北京市懷柔區(qū)水資源供需平衡與配置研究

孫 艷，劉 曦，王秀茹，楊 健，王紅雷

（北京林業(yè)大學 水土保持學院，北京100083）

北京市懷柔區(qū)的功能定位是“北京東部發(fā)展帶上的重要節(jié)點，國際交往中心的重要組成部分，首都的生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)”。懷柔區(qū)是北京市重要水源地，全區(qū)97%以上的面積屬于飲用水源保護區(qū)。懷柔不僅要供應區(qū)內的用水，還要供應北京市中心城區(qū)用水，特別是2003年應急備用地下水源地投入使用以來，該區(qū)水資源開采量超過了當?shù)厮Y源可利用量，水資源短缺形勢十分嚴峻。結合懷柔區(qū)即將開展的節(jié)水型社會建設和“十二五”規(guī)劃建設，在對用水現(xiàn)狀進行深入研究的基礎上，本文對2013年（節(jié)水型社會建設試點期末）、2015年（“十二五”規(guī)劃期末）和2020年（節(jié)水型社會建設規(guī)劃期末）懷柔區(qū)水資源供需形勢及水資源配置進行了分析。

1 水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

1.1 供 水

2009年懷柔區(qū)總供水量為8.09×107m3，供水類型主要為地表水、地下水和再生水。其中地表水3.12×106m3，占總供水量的3.9%；地下水6.03×107m3，占總供水量的74.5%；再生水1.75×107m3，占總供水量的21.6%。近幾年，懷柔本地總供水量緩慢下降，地表水和地下水使用量減少，再生水的使用量穩(wěn)定增加。

1.2 用 水

2009年懷柔區(qū)總用水量為8.09×107m3，其中第一產業(yè)用水3.52×107m3，占總用水量的43.5%；工業(yè)用水6.20×106m3，占總用水量的7.7%；建筑業(yè)和第三產業(yè)用水6.47×106m3，占總用水量的8.0%；城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境用水1.68×107m3，占總用水量的20.8%；居民生活用水1.61×107m3，占總用水量的20.0%，其中城鎮(zhèn)居民生活用水2.45×106m3，農村居民生活用水1.37×107m3。2009年懷柔區(qū)用水構成如圖1所示。

圖1 懷柔區(qū)2009年用水構成

從圖1可以看出，在2009年全區(qū)用水構成中，經濟效益相對較差的第一產業(yè)用水所占比重較大，超過全區(qū)用水的40%以上，而經濟效益較好的第三產業(yè)用水所占比重較低，僅為8%。

從圖2可以看出，懷柔區(qū)用水總量呈下降的趨勢。行業(yè)用水量變化較大。其中，生活用水量變化不大，農業(yè)和工業(yè)用水量大幅度減少；隨著旅游業(yè)發(fā)展進程的加快，第三產業(yè)用水量逐年增加；由于人們環(huán)境保護意識的增強，城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境用水量也逐年增加。

圖2 2003－2009年懷柔區(qū)分行業(yè)用水變化趨勢

1.3 存在的問題

1.3.1 水資源短缺形勢嚴峻 懷柔區(qū)當?shù)厮Y源的人均占有量約941.8 m3，低于國際公認的缺水上限1 000 m3，除去每年供應北京市中心城區(qū)的水量，懷柔區(qū)人均水資源占有量下降為545.0 m3，接近國際公認的嚴重缺水上限500 m3。

1.3.2 水資源過度開發(fā)，地下水位嚴重下降 近年來，懷柔區(qū)地下水補給減少，但用水需求不斷增加，地下水過度開采，地下水水位連年下降。從2002年到2009年的8 a間，全區(qū)地下水位從6.2 m下降到22.5 m，降幅達16.3 m，平原區(qū)地下水埋深最深處達到了40 m以上。

1.3.3 非常規(guī)水源利用率有待提高 雖然懷柔區(qū)污水處理率逐年提高，集雨工程技術基本成熟，但由于再生水管網和雨水利用工程的建設滯后，再生水及雨水的利用率較低，利用再生水、雨洪水等第二水源替代清水的節(jié)水潛力尚未充分發(fā)揮。

1.3.4 水資源管理體系有待完善 懷柔區(qū)水資源管理水平和手段比較落后，管理人員技術水平有待進一步提高，同時管理單位基礎資料缺乏系統(tǒng)整編，大量管理工作建立在低水平手工操作上，用水計量不準，管理粗放，效率低。

1.3.5 生態(tài)水環(huán)境治理任務艱巨 隨著經濟社會的發(fā)展以及山區(qū)旅游業(yè)迅速發(fā)展壯大，懷柔區(qū)污水排放量不斷增加，污水排放點不斷增多，水污染不斷向農村推移。懷柔區(qū)污水收集處理系統(tǒng)尚未完全建立，存在與雨水系統(tǒng)混接的現(xiàn)象，雨污混合排入河道，污染河流。

2 水資源需求分析

（1）生活需水量預測。生活需水與懷柔區(qū)經濟社會發(fā)展水平、居民收入水平、水價、生活用水習慣、節(jié)水器具的普及與推廣等因素有關。根據(jù)《北京市節(jié)約用水規(guī)劃研究2006—2020》《北京市懷柔區(qū)水資源綜合規(guī)劃報告》，《懷柔區(qū)新城規(guī)劃（2005—2020年）》推算試點期末懷柔區(qū)生活需水量［1－3］。

（2）第一產業(yè)需水量預測。第一產業(yè)需水即農業(yè)需水，包括農田灌溉和林牧漁業(yè)需水。隨著農業(yè)節(jié)水技術的推廣應用和種植結構調整，懷柔區(qū)農業(yè)需水量將呈下降趨勢。

以懷柔區(qū)現(xiàn)狀農業(yè)用水定額為各規(guī)劃水平年正常水平下需水定額，依據(jù)各項農業(yè)節(jié)水措施的開展情況估算節(jié)水水平下需水定額。

（3）工業(yè)需水量預測。根據(jù)《懷柔區(qū)新城規(guī)劃（2005—2020年）》，懷柔區(qū)將繼續(xù)把工業(yè)結構的整體優(yōu)化和升級作為第二產業(yè)結構優(yōu)化的重點，力爭形成具有較強市場適應性和競爭力的產業(yè)結構，提高經濟的整體運行質量，實現(xiàn)產業(yè)全面升級。特別要大力引進發(fā)展高新技術產業(yè)，把發(fā)展高新技術產業(yè)和環(huán)保型產業(yè)作為懷柔區(qū)工業(yè)產業(yè)結構優(yōu)化的重要環(huán)節(jié)來抓。本文根據(jù)萬元工業(yè)增加值用水量估算各年工業(yè)需水量。

（4）建筑業(yè)和第三產業(yè)需水量預測。隨著懷柔區(qū)房地產業(yè)和第三產業(yè)的進一步發(fā)展，建筑業(yè)和第三產業(yè)增加值將呈增加趨勢。但是隨著產業(yè)技術的發(fā)展和進步，生產效率的逐步提高，懷柔區(qū)建筑業(yè)和第三產業(yè)需水定額將呈下降趨勢，總需水量呈現(xiàn)上升趨勢。

（5）城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境需水量預測。城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境需水量包括河道外需水量和河道內需水量，懷柔區(qū)河道外生態(tài)環(huán)境需水量主要由綠地灌溉和道路灑水兩部分組成。

根據(jù)規(guī)劃的公共綠地和城市道路面積以及相應的需水定額，同時考慮各水平年河道外生態(tài)環(huán)境需水量的保證率，預測懷柔區(qū)河道外生態(tài)環(huán)境需水量。

懷柔區(qū)水資源量緊缺，河道內需水量只能靠降水和未充分利用的再生水補充，因此對懷柔區(qū)河道內生態(tài)環(huán)境需水量不進行預測，僅每年把未充分利用的再生水排入河道作為河道內生態(tài)補水量。

（6）總需水量預測。匯總生活、生產和生態(tài)需水量預測結果，得到懷柔區(qū)各規(guī)劃水平年需水量，2013，2015和2020年懷柔區(qū)總需水量分別為8.69×107，8.89×107和9.58×107m3。懷柔區(qū)2009—2020年各產業(yè)用水量變化趨勢預測見圖3。

圖3 懷柔區(qū)2009－2020年各產業(yè)用水量變化趨勢預測

從圖3中可以看出，2009—2020年，人民生活水平不斷提高，懷柔區(qū)居民家庭生活用水量呈上升趨勢；在一產種植業(yè)及養(yǎng)殖業(yè)中繼續(xù)推行節(jié)水措施，一產用水量基本持平；在工業(yè)中實行節(jié)水技術改造，避免發(fā)展高耗水工業(yè)，工業(yè)用水量呈下降趨勢；隨著經濟的不斷發(fā)展，第三產業(yè)及建筑業(yè)用水量呈上升趨勢；生態(tài)用水量逐年增加?？傆盟砍手鹉晷》仙厔?。

近年來，懷柔區(qū)應急備用水源地、潮白河綠化水源工程和潮白河、懷河應急水源工程年均供給北京城區(qū)水量為1.30×108m3，懷柔水庫、北臺上水庫、大水峪水庫年供應北京城區(qū)水量為2.00×107m3，預測2013年懷柔區(qū)供給中心城區(qū)水量與正常水平持平，則2013年懷柔區(qū)總需水量為2.37×108m3。預測2014年南水北調工程水進京后，懷柔區(qū)不再供給中心城區(qū)用水，則2015年和2020年懷柔區(qū)總需水量分別為8.9×107，9.6×107m3。

3 供水能力分析

（1）地表水可供水量。根據(jù)《懷柔區(qū)水資源綜合規(guī)劃》，地表水可利用量采用水利工程控制的調節(jié)性水量和通過引水提取的河道基流量進行計算?，F(xiàn)狀供水設施條件下，不同特征年份地表水可利用量見表1。

表1 懷柔區(qū)地表水資源可利用量

（2）地下水可供水量。懷柔平原區(qū)淺層地下水開采利用程度高，地下水開采量統(tǒng)計資料系列較完整，地下水位多年動態(tài)監(jiān)測資料齊全。根據(jù)《懷柔區(qū)水資源綜合規(guī)劃》成果，結合地下水水位多年動態(tài)觀測資料和年開采量資料，采用實際開采量調查法，參照多年地下水實際開采量確定平原區(qū)淺層地下水的可開采量。懷柔區(qū)地下水資源可利用量如表2所示。

表2 懷柔區(qū)地下水資源可利用量

（3）再生水可利用量。懷柔區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠現(xiàn)狀總規(guī)模為8.47×104m3/d，經過區(qū)內污水處理廠建設，到2013年，懷柔區(qū)污水處理能力達1.95×105m3/d。

根據(jù)預測，試點期末，懷柔區(qū)再生水資源量利用量為2.29×107m3，2015年再生水資源利用量為2.48×107m3，2020年再生水資源利用量為2.97×107m3，其中試點期再生水主要用于河道生態(tài)回補、農業(yè)灌溉、景觀環(huán)境以及小部分工業(yè)、建筑業(yè)及第三產業(yè)用水，隨著再生水工藝的進步及再生水水質的提高，規(guī)劃逐年增加再生水在各產業(yè)中的利用量（表3）。

表3 懷柔區(qū)再生水綜合利用規(guī)劃

（4）可供水總量預測。根據(jù)上述分析，平水年（50%）懷柔區(qū)2013，2015和2020年可供水總量分別為2.03×108，2.05×108和2.10×108m3（表4）。

表4 懷柔區(qū)不同水平年不同保證率可供水量

4 水資源配置與供需平衡分析

4.1 水資源配置方案

所謂水資源配置，是指在水資源總體規(guī)劃與管理過程中，充分協(xié)調水與社會、經濟、生態(tài)、環(huán)境等要素的關系，提高水資源與之相適應的匹配程度，實現(xiàn)水資源合理利用，促進社會經濟可持續(xù)發(fā)展［4］。

在該次水資源配置中，在滿足各行業(yè)用水對水質要求的情況下，優(yōu)先使用雨洪水和再生水，減少新鮮水的取水量，降低萬元GDP取水量，達到節(jié)水的目的［5］。

根據(jù)懷柔區(qū)2013，2015和2020年可供水資源量和需水量預測結果，水資源供需平衡分析結果，及再生水資源配置方案，在進一步采取節(jié)水措施達到節(jié)水目標的情況下，懷柔區(qū)2013，2015和2020水資源配置結果見表5。

從以上各年水資源配置可以看出，再生水取水量逐年增加，再生水替代水資源比例逐年提高，三產用水比例不斷優(yōu)化，以緩解供需矛盾，促進水資源可持續(xù)利用。

表5 懷柔區(qū)水資源配置方案

4.2 供需平衡分析

在不同保證率下，懷柔區(qū)供水量和需水量都是不同的，根據(jù)懷柔區(qū)不同水平年可供水量和需水量預測成果，進行不同水平年的水資源供需平衡分析。具體結果見表6。

懷柔區(qū)水資源除供本區(qū)生活生產用水外，每年還需向北京城區(qū)供應1.5×108m3的水量，致使懷柔區(qū)地下水嚴重超采。水資源配置時考慮懷柔現(xiàn)狀地下水超采嚴重的問題，嚴格控制地下水的開采量，并且加大再生水的使用量。在農業(yè)中新增再生水用于再生水灌區(qū)，在工業(yè)、建筑業(yè)及第三產業(yè)中增加再生水的使用量。

表6 懷柔區(qū)不同水平年水資源供需分析

由于2011—2013年懷柔區(qū)應急水源地還需要對北京城區(qū)進行供水，懷柔區(qū)缺水問題將持續(xù)存在，地下水持續(xù)超采，枯水年（75%）再生水利用量達2.29×107m3的情況下，懷柔缺水率高達30.91%。2014年南水北調進京后，懷柔應急備用水源地將不再供應北京城區(qū)的用水，屆時將大大緩解懷柔區(qū)地下水超采嚴重的問題，懷柔區(qū)年水資源可利用量能夠滿足全區(qū)的生活生產用水需求。南水北調水進京后將對懷柔加大實施水資源補償。2014年以前，懷柔區(qū)缺水形勢十分嚴峻，必須加強節(jié)水工作的開展。

5 結論

懷柔區(qū)水資源短缺形勢嚴峻，存在著水資源利用率低、地下水開采過度、水資源管理體系不健全等一系列問題，必須積極推進節(jié)水和水資源保護工作的開展。

2011—2013年懷柔區(qū)應急備用水源地還需要對北京城區(qū)進行供水，懷柔區(qū)水資源短缺的問題將持續(xù)存在，水資源保護主要側重點是節(jié)水。針對懷柔區(qū)現(xiàn)狀，可以采取降低管網漏損率、提高居民家庭節(jié)水器具普及率、調整農業(yè)種植結構、提高工業(yè)用水重復利用率、促進雨水和再生水的利用等方式，有效地促進用水效率的提高，達到節(jié)水的目的。

2014年以后，南水北調進京，懷柔應急備用水源地不再供應北京城區(qū)的用水，懷柔區(qū)供水量將大幅下降，水資源短缺形勢將得到有效緩解，水資源保護的主要側重點是水環(huán)境保護和治理。首先，必須積極推進區(qū)內污水處理工程的建設及使用，提高污水處理率，降低雨污合流量，減輕污水對區(qū)域水環(huán)境的污染，維持懷柔區(qū)良好的水生態(tài)環(huán)境。其次，加強生態(tài)清潔小流域建設，促進區(qū)內小流域環(huán)境的改善，提高水源涵養(yǎng)能力。最后，制定相應的回補措施和回補規(guī)劃，對懷柔區(qū)地下水資源進行回補，提高區(qū)內水資源可持續(xù)利用能力。

通過以上措施，再加上合理的水資源配置方案，將能有效緩解懷柔區(qū)水資源短缺的局面，以水資源的高效利用支撐懷柔經濟社會的可持續(xù)發(fā)展，為懷柔經濟社會戰(zhàn)略大發(fā)展提供水資源和水環(huán)境支持。

［1] 北京市規(guī)劃委員會懷柔分局.懷柔區(qū)新城規(guī)劃（2005—2020年）［Z］.2005.

［2] 北京市城市規(guī)劃設計研究院.北京市節(jié)約用水規(guī)劃研究（2006—2020）［Z］.2006.

［3] 北京市地質工程勘察院.《北京市懷柔區(qū)水資源綜合規(guī)劃報告》［Z］.2003.

［4] 夏云林.水資源系統(tǒng)優(yōu)化配置研究進展與展望［J］.水資源與水工程學報，2010，21（2）：150－153.

［5] 董雯，劉志輝，朱健.面向生態(tài)的新疆艾比湖流域水資源合理配置模型探討［J］.新疆農業(yè)科學，2009，46（2）：306－311.