简要信息

【获奖类型】应用二等奖

【任务来源】辽宁省水利厅、沈阳市水利局

【课题编号】资0205032008

【课题起止时间】2008年1月~2009年5月

【完成单位】中国水利水电科学研究院

沈阳市水利局

沈阳市沈北新区水利局

【主要完成人】谢新民、叶  勇、柴福鑫、杨丽丽、王志璋、魏传江、贾  玲

立项背景

沈阳市水利局重点科技项目“沈阳市地表水与地下水联调系统建设试点研究”于2008年由沈阳市水利局正式立项。沈阳市是一座历史悠久的古城，作为新中国的重工业基地，目前已形成了完整的工业体系，工业门类达到184个，具有很高的综合配套能力和现代技术装备水平。改革开放以来，沈阳市的传统工业与国际接轨、与高科技接轨，发生了重大而深刻的变化，“十五”期间沈阳市地区生产总值实现年均增长13.4％。随着经济社会的快速发展，沈阳市资源型缺水问题已成为制约其可持续发展的“瓶颈”因素。虽然大伙房输水工程与石佛寺水库供水工程体系的相继建成和发挥作用，将有力地缓解沈阳市经济社会快速发展的用水紧张形势，但要从根本上解决和保障沈阳大都市的供水安全及生态文明建设，尚需要多方面考虑和未雨绸缪。水污染与供水水质问题依然是巨大的隐患和挑战。为了解决和缓解沈阳市城市供水系统的脆弱性和未来污染型缺水或因突发性污染事故等所导致的供水压力，确保国家加快东北地区等老工业基地调整和改造战略目标的实现，超前研究和分析沈阳市城市常规水源、应急水源与战略储备水源问题，已显得十分必要和迫切。

基于上述考虑，根据党的“十七”大报告精神，以“有效利用雨洪资源和保障近远期沈阳市饮用水安全”为目标，沈阳市政府及时启动了“沈阳市地表水与地下水联调系统建设试点研究”工作。通过该项研究，为我国北方地区地表水与地下水联合调度与联合开发利用提供了一套完整的分析、评价与建设规划思路及模式，具有较大的推广价值及实践意义。特别是提出了常规水源、应急水源与战略储备水源等概念及计算评价方法，对超前分析城市应急供水、多功能复合型水源地等提供了借鉴。该项成果已通过辽宁省水利厅及沈阳市水利局联合组织的专家评审与验收。

详细科学技术内容

本项目主要科技技术内容包括：

①摸清试点流域基本概况，包括地形、地貌，地质条件，气象条件，河流水系条件以及人口及社会经济等情况，为分析试点流域内天然水资源条件、用水构成及需水量计算等奠定基础；

②剖析水文地质条件，为了查清试点流域内地下水各物理特征及空间展布，实现地表水与地下水联合开发利用的目的，着重分析了试点流域的含水层结构、地下水动态、地下水系统功能及地下水补径排特征等水文地质条件，并利用水文地质数据及钻孔、剖面等资料，建立了试点流域内首个三维地质实体模型，为联调系统水量调算、工程规划和建设方案优选等提供了可靠的依据与三维可视化平台；

③分析试点流域水资源条件及开发利用形势，利用水文统计学原理、解析法、均衡法及数值模型等方法分析计算与评价地表水及地下水资源数量、质量、水资源开发利用程度等方面，并分析了当前试点流域内水资源开发利用所面临的主要挑战；

④提出了试点流域内地表拦蓄结合地下水库协同作用下的地表水与地下水联调方式，并从补给水源、储水条件、可更新条件及排水条件等四方面重点分析了利用地下水库进行联调的可行性；

⑤对地表水与地下水联调系统所需的拦蓄工程、开采工程、水体净化工程与监测工程进行规划分析，并利用不同的工程组合及水源开发方案，采用情景分析法与数值模拟模型分析计算了14种不同建设方案下的供水量与地下水位变化，并在对比各建设方案的基础上提出适宜的推荐方案，为试点流域内相关工程的设计与具体实施打下坚实的基础；

⑥根据试点流域现状污染态势，提出适宜试点流域内以人工湿地为主体，以河道疏浚、水生态保护与修复措施为一体的水体净化与生态保护设计方案；

⑦估算了工程的投资及效益，以及工程最后对当地环境的影响进行了简单评价。并在对研究成果提炼总结的基础上提出未来尚需深入开展工作的方向。

发明及创新点

本项目在地表水与地下水联调理论方法和应用实践等方面取得了重要突破，获得了较丰硕的成果。其中主要创新点包括：

首次提出遵循科学发展观和生态文明理念的地表水与地下水联调系统建设新思想。

基于水文地质数据及钻孔、剖面等，通过概化分析，建立了试点流域内首个三维地质实体模型，揭示了试点流域含水层结构特征及其空间延展分布等成果。

提出了试点流域基于地下水库的地表水与地下水联调系统建设思路、分析与评价原则、可行性论证方法与步骤等系列成果。

首次对常规水源地、应急水源地、战略储备水源地的定位及作用、约束条件、开发原则等进行了界定，给出了试点流域内三类水源的工程布局、开采规模、开采时限、恢复态势及环境影响等成果。

针对试点流域，提出了联调系统建设工程规划、不同水源布局和开发方案优选、水体净化与生态保护方案等系列成果。

与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较

从查阅的国内外文献来看，诸多学者虽然都指出采用地表水—地下水联合调度或者联合利用是解决干旱内陆河流域水资源短缺的一个有效途径，并提出了基于不同目的、应用于不同区域的地表水与地下水联合调度模型及管理方案，但基本上属于理论模型及计算方法上的研究应用于具体实践并能指导生产的具体研究，特别是把地表水与地下水联调系统作为一个大的综合系统，涵盖系统分析与评价、工程规划与布局，特别是基于地下水库的多水源类型及结合水生态修复与水质改善的地表水与地下水联调系统的研究与应用尚未见到。总体来讲，本次研究成果，首次较系统全面的对建设地表水与地下水联调系统涉及的水资源条件、地下水库条件、不同水源类型的联调系统供水能力、各类工程布局与规划等进行了分析计算与研究，在理论、技术与方法上都有重大突破和创新，具有较强的借鉴与推广价值。

成果应用情况及社会经济效益

“沈阳市地表水与地下水联调系统建设试点研究”为沈阳市水利局缓解城市供水压力、保障城市供水安全而启动的科技创新项目。通过课题组及相关单位的协作配合及联合攻关取得了丰硕的成果，为指导建设试点流域内地表水与地下水联调系统提供了重要的理论和方法支撑，为日后各项相关工程的规划与设计提供了较为详实的分析计算与论证成果，有力的推动了沈阳市开工建设地表水与地下水联调系统的工作进程。

根据本次研究成果，沈阳市水利局已经开始着手启动地表水与地下水联调系统的工程设计，本研究成果将有力的指导与支撑各地表工程、开采工程及水生态修复与水质改善工程的设计工作，为顺利完成沈阳市地表水与地下水联调系统工程建设及运行管理奠定坚实的基础。

成果转化、推广或产业化方面还需帮助解决的问题

本项研究成果的研究思想、原则、模式、分析与评价理论和关键技术方法等不仅在本次研究中发挥出重要的作用，而且可以在我国其他流域和区域推广应用，特别是针对供水紧张、水资源单纯开发利用难度较大、天然水资源短缺的北方及西北内陆干旱地区，具有较强的推广价值。

目前本次研究仅针对沈阳市的试点流域开展了各项分析与评价计算，在成果转化及推广时尚需根据其它地区的水资源特点，在本次研究的基础上对计算模型、开发利用方式等进行相应的调整，以适应具体的研究区。