地下水超采区水源工程设计规模论证研究

庹世华

(甘肃省张掖市甘兰水利水电建筑设计院，甘肃 张掖 734000)

民乐生态工业园区位于张掖市甘州区、山丹县和民乐县交界处，距民乐县城30km，距张掖市区35km，占地面积128km2。园区始建于1994年，1996年被国家农业部批准为“全国乡镇企业东西合作示范区”，2006年经国家发改委、国土资源部、建设部审核确认了四至范围，同时经省政府批复为省级工业园区。园区现有工业企业23户，其中规模以上13户，从业人员4700多人，园区以滨河集团、银河集团、国翔麦芽等重点骨干企业为主的新型工业发展格局，产业涉及酿造、粮油、食品、中药材加工、建材、化工、造纸等领域。

民乐生态工业园区地处洪水河、童子坝河和海潮坝河等小流域尾闾的北部滩荒漠风蚀区，气候干旱，降水稀少，蒸发强烈，春秋风沙多，园区现状用水仅靠机井抽取地下水维持。根据《民乐县人民政府办公室关于公布民乐县地下水超采区和限采区范围的通知》(民政办发〔2016〕140号)，民乐县六坝滩属浅层中型一般地下水超采区，地下水允许开采量2211万m3，当前超采水量1440万m3，其中洪水河灌区超采824万m3，工业园区超采616万m3。由于民乐县地下水资源相对贫乏，目前条件下的水资源保障能力无法满足今后园区工业经济发展用水需求，拟在民乐生态工业园区电石厂西侧滩地上修建金山水库，通过民乐县益民东干渠引蓄洪水河灌区农业节水量，为工业园区工业用水提供水源，置换园区工业地下水开采量，促进该区域地下水采补平衡，为该区域生态环境改善提供基础。

1 工程边界条件

1.1 洪水河径流

洪水河径流主要由大气降水和冰雪融水补给，径流年内分配极不均匀，年际变化相对平缓。洪水河设立有双树寺水库水文站，资料系列长，资料可靠性、一致性、代表性良好，采用P-Ⅲ型曲线适线，求得洪水河多年平均流量为3.77m3/s，多年平均径流量为1.19亿m3。洪水河年径流设计成果见表1。

表1 洪水河双树寺站年径流量频率计算成果表

1.2 洪水河灌区需水量

洪水河灌区需水量包括灌区生活用水和农田灌溉需水两部分，取水水源主要为洪水河双树寺水库。现状年总需水总量为12452万m3，其中生活用水量为342万m3，农田灌溉用水量为12110万m3；2025年需水总量为10870万m3，其中生活用水量为406万m3，农田灌溉用水量为10464万m3。

1.3 工业园区需水量

现状年工业园区工业增加值为6.93亿元，年取水量为317万m3，万元工业增加值用水量为46m3/万元。综合考虑园区工业经济增长、民乐近年工业发展实际、十三五规划要求以及十三五国家经济发展整体环境，2015—2020年园区工业增加值增速取8.5%，据此预测2025年园区工业增加值将达到15.67亿元。根据《张掖市县级行政区2015、2020、2030年水资源管理控制指标》按照2015年园区万元工业增加值用水量实际指标与控制指标比例关系，预测2025年园区实际万元工业增加值用水量指标为25m3/万元，管网漏失水量按10%、未预见水量按8%、水厂自用水量按5%计，则工业园区工业毛用水量为489万m3。

1.4 生态环境需水量

根据SL/Z322—2013《建设项目水资源论证导则》条文说明5.4.5款“对于生态需水量的确定，原则上按多年平均流量的10%～20%确定”和7.4.4款“关于河流生态需水量的基本要求，北方河流生态环境需水量指标原则上不得小于多年平均流量的10%”的要求。本次以多年平均流量的10%作为河流的最小生态环境需水量。洪水河多年平均流量为3.77m3/s，多年平均生态环境需水量为0.377m3/s。

1.5 金山水库可供水量计算

金山水库取水水源为洪水河灌区节水量，通过益民东干渠引水进行调蓄，一方面满足工业园区工业用水需求，另一方面对园区现状工业用地下水进行置换，实现地下水超采区治理的目标。洪水河灌区的取水水源主要为双树寺水库，双树寺水库主要解决洪水河灌区居民生活和农业灌溉用水。金山水库可供水量计算思路是：分析设计水平年洪水河灌区农业节水量，优先配置灌区新增生活用水，其次配置灌区设计水平年地下水超采区超采水量压减任务，剩余水量作为金山水库的可供水量。

洪水河灌区节余水量主要由发展高效节水面积节水、种植结构调整节水和骨干工程改造节水三部分组成，总节水量为1646万m3，其中高效节水面积节水1114万m3，种植结构调整节水120万m3，骨干工程改造节水万412m3。节水优先配置灌区新增生活用水量64万m3；其次核减地下水超采量824万m3，本次节水量核减地下水开采量，很好地完成了超采量治理任务，剩余节水758万m3供金山水库引蓄使用。

2 径流调节

金山水库水源为洪水河灌区节余水量，来水受上游双树寺水库蓄水的影响。为了同时满足洪水河灌区和工业园区的用水需求，要考虑金山水库与双树寺水库联合调节，在来水不能完全满足需求的情况下，优先满足双树寺水库的供水对象的用水需求。

2.1 基本原则

(1)双树寺水库径流调节原则：在满足生态环境需水量的前提下优先满足生活用水，其次解决生态用水和农田灌溉用水，使生活用水保证率达到95%，滴灌灌溉保证率达到90%，渠管灌灌溉保证率达到50%；当来水不能满足需水要求时，灌溉用水遭到破坏，该区域多年平均降水量小于400mm，灌溉破坏深度按20%考虑。即对P<50%的年份，应保证上述所有部门的正常供水；对于P>50%的年份，农业灌溉用水破坏20%，灌溉用水缩减供水至各月原供水量的80%。

(2)金山水库径流调节原则：充分利用洪水河灌区节余水量，以满足工业园区内工业用水，使工业用水保证率达到90%。

2.2 计算条件

(1)拟建金山水库与上游双树寺水库联合调节，双树寺水库以当前兴利库容为基础条件，并充分考虑水库汛限水位的影响。双树寺水库于1975年建成，2000年进行了加固处理，总库容2646万m3，兴利库容2380万m3，死库容为108万m3。主汛期为6月25日—8月15日，次汛期为5月1日—6月24日和8月16日—9月15日。主汛期汛限水位定为2476m，相应库容为1956万m3，次汛期汛限水位定为2478.5m，相应库容为2243万m3。

(2)洪水河灌区节余水量，经双树寺水库下泄，通过益民干渠引至金山水库，引水流量要考虑益民干渠设计引水流量以及干渠利用率等。

(3)双树寺水库和金山水库蒸发损失分别由民乐县气象站(高程2300m)和山丹气象站(高程1700m)实测资料求得，两库各月渗漏损失量根据区域水文地质条件按水库平均蓄水容积的0.5%估算。

2.3 径流调节

按照上述径流调节计算基本原则，采用长系列法进行调节计算。对双树寺水文站1957年7月—2015年6月58年径流系列，以月为时段，来水扣除河道生态环境需水量后，与双树寺水库控制区用水过程按照双树寺水库现有规模进行调节计算，得到双树寺水库的弃水过程。根据弃水过程并考虑益民干渠设计引水流量以及干渠利用率后得到金山水库的来水过程，经金山水库来水、用水过程逐月调节计算，得到金山水库兴利库容。先假定一个兴利库容，列表顺时序逐年进行水量平衡计算，得到水库各年的供水情况，凡一年中一个或几个时段的需水不能满足，则该年就算不能保证，若各行业供水保证率满足要求，则此假定兴利库容即为该方案需要的兴利库容，否则重新假定兴利库容进行计算，直至各项设计保证率满足要求为止。最终使得选定的兴利库容可保证工业用水保证率达到90%。

根据来水、用水等情况，经调节计算后上游双树寺水库在58年长系列中，有27年缺水，灌溉供水保证率达到53%，生活用水全部能满足。对于金山水库，经试算当金山水库兴利库容为1130万m3时，58年长系列中，工业供水正常年份为53年，供水保证率为90%，供水保证率达到设计保证率，因此，金山水库兴利库容确定为1130万m3。两库联合径流调节计算成果见表2。

表2 径流调节计算成果表 单位：万m3

(续表2)

2.4 规模确定

通过径流调节计算，得到金山水库兴利库容为1130万m3，由于规模较大，建设需要的资金量大，故分期建设，提早受益。即在已确定工程总规模的前提下，选择合理的分期建设方案，首先建好金山水库一期工程，尽早发挥效益。根据筹措资金情况、供水保证率、供水效益、库区淹没投资及经济指标等各方面分析考虑，拟定一期工程规模为200万、285万、385万m3三个方案进行比选，其比较表见表3。

表3 金山水库一期工程规模比选表

经比较，3种方案在工程淹没影响、供水保证率方面无太大差别，从经济因素分析，285万m3方案在经济指标上为最优方案。因此，综合考虑确定金山水库一期工程兴利库容为285万m3。金山水库建成后，工业园区需水量为489万m3，多年平均来水情况下供水量为367万m3，可核减地下水超采量367万m3，园区缺水122万m3。由于水库规模限制，丰水年洪水河有大量弃水无法引用，造成工业园区内工业用水得不到保障，建议尽快完成金山系列水库的后续建设，使有弃水的年份，特别是丰水年组，多余弃水可蓄到金山水库，同时通过节水工程实施、种植结构调整、灌溉面积压减等多种措施，不断减少超采区地下水开采量，从而达到核减地下水、恢复超采区地下水生态的最终目标。

3 结语

(1) 金山水库通过民乐县益民东干渠引蓄洪水河灌区农业节水量，为工业园区工业用水提供水源，置换园区工业地下水开采量，对恢复区域地下水超采具有极为重要的意义。

(2) 工业园区地下水总超采量616万m3，金山水库一期工程建成后，核减区域地下水超采量367万m3，完成压减任务的60%，金山水库全部建设完成，核减地下水量489万m3，完成压减任务的79%，水库建设较好的完成了地下水压减任务，有效的改善了地下水环境。

(3) 水库受上游蓄水过程和下游用水对象要求的影响，供水保证率各不相同，要综合考虑上下游用水关系，工程建设投资等因素，最终确定水库规模。