0 4 亿 m3、西大河水库向金川峡水库调水 0 1 亿 m3。多年平均输水量小于设计输水量。同时，部分年份输水量因西金干渠维修或防止大渠道输小流量等原因从其他渠道输水致年输水量小于上游引水量。分别在西金干渠渠首、西金干渠末端出口布设断面进行流量施测，测得西金干渠渠首流量为 3 16 m3/s，出口流量为 2 62 m3/s，经推算输水效率为 0 83，输水效率低的原因是输水线路较长且渠道使用年久、渠坡变形破损、渠底衬砌渗漏等所致2。同时用戴维斯 威尔逊公式、考斯加可夫经验公式和莫里兹公式进行验证，算得输水效率分别为0 843、0 877 和 0 912，这里采用实测成果 0 83。3 4金川峡水文站 金川峡水库过金川峡水文站断面经金川河或电站引水渠汇入金川峡水库，通过计算金川峡水库多年平均入库径流量与金川峡水文站多年平均径流量的比值，得到金川峡水文站至金川峡水库区间输水效率为 0 95。在金川峡水文站断面和金川峡水库入库口布设断面进行了流量施测，在分别为 6 66 m3/s 和6 39 m3/s，计算得出输水效率为 0 96，与总量比值一致，采用实测值。3 5金川峡水库 工农渠首金川峡水库调蓄出库后经金川河至迎山坡工农总干渠渠首，通过工农总干渠渠首处多年平均供水量与金川峡多年出库流量的比值计算出金川峡水库至工农总干渠渠首区间输水效率为 0 93。同时在金川峡水库出口处和工农渠首进行了流量施测，分别测得流量为 6 33 m3/s 和 5 88 m3/s，计算得出输水效率为 0 93。表 1引硫济金工程分段输水效率分析序号区段名称输水效率1硫磺沟 西大河水库0 952西大河水库至西金干渠渠首0 903西金干渠(渠首至金川峡水文站)0 834金川峡水文站至金川峡水库0 965金川峡水库至工农渠首0 93引硫济金工程综合输水效率0 6353 6综合输水效率根据水量平衡原理和数理统计方法，利用水文实测成果、水库出入库资料和各分水口水量进行沿程水量损失推导，得到引硫济金工程综合输水效率为 0 635，见表 1。输水损失超过引水量的 1/3，因此，如何进一步加强对地表水、泉水、地下水、外调水等多种水源的联合运用，提高用水效率，对缓解金昌市水资源短缺矛盾十分重要。4水资源优化利用分析水资源合理配置是人类可持续开发利用水资源的有效调控措施之一。金昌市和世界上许多国家和地区一样都面临水资源的优化配置问题，但自然界所能提供的可用水资源量却是有限的而且水资源的时空分布与需水量的时空要求不协调。水资源优化配置的目的是实现水资源的可持续利用，保证社会经济、资源、生态环境的协调发展。水资源优化配置的实质就是提高水资源的利用率，合理解决各地区、各行业及生态环境之间的竞争性用水问题。因此水资源优化配置要遵循可持续发展原则，实现生态效益、经济效益和社会效益的最优化。根据水法 确定水资源配置优先序为:充分满足城乡生活用水，保障稳定人工绿洲的基本生态用水，重点满足重点工业用水及一般工业的生产用水，公平保障农业基本用水。(1)加大跨流域调水的力度，是解决水资源供需矛盾的主要办法。金昌市是一个资源性缺水的城市，在跨流域调水中已建成了“引硫济金”工程。近期发挥“引硫济金”调水工程的作用，对缓解水资源短缺的矛盾十分重要。远期可考虑启动“引大济西”工程。(2)改善水资源供给条件，强化本地工程调蓄作用、引导全社会节水、加强外流域调水管理等工作，进一步缓解水资源供需矛盾，增加供水保障能力，稳定社会和工农业生产。要以落实最严格的水资源管理制度为基础，按照用水总量控制、用水效率控制、水功能区限制纳污“三条红线”要求，利用水文、河流径流变化、地下水位变化等摸清地表水和地下水的资源总量，建立石羊河流域水资源利用管理的量化指标体系，为更好促进水资源的优化配置、高效利用、全面节约、有效保护和科学管理提供科学依据。(3)污水回用对于金昌市水资源可持续利用具有重要的意义。水利部门应进一步加强对地表水、泉水、地下水、外调水等多种水源的联合运用，鼓励污水循环和重复利用，多次重复利用是水资源利用的主要方式，是提高用水效率的有效途径。(4)要强化对地下水恶化的防治措施，并加强输水渠道的管理维护，减少跑冒滴漏及区间损失，进一步提高输水效率。(5)要推进产业结构和农业种植结构不断调整，即压缩农业灌溉面积和用水比例，推广种植低耗水作物，扩大工业和三产用水比例，鼓励工业用水水权置换农业灌溉用水水权，提高单方水效益。推进节水型社会建设不断深入，为更多产业发展创造机会，促进新生产力布局和工业基地形成，缓和金昌市的用水压力，促进社会经济的可持续发展。(6)水资源费作为资源税费改革的重要方面，是促进水资源合理配置和产业结构优化调整的重要抓手。进一步规范水资源费征收管理，促进水资源的优化配置和节约保护，121第 45 卷第 3 期地下水2023 年 5 月实行最严格水资源管理制度，为金昌市经济社会发展提供水利支撑和保障具有重要意义。5结语(1)引硫济金工程开始段因有山体渗水补充，河道有冰雪融化以汇流、渗出方式补充，输水效率高，水量损失较小。中段西金干渠因输送距离较长且渠道年久老化，渠坡变形，渠底渗漏等因素影响，输水效率全程最低，仅为 0 83，下游末端因泉水溢出，损失小，综合以上计算分析结果，引硫济金工程全程输水效率为 0 635。(2)加大跨流域调水力度，强化本地工程调蓄作用;加强对地表水、泉水、地下水、外调水等多种水源的联合运用，引导全社会节水并鼓励污水循环和重复利用;加强输水渠道的管理维护，减少跑冒滴漏及区间损失;不断调整产业结构和农业种植结构、规范水资源费征收管理等，是解决水资源供需矛盾的主要办法，对金昌市水资源可持续利用具有指导意义。参考文献 1柴兆明 引硫济金工程发挥引水效益保障金昌供水J 中国水利 2013(5):61 62 2缑斌 引硫济金工程地质条件及勘察J 甘肃水利水电技术2008(6):427 429 3郑世宗，贾宏伟，崔远来 渠道输水效率影响因素及其规律J灌溉排水学报 2013 32(6):77 79，83 4李栋 引黄济青工程输水效率影响因素分析及优化措施介绍J 建材发展导向 2020(15):40 5赵然杭，邱婷，王好芳，等 基于 Mike11 的引黄济青工程输水效率确定J 水电能源科学 2021(9):54 57 6孙杰豪 胶东调水工程输水效率与水资源优化调度研究D 济南:山东大学 2020(上接第 111 页)管理需全面落实。基层水利科技人才缺乏，与现代水利发展的要求尚有一定差距。目前虽然已明确水行政事务的统一管理，但“水务一体化”仍处于摸索阶段，水务体制机制有待进一步完善。水务设施重建轻管的现象依然存在，建设管理水平有待进一步提高。4水安全保障目标与总体布局4 1水安全保障目标立足吉木萨尔县实际，着眼长远，以维护社会稳定和实现长治久安，满足各族人民日益增长的美好生活需求为目标，着眼于水利改革发展中不平衡不充分的矛盾和问题，着眼于供给侧结构性改革和高质量发展对水利基础设施网络建设需求，着眼于生态文明建设对水治理体系和治理能力建设需求，突出水利规划理念创新、水利发展战略创新、水生态保护路径创新，全面提升水安全保障能力，谋划吉木萨尔县“十四五”水安全保障发展布局。通过水安全保障规划的实施，节水型社会初步建立，水利设施能力和标准大幅提高，防洪抗旱减灾能力及水生态保护和修复能力进一步提高，城乡供水保障能力和应急抗旱能力明显增强，城乡饮水安全得到全面保障，水利基本公共服务均等化水平显著提高，初步建成现代水治理体系。2025 年，用水总量控制在 2 53 亿 m3以内;万元工业增加值用水量控制在 31 m3以下，农田灌溉水利用系数提高到0 61;新增水土流失综合治理面积 135 41 km2。地下水超采得到严格控制，超采区得到有效治理，地下水开采量压减0 47亿 m3，控制在 0 62 亿 m3以内;水资源论证、取水许可全部实施用水定额管理;城镇居民生活用水实行阶梯水价制度;中小河流重要河段防洪标准达到 10 20 a 一遇;农村自来水普及率达到 100%，农村集中供水率达到 95%以上，水质达标率和供水保障程度进一步提高。4 2总体布局根据吉木萨尔县的社会经济及生态环境空间格局，本规划拟定了“1+3”的空间规划布局，即一个县城(吉木萨尔镇)和三个分区(南部山区、东部分区、北部分区)。按照“以水定城、以水定地、以水定人、以水定产”的原则，把水资源作为最大的刚性约束，科学配置和调整水资源利用格局，以有效保障经济社会高质量发展和人民群众高品质为出发点，因地制宜，分区分类，拟定吉木萨尔县水安全保障空间发展布局。县城规划重点是提升县城居民生活及工业园区的用水保障、水源地的环境治理、工业及生活节水减污、打造生态水网等涉水事务，突出水系建设及“还水于民”的亲水性提升。南部山区包两镇一乡，即泉子街镇、大有镇和新地乡。该区城镇化水平中等，工业产业少，无规模以上工业企业，社会经济以一产为主。该区以提升水源保障能力、生态修复和水源涵养保护为主，重点开展山区控制性水源工程建设、生态清洁小流域建设、水源地保护、农业节水工程。东部分区包括两镇，即二工镇和北庭镇。该区城镇化水平和工业化程度相对较高，社会经济的快速发展带来的是地下水的严重超采。该区的规划重点是退地减水、工业节水、灌区续建配套与节水改造、灌区现代化建设。西部分区包括两乡一镇，即老台乡、庆阳湖乡和三台镇。该区城镇化水平较低，工业化程度中等，有一个工业园区位于此区。该区的规划重点是开展生态清洁小流域建设、水源地保护、退地减水、工业节水、灌区续建配套与节水改造、灌区现代化建设。空间布局中的各类规划对象均存在水安全、水生态、水环境、水监管等“六水”工作任务，但各有侧重。山区重点是控制性水源工程建设、植被建设和水源涵养;灌区重点解决水资源过度开发问题、农村水环境等生态问题、农业节水问题、用水计量监测等水监管问题;城区重点改善水景观、强化节水等水监管工作，大力开展市民水情教育。参考文献 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