趙云峰

(唐秦水文水資源勘測局，河北唐山063000)

水資源供需分析就是要弄清區(qū)域或流域的供水、用水狀況和發(fā)展前景，從而提出保證水資源安全供應(yīng)的方案和措施，確保水資源供需平衡［1］。本文以秦皇島市為研究對(duì)象，運(yùn)用科學(xué)的方法對(duì)2010年、2020年秦皇島市各行業(yè)的需水量、各供水工程供水量進(jìn)行了預(yù)測，并計(jì)算出秦皇島市各縣區(qū)的缺水率。根據(jù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)對(duì)水資源的要求，提出區(qū)域水資源合理開發(fā)、高效利用、有效節(jié)約、優(yōu)化配置和綜合治理的總體思路，為秦皇島市水資源的可持續(xù)利用提供規(guī)劃基礎(chǔ)，促進(jìn)秦皇島市人口、資源和經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

1 需水量預(yù)測

1.1 預(yù)測原則

需水預(yù)測遵循以下原則:

1)以各規(guī)劃水平年社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)為依據(jù)，貫徹可持續(xù)發(fā)展的原則，統(tǒng)籌兼顧社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、環(huán)境等各部門發(fā)展對(duì)水的需求。

2)考慮水資源緊缺對(duì)需水量增長的制約作用，全面貫徹節(jié)水的方針。

3)考慮社會(huì)主義市場經(jīng)濟(jì)體制、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整和科技進(jìn)步對(duì)未來需水的影響。

4)重視現(xiàn)狀基礎(chǔ)調(diào)查資料，結(jié)合歷史情況進(jìn)行規(guī)律分析和趨勢分析，力求需水預(yù)測符合各區(qū)域特點(diǎn)。

5)合理配置水資源，統(tǒng)籌安排生活、生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境用水量。

1.2 生活需水預(yù)測

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，居民的生活質(zhì)量也將大大的提高。采用用水定額法對(duì)秦皇島市各水平年城鎮(zhèn)、農(nóng)村居民生活需水量進(jìn)行預(yù)測，2010年、2020年秦皇島市城鎮(zhèn)農(nóng)村居民生活總需水量將分別達(dá)到1.0139億m3、1.2305億m3。

1.3 第二產(chǎn)業(yè)需水預(yù)測

第二產(chǎn)業(yè)中工業(yè)的需水預(yù)測是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工作，因行業(yè)繁多，需水情況差異大，給分析計(jì)算工作帶來了很多不便。估算一個(gè)城市或者地區(qū)工業(yè)用水量通常采用的方法是:研究工業(yè)用水的發(fā)展史，分析工業(yè)用水的現(xiàn)狀，考察未來工業(yè)發(fā)展的趨向和用水水平的變化，從中得出規(guī)律并進(jìn)行預(yù)測。現(xiàn)采用趨勢法對(duì)秦皇島市的第二產(chǎn)業(yè)需水量進(jìn)行預(yù)測。

用歷年工業(yè)用水增長率來推算不同水平年工業(yè)需水量。預(yù)測不同水平年的需水量計(jì)算式為:

式中:Si為某一水平年工業(yè)需水量的預(yù)測值;S0為起始年份工業(yè)用水量;d為工業(yè)用水年平均增長率;n為起始年份至預(yù)測水平年之間的年數(shù)。

合理確定未來不同水平年的用水增長率是趨勢法預(yù)測的關(guān)鍵。一般來說，隨著用水水平的提高，單位產(chǎn)值用水量的降低，重復(fù)利用率的提高，工業(yè)用水增長率呈下降趨勢。趨勢法計(jì)算工業(yè)用水量簡單易行。但從歷年調(diào)查資料中分析用水增長率時(shí)，必須選取工業(yè)發(fā)展穩(wěn)定階段，該階段是相當(dāng)長的一個(gè)時(shí)段和具有較高準(zhǔn)確度的用水量數(shù)值，以便于觀察歷年用水增長率趨向。對(duì)異常點(diǎn)要作合理性檢查，才能消除偶然因素的影響。

通過分析秦皇島市第二產(chǎn)業(yè)用水影響因子，結(jié)合歷史用水趨勢，運(yùn)用趨勢法對(duì)秦皇島市第二產(chǎn)業(yè)需水進(jìn)行預(yù)測，得到秦皇島市第二產(chǎn)業(yè)總需水，2010年為1.418億m3，2020年為1.8351億m3。

1.4 第三產(chǎn)業(yè)需水預(yù)測

經(jīng)分析計(jì)算，秦皇島市第三產(chǎn)業(yè)總需水 2010年為0.4197億m3，2020年為0.8623億m3。2010年秦皇島市三產(chǎn)用水定額為12.3m3/萬元，2020年為9.7m3/萬元。

1.5 農(nóng)業(yè)需水預(yù)測

農(nóng)業(yè)灌溉凈定額主要取決于作物的種植結(jié)構(gòu)。在現(xiàn)狀有效灌溉面積中，水田占 15.9%，水澆地 43.7%，菜田20.4%。在此種植結(jié)構(gòu)中，根據(jù)秦皇島市各種類型的農(nóng)作物的需水特性，確定其凈灌溉定額;并利用對(duì)應(yīng)播種面積加權(quán)即可得到不同行政分區(qū)水田、水澆地和菜田以及林果的灌溉凈定額和農(nóng)田灌溉綜合凈定額;然后通過分析灌溉水利用系數(shù)，就可以根據(jù)“凈灌溉定額除以灌溉水利用系數(shù)”得到毛灌溉定額。規(guī)劃年的農(nóng)田灌溉定額的確定是在總結(jié)實(shí)際耕作制度、未來種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整趨勢和節(jié)水灌溉發(fā)展的規(guī)劃，農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整、新型節(jié)水灌溉方式的實(shí)施等基礎(chǔ)上可確定出不同降水保證率下的凈灌溉定額以及多年平均凈定額。隨著節(jié)水灌溉技術(shù)的實(shí)施，灌溉水利用系數(shù)增大，不同規(guī)劃水平年的毛定額有所下降。

在林果定額的計(jì)算中以經(jīng)濟(jì)林為主，結(jié)合實(shí)地調(diào)查，根據(jù)林果業(yè)灌溉現(xiàn)狀確定出林果的不同降水條件下的灌溉定額。對(duì)于淡水補(bǔ)水魚塘的灌溉水定額根據(jù)對(duì)近幾年魚塘面積的統(tǒng)計(jì)，采用畝均補(bǔ)水定額法計(jì)算求得。規(guī)劃年其定額保持不變。牲畜用水定額直接采用現(xiàn)狀調(diào)查值。不同水平年畜牧業(yè)的定額保持不變，大牲畜為30.0 L/頭·d，小牲畜為20.0 L/只·d。

秦皇島市不同降水保證率下的毛定額預(yù)測結(jié)果見表1。

表1 毛定額預(yù)測表 m3/666.7 m2

根據(jù)《河北省市級(jí)水資源評(píng)價(jià)細(xì)則》的要求，對(duì)秦皇島市農(nóng)業(yè)需水的預(yù)測以近7年的平均情況為基礎(chǔ)，綜合考慮歷史實(shí)際情況，以2007年基準(zhǔn)年，將2010年作為近期規(guī)劃水平年，2020年為中期和遠(yuǎn)期規(guī)劃水平年，分別對(duì)其不同降水保證率50%、75%和95%條件進(jìn)行基準(zhǔn)年和規(guī)劃年的農(nóng)業(yè)需水預(yù)測。

2010年、2020年50%的平水年，秦皇島市農(nóng)業(yè)需水分別達(dá)到6.2192億m3、5.7697億m3;75%的中等干旱年，秦皇島市農(nóng)業(yè)需水分別達(dá)到6.7397億m3、6.2323億m3;95%的特枯年，秦皇島市農(nóng)業(yè)需水分別達(dá)到7.2716億m3、6.6992億m3。

1.6 生態(tài)環(huán)境需水預(yù)測

生態(tài)環(huán)境需水量主要包括城鎮(zhèn)綠地建設(shè)需水量、城鎮(zhèn)河湖需水量和城鎮(zhèn)環(huán)境衛(wèi)生需水量;湖泊、沼澤、濕地補(bǔ)水量，林草植被建設(shè)需水量，地下水回灌量。

根據(jù)秦皇島市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平及水資源狀況，參考《秦皇島市城市水資源專向規(guī)劃報(bào)告》。經(jīng)預(yù)測，秦皇島市2010年、2020年生態(tài)環(huán)境需水量分別為1.4097億m3、1.4496億m3。

1.7 總需水預(yù)測

秦皇島市不同水平年不同保證率總需水量:當(dāng)P50%、P75%和P95%時(shí)基準(zhǔn)年的總供水量分別為9.7851億m3、10.3047億m3、10.7956億m3;2010年分別為10.4804億m3、11.0009億m3、11.5328億m3;2020年分別為11.1472億m3、11.6098億m3、12.0766億m3。秦皇島市各行政區(qū)不同水平年總需水量，見表2。

表2 秦皇島市總需水量表 108m3

2 可供水量預(yù)測

2.1 預(yù)測原則

1)重視流域內(nèi)水資源的合理配置。依據(jù)水資源的不同調(diào)配性和各水平年規(guī)劃工程情況確定地表水可供水量。

2)充分考慮各水平年污水處理回用量和再生水利用量。但不同水平年未能處理的污水暫不計(jì)入可供水量。

3)地下水可供水量不包括超采量。淺層地下水可供水量按已有地下水總補(bǔ)給量及可開采量分析成果綜合確定。濱海平原區(qū)深層地下水現(xiàn)狀利用量不大，在現(xiàn)狀基礎(chǔ)上開采量較大地區(qū)適當(dāng)減少其可供水量，主要作為應(yīng)急及后備水源考慮。

4)非常規(guī)水源按規(guī)劃指標(biāo)確定可供水量。

5)按照優(yōu)先滿足居民生活用水，保證重點(diǎn)工業(yè)用水，統(tǒng)籌考慮一般工業(yè)和農(nóng)業(yè)用水以及生態(tài)環(huán)境用水的原則，逐級(jí)進(jìn)行水量供需分析。

2.2 地表水可供水量

地表水可供水量預(yù)測以各河系供水工程及供水系統(tǒng)為調(diào)算主體，進(jìn)行自上游到下游，先支流后干流逐級(jí)調(diào)算，對(duì)桃林口、洋河兩座大型水庫采用長系列時(shí)歷年法進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算，得出不同水平年、不同保證率的可供水量，并將其分解到相應(yīng)的計(jì)算分區(qū)［2］。其它現(xiàn)有中型水庫、小型水庫、塘壩工程及引提水工程的可供水量，以1984～2007年地表水實(shí)際供水量為基礎(chǔ)，對(duì)秦皇島市的降水量及來水量情況進(jìn)行分析，分別選出來水頻率為50%、75%和95%的代表年，代表年的選擇原則是其來水時(shí)程分配對(duì)用水偏不利中型水庫采用典型年法，小型水庫、塘壩工程及引提水工程則以代表年的實(shí)際供水量作為它們的不同保證率的可供水量。

經(jīng)計(jì)算和預(yù)測，秦皇島市不同水平年不同保證率地表水可供水量:當(dāng)P50%、P75%和 P95%時(shí)基準(zhǔn)年的供水量分別為5.7695億m3、4.044億m3、1.8771億m3;2010年分別為5.801億m3、4.0621億m3、1.9081億m3;2020年分別為5.954億m3、4.147億m3、1.9668億m3。

2.3 地下水可供水量

地下水可供水量包括淺層地下水、深層地下水、微咸水可供水量。地下水資源可開采量是指布井區(qū)范圍內(nèi)的淺層地下水資源可開采量。根據(jù)地下水資源評(píng)價(jià)繪制的淺層地下水資源可開采量模數(shù)分區(qū)圖，以及圈定的規(guī)劃水平年布井區(qū)范圍，估算在現(xiàn)狀條件下，規(guī)劃水平年供水范圍內(nèi)的地下水資源可開采量。

基準(zhǔn)年和各水平年淺層地下水可供水量是以礦化度≤2 g/L地下水可開采量的成果為基礎(chǔ)，結(jié)合各水平年需水預(yù)測及水資源供需分析確定的。地下水可供水量計(jì)算公式為:

式中，Hi，Wi，Xi分別為i時(shí)段機(jī)井提水能力、當(dāng)?shù)氐叵滤Y源可開采量及用戶的需水量;t為計(jì)算時(shí)段。

深層地下水開發(fā)利用主要在濱海平原區(qū)。該區(qū)深層地下水補(bǔ)給困難，且引發(fā)的環(huán)境地質(zhì)問題較為嚴(yán)重，考慮目前深層地下水現(xiàn)狀開采利用量不大，對(duì)其開發(fā)利用量作了削減，主要作為后備或應(yīng)急水源。

經(jīng)計(jì)算和預(yù)測，秦皇島市地下水可供水量基準(zhǔn)年、2010年、2020年分別為5.6511億m3、5.6596億m3、5.6702億m3。

2.4 非常規(guī)水源可供水量

截至到2007年，秦皇島市共建有5座污水處理廠，現(xiàn)狀總處理能力達(dá)到33萬m3/d。2009年擬建成山海關(guān)、青龍、撫寧和昌黎4座污水處理廠，處理能力8萬t/d;2010年擬建設(shè)盧龍污水處理廠，處理能力0.75萬t/d。

據(jù)此計(jì)算和預(yù)測，秦皇島市非常規(guī)水源可供水量基準(zhǔn)年、2010年、2020年分別達(dá)到0.075億m3、0.219億m3、0.445億m3。

2.5 總可供水量

秦皇島市不同水平年不同保證率總可供水量:當(dāng)P50%、P75%和 P95%時(shí)基準(zhǔn)年的總供水量分別為11.4956億m3、9.7701億m3、7.6032億m3;2010年分別為11.6796億m3、9.9407億m3、7.7867億m3;2020年分別為12.0692億m3、10.2622億m3、8.0820億m3。秦皇島市各行政區(qū)不同水平年可供水量，見表3。

3 供需分析

經(jīng)分析計(jì)算，秦皇島市在P=50%的年份不缺水;P= 75%的年份缺水率2010年、2020年分別為9.6%、11.6%;P =95%的年份缺水率 2010年、2020年分別為 32.5%、33.1%。從各縣區(qū)來看，秦皇島市三區(qū)在保證率為95%的2020年缺水，其它保證率和年份下不缺水;昌黎縣、撫寧縣經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度較快，農(nóng)業(yè)需水量較大，雖然可供水量較其它兩縣多，但是也不能夠滿足其需水要求，因此即使在保證率為50%的年份里2010年缺水率分別為16.0%、17.9%，2020年缺水率分別為12.5%、17.0%。秦皇島市各行政區(qū)不同水平年缺水率，見表4。

表3 秦皇島市各水平年總可供水量表

表4 秦皇島市不同水平年缺水率表

4 結(jié)論

由以上分析預(yù)測結(jié)果可見，隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，秦皇島市的需水在日益增加。從需水組成上看，秦皇島市的用水大戶為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，抓好農(nóng)業(yè)節(jié)水意義重大，為此應(yīng)大力開展節(jié)水農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)基本建設(shè)。用于城市生態(tài)的水量較少，按照自然與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的觀點(diǎn)，需要繼續(xù)調(diào)整水資源的供需結(jié)構(gòu)，在一定程度上增加生態(tài)需水，以促進(jìn)生態(tài)環(huán)境建設(shè)。秦皇島市的地表水資源相對(duì)較少，在P= 75%、P=95%的年份供水主要來自于地下水的開采，地表水的總供水量小于地下水的總供水量，屬于典型的半干旱干旱地區(qū)的用水模式。過度開采地下水資源極易導(dǎo)致地面塌陷、海水入侵等一系列生態(tài)環(huán)境問題。為此，應(yīng)控制秦皇島市的地下水開采量，積極開發(fā)新的和可替代的供水水源，如實(shí)行外流域調(diào)水、污廢水的再利用以及循環(huán)用水等措施，來滿足本市的各項(xiàng)需水要求。實(shí)行區(qū)域水資源的綜合管理使有限的水資源得到充分合理的利用。

［1］ 左其亭，竇明，吳澤寧.水資源規(guī)劃與管理［M］.北京:中國水利水電出版社，2005.

［2］ 河北省水文水資源勘測局.曹妃甸循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展總體規(guī)劃水資源論證報(bào)告［R］.石家莊:河北省水文水資源勘測局，2007.