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干旱条件下应急供水标准研究

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东北地区在大陆暖高压的控制下,这种暖高压属副热带大陆高压,大多从新疆东移而来,少数由青藏高压分裂而成,也有的是西太平洋副热带高压发展深入内陆分裂而成的单体。这时的副热带高压西伸脊点在140°E附近,脊线在22.5°N附近,副高主体偏东,偏南,强度弱,面积小。在雅库茨克~鄂霍次克一带常有低压活动,同时印巴低压也比较强,高空锋区偏北,中纬度环流较平直。由于东北地区被正距平区占据,阻挡了冷空气的入侵,使北方地区冷空气活动少,在暖高压的下沉气流作用下,东北地区天气晴朗,形成高温少雨天气,造成较大范围的干旱。本型极涡偏弱,极地冷空气常沿东亚沿海一带扩散南下,侵入到东亚中纬度地区,这里暖空气势力远不如冷空气势力强,因此造成东亚高度场普遍偏低,西太平洋副热带高压异常弱小,副热带高压脊线位于22°N附近,西伸脊点位于145°E左右。这样东亚高空锋区偏南,西风急流也常常偏南活动,从而造成东北区夏季降水偏少。当遭遇干旱时,随着降雨持续减少,区域可利用的水资源量也在逐渐减少,水资源的供给与经济社会和生态环境用水之间的矛盾突出,特别是人口集中地区、产业聚集地区和生态敏感区。确定不同干旱等级下的供水保障目标,是基于干旱程度、区域水资源承载状况、水资源开发利用水平、人口分布、产业布局等多因素、复杂背景下,结合抗旱减灾应急管理方向和手段,以保障干旱期城乡生活生产有序稳定、水生态系统可持续健康发展为目标,合理科学地制定干旱期供水保障对象。从用水对象来说,东北地区不仅是我国重要的工业基地,也是我国主要的粮食主产区和牧业生产区,同时,林、草、湿地等重要的生态屏障和资源较我国其他地区也有独特优势。用水对象多而复杂,水资源的分布与用水对象的分布不匹配,因此,需根据各用水对象的重要性,确定干旱期有限的水资源的保障重点。目前,东北地区的用水对象主要有农村人饮、农业生产、城镇居民、工业生产、第三产业、生态等,各用水对象的正常供水保证率不一样,在遭遇不同等级干旱时,用水短缺程度也不一样。

东北地区农村饮水安全工程的现状供水保障率一般在90%~95%,也就是说只有在发生严重及以上干旱时,农村人饮才会出现较大面积的供水困难;农业灌溉一般的供水保证率在75%左右,也就是在超过中度干旱时,逐步出现灌溉供水无法保障的现象;城镇居民供水保证率一般都是在95%以上,个别重要城市甚至达到了97%以上,只有在出现特大干旱时,城镇居民供水才会面临威胁;工业生产根据产业要求的不同,供水保证率一般在90%以上,对于一些特殊的工业(如核电厂)等,为保证安全,供水保证率几乎接近100%,当出现严重以上干旱时,工业生产开始受到影响;第三产业的供水一般由城市公共水厂供水,供水保证率和城市居民用水一样,但是随着城市的快速发展,供水基础设施建设的滞后,当干旱缺水时,常常是首先保证居民用水,对第三产业用水进行限制,其供水保证率虽然是95%及其以上,但实际上常常是在严重干旱的时候就已经开始影响到第三产业的用水;生态基本上和天然降水、径流等息息相关,一般在中度干旱时,由于降雨和径流的减少,就开始对影响生态环境。根据用水对象的现状供水保障程度来看,在发生中度干旱时,城镇和农村人饮供水不会受到威胁,此时的保障目标主要是保障农业生产用水和生态敏感区的补水,主要是位于辽河平原、松嫩平原、三江平原和扎龙、向海等国家级重要生态核心区;在发生严重干旱时,区域水资源可供量进一步减少,农村人饮、部分工业和部分第三产业的用水开始受到威胁,根据用水对象的重要性,此时,优先保障农村人饮的供水,对高耗水的工业和第三产业进行适度限制供水,为保障粮食安全和社会稳定,应保障商品粮基地和口粮田基地作物生长关键期的供水,农村人饮困难地区主要集中在内蒙古的兴安盟东部、赤峰、通辽和吉林的中西部地区;当发生特大干旱时,区域内的各用水对象基本上都出现了供水困难,此时针对一些供水目标要适度的舍弃,如钢铁、水泥等高耗水工业的限产停产,洗浴、洗车等高用水服务业的停业,生态和一般农业等,根据用水对象的重要性,首先是城乡居民的基本用水,其次是重点单位、部门和企业等工业和第三产业的用水,最后是尽可能的保障东北地区重要商品粮基地和口粮田基地作物生长关键期的用水,保障国家粮食安全。干旱期的供水是以供定需,根据干旱期可利用水资源数量,通过制定不同干旱等级下各用水对象的保障供水标准,最大限度地利用好干旱期有限的水资源,保障干旱期的供水安全。干旱期供水标准的确定应该根据不同用水对象的用水特性有区别性的研究。因旱农村人饮一直是我国抗旱部门的重点,目前,国内外相关研究机构通过研究不同环境下人体的基本用水需求以测算人的生存最基本用水量,在我国,除了制定正常用水情况下的农村生活用水定额外,还针对农村饮用水安全等问题提出了一些规定。其中,水利部和卫生部联合颁发的《农村饮用水安全卫生评价指标体系》将农村饮用水安全分为安全和基本安全两个档次,每人每天可获得的水量不低于40~60L的为安全,不低于20~40L的为基本安全。在《全国抗旱规划》对农村人饮的抗旱应急供水标准确定在20~40L/(人•天)。从理论上来说,任何地区的人的基本需水量应该差距不大的,但实际上,不同地区、不同供水设施水平、不同干旱等级的情况下,供水能力是存在差异的,结合我国东北地区的的实际情况,本文从山区因旱农村人饮、丘陵区因旱农村人饮、平原因旱农村人饮和牧区因旱农村人饮等4种类型进行分析。随着干旱的发展,农村人饮的保障供水标准在逐渐压缩,同时,平原地区的保障标准最高,山区保障水平最低。不同干旱情形下农村人饮应急供水标准如表1所示。

农业是受干旱影响最大、最直接的,干旱缺水常常导致农业生产大面积减少,甚至绝收。东北地区是我国重要的粮食主产区,保障东北地区的农业干旱期生产有序,对国家粮食安全具有重要的意义。干旱期的水资源短缺和农业生产的用水总量之间矛盾突出,在不同干旱等级情形下,必须突出重点,特别是国家商品粮基地和基本口粮田基地。目前,对于农作物的需水量,国内外做了大量的实验,基本上都是从作物的生长机理方向分析其在生长过程中各生长关键期的基本用水量,不同地区、不同作物的需水是不一样的。东北地区的农作物主要是水稻、玉米、春小麦和大豆,根据调查,水稻生长期总需水量约500m3/亩,春小麦生长期总需水量约200~360m3/亩,玉米生长期总需水量约260~400m3/亩,大豆生长期总需水量约350~400m3/亩。根据调研,要保障农作物的最基本的生长,至少需保障农作物各生长期正常需水的20%~30%,这样东北地区主要农作物干旱期最基本需水量如表2所示。近年来,城镇化进程加快,干旱开始向城镇地区蔓延,特别是在发生严重干旱和特大干旱时,城镇地区供水紧张时常出现。城镇地区用水对象复杂而多样,在日常用水管理中,应采取更严格的节水措施,将供水定额进一步压缩。干旱发生时应制定严格的用水定额标准,对城镇供水实行最严格的计划管理、定额管理。首先应该保证城镇居民和重点部门、单位和企业(如学校医院、火核电等)的供水,对一些高耗水的行业,要求其加强技术改造,提高工业用水的重复利用率,严格限制高耗水工业企业用水,必要时实行限时、减量、分区供水。参照国内外一些城市的做法,在旱灾发生、出现供水危机时,应对正常情况的生产需水量进行压缩。城镇供水总量的压缩幅度与城镇的产业结构相关,压缩水量主要是集中的高耗水的一些行业,经调查分析,在中等干旱时,东北地区城镇地区的供水体系保障程度较高,基本不会出现应急供水的状况;在严重干旱时,城镇居民保证正常供水定额,工业和第三产业开始对高耗水行业进行限制;在特大干旱时,城镇的总供水量持续减少,城镇居民用水最低保障需达到30~40L/(人•天),加大高耗水行业的节水限水力度。东北地区干旱期城镇所在地保障目标应急供水标准如表3所示。东北地区干旱期的主要保障对象有农村人饮、农业生产、城镇居民、工业生产、第三产业、生态等,根据各用水对象的现状供水保证程度,在发生中度干旱时,保障目标主要是农业生产和生态;在发生严重干旱时,干旱缺水影响从农业、生态扩展到农村人饮、部分工业和部分第三产业,此时应优先保障农村人饮的供水;当发生特大干旱时,所有用水对象均出现不同程度的缺水,此时应根据用水对象的重要性,确保城乡居民的基本用水,保障经济社会平稳发展。由于干旱期水资源可利用量远远不能满足经济社会正常的用水需求,根据干旱程度和用水对象的不同,干旱期的应急供水标准也不同,农村人饮最低供水标准在20~35L/(人•天);农业灌溉至少需保障农作物正常需水的20%~30%;城镇居民用水最低供水标准在30~40L/(人•天);工业和第三产业应根据干旱程度,实施用水总量控制,削减供水量,特别是高耗水工业和行业。

本文作者:张海滨 屈艳萍 苏志诚 工作单位:中国水利水电科学研究院

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