舟山市海洋水库建设的可行性初探

茹志明 刘海飞 丁禹

摘要：海洋水库是指通过建设堤坝隔离海水，在海水中割出一部分区域存储淡水的蓄水建筑物。现代海洋水库在中国已有半个多世纪的建设历程，上海、香港等我国沿海缺水城市和地区先后建设了一批具有代表性的海洋水库，为城市建设发展提供支持。舟山群岛位于我国东海洋面，天然良港众多，渔业资源富饶，战略地位突出。舟山市当前本地淡水短缺问题严峻，这不仅制约了当地社会经济的发展，并由此造成环境生态系统进一步恶化的趋势。文章首先从舟山市可用水资源总量出发，结合近几年舟山市用水情况，预测舟山市未来缺水总量;然后结合现代海洋水库设计理念，初步分析海洋水库的库容及舟山岛附近的可选坝址，探讨在舟山市建设海洋水库的可行性。关键词：水资源;舟山群岛;海洋水库;水库库容;水库选址

中图分类号：TV213;P75文献标志码：A文章编号：1005-9857（2021）11-0067-06

Preliminary Feasibility Study of Marine Reservoir Construction in Zhoushan City，China RU Zhiming，LIU Haifei，DING Yu

（School of Environment，Beijing Normal University，Beijing 100875，China）

Abstract：Marine reservoir refers to a water storage structure that stores fresh water by construc-ting dams to divide a part of the ocean area. Modern marine reservoirs have been constructed in China for more than half a century. Coastal wateer-scarce cities such as Shanghai and Hong Kong have successively built several representative marine reservoirs to support urban construction and development. Zhoushan， which is located in the lEast Sea of China and has many natural harbors and rich fishery resources，takes a prominent strategic position. The current severe shortage of fresh water in Zhoushan not only restricts thesocio-economic development， but also causes the deterioration trend of the environment and ecosystem. This paper estimated the total amount of water shortage in the future based on its available water resources and water use in recent years. Then， combined with the modern marine reservcir design concept， the storage capacity of the to-tal marine reservoir and potential reservoir sitesnear Zhoushan Island were preliminary analyzed， to explore the feasibility of marine reservoir construction in Zhoushan City.

0引言

水在生產、生活和生态中扮演着重要的角色，是城市建设发展过程中不可或缺的资源。城市利用的淡水资源大多来自河湖存储的地表水和土壤中的地下水，其中地表水是当前的主要供水水源。无论是居民用水、农业用水还是工业用水，对供水的水量、水质均有一定限制，这对水利工程的建设提出一定要求。2013年水利部发布的《第一次全国水利普查公报》显示，我国共有98002座水库，总库容8104.10亿m3，它们在保障我国城市供水稳定上发挥着重要作用[1]。

传统的河道型水库通过在河流的狭窄处修建大坝拦截流动的河水，抬高上游水位的方式储蓄淡水。水库一般采用蓄丰水期末期及枯水期初期的河水，解决缺水问题。尽管传统水库面临占地移民、破坏河道连通性、影响上下游生态环境、投资建设大以及运行期间安全性要求高等诸多不足，但其在汛期防洪、水力发电、农田灌溉和城镇供水等多个领域仍具有重要地位。

然而并非所有的城市都具有建设大型传统水库的条件。河流下游的沿海平原地区多缺乏建设拦蓄河道的地形地质条件，河口区域容易受到海水咸潮的影响，海岛内河流短小且缺乏足够的汇水面积。此外，河道型水库的水质容易受上游来水的影响，当上游发生突发污染情况时很难保证水库的正常供水。据统计，2012—2017年国内共发生561起突发水环境污染事件[2]，影响力较大的有2014年汉江武汉段氨氮超标事件[3]、2016年江西新余仙女湖镉超标事件[4]和2017年嘉陵江四川广元段铊污染事件[5]等。

针对沿海和海岛地区的特殊情况，海洋水库是一个更加完美的解决方案。区别于传统的陆地上的河道型水库，海洋水库直接修建在海水范围中，通过堤坝分隔海水和淡水。目前，我国建设了一系列具有代表性的海洋水库，如香港的万宜水库、浙江省的珊瑚沙水库、上海市的宝钢水库和青草沙水库等。在这方面，杨树清一直是海洋水库坚定的倡导者与参与者[6-10]，其提倡的第二代海洋水库（图1）并不会完全封堵河口，而是通过建设一系列的闸、坝、堤、泵和底孔等水利设施，根据来水水质进行管理，实现入库水质水量的动态控制。

浙江省舟山市属于完全的群岛型城市，其水资源问题一直困扰着当地政府。为解决舟山市的水资源问题，一些学者提出过在舟山市修建海洋水库的设想[10，11]。本研究从舟山市的水资源量出发，统计了近几年舟山市供用水情况，在合理情景内预测舟山市未来缺水程度，最后对在舟山市建设海洋水库的可行性进行了探讨。

1舟山市简介

1.1舟山市概况

浙江省舟山市位于我国东南沿海，杭州湾外缘的东海洋面上，地处钱塘江、甬江入海口。区域总面积22216km2，其中岛屿陆域面积1256.93km2，滩涂面积183.19km2[12]。舟山群岛是我国最大的群岛，共拥有1390个岛屿（大潮高潮面之上面积大于500m2），相当于我国海岛总数的20%，其中1km2以上的岛屿58个，占群岛总面积的96.9%，户籍人口在50人以上的岛屿共67个。舟山市拥有270km港口深水岸线，天然良港众多、国内外航道纵横、渔业资源富饶，是中国重要的港口城市。基于其重要的战略地位，2011年6月30日，国务院正式批准成立舟山群岛新区，舟山市成为中国首个以海洋经济为主题的国家战略层次新区。

1.2人口经济

2019年年底，舟山市常住人口117.6万人，户籍人口96.6万人，人口自然增长率-1.47‰。舟山市2019年地区生产总值达到1371.6亿元，第一、二、三产业占比分别为10.6%、34.7%、54.7%。图2给出了舟山市2015—2019年人口与GDP的变化趋势。近5年来舟山市的常住人口略有增加，变化不大。但户籍人口呈缓慢下降趋势，自然增长率已为负值，对当地的经济发展不利。在这种情况下，舟山市GDP在2016—2019年增长速度分别为14.1%、13.3%、8.0%、4.2%，这种快速下降趋势反映出人口结构问题对舟山市经济影响已较为突出。

1.3水文气象

舟山市位于121°30'E—123°25'E，29°32'N—31°04'N之间，属于北亚热带南缘季风海洋型气候。舟山市四季分明、冬暖夏凉。图3展示了舟山市1990—2018年气温与降水的变化趋势。舟山市多年平均气温16.9℃，多年平均降水量1299.0mm。其中2003年降水量最少，仅为737.9mm;2012年降水量最大，达1629.6mm;变差系数为0.160。年内降水呈双峰状，梅雨季（4-6月）约占全面总降水量的35%，台风雨季（8-9月）约占全年总降水量的23%[13]。1990—2013年平均蒸发量为1358.7mm，2014年更换测量器皿后的平均蒸发量为973.1mm。总的来看，舟山市年际降水量变化不大，年蒸发量较大，但需警惕特枯水年的出现。

2舟山市水资源分析

2.1水资源量

由于舟山市由群岛组成，并不存在过境客水，因此其本地水资源量基本由当地降水产生的地表水资源和地下水资源构成。根据前文的数据，舟山市多年平均降水量为18.71亿m3。全市多年平均地表水资源量为6.9亿m3，占浙江省地表水资源总量（943.85亿m3）的0.73%。多年平均径流量为5.92亿m3，折合径流深为471mm，径流系数为0.38，变差系数在0.35～0.37，较降水变化更为剧烈[13]。舟山市的水资源在空间上呈自西南向东北递减趋势，其中定海区水资源最为丰富。舟山地下水资源总量约1.73亿m3，露头泉分布点少而不匀，多为季节性泉[14]，但与地表水重复量较大，一般不直接用于供水。综上，舟山市多年平均水资源量为7.95亿m3，舟山市人均水资源量为707m3，仅为全省人均水资源量的33.4%，也远小于全国2100m3的人均水资源量。按照国际公认的缺水标准，舟山市属于重度缺水地区。

在本地水资源不足的情况下，舟山市主要通过大陆引水及海水淡化工程解决用水矛盾。大陆引水工程自1998年起正式實施，引水总规模设计为5m3/s，年平均引水量达1.07亿m3。其中一期工程引水规模为1m3/s，年平均引水量2160万m3;二期工程于2015年建成，工程引水规模为2.8m3/s，年平均引水量6000万m3;即将完成的引水三期工程引水规模为1.2m3/s，年平均引水量2590万m3。随着海水淡化厂建设规模的逐渐增大，淡化海水在舟山市的供水比例逐渐增加。截至2019年，舟山已建成海水淡化厂17个，海水淡化项目26个，海水淡化能力达到13.7万t/d。根据《舟山市海水淡化产业发展“十三五”规划》设计，到2020年海水淡化产能达到25万t/d，2025年达到35万t/d[15]。

2.2供用水情况

当前舟山市水源由地表水、地下水、海水淡化、中水回用等组成，其中地表水和海水淡化是其主要来源。表1和表2列出了舟山市2015—2019年的供用水情况[16]。可以看出，舟山市近5年来供用水总量呈增加趋势，年均增加260.8万m3，年化增长率为1.7%。

从供水来源上看，地表水为其主要供水方式，占总供水量的90%左右，海水淡化次之。具体来看，大陆引水工程的供水总量并不稳定，存在波动;地下水供水常年稳定在44万m3左右，波动小，占比少;海水淡化近两年增长迅速，2019年增长超过70%;雨水利用略有增长，利用率不高;中水回用占比不大，但2018年突然增加了87%。

从用水部门上来看，工业用水和居民生活用水是主要用水部门，城市公共用水次之，生态环境用水最少。具体来看，农田灌溉用水呈减少趋势，主要是因为农田总量变化不大且节水农业建设导致用水效率提高;林牧渔畜用水变化量不大;工业用水略有增加;城市公共用水和居民生活用水增加显著;生态环境用水虽然逐年增加，但占比不足1%。2.3水资源评价

2019年舟山市共117.6万人，地区生产总值（GDP）1371.6亿元，供水总量16205万m3，其中地表水源供水量14322万m3，占88.4%;地下水源供水量44万m3，占0.3%;其他水源供水量1839万m3，占11.3%，其中海水淡化1525万m3，雨水利用150万m3，污水处理回用164万m3。在地表水源供水量中，蓄水工程供水量11048万m3，引水工程供水量268万m3，提水工程供水量527万m3，大陆引水2479万m3。

根据2019年数据和往年变化趋势对舟山市2040年供用水进行分析。假设新区建设将吸引大量外来人口，到2040年新区常住人口达到180万人，城镇化率85%，城镇人口153万人，GDP总量达到3000亿元（保持年均4%的增速）。预计全市总用水量达30000万m3。其中：农田灌溉用水量维持不变，为1800万m3;林牧渔畜用水量增加至1400万m3;工业用水量9800万m3;城镇公共用水量4500万m3;居民生活用水量11000万m3;生态环境用水量1500万m3。根据在建的大陆引水工程和海水淡化工程的发展趋势，到2040年舟山市可供水量为20000万m3，地表水资源为15000万m3，地下水资源处于完全保护状态，海水淡化供水4000万m3，其他水源供水1000万m3。故2040年舟山市供水缺口在10000万m3左右。

3舟山市建设海洋水库的探讨

3.1海洋水库建设的必要性

舟山市与大陆相隔较远，由于咸潮影响无法利用大陆入海河流淡水，只能依靠当地水资源或特殊水源。而当地的地表水资源开发趋近极限，各个岛屿水利工程建设基本完成，不存在大规模增加的可能，而地下水资源开发受限，只能由其他特殊水源补足缺口。对于舟山市来说，可大规模供水的特殊水源包括大陆引水和海水淡化。根据浙江省水利水电勘测设计院的计算，大陆引水工程综合财务总价为3.7元/t，海水淡化工程综合财务总价为5.75元/t，远高于传统水源工程价格[17]。大陆引水方案前期工程投入较大，年运行费用较低，能源消耗小;与之相反，海水淡化水纯度高，供给稳定，但耗电量大，居民接受度较低。

由于淡水资源缺乏，当前的生态环境用水量远远无法满足生态需要，加上不合理的污染处置，造成舟山市岛内和近海的生态恶化现象[18]。而舟山市与大陆之间交通不便，物价相比内陆较高，再加上水价的因素，使得对人口的吸引力下降，直接导致经济发展增速的快速下降。在水资源不足、单价较高的状况下，各个用水部门的用水量必定遭遇削减，这对岛内居民的生活质量、工农业发展和生态保护都大大不利。更重要的是，舟山市降水量虽然变化不大，但径流量变化较大，这导致其地表水资源量保证性更差。据统计，舟山市每1.2年就会发生一次干旱，本地水资源的不稳定性给舟山市供水保证带来巨大挑战。

为了解决舟山市的水资源问题，很多学者都提出了自己的想法[19-20]。主要的思路为增加水库容量、提高海水淡化规模、优化岛际调水策略等，但都具有一定的限制，无法完全解决问题。

基于以上原因，有必要探讨其他可能的水源工程作为舟山市未来淡水工程的一部分。海洋水库的建设则可以解决以上大部分问题。首先其不占用岛内土地，空间选择更加宽阔;海洋水库主要用于存储部分入海淡水或分散降水，对岛内生态影响较小;由于海洋水库类似于传统水库，其综合单价相比于大陆引水工程和海水淡化工程更具优势;海洋水库能够释放一部分岛内水库容量，增加河道径流，提高河道自净能力;最重要的是海洋水库的建设可以为舟山市的发展提供更加丰富的廉价水资源，保证舟山新区的蓬勃发展。

3.2海洋水库库容的估测

水库库容一般根据防洪、灌溉、供水、发电等一个或多个任务进行确定。海洋水库功能常常只是为了供水，因此其水库库容基本由供水需求决定。然而，舟山市河流的集水面积不大，径流量较小，这限制了其水库库容的上限值。

截至2008年12月，舟山市水库总库容为1.41亿m3。当前较大的蓄水水库有虹桥水库、黄金湾水库和大沙水库。虹桥水库于1984年建设完成，总库容1015万m3，平均年入库径流量867.42万m3，多年平均供水量750万m3;第二大水库黄金湾水库是舟山大陆引水二期工程的配套水库，总库容990万m3，主要用于临时蓄水并调节输水量，同时对大陆来水进行初步沉淀处理;第三大水库大沙水库是舟山大陆引水三期工程的配套水库，设计总库容888万m3，有调节大陆引水、承担本岛北线区应急备用水源及提高本地水资源利用率等多种功能，2020年9月前已完成清库工作，具备蓄水条件。

舟山市年均降水量为18.7亿m3，多年平均径流量为5.92亿m3，能够满足水库蓄水要求。同时，可以利用海洋水库库容置换部分上游水库库容，增加河道内径流量和水流连续性，在保障可用水量增加的同时，盘活岛内水体循环，改善河道周边生态环境。

根据前文的分析，舟山市中期缺水量在1亿m3左右，考虑到其他因素变化，可增加10%的安全空间，放宽到1.1亿m3。因此，舟山市未来海洋水库的平均年供水总能力应在1.1亿m3左右，总库容根据月供用水曲线进行推算。

3.3海洋水库坝址的选择

传统水库坝址的选择以地形地质作为主要筛选条件。水库大坝的建设一般选择口袋形地形，如在峡谷处建设大坝，可以通过较少的工程量和投资量，在口袋内储蓄更多的水量。由于大坝通常高达几十米甚至上百米，因此大坝位置的选择必须考虑地质因素，通常选择在地质条件较为稳定、基岩完整的位置。除此之外，传统水库坝址的选择还需考虑到对上下游的影响、水资源量、大坝功能等其他因素。

海洋水库可分为河口型海洋水库、滩涂型海洋水库、海湾型海洋水库和海岛型海洋水库等，需要根据拦河流流量与水质、海上风浪、地质构造、航道交通等要求合理选择建库位置。海洋水库通过堤坝与大陆海岸将一部分区域从海水中隔离出来，通过泵站或其他方式将淡水存储起来。海洋水库存储的淡水可来自入海径流、降水或其他区域引水。

舟山市多丘陵，河流大多短小、直排入海，集水面积不大导致径流量较低。针对这种情况，可将较大河流的河口作为舟山市海洋水库的主要建设位置。此外，在岛内利用沟渠系统将较小河流及分散降水等连通起来，既可以提高水系的连通性，也能增加海洋水库的可蓄水量。以舟山本岛为例，根据其地形、人口分布和河流流量等信息，建议分期建设4～6个海洋水库，主要为工商业发展和城镇居民的正常生活提供足够的优质淡水。根据舟山本岛各流域的匯水面积与供用水情况，可优先在临城流域、勾山流域、白泉流域、定海流域等主要河流入海口位置建设海洋水库。

4结论

浙江省舟山市人均水资源量仅707m3，属于重度缺水地区。水资源的缺乏对当地的人口政策、经济发展和生态环境都造成了消极影响。在大陆引水工程、海水淡化工程都不适合作为主要供水水源的情况下，继续开发本地淡水资源十分必要。本研究分析了舟山市近30年的水文气象数据，并利用其2015—2019年的供用水数据对2040年的用水情况进行预测。在保证舟山新区的正常发展的情况下，到2040年舟山市总需水量将达到3亿m3，缺水总额达1亿m3。为此建议舟山市海洋水库的年供水总能力应达1.1亿m3，并根据舟山市降水径流的实际分布修建多个小库容水库。本研究对舟山市建立海洋水库的必要性和可行性进行了初步探讨，在舟山市修建一批现代海洋水库能够大大缓解舟山市当前和未来的缺水问题，对舟山市未来发展具有重要帮助。

参考文献

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资源节约与环保，2020（4），28+40.

[3]中华人民共和国生态环境部.环境保护部通报2014年突发环境事件基本情况[EB/OL].（2015-01-23）[2021-01-11].htp：//www.me.gov.cn/gkml/sthjbgw/qt/201501/t20150123_294725.htm.