三次平衡理論在區域水資源供需平衡分析中的應用

洪 倩

(安徽省水利水電勘測設計院，合肥 230088)

1 研究區基本情況

合肥是安徽省會城市，也是皖江城市帶承接產業轉移示范區的核心區域，近年來隨著城鎮化、工業化、農業現代化加快推進，城市空間格局不斷擴展，區域用水需求增長較快。合肥市地處江淮丘陵區，地下水資源極為匱乏，其當地水資源主要為降水產生的地表徑流，多年平均水資源總量為39.01億m3，人均水資源量523 m3，僅為人均1 000 m3的國際水資源緊缺標準的約1/2，屬資源型缺水城市。經分析，現狀2010水平年(基準年)合肥市域一般年份(50%保證率)可基本達到水資源供需平衡；遇中等干旱年份(75%保證率)出現供需缺口，缺水量為5.77億m3；特殊干旱年份(95%保證率)，缺水量激增至15.48億m3，供需矛盾尖銳[1]。由于需承載快速增長的區域用水，現狀合肥市域當地地表水資源利用率已達60%，河道生態用水逐步被擠占，市域河流、湖泊水生態環境狀況堪憂。

根據區域中長期發展戰略，至2030年，合肥市將成為安徽省經濟增長的核心，市域人口達到1 300～1 500萬人，以占全省約8%的國土面積，承載全省約20%的人口和30%的經濟總量，擔負引領全省發展的重要任務。區域發展要求和相對薄弱的水資源條件，成為合肥市可持續發展過程中的主要矛盾。

2 基于三次平衡理論的水資源供需平衡分析方法

為充分揭示2030水平年合肥市水資源供需態勢，采用基于三次平衡理論的供需平衡分析方法，重點研究區域節流與開源的關系，當地水資源與境外調水的合理利用關系，常規水源與非常規水源的利用關系，識別各類水資源配置工程和措施對區域缺水的緩解作用與程度[2-4]。

(1)以現狀供水能力為基礎的一次供需平衡。一次供需平衡分析是基于現狀用水水平和供水能力，不考慮新增節水措施的前提下，對未來區域水資源的供需特征進行分析，其目的是充分暴露在外延式發展模式下，區域水資源供需中可能發生的最大缺口，為合理配置節水、防污、挖潛及新增供水措施提供基礎。一次平衡分析的可供水量中，包括利用現有工程調入的境外水量。

(2)以當地水資源承載能力為基礎的二次供需平衡。二次供需平衡分析是在一次供需平衡的基礎上，從需求端通過技術經濟可行的各項強化節水措施，抑制不合理的用水增長；從供給端通過現有供水工程的進一步挖潛改造和優化布局，提高非常規水資源特別是再生水利用程度，使一次供需平衡中出現的缺口有所下降，區域水資源供需矛盾得到緩解，同時可適當退減部分擠占的河道生態用水。

(3)以境外調水補充當地水為基礎的三次供需平衡。在水資源二次供需平衡分析的基礎上，對仍然存在的供需缺口，近一步考慮加大對境外水(包括跨區域和跨流域調水)的利用，對當地水和境外水進行統一配置。在三次供需平衡中，境外調水量的確定充分考慮調出區經濟發展和生態環境用水基本需求，與相關調水工程規劃布局相銜接。

3 分析實例

3.1 一次供需平衡分析

(1)外延式發展模式需水量[5]分析。①生活需水量。生活需水量采用人均日用水量方法進行預測。外延式發展模式下，生活用水定額根據合肥市經濟社會發展水平、居民生活水平，在不考慮進一步采取節水措施的情況下，分別擬定各水平年城鎮綜合生活和農村居民生活用水定額，結合人口預測成果，進行生活需水量預測。預測2030年合肥市生活需水量為13.10 億m3，其中城鎮生活12.26億m3，農村生活0.84億m3。②工業需水量。一般工業需水量采用萬元增加值用水量法進行預測，火電工業采用單位裝機容量(萬kW)用水量法進行預測。外延式發展模式下，一般工業用水定額根據未來10～20 a合肥市工業產業發展規劃布局、工業結構調整，在基準年基礎上不考慮進一步采取節水措施綜合確定規劃水平年工業定額。預測2030年，合肥市工業需水量為23.50億m3，其中一般工業22.07億m3，火電1.43億m3。③農業需水量。農田灌溉需水量根據農田灌溉發展面積和市域各灌區長系列調節計算不同年型的綜合灌溉定額確定。林牧漁畜需水包括林果地灌溉、牲畜需水和魚塘補水。分別依據林果地灌溉面積、牲畜頭數和魚塘補水面積和相應需水定額確定。林果地灌溉采用多年平均定額，魚塘畝均補水定額根據魚塘滲漏量及水面蒸發量與降水量的差值加以確定。預測2030年，合肥市多年平均、平水年、中等干旱年份和特殊干旱年份農業需水量分別為21.54、19.37、26.58和37.72億m3，其中多年平均、平水年、中等干旱年份和特殊干旱年份農田灌溉需水量分別為20.69、18.52、25.73和36.87億m3，多年平均林牧漁畜需水量0.85億m3。④河道外生態需水量。規劃水平年河道外生態需水量中，城鎮綠化等以植被需水為主體的生態環境需水量，采用定額預測方法；湖泊、濕地、城鎮河湖補水等，以規劃水面面積的水面蒸發量與降水量之差為其生態環境需水量。預測2020年，合肥市河道外生態需水量為1.66億m3，2030年河道外生態需水量為2.02億m3。⑤需水總量。外延式需水模式下，預測至2030年，合肥市多年平均、一般年份、中等干旱年份和特殊干旱年份總需水量分別為60.15、57.98、65.19和76.33億m3。

(2)一次供需平衡可供水量分析。根據一次供需平衡分析原則，在不考慮對現有工程挖潛和新建供水工程的條件下，至2030年市域多年平均、一般年份、中等干旱年份和特殊干旱年份可供水量分別為36.22、38.75、38.73和37.58億m3。規劃水平年一次供需平衡可供水量分析成果見表1。需要說明的是，在一次供需平衡情景下，可供水量計算未考慮對擠占的河道內生態用水的退還。

(3)一次供需平衡分析結論。在外延式發展模式下，即使不考慮河道內生態用水需求，以現狀供水能力去應對持續增長的用水需求，合肥市2020、2030水平年多年平均缺水量分別為13.61和23.93億m3。中等干旱年份，缺水量分別增加到16.07和26.46億m3。在特殊干旱年份，用水缺口進一步增加，至2020年缺水量達到28.12億m3，2030年達到38.75億m3。一次供需平衡分析成果見表1。

表1 不同水平年一次供需平衡成果表 億m3

3.2 二次供需平衡分析

(1)強化節水模式下的需水量分析。強化節水模式下的需水分析，即是在充分考慮未來一段時期合肥市居民生活水平提高、產業結構調整以及國民經濟各部門節水技術推廣與普及情況，按照經濟合理、技術可行的原則，在現狀用水水平基礎上，通過強化節水，壓減用水指標，分析支撐合肥市經濟社會發展所必需的合理用水量。預測強化節水模式下，2030水平年合肥市一般年份、中等干旱年份和特殊干旱年份總需水量分別為42.82、40.24、45.18和57.77億m3。在強化節水的發展模式下，合肥市2030水平年多年平均需水量可較外延式發展模式減少20%以上，干旱年份可減少約25%～30%。

(2)二次供需平衡可供水量。通過現有供水工程的進一步挖潛改造和優化布局，特別是對非常規水源的增加利用，在保障河道內生態用水的基礎上，分析至2030年市域多年平均、一般年份、中等干旱年份和特殊干旱年份可供水量分別為31.64、30.77、34.34和36.55億m3。非常規水源利用量由基準年的0.67億m3提高至2.61億m3，凈增加1.94億m3。在二次供需平衡中，考慮到改善區域河流及湖泊水生態環境的要求，多年平均退還河道內生態用水量4.58億m3。

(3)二次供需平衡分析結論。通過強化節水措施的實施以及對當地水源特別是非常規水源利用的挖潛， 2030水平年合肥市域多年平均缺水量降低至11.18億m3，缺水率由一次供需平衡的39.8%降低至26.1%，缺水程度有所緩解，但中等干旱年份、特殊干旱年份供需仍有較大缺口，未根本解決區域的供需矛盾。二次供需平衡分析成果見表2。

通過二次供需平衡，分析得出在充分考慮節水治污和挖潛當地水源條件下，可承載人口956.96萬人、工業增加值6 331.10億元、農業灌溉面積33.65萬hm2，相較區域經濟社會發展目標，超載人口443.04萬人、超載工業增加值1 511.90億元、超載農業灌溉面積6.25萬hm2，需由域外調水予以補充，以滿足經濟社會可持續發展和維護良性生態環境需求。

表2 不同水平年二次供需平衡成果表 億m3

3.3 三次供需平衡分析

(1)境外調水工程總體布局。二次供需平衡分析成果顯示，僅依靠節水和當地水源挖潛，無法根本解決干旱年份合肥市缺水問題，必須依靠境外調水工程補源。根據安徽省水資源配置工程規劃布局[6]及淠史杭灌區水量分配方案[7]，合肥市域可利用的境外調水工程包括引江濟淮工程、駟馬山引江工程等，依托這兩項引江工程，可自長江引水入合肥市。此外，規劃利用位于相鄰六安市淠史杭灌區的龍河口水庫向合肥市跨區域調水。

(2)新增調水工程增供水量。①引江工程。2030年依托引江濟淮、駟馬山引江等工程建設，合肥市多年平均增加供水量6.53億m3，一般年份、中等干旱年份和特殊干旱年份分別增加供水量5.20、6.73和11.57億m3。為實現優水優用，保障未來城市用水需求，依托引江工程建設，利用巢湖水源及長江水源置換淠史杭灌區農業用水，釋放優質水源供給城市，將農業用水轉化為城市用水，2030年可增加供水量2.85億m3。②龍河口水庫供水工程。2030年龍河口水庫多年平均調入合肥市的水量為1.2億m3，一般年份、中等干旱年份和特殊干旱年份調入合肥市的水量分別為1.4、0.8和0.6億m3。

(3)三次供需平衡可供水量。在二次供需平衡分析的基礎上，通過新建境外調水工程，至2030年市域多年平均、一般年份、中等干旱年份和特殊干旱年份可供水量分別為42.21、40.21、44.70和51.56億m3。

(4)三次供需平衡分析結論。在二次供需平衡的基礎上，通過調水工程建設，至2030年多年平均將新增供水量10.57億m3，50%、75%和95%保證率新增供水量9.44、10.37和15.01 億m3。預測至2030年，平水年份和中等干旱年份，合肥市可基本實現供需平衡。特殊干旱年份，缺水量也由二次供需平衡情景下的21.22億m3降低至6.20億m3，缺水率由36.7%下降至10.7%。合肥市不同水平年供需平衡成果分別見表3。

表3 不同水平年三次供需平衡成果表 億m3

4 結 語

研究表明，三次平衡分析法可以較好地識別區域節水、非常規水源利用、境外調水工程等在緩解區域缺水情勢中所起的作用與程度。對于水資源緊缺地區，在當地供水水源受限，開發利用達到一定程度時，節水和非常規水源利用將成為必然選擇，在一次供需平衡的基礎上，通過節水和計入非常規水源利用量，可分析立足當地水資源，通過壓縮需求、治污和挖潛非常規水源供水，所能解決的供需缺口。而二次供需平衡分析得出的缺水量，則反映了當地水資源承載力條件所不能解決的供需缺口，該缺口僅依靠區域內合理、可行的經濟技術手段無法解決，必須尋求境外水源[8]。需要說明的是，三次供需平衡分析中，所參與分析的境外調水水源，需依賴更大尺度的流域或區域的水資源優化配置成果，綜合考慮確定。

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[1] 洪 倩，陳昌才，金 昕，等．合肥市城市水資源配置規劃[R]．合肥：安徽省水利水電勘測設計院，2015.

[2] 王 浩，秦大庸，王建華．黃淮海流域水資源合理配置[M]．北京：科學出版社，2003.

[3] 王 浩，王建華，秦大庸．流域水資源合理配置的研究進展與發展方向[J]．水科學進展，2004，15(1)：123-128.

[4] 謝新民，甘 泓，李洪堯，等．基于三次平衡配置的水資源承載能力分析[J]．中國水利水電科學研究院學報，2006，4(3)：191-195.

[5] 謝新民，張慶海，尹明萬，等．水資源評價及可持續利用規劃理論與實踐[M]．鄭州：黃河水利出版社，2003.

[6] 朱 青，洪 倩，陳昌才，等．安徽省水資源綜合規劃[R]．合肥：安徽省水利水電勘測設計院，2014.

[7] 陳昌才，洪 倩，王 萬，等．安徽省中西部重點區域及淠史杭灌區水量分配方案[R]．合肥：安徽省水利水電勘測設計院，2011.

[8] 李其峰，謝新民，付意成．基于三次平衡的五家渠市水資源優化配置研究[J]．水電能源科學，2011， 29(3)：5-10，28.