涉及居民生活的多途徑海水利用運營模式探討＊

寇希元，張雨山，王靜，姜天翔，楊波

（國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所 天津 300192）

1 引言

作為實現水資源可持續利用的開源增量技術，海水利用是解決我國沿海地區水資源短缺的重要途徑［1－4］。海水利用主要有海水淡化，海水直接利用等方式，直接利用又包括海水作為工業冷卻用水和城鎮居民生活用水。以環渤海為例，統計數據表明該地區年生活用水量已接近90億t，其中1／3以上是生活雜用水和城市環衛等用水［5］，隨著沿海地區居民生活水平的提高、國家對工業用水的嚴格控制和工業用水重復利用率的提高，城鎮生活用水在供水總量中的比例還將逐年增加。

海水在城市居民生活用水方面除可用于沖廁外，還可用于空調、景觀、娛樂、游泳、洗浴等方面。海水空調利用海水作為冷、熱源進行供冷和供熱，該技術具有高效節能、運行費用低的特點。海水中含有的多種微量元素能夠促進人體內的新陳代謝，提高肌體的免疫功能，國內已有部分沿海城市嘗試修建海水游泳池，很受居民的歡迎。將海水引入居民生活，深度開發海水在居民生活用水領域的應用，在沿海地區形成集海水沖廁、海水空調、海水游泳洗浴、海水景觀為一體的海水利用模式，形成特色海水利用產業，不僅能夠提高居民的生活健康水平，節約寶貴的淡水資源，增加水資源總量，而且符合國家循環經濟、節能減排、低碳經濟政策的要求，將為我國沿海經濟社會的持續健康發展提供保障，具有重大的經濟和社會效益。

2 海水生活需水量預測

據不完全統計，城市生活用水約占城市用水總量的20%，沖廁用水占城市生活用水的35%左右，再加上海水空調、海水洗浴、海水景觀等，約占城市生活用水的40%。

城市生活用水是城市用水的重要組成部分，隨著我國人民生活水平的逐步提高，居民對水量和水質的要求也越來越高。海水在居民生活中可以用于沖廁、空調、游泳、洗浴和景觀等方面，面對日益緊張的用水形勢，通過對未來用水量增長趨勢的預測，可以及早進行合理規劃，對解決供需矛盾、維持水資源平衡具有重要的現實意義。用水量變化受到地域、生活習慣、生活水平、收入、水價和社會經濟等多種因素綜合作用的影響，不同的用水變化過程具有不同的用水量預測方法［6－9］，針對居民生活用海水的隨機波動性和非線性的特點，對涉及居民生活的多用途海水水量變化趨勢進行預測，以期為相關海水利用工程設計提供決策依據。

2.1 模型的建立

2.1.1 一元線性回歸模型

根據某沿海城市2003－2012年生活雜用水量（按生活用水量的40%折算）的統計資料，采用一元線性回歸模型進行居民生活海水用水量的預測。預測模型為

式中：Q為預測年居民生活海水用水量，億m3；T為預測年份，年；A0、A1為待定參數。

參數A0、A1可通過最小二乘估計獲得

根據城市生活用水資料，可得模型為

相關系數R2＝0.9532

標準差S＝0.383699

表1 某沿海城市歷年生活雜用水量 億m3

2.1.2 生長曲線模型

居民生活海水用水量增長可用生長曲線進行表征，根據生活雜用水量的變化趨勢，采用甘培茨模型模擬［10］

式中：b、k為待定參數；L為預測年居民生活海水用水量的上限，億m3。

對式（3）進行變形，令Y＝ln（L／Q），B＝ln（－b），則式（3）變為線性函數

對于式（4），可采用最小二乘法確定模型中的參數。

居民生活海水用水量上限L的確定是根據城市現有生活雜用水與其他用水類型的比例，假定其他用水結構不變，對水源總量按這一比例分配得到的。本文取L＝2.499億m3。

根據某沿海城市生活雜用水量資料，可得生長曲線模型為

相關系數R2＝0.953，標準差S＝0.34574。

2.1.3 人均生活雜用水定額法

人均生活雜用水定額法根據生活雜用水定額和人口數來預測居民生活海水用水量，預測公式為

式中：N為預測年用水人口數，萬人；qz為預測年人均生活雜用水定額，L／（人·d）

式（6）中關鍵是確定預測年人均生活雜用水定額qz，可根據某沿海城市歷年人均生活雜用水定額進行預測。

表2 某沿海城市歷年人均生活雜用水定額L／（人·d）

人均生活雜用水定額可采用生長曲線式（3）計算，居民生活雜用水量可參考相關標準、規范要求，同時考慮城市發展、居民生活水平及生活方式等因素，人均綜合生活用水上限定為300L／（人·d），則生活雜用水上限為120L／（人·d），得到預測生活雜用水定額公式為

相關系數R2＝0.953，標準差S＝0.34574

根據式（7）計算得2015年和2020年生活雜用水定額分別為114.8L／（人·d）和118.4 L／（人·d）。

預測年人口采用平均遞增率法進行預測，公式為

式中：N為預測期末用水人口數，萬人；N0為預測起始年用水人口數，萬人；r為人口遞增率；t為預測年與預測起始年的時間差，年。

設某沿海城市2012年城鎮人口為418.56萬人，2012－2020年人口數量以年均0.398%的速度遞增，則規劃年2015年和2020年人口數分別為423.58萬人和432.07萬人。

由式（6）可求得規劃年2015年和2020年某沿海城市生活海水需水量分別為1.775億m3和1.867億 m3。

2.2 預測結果分析

運用上述方法預測城市生活海水需水量，結果見表3

表3 預測結果 億m3

比較各種預測方法，一元線性回歸對數據的線性要求較高，在用水量增長的開始階段是比較符合實際的，但事實上用水量的增長并不是簡單的線性關系，因此該方法不適宜于海水生活用水量的長期預測。人均生活雜用水定額受到諸如地理位置、氣候、生活習慣、生活方式、政策和產業結構等多因素的綜合影響，而且其中的社會影響因素存在不確定性，導致人均生活雜用水定額法的長期預測結果可能存在較大誤差。生長曲線模型從長期來看，能夠反映用水量增長的“S”形變化趨勢，如能合理確定居民生活海水用水量的上限值，預測值是相對比較合理的。

3 涉及居民生活的海水價格分析

居民區海水多途徑利用根據使用性質可以分為沖廁、游泳、洗浴、娛樂、景觀與空調等用途，其中沖廁的用量最大，也是用戶數量最多的，而其他幾類用水或者局限于公共建筑，如辦公樓、寫字樓等，或者是屬于休閑產業。對于海水供水來說，人們最為關心的是水量和水質，水量可用本文前述方法進行預測。在海水多用途利用中，因游泳和洗浴與人體直接接觸，水質要求較高，按照GB3097－1997《海水水質標準》的要求，應該不低于二類海水水質標準，沖廁、景觀、空調屬于生活雜用水，應該不低于三類海水水質標準。

對于涉及居民生活的海水價格可實行按質論價，針對不同用途的海水，采取不同的管理辦法和價格，這樣做的好處在于能夠加強人們的節水意識。對于一般的沖廁用海水，供應過程中可以只進行簡單的絮凝沉淀處理，以降低其生產成本；對于游泳、洗浴用海水，因其與人體直接接觸，則要進行深度處理，如采用石英砂過濾技術吸附去除海水中的有機物和濁度等污染物，并進行消毒工藝處理以滿足二類海水水質標準，可見，水價必須按市場經濟原則，實行優質優價。對于涉及居民生活的多用途海水利用來說，為了鼓勵和培養人們使用海水的意識和習慣，在多途徑海水利用的初期階段可免費供應海水或者制定低廉的海水供水水價。

3.1 海水水價構成

參考全成本水價［11］作為海水水價構成模式，該模式反映了海水的環境價值及供水的物化勞動價值。可用公式表示為

式中：P為海水水價；Pc為海水供水工程成本，包括取水、輸送及相應的處理成本；Pe為海水的環境成本，即為消除海水使用后所帶來的負面環境影響所必須付出的代價，主要是污水處理費；Pb為供水利潤，是指供水經營者從事正常供水生產經營獲得的合理收益，按凈資產利潤率核定；Pt為供水稅金，是指供水經營者按國家稅法規定應該繳納并可計入水價的稅金。

對海水利用來說，可以暫時不考慮海水資源費。對于海水使用后所產生的污染海水，在產生量較小時，可與市政污水一并進入污水處理廠進行處理，污水處理費可參照自來水供水的有關規定核定。供水工程成本分為折舊費和運行費兩部分。其中折舊費包括固定資產折舊、無形資產與遞延資產攤銷費；運行費包括職工薪酬、動力費用、藥劑費用、大修理費、日常修理費用、管理費用和財務費用等。

用戶經濟承受能力的海水水價模型為

3.2 用戶水價承受能力分析

式中：P為用戶可承受海水水價；A為水費支出指數；E為用戶實際收入或總產值；C為消費水量。

根據資料，城市居民可承受水價可按家庭水費支出占家庭收入的一定比例考慮，該比例約在2.5%～5.0%之間比較合適，但隨著家庭收入的提高和居民生活內容的豐富，該比例會適當降低。

海水可接受價格水平是影響居民是否能接受海水的重要因素［12］，只有當海水價格接近或低于自來水價格時，才能有效培養民眾使用海水的習慣。海水利用是利國利民、造福子孫后代的大事，沿海地方政府應當因地制宜地制定有利于居民區海水推廣利用的政策，對海水供水企業在一定時期免征或減征稅金，并制定海水價格補貼、居民區海水綜合利用工程資金補貼，培育海水利用市場，建設海水利用產業化基地。

4 結論

采用不同的方法預測了沿海城市居民生活雜用水的海水需求量，分別建立一元線性回歸模型、生長曲線模型，并利用人均生活雜用水定額法對某沿海城市的居民生活雜用水海水需求量進行了預測，結果表明生長曲線預測模型較為符合實際。

對涉及居民生活的海水多途徑利用的水價進行了探討，對海水供水水價的組成進行了分析，提出了推廣居民區海水利用產業發展的建議。

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