基于強(qiáng)化節(jié)水的城市需水預(yù)測方法

潘 陽 王 丹

（河南省水利勘測設(shè)計研究有限公司）

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)測是對城市未來需水量進(jìn)行合理推算，保證城市社會的健康發(fā)展。預(yù)測要做到節(jié)水，就是要對有限的、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)需水量計算方法同第一產(chǎn)業(yè)，不考慮水資源的重復(fù)利用，計算公式如下：

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，計算公式如下：

式中：W為城市需水量，萬m3。

3 實例分析

3.1 研究區(qū)概況

鄭州是河南省省會，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)水型社會建設(shè)規(guī)劃，以2017年統(tǒng)計數(shù)據(jù)為驗證，對比以2016年為現(xiàn)狀年計算的數(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)計數(shù)據(jù)主要來源于河南統(tǒng)計年鑒、鄭州市水資源公報、河南水利統(tǒng)計年鑒以及河南省地方標(biāo)準(zhǔn)等。從中摘取針對鄭州市主城區(qū)的部分進(jìn)行匯總，得到文中計算所用指標(biāo)數(shù)據(jù)。

3.3 結(jié)果與分析

以2017年為驗證年。首先分別計算出主城區(qū)2017年生活需水量、生產(chǎn)需水量和生態(tài)需水量，同2017年水資源公報統(tǒng)計數(shù)據(jù)相比較，以此驗證計算的精度，并進(jìn)行適當(dāng)修正；再根據(jù)2017 年水資源公報統(tǒng)計數(shù)據(jù)和率定的計算參數(shù)，預(yù)測2020 年城市需水量。利用公式計算得到的2017年城市需水量與水資源公報統(tǒng)計數(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)果比實際統(tǒng)計數(shù)據(jù)少1.20%，其中生活需水量計算值比實際值多0.60%；生產(chǎn)需水計算值和生態(tài)需水比實際值少0.90%和3.50%。在生產(chǎn)需水分項中，第一產(chǎn)業(yè)和第二產(chǎn)業(yè)分別比實際值偏多，第三產(chǎn)業(yè)計算值比實際值偏少。

節(jié)水潛力計算結(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)水的城市需水量計算方法，計算了節(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)水潛力評估，考慮節(jié)水更符合節(jié)水型社會的建設(shè)要求，能夠提高用水效率，改善生態(tài)環(huán)境。

根據(jù)計算結(jié)果可以看出，計算結(jié)果與實際統(tǒng)計數(shù)值相差不大，可作為短期預(yù)測城市需水量的一種方法。合理計算城市需水量，將有效促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)社會和環(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、社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。