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        基于強(qiáng)化節(jié)水的城市需水預(yù)測方法

        2020-10-17 08:16:12
        河南水利與南水北調(diào) 2020年8期

        潘 陽 王 丹

        (河南省水利勘測設(shè)計(jì)研究有限公司)

        1 節(jié)水優(yōu)先的需水預(yù)測概念與內(nèi)涵

        需水預(yù)測是指根據(jù)流域或區(qū)域總體規(guī)劃采用多種預(yù)測法,對(duì)未來總需水量所做出的推算。城市需水一般包括城市生活、生產(chǎn)、生態(tài)所需用水,其中生態(tài)用水包括河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境用水和城市綠化、環(huán)境衛(wèi)生等河道外生態(tài)環(huán)境用水。城市需水預(yù)測是對(duì)城市未來需水量進(jìn)行合理推算,保證城市社會(huì)的健康發(fā)展。預(yù)測要做到節(jié)水,就是要對(duì)有限的、不同形式的水資源,根據(jù)用水戶的需求,進(jìn)行合理預(yù)測。強(qiáng)化節(jié)水的城市需水預(yù)測,是在傳統(tǒng)需水預(yù)測的基礎(chǔ)上,優(yōu)先考慮節(jié)水目標(biāo),根據(jù)既定的節(jié)水指標(biāo)預(yù)測規(guī)劃年需水量,考慮非常規(guī)水資源開發(fā)利用和節(jié)水工程的建設(shè),按照節(jié)水優(yōu)先的原則預(yù)測合理的需水量,具體內(nèi)涵有以下幾個(gè)方面:預(yù)測需要明確的限制范圍,城市需水預(yù)測研究城市用水;供水水源包括地表水、地下水、外調(diào)水和非常規(guī)水等;根據(jù)用水目的及區(qū)域特點(diǎn),有合理的水資源分配原則;提高水資源利用效率。

        2 強(qiáng)化節(jié)水需水預(yù)測方法

        2.1 城市生活需水

        城市生活用水量主要由人均用水和人口數(shù)量來確定,采用以下公式計(jì)算:

        式中:Ws,n為第n 年生活用水量,萬m3;P0為現(xiàn)狀年城市人口,萬人;α為人口年均增長率;D0為現(xiàn)狀年城市人均用水,m3/人;DDB為人均用水定額,m3/人;Z0為現(xiàn)狀年實(shí)際人均生活用水量,m3/人;β為生活用水年均增長率。

        考慮節(jié)水條件,包括節(jié)水設(shè)施的普及率a,對(duì)公式(1)進(jìn)行優(yōu)化,得到:

        式中:Ws為生活需水量,萬m3;a0為現(xiàn)狀年城市節(jié)水設(shè)施普及率;an為城市第n年節(jié)水設(shè)施普及率。

        2.2 城市生產(chǎn)需水

        城市生產(chǎn)用水可分為一、二、三產(chǎn)業(yè)用水,第二產(chǎn)業(yè)和第一、第三產(chǎn)業(yè)的用水不同,第二產(chǎn)業(yè)用水量需要考慮重復(fù)用水,而第一、第三產(chǎn)業(yè)一般不考慮重復(fù)用水。

        第一產(chǎn)業(yè)用水量具體計(jì)算公式為:

        式中:Wa為第一產(chǎn)業(yè)需水量,萬m3;Q0為現(xiàn)狀年第一產(chǎn)業(yè)萬元GDP用水量,m3/萬元;δ為第一產(chǎn)業(yè)萬元GDP用水量降低率;G0,a 為初始年第一產(chǎn)業(yè)GDP,萬元;θ1為第一產(chǎn)業(yè)GDP 增長率。

        第二產(chǎn)業(yè)考慮水資源的重復(fù)利用,故其計(jì)算公式如下:

        式中:Wg為第二產(chǎn)業(yè)需水量,萬m3;μn為第n年的水資源重復(fù)利用率;μ0為現(xiàn)狀年水資源重復(fù)利用率;R0為現(xiàn)狀年第二產(chǎn)業(yè)萬元GDP用水量,m3/萬元;γ為第二產(chǎn)業(yè)萬元GDP用水量降低率;θ2為第二產(chǎn)業(yè)GDP 增長率;G0,g為現(xiàn)狀年第二產(chǎn)業(yè)GDP,萬元。

        第三產(chǎn)業(yè)需水量計(jì)算方法同第一產(chǎn)業(yè),不考慮水資源的重復(fù)利用,計(jì)算公式如下:

        式中:Wf為第三產(chǎn)業(yè)需水量,萬m3;S0為現(xiàn)狀年的第三產(chǎn)業(yè)萬元GDP用水量,m3/萬元;λ為第三產(chǎn)業(yè)萬元GDP用水量降低率;G0,f 為初始年第三產(chǎn)業(yè)GDP,萬元;θ3為第三產(chǎn)業(yè)GDP 增長率。

        節(jié)水潛力計(jì)算公式如下:

        式中:ΔW0為生活需水節(jié)水潛力,萬m3;Pn為規(guī)劃年人口數(shù)量,萬人;Zn為規(guī)劃年人均需水量,m3/人;ΔWi為生產(chǎn)行業(yè)節(jié)水潛力,萬m3;Ai,n為第n 年規(guī)劃第i 產(chǎn)業(yè)萬元GDP 用水量,m3/萬元。Ai,0為現(xiàn)狀年第i產(chǎn)業(yè)萬元GDP用水量,m3/萬元;G0,i為現(xiàn)狀年第i產(chǎn)業(yè)的GDP,萬元。

        2.3 城市生態(tài)需水

        2.3.1 河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水

        河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量指為保護(hù)河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境,需要保留在河流內(nèi)的水量。關(guān)于河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量的計(jì)算方法有很多,文章以上年河流平均流量作為當(dāng)年河道內(nèi)最低生態(tài)需水量。計(jì)算公式如下:

        式中:W內(nèi)為河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量,萬m3;Q 為上年河流平均流量,m3/s;3 153.60為轉(zhuǎn)換系數(shù),將m3/s轉(zhuǎn)換為萬m3。

        2.3.2 河道外生態(tài)環(huán)境需水

        河道外生態(tài)環(huán)境需水W外主要指城市公共綠地綠化用水與公共衛(wèi)生用水兩部分,根據(jù)市政部門實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)均采用定額法得到。

        2.4 城市需水量

        城市需水量包括生活、生產(chǎn)、生態(tài)需水,計(jì)算公式如下:

        式中:W為城市需水量,萬m3。

        3 實(shí)例分析

        3.1 研究區(qū)概況

        鄭州是河南省省會(huì),位于東經(jīng)112°42′~114°14′、北緯34°16′~34°58′。文章以鄭州市主城區(qū)為例,包括惠濟(jì)區(qū)、中原區(qū)、金水區(qū)、二七區(qū)和管城區(qū)五大區(qū)。

        2016 年鄭州市主城區(qū)用水總量為7.71 億m3,占全市總用水量的42.80%。在分項(xiàng)用水中,居民生活用水量占總用水量的36.70%,生產(chǎn)用水量占38.80%,生態(tài)用水量占24.50%。

        通過老舊管網(wǎng)改造、節(jié)水器具推廣,鄭州市節(jié)水水平大幅提高,但尚未達(dá)到節(jié)水措施實(shí)施率100%,尤其是主城區(qū)生活用水量大、科教服務(wù)型產(chǎn)業(yè)密集,仍有一定的節(jié)水空間?;卩嵵菔鞋F(xiàn)狀年節(jié)水水平,結(jié)合節(jié)水型社會(huì)建設(shè)規(guī)劃,以2017年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為驗(yàn)證,對(duì)比以2016年為現(xiàn)狀年計(jì)算的數(shù)據(jù),預(yù)測鄭州市2020年城市需水量。

        3.2 數(shù)據(jù)來源

        文章選取2016年為現(xiàn)狀年,計(jì)算所用的指標(biāo)有人口、人口增長率、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值等,統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)主要來源于河南統(tǒng)計(jì)年鑒、鄭州市水資源公報(bào)、河南水利統(tǒng)計(jì)年鑒以及河南省地方標(biāo)準(zhǔn)等。從中摘取針對(duì)鄭州市主城區(qū)的部分進(jìn)行匯總,得到文中計(jì)算所用指標(biāo)數(shù)據(jù)。

        3.3 結(jié)果與分析

        以2017年為驗(yàn)證年。首先分別計(jì)算出主城區(qū)2017年生活需水量、生產(chǎn)需水量和生態(tài)需水量,同2017年水資源公報(bào)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相比較,以此驗(yàn)證計(jì)算的精度,并進(jìn)行適當(dāng)修正;再根據(jù)2017 年水資源公報(bào)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和率定的計(jì)算參數(shù),預(yù)測2020 年城市需水量。利用公式計(jì)算得到的2017年城市需水量與水資源公報(bào)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相比雖有一定誤差,但總體而言預(yù)測成果比較可靠。預(yù)測結(jié)果比實(shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)少1.20%,其中生活需水量計(jì)算值比實(shí)際值多0.60%;生產(chǎn)需水計(jì)算值和生態(tài)需水比實(shí)際值少0.90%和3.50%。在生產(chǎn)需水分項(xiàng)中,第一產(chǎn)業(yè)和第二產(chǎn)業(yè)分別比實(shí)際值偏多,第三產(chǎn)業(yè)計(jì)算值比實(shí)際值偏少。

        節(jié)水潛力計(jì)算結(jié)果如表1所示。

        表1 2020年鄭州市主城區(qū)節(jié)水潛力計(jì)算結(jié)果表 單位:萬m3

        以2016 年用水?dāng)?shù)據(jù)為基準(zhǔn),預(yù)測的2020 年鄭州市主城區(qū)節(jié)水潛力為6 484萬m3,其中生活用水節(jié)水潛力1 341萬m3,占需水量的4%;生產(chǎn)用水節(jié)水潛力5 143 萬m3,占需水量的16%。在生產(chǎn)用水中,第二產(chǎn)業(yè)的節(jié)水潛力最大,主要因素是在鄭州市區(qū)有很多食品飲料加工業(yè)、紡織業(yè)以及電力生產(chǎn)行業(yè)等用水戶的用水效率與水資源重復(fù)利用率有很大提升空間,根據(jù)公式計(jì)算,水資源重復(fù)利用率每提高1%,可節(jié)約水資源208萬m3,第二產(chǎn)業(yè)節(jié)水的重點(diǎn)是提高水資源重復(fù)利用率。

        4 結(jié)論

        文章提出了基于強(qiáng)化節(jié)水的城市需水量計(jì)算方法,計(jì)算了節(jié)水條件下城市需水量和節(jié)水潛力,并以鄭州市主城區(qū)為例進(jìn)行分析。結(jié)果表明,鄭州市主城區(qū)2020年需水量為86 860萬m3,節(jié)水潛力為6 484 萬m3,通過節(jié)水潛力評(píng)估,考慮節(jié)水更符合節(jié)水型社會(huì)的建設(shè)要求,能夠提高用水效率,改善生態(tài)環(huán)境。

        根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以看出,計(jì)算結(jié)果與實(shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)值相差不大,可作為短期預(yù)測城市需水量的一種方法。合理計(jì)算城市需水量,將有效促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展,增強(qiáng)水資源保障能力,產(chǎn)生更大的生態(tài)效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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