青島市水資源持續(xù)利用與發(fā)展研究

陶望雄，宋科東

(1.長安大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安710054;2.山東省萊蕪市水文局，山東 萊蕪 266071)

工業(yè)革命以后，水資源短缺問題開始出現(xiàn)并逐漸上升成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要矛盾。我國水資源時(shí)空分配不勻，水資源供需矛盾十分突出，生態(tài)環(huán)境惡化嚴(yán)重［1］，嚴(yán)重阻礙社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)文明關(guān)系人民福祉，關(guān)系民族未來。優(yōu)化國土空間開發(fā)格局、全面促進(jìn)資源節(jié)約、加大大自然生態(tài)系統(tǒng)和環(huán)境保護(hù)以及加強(qiáng)生態(tài)文明制度建設(shè)是建設(shè)生態(tài)文明的最新要求［2］。研究區(qū)域水資源現(xiàn)狀并分析城市未來用水趨勢，對提高水資源利用效率和協(xié)調(diào)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展有重要意義。

青島市是我國重要區(qū)域性經(jīng)濟(jì)中心，也是國際濱海旅游度假勝地。青島市位于山東省膠東半島西南部，屬溫帶季風(fēng)氣候，略有海洋性氣候特征，多年平均降雨量705 mm，多年平均水資源總量21.5×108m3;轄區(qū)總面積11 282 km2，總?cè)丝?72萬人。2010年青島市生產(chǎn)總值達(dá)到5 666億元，位居山東省第一位、全國第十位，但人均水資源量僅287m3，屬于嚴(yán)重缺水地區(qū)，水資源短缺現(xiàn)象十分嚴(yán)重，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速進(jìn)步，水資源短缺越來越成為制約其發(fā)展的瓶頸［3］。

1 資料分析

青島市共有大小河流224條，均為季風(fēng)區(qū)雨源型，多為獨(dú)立入海的山溪性小河。流域面積大于100 km2的有33條。按照水系分為大沽河、北膠萊河及沿海諸河三大水系。

青島水文站建站較早，水文監(jiān)測始于1898年，至今已經(jīng)延續(xù)100多年，并且隨著水文站網(wǎng)的建設(shè)和完善，多年來積累了大量的水文資料。研究區(qū)雨量站、水文站較多，因此本文利用各站1956—2010年降雨量序列，采用算術(shù)平均法計(jì)算區(qū)域面降雨量;徑流資料則采用各水文站實(shí)測徑流資料系列，水資源量是從各年水資源公報(bào)收集的資料。

2 降雨特性分析

根據(jù)1956—2010年55 a的降雨量系列資料計(jì)算，青島市多年利用降雨量705 mm。

本文對區(qū)域降雨量進(jìn)行趨勢、突變和年內(nèi)分配特性分析。

利用滑動(dòng)平均法［4］、Kendall秩次相關(guān)檢驗(yàn)方法［5］和Spearman秩次相關(guān)檢驗(yàn)分析［6］等方法分析面降水量序列趨勢表明，青島市年降雨量系列沒有顯著的上升或下降趨勢(見圖1)。采用Mann－Kendall非參數(shù)秩次相關(guān)檢驗(yàn)法［7］進(jìn)行突變分析，由圖2可以看出，青島市年降雨量系列并沒有發(fā)生顯著突變。圖3是青島市多年平均降雨量年內(nèi)分布圖，利用年內(nèi)分配不均勻系數(shù)［8］和集中度9等，分析降雨年內(nèi)分配特性，發(fā)現(xiàn)年內(nèi)分配很不均勻，降雨集中分布在7、8月份，其中最大四個(gè)月降雨量占全年降雨量的73%。

圖1 青島市年降雨量序列圖

圖2 青島市年降雨量序列Mann－Kendall圖

圖3 多年平均各月降雨量分布

3 水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀分析

青島市多年平均水資源總量為21.5×108m3，其中地表水資源量為15.4×108m3，占水資源總量的71.6%;地下水資源量為6.1×108m3，占水資源總量的28.4%。圖4為青島市歷年水資源總量系列圖。

圖4 歷年水資源總量系列圖

青島市水資源短缺及過度開發(fā)引發(fā)了一系列生態(tài)環(huán)境問題，例如，入海徑流減少和地下水開采嚴(yán)重等導(dǎo)致的海水入侵，水污染嚴(yán)重導(dǎo)致近海魚類等資源減少等。

2010年全市取(用)水量為9.43×108m3，占當(dāng)年水資源總量的60%。其中農(nóng)業(yè)用水3.45×108m3，工業(yè)用水1.73×108m3，城鎮(zhèn)公共用水 1.07 ×108m3，居民生活用水 2.82×108m3，生態(tài)環(huán)境補(bǔ)水 0.35 ×108m3。

青島市地下水開發(fā)利用程度較高，20世紀(jì)末實(shí)際開采量達(dá)到可開采量的90%。由于長期超采地下水，在平度、即墨、城陽、膠州等地形成了多個(gè)地下水漏斗區(qū)［10］。

2010年全市水質(zhì)評價(jià)結(jié)果顯示，在評價(jià)的46條河流中，評價(jià)河長1 382.8m，Ⅰ類水質(zhì)的河段長占1.2%，Ⅱ類水質(zhì)的河段長占20.1%，Ⅲ類水質(zhì)的河段長占23.8%，Ⅳ類水質(zhì)的河段長占15.0%，Ⅴ類水質(zhì)的河段長占4.8%，劣Ⅴ類水質(zhì)的河段長占35.1%。

4 城市未來發(fā)展需水量預(yù)測

水資源的消耗主要受人口、富裕水平(GDP)和技術(shù)進(jìn)步等因素的影響［11］。根據(jù)2001—2010年的10 a用水資料統(tǒng)計(jì)，青島市水資源消耗主要項(xiàng)目有:農(nóng)田灌溉、林牧漁業(yè)用水、工業(yè)用水、城鎮(zhèn)生活用水和農(nóng)村生活用水等，其中林牧漁業(yè)用水和工業(yè)用水近年來比較穩(wěn)定，林牧漁業(yè)用水穩(wěn)定在0.66×108m3，工業(yè)用水則穩(wěn)定在 2.1×108m3;農(nóng)田灌溉和農(nóng)村生活用水不斷減少，且農(nóng)田灌溉減少幅度較大，從2001年的6.02×108m3減少到 2010年的 2.86×108m3，平均每年減少0.32×108m3，而農(nóng)村生活用水減少幅度較小，平均每年減少約0.04×108m3;城鎮(zhèn)生活用水增加較快，平均每年減少 0.23 ×108m3。

根據(jù)青島市“十二五”規(guī)劃，重點(diǎn)發(fā)展糧油、蔬菜、漁業(yè)、畜牧、果茶、苗木花卉六大產(chǎn)業(yè)和休閑農(nóng)業(yè)。農(nóng)田灌溉用水量大幅減少的原因是耕地面積的銳減，根據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，全市耕地面積從2001年的46.74×104hm2減少到2006年最低值41.29×104hm2，此后開始穩(wěn)步緩慢增加，到2010年達(dá)到42.04×104hm2。2006—2010年農(nóng)田灌溉用水量比較穩(wěn)定，約為3.4×108m3，因此，在未來 2015—2020年農(nóng)田灌溉用水量不會(huì)再有大幅降低，將穩(wěn)定在3.4×108m3這一水平。

圖5 青島市各種用途用水量圖

圖6 青島市GDP與城鎮(zhèn)居民生活用水量關(guān)系圖

根據(jù)歷年GDP與總用水量、城鎮(zhèn)居民生活用水量等資料相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，青島市生產(chǎn)總值(GDP)與城鎮(zhèn)居民生活用水量關(guān)系密切，如圖6所示。其表達(dá)式為:

式中:GDP為青島市生產(chǎn)總值，億元，W為城鎮(zhèn)居民生活用水量，108m3。

這就表明，城鎮(zhèn)居民生活用水量是一個(gè)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r的直接反應(yīng)。一個(gè)區(qū)域的發(fā)展與否首先應(yīng)該看該地區(qū)的城鎮(zhèn)居民生活用水量增加與否。

根據(jù)青島市“十二五”規(guī)劃的要求，到2015年GDP爭取達(dá)到10 000億元。根據(jù)上述公式，按照2015年GDP達(dá)到10 000億元來計(jì)算，那么屆時(shí)城鎮(zhèn)居民生活用水量將達(dá)到5.7×108m3，根據(jù)“十八大”精神，2020年比2010年翻一番，則2020年城鎮(zhèn)居民生活用水量將達(dá)到6.4×108m3。

農(nóng)村生活用水與農(nóng)村人口關(guān)系密切。根據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，近5年來，青島市農(nóng)村人口穩(wěn)定在300萬左右，農(nóng)村生活用水量則穩(wěn)定在0.78×108m3。由于城鎮(zhèn)化的不斷提高，可以預(yù)測，未來2015—2020年農(nóng)村人口將略微減少，但由于生活習(xí)慣等難以在短期內(nèi)改變，因此農(nóng)村生活用水量大約穩(wěn)定在0.8×108m3左右。

綜合以上，到2015年全市總需水量將達(dá)到12.66×108m3，而到2020年需水量至少為13.36×108m3。青島市多年水資源量為21.5×108m3，但是扣除多年平均入海流量10×108m3，屆時(shí)若沒有足夠的水利設(shè)施，青島市將面臨缺水狀態(tài)，年缺口達(dá)2×108m3。

5 對策

開源節(jié)流。針對水資源缺乏問題，要采用開源節(jié)流的方法解決，主要是節(jié)流。城鎮(zhèn)居民用水量逐漸占據(jù)青島市總用水量的主要部分，因此首先要控制城市規(guī)模。一個(gè)區(qū)域的水資源是有限的，對城市發(fā)展規(guī)模的制約作用十分明顯，因此也應(yīng)當(dāng)有與資源相適應(yīng)的城市規(guī)模。青島市靠近膠州灣，可以適當(dāng)利用海水，發(fā)展海水淡化工程等，增加水的來源。

分質(zhì)供水。即根據(jù)生產(chǎn)生活的需要，區(qū)別供水，分別供應(yīng)相應(yīng)水質(zhì)的水。城鎮(zhèn)綠化用水大可不必用較好水質(zhì)的水，可以利用“中水”灌溉;街道灑水等公共景觀用水也可以相應(yīng)降低水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

以水養(yǎng)水。利用水循環(huán)規(guī)律，大氣水、地表水和地下水“三水”統(tǒng)觀統(tǒng)管，發(fā)展人工引滲，增加有用水源［12］?！叭苯y(tǒng)觀統(tǒng)管，人工引滲，不僅能夠控制海水入侵，還能提供干凈、有效的水源。青島市多年平均入海水量接近10×108m3，就是說這些水資源沒有得到利用就白白流入大海，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)引水入滲。

循環(huán)、節(jié)約用水。生產(chǎn)生活中循環(huán)用水，能夠大大提高用水效率、節(jié)約水資源。樹立節(jié)水觀念，構(gòu)建節(jié)水型社會(huì)。

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