北京市水资源综合调配问题思考（李会安,万超,王萍）

摘要：北京市水资源严重短缺, 水环境问题突出。实行地表水、地下水、外来水与再生水的综合调配和高效利用, 达到供给约束条件下的水量供需平衡, 是北京水务发展的必然选择。在分析北京市水资源综合调配特点的基础上, 提出了水资源综合调配的基本思路, 分析了水资源综合调配的几个关健问题。

关键词：水资源 综合调配 北京市

中图分类号：TV213.9 文献标识码：A 文章编号：1673-4637（2006）02-0024-03

1 北京市水资源综合调配的必然性

北京市属资源性缺水地区, 人均水资源量不足300m3, 是全国人均的1/8, 世界人均的1/30。自20世纪60年代以来, 北京市曾多次发生水危机, 尤其是90年代后期以来, 遭遇连续多年干早, 供水危机进一步加重。由于地表可供水量减少, 北京市地下水超采严重。根据水资源公报, 2003年末与1980年末相比, 北京市平原区地下水位下降11.09m, 地下水储量减少56.78亿m3, 埋深大于10m的地下水严重下降区面积达4108km2, 尤其是在漏斗区, 地下水位埋深达20m以上。地下水的超采不仅使地下水储量急剧下降, 而且在局部地区还引发了地下水质恶化、地面沉降等环境问题。由于地表、地下水的过度开发, 河道基流锐减, 最小生态流量难以保证, 一些河段甚至常年干涸, 自然生态受到破坏, 即使有水的河道大多也污染严重, 造成有河多干、有水多污的现象。但另一方面, 一些非常规水源的开发还有较大潜力, 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开发, 不仅可在一定程度上缓解北京市水资源紧缺的局面, 提高水资源综合利用率, 而且可以减轻北京市洪涝灾害, 改善河道水环境。

因此, 解决北京市的水资源问题, 一方面要开源节流, 在加强节约用水、充分挖掘内部潜力的同时,广开各种水源, 包括常规水源和非常规水源, 实施跨流域和跨区域调水, 增加有效供给, 尽可能弥补资源性缺水的先天不足另一方面要加强水资源综合调配,在供水有限的条件下, 综合考虑各种用水需求, 通过采取工程、技术、经济、法律、行政等多种手段, 优化多水源的配置, 充分发挥水资源的综合利用效益。

目前南水北调中线工程己经开工建设, 按照规划,2010年实现引长江水进京的目标, 这为解决北京市水资源供需矛盾提供了强有力的水源保障。但是, 南水北调工程通水后, 北京市水资源管理面临的首要问题就是如何将南水北调水和北京市的其他水源有机结合,保证水资源的有效利用。另外, 从推行两个转变、实现循环水务来讲, 强化水资源的综合管理, 以新的治水理念为指导, 通过水资源的综合调配, 实现当地水与外来水、地表水与地下水、清洁水源与再生水源、枯季降水与雨洪水的合理配置和高效利用, 从而达到供给约束条件下的水资源供需平衡, 将是今后水务工作发展的必然选择。

2 北京市水资源综合调配的特点

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还有少比例的再生水。据2003年供水统计, 在35.8亿m3总供水量中, 地表水为8.33亿m3, 占总供水的23%；地下水为25.42亿m3, 占71%；再生水为2.05亿m3,占6%。到2010年长江水进京后, 实现年调水10亿m3, 外流域调水将成为北京市的又一主要水源。同时, 按照规划, 到2010年北京市再生水利用量将达到6亿m3左右。届时, 所有这些水源都必须纳入北京市水资源综合调配的范畴。因此, 地表水、地下水、外调水和再生水等多水源统一配置是北京市水资源综合调配的一个特点。

2.2 多用户

水资源的调配必须考虑各用户的用水需求, 是在综合考虑各类用户对水量、水质要求的基础上对各种水源的再分配。北京市的水资源综合调配不仅要考虑不同区域工业、农业、人民生活等用水需求, 而且从建设宜居城市、提高人民生活质量出发, 还必须考虑各类环境和地下水回灌等用水需求。

2.3 系统结构复杂

经过多年来大规模的水利建设工作, 北京市已形成了覆盖全市的相对完善的地表地下水源和供水工程体系。目前北京市地下供水工程除城区8处地下水水厂外, 还有分布在各大企业的自备水井和郊区城镇集中供水厂。近几年为了缓解供水紧张局面, 又建设了平谷、怀柔、马坊等应急备用水源工程。在地表供水工程中, 目前主要依靠永定河和潮白河两大供水体系。随着京密引水渠、永定河引水渠、白河堡补水工程以及东水西调工程的建设, 两大供水系统已实现了水力连通。同时, 在两大供水体系中包含若干大中小型水库工程, 仅计划纳人联合调配的大、中型水库就有座。这些水库既有并联关系, 又有串联关系, 一些不同水系间的水库还可以通过人工输水工程实现水量补偿, 在综合调配时既要考虑地表水和地下水间的相互调配, 又要考虑地表不同水源、不同水系间的相互调节, 同时还要考虑同一水系上各水库间的相互补偿。所以, 这些工程一方面为实现北京市水资源综合调配提供了基础设施保障, 另一方面其复杂的水力联系和结构布局又增加了综合调配的难度和复杂性。

2.4 供水保证率要求高, 供需矛盾突出

随着北京市经济社会的快速发展和向国际化大都市的迈进, 水资源的供需矛盾愈加尖锐, 水资源紧缺已成为制约北京市发展的第一瓶颈。但另一方面, 作为我国政治、经济和文化的中心, 北京市的供水问题有其特殊的重要性, 城市生活和工业用水比重大, 供水保证率要求高。据2003年统计, 北京市总用水量中, 生活用水占36%, 工业用水占23%, 而这两类用水要求保证率都在95%以上, 无形中增加了北京市水资源综合调配的难度, 加重了调配的任务。

3 北京市水资源综合调配的思路

北京市水资源综合调配是一个大城市复杂供水系统多水源多目标的联合配置问题, 依靠传统的模拟或优化方法难以解决, 指望一个模型来解决问题也是不切实际的。对此, 可按照“ 设计调配方案一进行方案模拟一评价模拟效果一调整完善方案一决策实施方案”的思路, 通过建立针对不同问题的一组模拟模型, 根据不同阶段的问题分别采用不同的模型, 分层次模拟问题解决方案, 并在模拟模型中镶嵌自动或人工辨识反馈结构, 使模拟模型的开环结构变为闭环结构, 增加模拟模型的优化功能, 从而实现对复杂供水系统多水资源的联合调配。

4 实施水资源综合调配的几个关键问题

根据上述水资源综合调配的思路, 在对北京市水资源进行综合调配时应首先解决以下几个关键问题。

4.1 来水预侧问题

科学预测来水量, 合理确定可供综合调配的水资源总量是水资源综合调配的基础。北京市主要供水水源包括官厅、密云两大水库系统来水、平原地区地下水、南水北调来水和再生水等。平原地区地下水的可开采量多年平均变化不大南水北调来水主要受国家南水北调分水计划的影响再生水与城市生活和工业用水以及污水回用率有关, 在一定阶段其变化也是可控制的唯有官厅、密云两大水库系统来水与气候、下垫面条件和上游用水密切相关, 受自然因素影响较大。因此, 合理预测官厅、密云两大水库系统来水是北京市来水预测的重点。

目前对于水源地的产汇流预测多采用分布式水文模型, 即根据气候、下垫面等将水源地分为若干个分区, 按照每个分区的特点分别建立相应的产流模型,分别预测各分区的产流, 最后再对各分区进行汇流计算。分布式水文模型解决了大面积上产汇流特性的空间变异性问题, 可以提高大面积上水文预测的精度。但是, 如果用于模型率定的样本环境与预测环境差别较大, 也将会降低预测的精度。所以, 开发具有自学习、自跟踪功能, 能够根据下垫面条件变化自动调整模型参数的分布式水文模型, 将能较好地解决由于下垫面条件变化所带来的产汇流特性的时间和空间变异问题, 提高模型预测的精度。这同时也需要完善的水文数据监测和采集系统来保障。另一方面, 由于官厅、密云两大水库系统上游大部分水源地属外省区, 其用水的变化直接影响水库的来水, 因此, 在来水预测中必须考虑上游用水因素。

4.2 用水需求预测和合理控制问题

合理预测不同地区、不同类型用户的用水需求是北京市水资源综合调配的另一个基础。虽然在水资源短缺地区, 以供定需是水资源开发利用的基本原则,但这并不意味着不需要考虑用水户的需求, 而正是要统筹各用户的用水需求, 通过合理配置有限的可用水量, 最终实现供给约束条件下的水量供需平衡。

合理预测用水需求不是根据历史用水资料简单地预测用户用水量的自然变化, 而是在用户历史用水资料分析的基础上, 根据社会经济发展水平和水资源供求形势, 充分考虑节水需求和节水可行性, 在对用户用水需求加以有效管理的条件下, 对用户合理的用水需求进行预测。因此, 对于处于经济发展期的北京市,如果仅通过系列分析法来预测用水需求, 其预测结果必然不切实际, 也难以得到满足。必须借鉴国际上发展中大城市的用水发展趋势和管理经验, 结合北京市的实际, 通过开展综合资源规划和需求方管理技术,在加强用水需求管理的基础上, 分析北京市不同阶段用水水平和节水潜力, 合理确定不同类型用水户的用水定额, 科学预测用水需求。

4.3 不同水源的开发利用和配水原则

北京市水源包括地表水、地下水、外来水、再生水等, 这几种水源按照什么原则来利用, 在不同情况下或不同的阶段这几种水源有什么样的开发利用次序,在供给严重不足的条件下, 应该遵循什么样的分水原则等, 这些都是实施水资源综合调配必须首先解决的问题。

对北京市来讲, 在水资源严重短缺的条件下, 首先应保证人民生活用水, 其次是工业, 然后是农业和生态环境用水。但所优先保障的不是用户的全部用水需求, 而应是基本用水需求。在保证基本用水需求的基础上, 再根据剩余供水能力, 按照一定的原则进行水量的二次分配。

从北京市水资源可持续利用和水环境改善来考虑,在现阶段由于水资源极其短缺, 地下水严重超采, 首先应尽可能地利用再生水, 以提高水资源的重复利用率, 改善河道水环境其次应充分利用外来水, 以补充当地水源之不足对于当地地表水和地下水, 应在利用主要调节水库适当预留备用库容的条件下, 首先开发利用地表水包括雨洪水, 尽可能减少地下水开采, 并通过地下水人工回灌, 促进地下水储量的恢复。当地下水资源恢复到一定程度后, 应按照经济、合理、效率、公平的原则, 对水资源进行综合调配, 使各种水源得到有效合理的利用, 同时又使水环境得到良性循环, 实现水资源的可持续利用。

4.4 基础设施和技术保障问题

水资源综合调配是一项极其复杂的系统工程, 需要完善的基础设施和现代化的技术作保障。主要表现在①水资源供需预测需要完善的信息采集和数据处理传输设施, 尤其是水文预报需要实时地了解气象和水文信息, 并迅速地将数据传送到处理分析中心②水量的调配需要必要的控制工程作保障。没有工程,再合理的方案也无法实现。③水资源综合调配方案的设计需要综合考虑多方面的因素, 需要处理大量的数据和信息。必须依靠现代化的计算机技术和系统工程理论, 建立水资源调配决策支持系统, 利用模拟仿真技术, 通过在计算机上对多种情景和若干方案的模拟仿真, 分析评价各种方案实施后的效果和可能出现的问题, 选择合理的实施方案。这就需要系统分析技术、系统模拟仿真技术、系统决策技术等来支持④调配方案实施过程中, 需要实时地监控水利工程的运行状况, 及时发现方案实施中的新情况和新问题, 以便对方案进行及时的调整或拟定新的调配方案, 这就需要有工程监控乃至远程控制设施。目前北京市正在进行的水利信息化建设可为北京市水资源综合调配提供基础设施保障。

4.5 政策保障问题

水作为基础性资源, 蕴含着极大的经济使用价值。水资源的综合调配表面上是对区域水资源的分配, 实质上是对水的开发利用效益在用户间的再分配, 包含着一定的经济效益转移问题, 尤其是在水资源匾乏的干旱地区, 水资源的综合调配往往会引发较大的利益冲突。因此, 水资源的综合调配不仅需要工程的、行政的、技术的保障措施, 而且需要政策和法律的保障措施, 需要制定相关的经济补偿、水权转让政策, 必要时可以通过法律法规的形式, 制定有关措施, 以保障水资源综合调配的实施。

作者简介：李会安（1963-）, 男, 高级工程师（教授级）。

来源：《北京水务》2006.2