第1期 水利水文自动化 N0.1 2010年2月 Automation in Water Resources and Hydrology Feb.,2010 基于新技术的承德市水资源开发利用研究 王占升,卢全海,单志学 (河北省承德水文水资源勘测局,河北承德067000) 摘要:承德市水资源时空分布上的严重不均,使水资源短缺成为制约承德市经济社会发展的瓶颈。分析了承 德市水资源开发利用的现状,存在的问题,提出采用新技术建立水资源实时监控管理系统,为水资源配置、调 度等提供决策支撑;应用风能提水灌溉工程,推广节水灌溉技术,促进山区经济的发展;采取技术措施,增加 水资源渠道,缓解城镇水资源短缺局面。这些新技术的研究应用,促进了区域经济的可持续发展。 关键词:水资源;开发现状;新技术;实时监控;风能;节水灌溉;研究 中图分类号:TV211 文献标识码:B 文章编号:1672—3279(201 0)01—0048-03 承德市地处河北省东北部,位于内蒙高原与华 生活用水1.1 0亿m ,占1 1.2%;生态环境用 北平原的过渡地带,是滦河、潮河水系的发源地, 水0.027亿m ,占0.3%,水资源综合利用率 是京津水源地的绿色屏障。全市多年平均水资源总 为33.5%。 量37.013亿m ,人均水资源量969 m ,位居河北省 1.2水资源开发利用存在的主要问题 首位,但总量上的丰富弥补不了时空分布上的严重不 1.2.1降雨量和径流量年内分布不均匀 均,且农业用水又占全市用水总量的70%以上,因 承德市的降雨量和年径流量受地形地貌等因素 此水资源紧缺已成为制约承德市经济社会发展的“瓶 的影响,地区上分布很不均匀,总的趋势是从北向 颈”。因而,实施节水灌溉工程,优化水资源配置与 南、从上游向下游递增,北部围场、丰宁地区的年 管理,能更好地支撑全市经济社会可持续发展。 降雨量不足500mm,径流深70mm以下,兴隆、宽 城南部沿长城一线多年平均降雨量在750 mm以上, 1 承德市水资源开发利用现状 径流深170-- ̄270 mm。全年降雨量的8O%左右集 中在汛期(6~9月),整个非汛期8个月的降雨量 1.1水资源开发利用现状 仅占全年降雨量的20%左右。降雨量的年内分配不 全市现有大型水库1座、中型水库7座、小 均导致径流量在年内分配不均,全年径流量近70% 型水库83座,塘坝324座,7j\池水窖13 582个, 集中在汛期,整个非汛期的径流量仅占全年径流量 截潜流90处、机电井21 346眼、扬水点484处, 的30%,特别是丰水年汛期径流量占全年径流量的 其中蓄水工程总库容约4亿m ,由于泥沙淤积、 比例达到80%以上,南部平泉、宽城、兴隆的部分 年久失修等原因,目前所有蓄水工程的总蓄水能 地区甚至达到90%以上;但在农业大量需水的4、 力约2亿m ,地表水资源实际控制率仅占水资 5月份径流量最小,仅占年径流量的8%左右,甚至 源总量的5.4%…。据调查,2007年全市工农业 经常出现河流断流的情况。降雨量和径流量年内分 及生活用水量9,84亿m ,其中蓄水工程供水量 布不均匀给水资源的利用带来了很大困难,汛期的 占4%,引水工程供水量占36%,提水工程供水 洪水很难利用,枯季又没水可用。 量占2%,地下水工程供水 58%。按用水行业 1.2.2水资源区域分布与生产力布局不合理 分,农业用水量7.19亿m ,占73.2%,主要为农 承德市水资源区域分布是南部较多,北部、 田灌溉用水;工业用水量1.51亿m ,占15.3%; 中部相对较少。据2007年水资源公报资料显示, 收稿目期:2009-06-10 作者简介:王占升(1973一),男(满族),河北承德人,高级工程师,主要从事水文水资源分析、管理与评价工作。 第1期 王占升等:基于新技术的承德市水资源开发利用研究 49 南部地区兴隆县人口占全市的8.7%,耕地占全市 的4.2%,工业建筑业占全市的9.1%,商饮服务业 占全市的8.9%,人均水资源量为2 280 rn ,属人口 较少,耕地较少,经济发达,而水资源量最为丰富的 地区;中部地区的承德市双滦区和双桥区人口占全 市的15.7%,耕地占全市的1.9%,工业建筑业占全 市的51.2%,商饮服务业占全市的26.4%,人均水 资源量为152 m ,属于人多、地少,经济发达但水 资源量最缺乏的地区;其它地区虽然人均水资源量都 在680 rn 以上,但北部的围场、丰宁、隆化及中部 的平泉县人均水资源量却在500 m。以下,4县的耕地 面积占全市的71.7%,属于严重缺水干旱地区。 1.2.3水资源利用率总体水平不高 承德市现有水利基础设施大部分是20世纪 六七十年代修建的,存在着先天不足、老化失修、 多病险隐患等问题,由于泥沙淤积等原因,部分工 程的调节作用大大降低,对地表水的实际控制能力 下降。从灌溉设施看,一些水库未设主干渠,依靠 河道输水;而一些灌渠只有干渠,干渠以下渠系配 套不健全,配套率为40%,农业灌溉用水方式落 后,水资源利用率低,以水稻种植为例,2006年全 市水稻种植面积为17万hm 2 9大部分采用传统的 “大水漫灌”,灌溉定额约为l8 000 m /hm 2 9灌 溉水利用系数不足O.5,远远低于国家节水灌溉技术 规程要求。工业用水方面,万元产值用水率较低, 2004年全市工业用水重复利用率为61%,市区部分 为75%,邻近的天津、唐山等城市工业用水重复率 己达80%。从各行业用水情况看,机械、食品品 行业用水重复率为15%~26%,而全国先进地区 为50%以上。城区雨污分流工程不配套,雨水资源 未得到有效利用,城市餐饮、洗车、洗浴业浪费水 现象较为普遍,城市建筑工地过度抽取地下水情况 也比较严重。生活用水方面,人们的日常生活节水 习惯还未形成,城市供水管网漏失率较高,全市节 水器具普及率较低,全民节水意识不强,生活用水 设施有待进一步完善。承德市区和承德县虽已建成 污水处理厂,但污水资源化利用程度较低。 2 新技术在水资源管理中的应用 2。1 水资源监测管理的信息化与自动化 实现水资源的优化配置是水利现代化的主要目 标,而水资源的优化配置和科学管理,涉及地表 水、地下水、水源工程、输供水工程,以及生活、 生产和生态环境用水需求等各个方面,是一项复杂 的系统工程。因此,水资源配置和管理的手段必须 是现代化的,应当利用和集成计算机、现代通信、 遥感、地理信息系统及自动控制等现代技术,建立 水资源实时监控管理系统。承德市于2007年被水 利部列入“城市水资源监控与管理系统”建设试点 城市,以科学计量和水资源实时监控管理为建设重 点,对年取水量在万吨以上的用水单位和企业全部 安装Ic卡计量设施及远程监控系统,建成覆盖双 桥区、双滦区、营子区的地表水和地下水资源监 测、供取水的水资源实时监控与管理系统。搭建起 以GIS、计算机网络、通信及自动化监测等技术为基 础的城市水资源一体化信息管理平台,对水源、取 水、输水、供水、用水、耗水及地下水超采区进行 实时监测,大大改进了水资源监测手段,有利于水 资源管理部门及时掌握水资源动态变化及各单位、 各取水口的取水情况,使水资源管理开始步入信息 化轨道,为水资源配置、调度、节约和保护提供全 方位的决策支撑。 2.2风能提水灌溉工程的应用 承德是典型的燕山山区,许多分散的小片农 田、果园、养殖场、食用菌及蔬菜大棚、水保生态 治理工程一般分布在山坡或平坡上。承德市5级以 上风年平均100次,7级以上风年平均1 5次,年 平均风速1.3 m/s,2.8 m/s风速全年累计3 000 h以 上。根据承德山区的实际情况,丰宁、围场、平泉 等县结合当地自然气候、水资源、地质特点设计风 能提水工程。风能提水设备不用油,不用电,环保 节能,能够充分利用小水源,低水扬程,与蓄水池 相结合,做到贮用配套,是山区或丘陵地区综合考 虑集雨节灌、农村饮水安全、扬水配套、水保生态 等工程的合理布局与农业种植结构调整有机结合, 解决了农民种地靠天收和山区饮水困难等问题。 l台风能提水设备的出水量一般为l~3 m /h,扬 程30 m左右,可根据水源水量的大小和工程特点, 采用单台和多台并联或串联的形式提水,这样既可 增大扬水流量,也可提高扬水高程胆1。2004年承德 市引进风能提水技术,全市累计已安装风能提水设 备450多套,广泛应用在农村饮水、蔬菜大棚、养 鸡场、果园等工程,效果非常明显。 2.3节水灌溉技术的推广 节水离不开先进技术的支撑,在农业方面,从 水利水文自动化 2010,(1) 种植业结构入手,调整粮食种植面积,大力实施农 业产业化。在农村积极推广集雨和截流工程,扩 大节水灌溉面积,提高灌溉水利用系数。根据灌 溉资料调查统计,以承德市滦平县潮河主干流一 级阶地和主要支流二级阶地的农田为例,原该区 域有机井950多眼,主要开采地下水灌溉,灌溉 面积5.133万hm ,平均每眼机井灌溉53 hm 左 右,由于地形和土壤质地等原因,加之灌水技术 粗放,无序灌水,大水漫灌,井区灌水定额一般 在675 m /hm 2 z,灌溉水利用系数在0.5左右。在 实施21世纪初期首都水资源可持续利用规划项目 后,因地制宜,对地形坡度较陡、田块间高度差较 大的阶地耕作区,采用喷灌、管灌等较为先进的灌 溉技术,在管灌区改变传统的粗放型灌溉方式,平 整土地,由大畦漫灌变小畦适灌,使田间水利用系 数提高到0.85。发展节水型灌溉农业,多年平均节 约灌溉水资源量1 980万m 。 2.4增加水资源渠道的措施 加大病险水库的除险加固力度,在确保防汛安 全的情况下,充分利用现有小水库、小塘坝、水池 拦蓄雨水,提高它们的调蓄能力【3】。在山区缺水地 区大力发展水窖集雨工程,在适沟、适坡修建蓄水 池、小塘坝,开挖拦洪沟、引蓄地表水,回补地下 水,高效利用汛期雨洪资源,解决干旱年份农田用 水和人畜饮水问题。这种集雨节灌工程模式在我国 北方石质山区具有较高推广和应用价值,承德市双 桥区崔梨沟和承德县王麻子沟等典型样板区就是很 好的印证。随着城镇化进程的加快,用水量在不断 增大,要充分利用硬化路面和小区住宅屋顶,建设 雨水收集利用系统,用于水景、绿地、洗车和冲厕 等,还需不断扩大城镇绿化面积,使绿地或绿化地 段的地面标高尽量低于路面高程,以利于地下水回 灌补源,提高地下水补给能力,既可减缓城市防洪 压力,又可缓解城镇水资源短缺局面[4-5]。 3 结语 按照水利部提出“工程水利”向“资源水利” 转变、“传统水利”向“现代水利、可持续发展水 利”转变的总要求,承德市在水资源管理中采用新 技术,将水资源开发利用与国民经济发展、生态环 境保护等结合起来统筹规划,在重视水资源开发、 利用、治理的同时,更加注重水资源的配置、节约 和保护,切实改变过去“重建设、轻管理”的做 法,取得了一些成效,获得了一定效益。 对取水量大的用水单位和企业安装IC卡计量设 施及远程监控系统,为实施水资源统一管理、强化 水资源权属管理、建设节水防污型社会,提供了技 术支撑平台。 节水灌溉工程与集雨工程相结合,合理开发利 用雨洪资源,由控制洪水向管理洪水转变,有效缓 解了农业、工业、生活用水之间的矛盾。通过调节 集蓄天然降雨解决水资源时空分布不均问题,实现 了雨水资源化,化解了降雨与作物需水在时间上供 需错位的矛盾。同时集雨工程有效拦蓄地面径流, 可减少输水沟道的洪水泥沙,减少水土流失和土地 侵蚀,提高当地林草覆盖率,调节小气候,有效抑 制干旱、洪涝等自然灾害的发生。 风能提水工程和喷、管灌工程建成后,改变了 山区耕地单一的种植模式,可培育经济价值高的经 济作物,发展高效经济,解决作物需水与降雨不同 步的问题,解决山区春秋2季干旱无法灌溉的困 扰,实现了“受灾不减产,遇早不减收”,促进了 山区经济的发展。 承德作为北京和天津的重要水源地,还要考虑 下游的水资源需求问题。实施的21世纪首都水资 源规划项目和京津风沙源治理工程,有效地涵养 了水源,保护了河流的水质,每年多为下游地区 输出水量12.8亿m ,同时通过实施喷、滴、管灌 等节水技术和渠道防渗,可灌溉水的利用率提高 到80%~95%以上,实现了年节水1.2亿m 的效 益,为下游京津多供水,对促进区域经济的可持续 发展,提供了必备水资源。 参考文献 [1】何丙能,孙保沭.水资源可持续发展及措施【J].水科学与 工程技术,2008,(6):5--,-,6. 【2】王孟民,吕铁峰.承德市水资源合理开发与优化配置[J]. 河北水利,2008,(8):17~18. 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ZHOU Quan ,WU Wei-hua ,YANG Xiao-bin ,WANG Hui r 1.Hydrology&Water Resources Administration Department of Pudong District,Shanghai 200 1 29,China; 2.General Hydrology Sttaion of Shanghai,Shanghai 200232,China) ^五8I嗽:Because Shanghai is liable to be affected by natural phenomenon such as river channel tiding and flat terrain,stable relation curve can not be obtained by adopting traditional discharge calibration method.The paper approaches a subject about calibration method for water discharge and quantity through Pudong district of Shanghai, and places an emphasis on calibration analysis about water quantity by combining hydraulic weir&sluice overflowing formula with hydrological sttaistics multiple regression method.Water quantity trhough Sanjia harbour gate is also calculated according to the calibration formula.The actual application veriifes that wamr quantiyt calculation by the method appears much more practica1. K锣wards:sluice;water discharge through sluice;water quantiyt;calibration;weir&sluice overflowing formula; multiple regression (上接第5O页) WANG Zhan—sheng,LU Quan—hai,SHAN Zhi—xue (Chengde Branch of Hebei Provincial Survey Bureau of Hydrology&Water Resources,Chengde 067000,China) Ab翻耐:Water resources distirbution varies on space and time in Chengde,making shortage of water resources become boaleneck for Chengde social and economic development.The author analyzes present siutation and existing problems of water resources exploitation and utilization of Chengde,puts forward a water resources real。time monitoring system to provide decision—making support ofr water resources allocation&dispatching:using wind power litf irrigation project and water saving irrigation technology to promote economic development of mountain areas; adopting technical measures to increase water resources channels to relieve the situation of urban water SOurCe shortage・ Researches and application of all these new technologies promote sustainable development of regional economy. K卵words:water resources;present exploitation situation;new technologies;real—time monitoring;wind power;water saving irrigation;research