昆明主城松华坝饮用水源区水资源调查分析
Investigation and Analysis of Water Resources in Drinking Water Source Area for Kunming City

作者: 肖 林 , 张培臣 :云南省水文水资源局昆明分局,云南 昆明;

关键词: 水资源调查调节计算松华坝饮用水源Water Resources Investigation Adjustment Calculation Songhuaba Area Drinking Water Source

摘要:
昆明市属全国严重缺水城市之一,随着昆明城市的快速发展,饮用水供需矛盾越显突出。作为市区重要饮用水源地——松华坝水源区,是昆明城市的生命之源,其水资源量的大小直接关系到昆明城市居民的生活饮用水问题。为有效解决昆明城市居民的饮水问题,科学合理地配置水资源,开展松华坝水源区的水资源调查分析工作十分关键。本文依据13站多年实测水文气象资料,采用水文比拟法和典型年调节法计算,分析了松华坝水源区的来水量、可利用水量和供水可靠性,查清了松华坝水源区的水资源时空分布、水资源总量等问题,为有效解决区域水资源优化配置和可持续利用提供参考。

Abstract: Kunming City is one of the cities for serious water shortage. With the rapid development of Kunming, contradictions of drinking water supply and demand are more prominent. As an important drinking water source in urban area, Songhuaba area is the origin of life of Kunming City, and its water resource quantity is directly related to the drinking water problem of residents in Kunming city. In order to solve the problem of drinking water in Kunming City, it is very important to allocate water resources scientifically and rationally, and to carry out the investigation and analysis of water resources in the water source area. According to the hydrological and meteorological data series in 13 stations, the hydrological analogy method and the typical year regulation method are used to calculate the water quantity, the available water and the reliability of water supply in the water source area, and the time-space distribution and the total water resources in the water source area are ascertained. It provides a reference for the effective solution of the optimal allocation and sustainable utilization of regional water resources.

1. 引言

昆明市人均占有水资源量不足300 m3,属全国14个严重缺水城市之一 [1] ;而随着昆明城市的快速发展,城市人口猛增,饮用水供需矛盾越显突出,严重制约了昆明市经济社会的健康发展。作为市区重要饮用水源地——松华坝水源区,是昆明城市的生命之源,其水资源量的大小直接关系到昆明城市居民的生活饮用水问题 [2] 。为有效解决昆明城市居民的饮水问题,科学合理地配置水资源,开展松华坝水源区的水资源调查分析工作十分必要。查清松华坝水源区本区的水资源时空分布、水资源总量等问题,是有效解决区域水资源优化配置和可持续利用的关键。

国内外对重要城市饮用水源区水资源的调查分析研究较多,结合不同的环境、资料等边界条件,采用的分析方法不尽相同,但对于同一水源点多采用相对单一的方法进行分析;而本文以昆明市盘龙江松华坝水库坝址以上流域为水资源调查分析范围(593 km2),采用实测资料法与水文比拟法组合的方法综合分析计算同一水源点的水资源量,并结合典型年调节计算法,详细阐述了松华坝水源区的来水量、可利用水量和供水可靠性,查清了松华坝水源区的水资源时空分布、水资源总量等问题,为有效解决区域水资源优化配置和可持续利用提供参考。

2. 松华坝水源区资料概况

从调查分析区域情况看,目前区域内水文站设有小河、中和、甸尾、白邑4个水文站,雨量站有松华坝、中和、平地、双桥、闸坝、阿子营、阿达龙、白邑、大石坝共9个雨量站。经对各站点实测资料进行可靠性、一致性、代表分析,确定资料最短代表段为1971~2017年。区域河流水系及水文站点分布见图1所示。

3. 松华坝水源区来水量分析

3.1. 分析方法

根据资料条件,因松华坝水库主要入流上有小河(中和)、甸尾(白邑)水文站,且小河与甸尾站控制的径流面积(493 km2)占松华坝水库坝址以上流域总径流面积(593 km2)的83.1%,故松华坝水库坝址以上流域来水量根据

Figure 1. Schematic diagram of the distribution of river and hydrologic stations

图1. 河流水系及水文站点分布示意图

小河(中和)、甸尾(白邑)水文站实测径流系列,首先计算小河、甸尾水文站以上流域多年平均来水量;然后,考虑降雨和面积不均匀性影响因素,采用水文比拟法计算小河、甸尾~松华坝水库区间(以下简称区间)多年平均来水量 [3] ;最后,将小河、甸尾以上来水与区间来水直接叠加,即得松华坝水库以上流域多年平均来水量。

3.2. 松华坝水库设计年径流量分析

1) 小河、甸尾站年径流量分析

小河、甸尾水文站均有1954~1992年共39年实测径流资料,1993年均上迁,分别更名为中和、白邑水文站,小河站径流面积由原来的373 km2减小到357 km2 (两者相差4%),甸尾站径流面积由原来的120 km2减小到46.9 km2 (两者相差61%)。根据水文行业相关规范之规定,因中和与小河径流面积相差不超过10%,故可将中和1993~2017年径流资料直接按面积比(1.045)修正至小河站,而白邑与甸尾站径流面积相关较大,应同时考虑面积和降雨因素,将白邑站1993~2017年径流资料订正至甸尾站。

经如上处理后,即可得小河、甸尾站1954~2017年径流系列。经绘制小河、甸尾1654~2017年降雨径流过程对照,各站过程彼此基本相应,表明两站经订正和实测组成后的径流系列基本合理,可作为频率计算的经验样本。故将两站样本进行经验频率计算,采用矩法估计参数初值,用概率论中的P-III线型按离差平方和最小原则及适当照顾点线配合最佳的准则适线确定统计参数 [4] ,结果见表1。为便于分析比较,也将邻近的完家村、双龙湾两站的统计参数汇列于表1中。

Table 1. Results of annual runoff statistical parameters for each station

表1. 各站年径流量统计参数成果表

经比较,表1中各站统计参数具有如下特征:第一,在地区分布上,径流量随面积增大而增大,符合一般地区规律;第二,Cv值随岩溶地貌的发育程度而递减,符合径流量Cv值的一般变化规律;第三,产水模数及年径流深符合降雨量空间分布规律。如甸尾站流域内岩溶地貌发育,有黑龙潭等泉点出露,地下水补给丰富,年内变化小,所以其Cv值小于、产水模数大于小河、完家村、双龙湾站是符合实际的。再如,小河站流域雨量大于完家村和双龙湾,其产水模数也大于完家村和双龙湾站,符合降雨空间分布规律。

同时,通过查《云南省水资源综合规划水资源调查评价专题报告》 (2007年6月)径流深等值线图,在盘龙江松华坝水库坝址以上流域年径流深介于200~700 mm之间,产水模数在20~70万m3/km2之间 [5] 。而本次分析的小河、甸尾站年径流深和产水模数均在其范围内,表明两站年径流量及其统计参数基本合理。

表1可见,小河、甸尾站多年平均径流量分别为8670、8070万m3,故小河和甸尾站以上流域多年平均径流总量为16740万m3

2) 小河、甸尾~松华坝区间年径流量计算

因小河、甸尾~松华坝区间流域下垫面与小河站流域相似,且同属盘龙江流域上游区,水文气象条件基本一致,故其年径流量以小河站为参证站,考虑面积和雨量影响因素,采用水文比拟法推求。表达式如下:

W = F F P P W (1)

式中:W区间—小河、甸尾~松华坝区间年径流量(万m3);W小河—小河站年径流量(万m3);F区间—小河、甸尾~松华坝区间径流面积(km2);F小河—小河站径流面积(km2);P区间—小河、甸尾~松华坝区间流域多年平均面雨量(mm);P小河—小河站流域多年平均降雨量(mm)。

根据如上公式,即可计算得小河、甸尾~松华坝区间年径流量,结果见表2

Table 2. Calculated results of annual runoff of Xiaohe, Dianwei-Songhuaba interval

表2. 小河、甸尾~松华坝区间年径流量计算成果表

表2可见,小河、甸尾~松华坝区间多年平均径流量为2320万m3。该结果经与《云南省水资源综合规划水资源调查评价专题报告》 (2007年6月)径流深等值线图对照,在其合理范围内 [5] 。故小河、甸尾~松华坝区间年径流量计算结果基本合理。

3) 松华坝水库设计年径流量分析

松华坝水库坝址以上流域多年平均径流量由小河、甸尾、区间三部分叠加组成。根据表1表2中结果,计算得其值为19060万m3。其Cv值则根据小河、甸尾站取值,并结合《云南省水资源综合规划水资源调查评价专题报告》 (2007年6月) Cv等值线 [5] ,综合确定为0.48;而Cs取2Cv。根据如上确定的松华坝水库年径流量的均值、Cv、Cs,即可计算得松华坝水库的设计年径流量,结果见表3

Table 3. Design annual runoff at Songhuaba reservoir

表3. 松华坝水库设计年径流量成果表

4) 松华坝水库设计年径流量年内分配

根据上述求得的松华坝水库丰(10%)、平(50%)、枯(90%)的年径流量,选择合适的典型过程,将设计年径流量分配到月。其典型年的选择原则为:按照年水量与设计值相近,其来水过程对工程最不利,且尽量选择参证站实测或还原过程,并符合本地区降雨径流特性。

根据以上典型年选择原则,松华坝水库设计年径流量的月典型分配过程,分别选择小河站1966~1967年作为丰(10%)、1980~1981年作为平(50%)、1972~1973年作为枯(90%)水年的典型过程。根据选取的典型过程,以年总量不变作控制,按同倍比法将设计年径流量分配到月,结果见表4

Table 4. Design annual runoff year distribution at Songhuaba reservoir

表4. 松华坝水库设计年径流量年内分配表(单位:万m3)

3.3. 松华坝水源区可利用水量分析

松华坝水库的可利用水量,主要根据其坝址以上流域丰(10%)、平(50%)、枯(90%)水年的来水过程,结合松华坝水库的用水过程和现有工程规模,采用水量平衡原理调节计算后确定 [6] 。

调节计算的边界条件:考虑到松华坝水库原来的主要水库功能为城市防洪、城市供水和农田灌溉,但随着昆明城市的快速发展,原来的农田已被现在的城市建筑物所代替,水库已不再具有农灌功能。故在调节计算时,不再考虑松华坝水库的农灌用水 [7] 。下游生态用水量参照《建设项目水资源论证导则》 (GB/T35580-2017)的规定,按水库坝址多年平均来水量的10%计 [8] ,为1906万m3。水库水面的蒸发增损过程按松华坝水文站实测水面蒸发量、降雨量计算。考虑松华坝水库扩建时已做了防渗工程处理,故其渗漏量按月平均库容的1%计。水位~库容~面积曲线采用扩建后的现有水库规模成果。起调最低水位以1928.80 m控制,最高水位主汛期以汛限水位1964.00 m控制、枯季以正常蓄水位1965.50 m控制 [9] 。

根据以上确定的边界条件,采用水量平衡原理进行调节计算,即可得松华坝水库丰(10%)、平(50%)、枯(90%)的可利用水量,结果见表5

表5可见,松华坝水库坝址以上在丰(10%)、平(50%)、枯(90%)水年的来水分别为31,319、17,618、8674万m3,在扣除水面蒸发量、水库渗漏量、生态水量后,相应的可利用水量分别为20,300、15,100、6400万m3,弃水量分别为8306、0、0万m3

3.4. 松华坝水源区供水可靠度分析

供水可靠性主要从水库自身的工程稳定性、水质状况两方面进行分析。

首先,从水源点自身工程上分析其供水可靠性。松华坝水库大坝经1995年鉴定,其大坝经构筑砼防渗墙、振冲加固、扩建及三年蓄水考验,主付坝渗漏量、沉降量、位移量都在设计允许范围内,未发现异常,运行安

Table 5. Calculated results of available water regulation at Songhuaba reservoir

表5. 松华坝水库可利用水量调节计算成果表

全可靠,其安全类别鉴定为一类。1995年至今,水库运行也安全可靠。可见,松华坝水库从自身工程稳定性来看,供水可靠性高。

其次,从现状水质来看,近年来,松华坝水库现状水质稳定在III~IV类之间,超III类水标准的项目为总磷、总氮,稍加处理后即可满足城市供水要求,供水可靠性较高 [10] 。

4. 结语

本文以水文实测资料为基础,调查分析了松华坝水源区的来水量、可利用水量和供水可靠性,结果为:松华坝水源区在丰(10%)、平(50%)、枯(90%)水年的来水分别为31,319、17,618、8674万m3,在扣除水面蒸发量、水库渗漏量、生态水量后,相应的可利用水量分别为20,300、15,100、6400万m3;无论从工程上还是从水质方面来看,松华坝水库供水可靠性均较高。

本次分析成果可为有效解决昆明主城水资源优化配置和可持续利用提供参考,也可为同类水源区的水资源调查分析提供参考。随着松华坝水源区内水文监测数据系列的增长,松华坝水源区水资源需做进一步分析研究。

文章引用: 肖 林 , 张培臣 (2019) 昆明主城松华坝饮用水源区水资源调查分析。 水资源研究, 8, 100-107. doi: 10.12677/JWRR.2019.81012

参考文献

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