摘要：北京市水資源嚴(yán)重短缺,水環(huán)境問(wèn)題突出。實(shí)行地表水、地下水、外來(lái)水與再生水的綜合調(diào)配和高效利用,達(dá)到供給約束條件下的水量供需平衡,是北京水務(wù)發(fā)展的必然選擇。在分析北京市水資源綜合調(diào)配特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,提出了水資源綜合調(diào)配的基本思路,分析了水資源綜合調(diào)配的幾個(gè)關(guān)健問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：水資源綜合調(diào)配北京市

中圖分類(lèi)號(hào)：TV213.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1673-4637（2006）02-0024-03

1北京市水資源綜合調(diào)配的必然性

北京市屬資源性缺水地區(qū),人均水資源量不足300m3,是全國(guó)人均的1/8,世界人均的1/30。自20世紀(jì)60年代以來(lái),北京市曾多次發(fā)生水危機(jī),尤其是90年代后期以來(lái),遭遇連續(xù)多年干早,供水危機(jī)進(jìn)一步加重。由于地表可供水量減少,北京市地下水超采嚴(yán)重。根據(jù)水資源公報(bào),2003年末與1980年末相比,北京市平原區(qū)地下水位下降11.09m,地下水儲(chǔ)量減少56.78億m3,埋深大于10m的地下水嚴(yán)重下降區(qū)面積達(dá)4108km2,尤其是在漏斗區(qū),地下水位埋深達(dá)20m以上。地下水的超采不僅使地下水儲(chǔ)量急劇下降,而且在局部地區(qū)還引發(fā)了地下水質(zhì)惡化、地面沉降等環(huán)境問(wèn)題。由于地表、地下水的過(guò)度開(kāi)發(fā),河道基流銳減,最小生態(tài)流量難以保證,一些河段甚至常年干涸,自然生態(tài)受到破壞,即使有水的河道大多也污染嚴(yán)重,造成有河多干、有水多污的現(xiàn)象。但另一方面,一些非常規(guī)水源的開(kāi)發(fā)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(kāi)發(fā),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(zāi)害,改善河道水環(huán)境。

因此,解決北京市的水資源問(wèn)題,一方面要開(kāi)源節(jié)流,在加強(qiáng)節(jié)約用水、充分挖掘內(nèi)部潛力的同時(shí),廣開(kāi)各種水源,包括常規(guī)水源和非常規(guī)水源,實(shí)施跨流域和跨區(qū)域調(diào)水,增加有效供給,盡可能彌補(bǔ)資源性缺水的先天不足另一方面要加強(qiáng)水資源綜合調(diào)配,在供水有限的條件下,綜合考慮各種用水需求,通過(guò)采取工程、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、法律、行政等多種手段,優(yōu)化多水源的配置,充分發(fā)揮水資源的綜合利用效益。

目前南水北調(diào)中線(xiàn)工程己經(jīng)開(kāi)工建設(shè),按照規(guī)劃,2010年實(shí)現(xiàn)引長(zhǎng)江水進(jìn)京的目標(biāo),這為解決北京市水資源供需矛盾提供了強(qiáng)有力的水源保障。但是,南水北調(diào)工程通水后,北京市水資源管理面臨的首要問(wèn)題就是如何將南水北調(diào)水和北京市的其他水源有機(jī)結(jié)合,保證水資源的有效利用。另外,從推行兩個(gè)轉(zhuǎn)變、實(shí)現(xiàn)循環(huán)水務(wù)來(lái)講,強(qiáng)化水資源的綜合管理,以新的治水理念為指導(dǎo),通過(guò)水資源的綜合調(diào)配,實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)厮c外來(lái)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(dá)到供給約束條件下的水資源供需平衡,將是今后水務(wù)工作發(fā)展的必然選擇。

2北京市水資源綜合調(diào)配的特點(diǎn)

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(jù)2003年供水統(tǒng)計(jì),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(zhǎng)江水進(jìn)京后,實(shí)現(xiàn)年調(diào)水10億m3,外流域調(diào)水將成為北京市的又一主要水源。同時(shí),按照規(guī)劃,到2010年北京市再生水利用量將達(dá)到6億m3左右。屆時(shí),所有這些水源都必須納入北京市水資源綜合調(diào)配的范疇。因此,地表水、地下水、外調(diào)水和再生水等多水源統(tǒng)一配置是北京市水資源綜合調(diào)配的一個(gè)特點(diǎn)。

2.2多用戶(hù)

水資源的調(diào)配必須考慮各用戶(hù)的用水需求,是在綜合考慮各類(lèi)用戶(hù)對(duì)水量、水質(zhì)要求的基礎(chǔ)上對(duì)各種水源的再分配。北京市的水資源綜合調(diào)配不僅要考慮不同區(qū)域工業(yè)、農(nóng)業(yè)、人民生活等用水需求,而且從建設(shè)宜居城市、提高人民生活質(zhì)量出發(fā),還必須考慮各類(lèi)環(huán)境和地下水回灌等用水需求。

2.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜

經(jīng)過(guò)多年來(lái)大規(guī)模的水利建設(shè)工作,北京市已形成了覆蓋全市的相對(duì)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(qū)8處地下水水廠外,還有分布在各大企業(yè)的自備水井和郊區(qū)城鎮(zhèn)集中供水廠。近幾年為了緩解供水緊張局面,又建設(shè)了平谷、懷柔、馬坊等應(yīng)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(bǔ)水工程以及東水西調(diào)工程的建設(shè),兩大供水系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)了水力連通。同時(shí),在兩大供水體系中包含若干大中小型水庫(kù)工程,僅計(jì)劃納人聯(lián)合調(diào)配的大、中型水庫(kù)就有座。這些水庫(kù)既有并聯(lián)關(guān)系,又有串聯(lián)關(guān)系,一些不同水系間的水庫(kù)還可以通過(guò)人工輸水工程實(shí)現(xiàn)水量補(bǔ)償,在綜合調(diào)配時(shí)既要考慮地表水和地下水間的相互調(diào)配,又要考慮地表不同水源、不同水系間的相互調(diào)節(jié),同時(shí)還要考慮同一水系上各水庫(kù)間的相互補(bǔ)償。所以,這些工程一方面為實(shí)現(xiàn)北京市水資源綜合調(diào)配提供了基礎(chǔ)設(shè)施保障,另一方面其復(fù)雜的水力聯(lián)系和結(jié)構(gòu)布局又增加了綜合調(diào)配的難度和復(fù)雜性。

2.4供水保證率要求高,供需矛盾突出

隨著北京市經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和向國(guó)際化大都市的邁進(jìn),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(fā)展的第一瓶頸。但另一方面,作為我國(guó)政治、經(jīng)濟(jì)和文化的中心,北京市的供水問(wèn)題有其特殊的重要性,城市生活和工業(yè)用水比重大,供水保證率要求高。據(jù)2003年統(tǒng)計(jì),北京市總用水量中,生活用水占36%,工業(yè)用水占23%,而這兩類(lèi)用水要求保證率都在95%以上,無(wú)形中增加了北京市水資源綜合調(diào)配的難度,加重了調(diào)配的任務(wù)。

3北京市水資源綜合調(diào)配的思路

北京市水資源綜合調(diào)配是一個(gè)大城市復(fù)雜供水系統(tǒng)多水源多目標(biāo)的聯(lián)合配置問(wèn)題,依靠傳統(tǒng)的模擬或優(yōu)化方法難以解決,指望一個(gè)模型來(lái)解決問(wèn)題也是不切實(shí)際的。對(duì)此,可按照“設(shè)計(jì)調(diào)配方案一進(jìn)行方案模擬一評(píng)價(jià)模擬效果一調(diào)整完善方案一決策實(shí)施方案”的思路,通過(guò)建立針對(duì)不同問(wèn)題的一組模擬模型,根據(jù)不同階段的問(wèn)題分別采用不同的模型,分層次模擬問(wèn)題解決方案,并在模擬模型中鑲嵌自動(dòng)或人工辨識(shí)反饋結(jié)構(gòu),使模擬模型的開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu)變?yōu)殚]環(huán)結(jié)構(gòu),增加模擬模型的優(yōu)化功能,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜供水系統(tǒng)多水資源的聯(lián)合調(diào)配。

4實(shí)施水資源綜合調(diào)配的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題

根據(jù)上述水資源綜合調(diào)配的思路,在對(duì)北京市水資源進(jìn)行綜合調(diào)配時(shí)應(yīng)首先解決以下幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

4.1來(lái)水預(yù)側(cè)問(wèn)題

科學(xué)預(yù)測(cè)來(lái)水量,合理確定可供綜合調(diào)配的水資源總量是水資源綜合調(diào)配的基矗北京市主要供水水源包括官?gòu)d、密云兩大水庫(kù)系統(tǒng)來(lái)水、平原地區(qū)地下水、南水北調(diào)來(lái)水和再生水等。平原地區(qū)地下水的可開(kāi)采量多年平均變化不大南水北調(diào)來(lái)水主要受?chē)?guó)家南水北調(diào)分水計(jì)劃的影響再生水與城市生活和工業(yè)用水以及污水回用率有關(guān),在一定階段其變化也是可控制的唯有官?gòu)d、密云兩大水庫(kù)系統(tǒng)來(lái)水與氣候、下墊面條件和上游用水密切相關(guān),受自然因素影響較大。因此,合理預(yù)測(cè)官?gòu)d、密云兩大水庫(kù)系統(tǒng)來(lái)水是北京市來(lái)水預(yù)測(cè)的重點(diǎn)。

目前對(duì)于水源地的產(chǎn)匯流預(yù)測(cè)多采用分布式水文模型,即根據(jù)氣候、下墊面等將水源地分為若干個(gè)分區(qū),按照每個(gè)分區(qū)的特點(diǎn)分別建立相應(yīng)的產(chǎn)流模型,分別預(yù)測(cè)各分區(qū)的產(chǎn)流,最后再對(duì)各分區(qū)進(jìn)行匯流計(jì)算。分布式水文模型解決了大面積上產(chǎn)匯流特性的空間變異性問(wèn)題,可以提高大面積上水文預(yù)測(cè)的精度。但是,如果用于模型率定的樣本環(huán)境與預(yù)測(cè)環(huán)境差別較大,也將會(huì)降低預(yù)測(cè)的精度。所以,開(kāi)發(fā)具有自學(xué)習(xí)、自跟蹤功能,能夠根據(jù)下墊面條件變化自動(dòng)調(diào)整模型參數(shù)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(lái)的產(chǎn)匯流特性的時(shí)間和空間變異問(wèn)題,提高模型預(yù)測(cè)的精度。這同時(shí)也需要完善的水文數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和采集系統(tǒng)來(lái)保障。另一方面,由于官?gòu)d、密云兩大水庫(kù)系統(tǒng)上游大部分水源地屬外省區(qū),其用水的變化直接影響水庫(kù)的來(lái)水,因此,在來(lái)水預(yù)測(cè)中必須考慮上游用水因素。

4.2用水需求預(yù)測(cè)和合理控制問(wèn)題

合理預(yù)測(cè)不同地區(qū)、不同類(lèi)型用戶(hù)的用水需求是北京市水資源綜合調(diào)配的另一個(gè)基矗雖然在水資源短缺地區(qū),以供定需是水資源開(kāi)發(fā)利用的基本原則,但這并不意味著不需要考慮用水戶(hù)的需求,而正是要統(tǒng)籌各用戶(hù)的用水需求,通過(guò)合理配置有限的可用水量,最終實(shí)現(xiàn)供給約束條件下的水量供需平衡。

合理預(yù)測(cè)用水需求不是根據(jù)歷史用水資料簡(jiǎn)單地預(yù)測(cè)用戶(hù)用水量的自然變化,而是在用戶(hù)歷史用水資料分析的基礎(chǔ)上,根據(jù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和水資源供求形勢(shì),充分考慮節(jié)水需求和節(jié)水可行性,在對(duì)用戶(hù)用水需求加以有效管理的條件下,對(duì)用戶(hù)合理的用水需求進(jìn)行預(yù)測(cè)。因此,對(duì)于處于經(jīng)濟(jì)發(fā)展期的北京市,如果僅通過(guò)系列分析法來(lái)預(yù)測(cè)用水需求,其預(yù)測(cè)結(jié)果必然不切實(shí)際,也難以得到滿(mǎn)足。必須借鑒國(guó)際上發(fā)展中大城市的用水發(fā)展趨勢(shì)和管理經(jīng)驗(yàn),結(jié)合北京市的實(shí)際,通過(guò)開(kāi)展綜合資源規(guī)劃和需求方管理技術(shù),在加強(qiáng)用水需求管理的基礎(chǔ)上,分析北京市不同階段用水水平和節(jié)水潛力,合理確定不同類(lèi)型用水戶(hù)的用水定額,科學(xué)預(yù)測(cè)用水需求。

4.3不同水源的開(kāi)發(fā)利用和配水原則

北京市水源包括地表水、地下水、外來(lái)水、再生水等,這幾種水源按照什么原則來(lái)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(kāi)發(fā)利用次序,在供給嚴(yán)重不足的條件下,應(yīng)該遵循什么樣的分水原則等,這些都是實(shí)施水資源綜合調(diào)配必須首先解決的問(wèn)題。

對(duì)北京市來(lái)講,在水資源嚴(yán)重短缺的條件下,首先應(yīng)保證人民生活用水,其次是工業(yè),然后是農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境用水。但所優(yōu)先保障的不是用戶(hù)的全部用水需求,而應(yīng)是基本用水需求。在保證基本用水需求的基礎(chǔ)上,再根據(jù)剩余供水能力,按照一定的原則進(jìn)行水量的二次分配。

從北京市水資源可持續(xù)利用和水環(huán)境改善來(lái)考慮,在現(xiàn)階段由于水資源極其短缺,地下水嚴(yán)重超采,首先應(yīng)盡可能地利用再生水,以提高水資源的重復(fù)利用率,改善河道水環(huán)境其次應(yīng)充分利用外來(lái)水,以補(bǔ)充當(dāng)?shù)厮粗蛔銓?duì)于當(dāng)?shù)氐乇硭偷叵滤?應(yīng)在利用主要調(diào)節(jié)水庫(kù)適當(dāng)預(yù)留備用庫(kù)容的條件下,首先開(kāi)發(fā)利用地表水包括雨洪水,盡可能減少地下水開(kāi)采,并通過(guò)地下水人工回灌,促進(jìn)地下水儲(chǔ)量的恢復(fù)。當(dāng)?shù)叵滤Y源恢復(fù)到一定程度后,應(yīng)按照經(jīng)濟(jì)、合理、效率、公平的原則,對(duì)水資源進(jìn)行綜合調(diào)配,使各種水源得到有效合理的利用,同時(shí)又使水環(huán)境得到良性循環(huán),實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用。

4.4基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)保障問(wèn)題

水資源綜合調(diào)配是一項(xiàng)極其復(fù)雜的系統(tǒng)工程,需要完善的基礎(chǔ)設(shè)施和現(xiàn)代化的技術(shù)作保障。主要表現(xiàn)在①水資源供需預(yù)測(cè)需要完善的信息采集和數(shù)據(jù)處理傳輸設(shè)施,尤其是水文預(yù)報(bào)需要實(shí)時(shí)地了解氣象和水文信息,并迅速地將數(shù)據(jù)傳送到處理分析中心②水量的調(diào)配需要必要的控制工程作保障。沒(méi)有工程,再合理的方案也無(wú)法實(shí)現(xiàn)。③水資源綜合調(diào)配方案的設(shè)計(jì)需要綜合考慮多方面的因素,需要處理大量的數(shù)據(jù)和信息。必須依靠現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)技術(shù)和系統(tǒng)工程理論,建立水資源調(diào)配決策支持系統(tǒng),利用模擬仿真技術(shù),通過(guò)在計(jì)算機(jī)上對(duì)多種情景和若干方案的模擬仿真,分析評(píng)價(jià)各種方案實(shí)施后的效果和可能出現(xiàn)的問(wèn)題,選擇合理的實(shí)施方案。這就需要系統(tǒng)分析技術(shù)、系統(tǒng)模擬仿真技術(shù)、系統(tǒng)決策技術(shù)等來(lái)支持④調(diào)配方案實(shí)施過(guò)程中,需要實(shí)時(shí)地監(jiān)控水利工程的運(yùn)行狀況,及時(shí)發(fā)現(xiàn)方案實(shí)施中的新情況和新問(wèn)題,以便對(duì)方案進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整或擬定新的調(diào)配方案,這就需要有工程監(jiān)控乃至遠(yuǎn)程控制設(shè)施。目前北京市正在進(jìn)行的水利信息化建設(shè)可為北京市水資源綜合調(diào)配提供基礎(chǔ)設(shè)施保障。

4.5政策保障問(wèn)題

水作為基礎(chǔ)性資源,蘊(yùn)含著極大的經(jīng)濟(jì)使用價(jià)值。水資源的綜合調(diào)配表面上是對(duì)區(qū)域水資源的分配,實(shí)質(zhì)上是對(duì)水的開(kāi)發(fā)利用效益在用戶(hù)間的再分配,包含著一定的經(jīng)濟(jì)效益轉(zhuǎn)移問(wèn)題,尤其是在水資源匾乏的干旱地區(qū),水資源的綜合調(diào)配往往會(huì)引發(fā)較大的利益沖突。因此,水資源的綜合調(diào)配不僅需要工程的、行政的、技術(shù)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(guān)的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償、水權(quán)轉(zhuǎn)讓政策,必要時(shí)可以通過(guò)法律法規(guī)的形式,制定有關(guān)措施,以保障水資源綜合調(diào)配的實(shí)施。