潘淑慧

(菏澤市河湖流域工程管理服務(wù)中心，山東 菏澤 274000)

1 三次平衡原理

三次平衡原理是一種較為先進(jìn)的供需分析理念，不同于傳統(tǒng)的供需一次分析法，三次平衡原理包括供需一次平衡分析、二次平衡分析、三次平衡分析。其中，一次平衡分析是現(xiàn)狀供水能力與外延式需水增長(zhǎng)的平衡，可以作為水資源調(diào)控措施統(tǒng)一權(quán)衡的決策依據(jù)，未來可能最大缺水量可以通過對(duì)不同水平年的一次平衡來反映；二次平衡以一次平衡為基礎(chǔ)，對(duì)充分開源、非常規(guī)水資源利用和全面節(jié)水的水資源進(jìn)行供需平衡，可以反映能實(shí)現(xiàn)的最小缺水量；三次平衡是在二次平衡的基礎(chǔ)之上，將能外調(diào)進(jìn)來的水與區(qū)內(nèi)的水資源統(tǒng)一配置后進(jìn)行供需平衡，反映了在外調(diào)水影響下的供需平衡[1-3]。

2 實(shí)例分析

2.1 研究區(qū)概況

某市地處華北平原，境內(nèi)分布多條河流水系，中心城區(qū)年降雨量615.2～968.3 mm，根據(jù)該市2020年水資源公報(bào)成果，該市中心城區(qū)地表水資源量為5153萬(wàn)m3，地下水資源量為9321萬(wàn)m3，水資源總量為13 224萬(wàn)m3(扣除與地表水重復(fù)的地下水資源量1250萬(wàn)m3)。為保障該市中心城區(qū)內(nèi)的正常供用水，目前，該市范圍內(nèi)已建有蓄水工程2560余座，總庫(kù)容16 460萬(wàn)m3。2020年該市中心城區(qū)總供水量10 665萬(wàn)m3，其中，地表水供水量1185萬(wàn)m3，地下水供水量8120萬(wàn)m3，其他水源供水量為1350萬(wàn)m3。用水方面，2020年中心城區(qū)總用水量10 665萬(wàn)m3，其中，生活及城市公共用水4555 m3，工業(yè)用水量4616萬(wàn)m3，農(nóng)業(yè)用水量1244萬(wàn)m3，城鄉(xiāng)環(huán)境用水量為250萬(wàn)m3。從工程供水能力來看，現(xiàn)狀年基本能實(shí)現(xiàn)供需平衡，但近年來由于下墊面條件改變，流域范圍內(nèi)天然徑流量呈現(xiàn)明顯衰減趨勢(shì)，未來隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展水資源供需矛盾可能進(jìn)一步加劇，因此，有必要對(duì)中心城區(qū)水資源進(jìn)行供需分析，作為中心城區(qū)水資源優(yōu)化配置的依據(jù)[4-5]。

2.2 需水量預(yù)測(cè)

本次分析以2020年為現(xiàn)狀年，2025年為近期規(guī)劃年，2035年為遠(yuǎn)期規(guī)劃年。從用水區(qū)域上劃分，需水量分為城鎮(zhèn)需水和農(nóng)村需水兩大類；從用水行業(yè)方面，又可分為生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境四大類。本次需水量按用水行業(yè)預(yù)測(cè)[6]。

(1)生活需水量。生活需水包括城鎮(zhèn)生活需水和農(nóng)村生活需水，生活需水量按定額法預(yù)測(cè)，根據(jù)相關(guān)定額規(guī)范，取水定額分為通用值和先進(jìn)值，通用值通常反映了該區(qū)域內(nèi)平均節(jié)水水平下的取水定額，先進(jìn)值則反映了行業(yè)較高節(jié)水水平下的取水定額，據(jù)此預(yù)測(cè)平均節(jié)水水平下2025年、2035年中心城區(qū)生活需水量為5320萬(wàn)m3、7835萬(wàn)m3，較高節(jié)水水平下的生活需水量為4611萬(wàn)m3、6810萬(wàn)m3。

(2)農(nóng)業(yè)需水量。農(nóng)業(yè)需水包括農(nóng)田灌溉和林牧漁需水，其中，林牧漁所占比例較小，農(nóng)田灌溉水量主要受有效灌溉面積、種植結(jié)構(gòu)和節(jié)水灌溉水平等因素的影響。近幾年來，中心城區(qū)的農(nóng)業(yè)用水量趨于穩(wěn)定，預(yù)計(jì)未來農(nóng)田灌溉面積無(wú)較大變化，本次結(jié)合該市農(nóng)田水利規(guī)劃中確定的規(guī)劃年的灌溉定額指標(biāo)及相關(guān)定額規(guī)范預(yù)測(cè)平均節(jié)水水平下2025年、2035年中心城區(qū)農(nóng)業(yè)需水量為1321萬(wàn)m3、1427萬(wàn)m3，較高節(jié)水水平下的農(nóng)業(yè)需水量為1201萬(wàn)m3、1297萬(wàn)m3。

(3)工業(yè)需水量。工業(yè)需水主要考慮中心城區(qū)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)用水，采用相關(guān)定額規(guī)范中規(guī)定的工業(yè)產(chǎn)品取水定額，按照城市發(fā)展規(guī)劃中給定的工業(yè)增長(zhǎng)率預(yù)測(cè)平均節(jié)水水平下2025年、2035年中心城區(qū)工業(yè)需水量為5680萬(wàn)m3、7870萬(wàn)m3，較高節(jié)水水平下的工業(yè)需水量為5410萬(wàn)m3、7495萬(wàn)m3。

(4)生態(tài)環(huán)境需水量。按照該市城市總體規(guī)劃中的綠地系統(tǒng)規(guī)劃，到2030年中心城區(qū)森林覆蓋率達(dá)到45%以上。綠地與廣場(chǎng)用地面積1482 hm2，人均12.55 m2。在考慮節(jié)水型社會(huì)建設(shè)、環(huán)境景觀需水的前提下，本次河道外生態(tài)環(huán)境用水需求以人均城鎮(zhèn)綠化面積、人均道路面積與相關(guān)定額標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行預(yù)測(cè)，中心城區(qū)平均節(jié)水水平下2025年、2035年河道外生態(tài)環(huán)境需水量分別為511萬(wàn)m3、845萬(wàn)m3，較高節(jié)水水平下的河道外生態(tài)環(huán)境需水為402萬(wàn)m3、665萬(wàn)m3。

2.3 可供水量預(yù)測(cè)

根據(jù)該市水資源開發(fā)利用的實(shí)際情況，該市開發(fā)利用水資源的方式主要有三種，一是采用引水方式直接取用河道地表水，二是水庫(kù)供水取用地表水，三是采用傍河取用地下水。該市通過建設(shè)不同類型取水工程，分別取用地表水和地下水?？晒┧繛楣┧こ坦┧芰涂衫玫乃Y源量?jī)烧咧g取小值，由此得到不同水平年常規(guī)水源可供水量。通過比較，不同水平年不同來水條件下，該市可利用的水資源大于工程供水能力，再生水以需水預(yù)測(cè)結(jié)合再生水利用率的方法確定。經(jīng)計(jì)算，現(xiàn)狀及規(guī)劃水平年中心城區(qū)可供水量計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 現(xiàn)狀及規(guī)劃水平年中心城區(qū)可供水量計(jì)算結(jié)果 萬(wàn)m3

2.4 三次平衡分析

2.4.1 供需一次平衡分析

根據(jù)表2需水量預(yù)測(cè)結(jié)果，在現(xiàn)狀節(jié)水水平和水利工程現(xiàn)狀供水能力條件下，2025年中心城區(qū)總需水量為12 832萬(wàn)m3，可供水量按中心城水利工程現(xiàn)狀供水能力10 655萬(wàn)m3計(jì)，則2025年缺水量2177萬(wàn)m3，缺水率17%；到2035年中心城區(qū)需水量為17 977萬(wàn)m3，可供水量仍按現(xiàn)狀供水能力10 655萬(wàn)m3計(jì)，缺水量為7332萬(wàn)m3，缺水率41%。從2025年到2035年這10年間需水量增加主要是由于城鎮(zhèn)生活需水量和工業(yè)需水量的大幅提升，根據(jù)三次平衡分析原理，通過供需一次分析可獲得現(xiàn)狀供水能力下的最大供水缺口。從預(yù)測(cè)來看，如果不新增供水能力，水資源供需不平衡勢(shì)必會(huì)制約中心城區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，因此，必須強(qiáng)化節(jié)約用水，逐步減小用水需求，以緩解當(dāng)?shù)厮Y源供給壓力。

表2 規(guī)劃水平年中心城區(qū)水資源供需一次平衡分析 萬(wàn)m3

2.4.2 供需二次平衡分析

根據(jù)表3在充分挖掘未來節(jié)水水平和工程供水能力條件下，2025年中心城區(qū)總需水量為11 624萬(wàn)m3，可供水量按該市規(guī)劃的工程最大供水能力，預(yù)計(jì)可供水量達(dá)到12 635萬(wàn)m3，滿足2025年需水要求；到2035年中心城區(qū)總需水量為16 268萬(wàn)m3，可供水量為15 210萬(wàn)m3，缺水量1058萬(wàn)m3。與供需一次分析相比，通過提高中心城區(qū)節(jié)水水平并發(fā)掘工程最大供水能力，供水缺口得到大幅縮減。為此，應(yīng)進(jìn)行供需三次分析。

表3 規(guī)劃水平年中心城區(qū)水資源供需二次平衡分析 萬(wàn)m3

2.4.3 供需三次平衡分析

在供需一次和二次分析的基礎(chǔ)上，2025年中心城區(qū)最大缺水量為2177萬(wàn)m3，最小缺水量為0萬(wàn)m3，2035年中心城區(qū)最大缺水量為7322萬(wàn)m3，最小缺水量為1058萬(wàn)m3，為保證中心城區(qū)有序發(fā)展，2035年該市將實(shí)施引調(diào)水工程，每年調(diào)入外來水1058萬(wàn)m3，從而解決中心城區(qū)缺水問題，見表4。

表4 規(guī)劃水平年中心城區(qū)水資源供需三次平衡分析 萬(wàn)m3

2.5 水資源優(yōu)化配置

在配置水資源時(shí)生產(chǎn)生活用水應(yīng)盡可能將地下水置換成當(dāng)?shù)氐乇硭?，非常?guī)水主要用于工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境建設(shè)，地下水主要用于城鄉(xiāng)生活、農(nóng)業(yè)灌溉和少量工業(yè)生產(chǎn)。到2025年預(yù)計(jì)非常規(guī)水量為1840萬(wàn)m3，可優(yōu)先作為工業(yè)用水，不足水量由地下水補(bǔ)充；地表水量1345萬(wàn)m3，可配置給城鎮(zhèn)生活用水，不足水量由地下水補(bǔ)充，其余行業(yè)用水均取地下水。根據(jù)配置結(jié)果，預(yù)計(jì)2025年中心城區(qū)將有1011萬(wàn)m3富余水量。到2035年預(yù)計(jì)非常規(guī)水量將達(dá)到3560萬(wàn)m3，可優(yōu)先供給工業(yè)用水，由于工業(yè)用水量較大，不足水量取地下水，外調(diào)水由于供水成本較高，如用于農(nóng)業(yè)、生態(tài)等用水行業(yè)將大幅提高供水價(jià)格，不利于行業(yè)發(fā)展，本次配置考慮將外調(diào)水配置于城鎮(zhèn)生活用水，并將地表水1450萬(wàn)m3用于城鎮(zhèn)生活，不足部分由地下水補(bǔ)充，其余行業(yè)用水均取地下水。本次配置完成后，供需達(dá)到平衡，規(guī)劃年水資源優(yōu)化配置如表5所示。

表5 規(guī)劃水平年水資源優(yōu)化配置 萬(wàn)m3

3 結(jié) 語(yǔ)

通過三次平衡分析，預(yù)測(cè)到2025年中心城區(qū)缺水量為0～2177萬(wàn)m3，2035年中心城區(qū)缺水量為1058～7322萬(wàn)m3。在充分挖掘未來節(jié)水水平和工程供水能力條件下，到2025年可實(shí)現(xiàn)水量供需平衡，但2035年仍會(huì)有1058萬(wàn)m3的缺口，需調(diào)入外來水才能解決?？紤]華北地區(qū)地下水壓采要求，進(jìn)行水資源配置時(shí)，應(yīng)優(yōu)先配置非常規(guī)水，主要用于工業(yè)用水，其次是地表水，主要用于生產(chǎn)生活用水，最后分配地下水。在城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，應(yīng)不斷開發(fā)利用非常規(guī)水源，提高水資源重復(fù)利用率，逐步壓減地下水開采量。