用水效率紅線下欽州市水資源三次供需平衡分析

陳立華，黃舒萍，關昊鵬，嚴 誠

(1.廣西大學土木建筑工程學院，廣西 南寧 530004；2. 廣西防災減災與工程安全重點實驗室，廣西 南寧 530004；3. 廣西大學工程防災與結構安全教育部重點實驗室，廣西 南寧 530004)

0 引 言

水資源供需分析是水資源優化配置的重要內容，對實現水資源的可持續利用具有重要意義[1]。關于水資源供需分析的方法主要分為兩大類，一類主要是從統計學角度[2]、系統評價角度[3]和水資源系統分析角度[4]等解決水資源供需平衡，或是在系統動力學理論的基礎上建立水資源SD模型，模擬研究區水資源不同方案下的供需變化趨勢[5]。此類方法側重于量化區域供需形勢，不能較好的識別非常規水源、跨流域調水等工程在緩解區域缺水情勢中所起的作用與程度。另一類是根據《全國水資源綜合規劃技術細則》以水資源開發利用現狀及存在的問題分析為基礎，依據各水平年供需水預測的成果擬訂方案，進行兩到三次供需水量平衡分析，提出推薦方案。三次供需平衡是現代水資源配置理論的核心，是全口徑、全流域層面上的平衡計算，被廣泛應用于水資源供需平衡分析[6,7]和水資源配置研究中[8,9]。

欽州市位于北部灣經濟圈核心地帶及沿海城市群中心位置，雖然水資源量豐富，但區域內河流主要為源短流急中小入海河流，控制性水利工程不足，實際可利用量有限；在跨越式經濟發展條件下各縣區水利工程可供水量不均衡，水資源供需矛盾日益突出。隨著“三條紅線”的實施，為揭示2020年、2030年欽州市水資源供需態勢，在用水效率紅線約束下進行需水預測，供水預測在水利工程可供水量的基礎上計入人工載水量，采用基于三次供需平衡方法，分析欽州市2020年、2030年來水頻率為50%、75%、95%的水資源供需形勢，以期為欽州市水資源配置和工程布局提供決策依據。

1 水資源三次供需平衡原理

水資源供需平衡分析應遵循“先節水后調水、先治污后通水、先生態后用水”的原則[10]，堅持開源與節流并重，節流優先、治污為本、多渠道科學開源、綜合利用。在跨越式經濟發展條件下，欽州市應提高非常規水源的利用程度，當地水資源不足以承載經濟社會發展要求時，亟須實施外流域引水。欽州市水資源三次供需平衡計算原理如下：

(1)水資源一次供需平衡分析是在現狀條件下，不考慮“開源節流”，定量分析發展進程中的水資源供需矛盾。保持現狀節水力度，對廣西北部灣經濟區正常發展情景的基本方案進行需水預測。供水量以現有水利設施，通過完成對那冰水庫、青年水閘等共62座水庫水閘的除險加固，以及對靈山縣44座小(1)型水庫閘門改造以挖潛其供水潛力。

(2)在一次平衡的基礎上，通過節水和利用非常規水源來緩解缺水情勢。需求側通過調整不同水平年產業結構和進行節水措施壓縮用水需求，供給側通過加快推進中水回用工程等措施提高非常規水資源利用程度，加大水資源可供給量。

(3)三次平衡是面向二次平衡的供需缺口上，進一步考慮跨流域調水，將當地水和外調水作為一個整體進行分析。根據《廣西欽州市水利發展“十三五”規劃報告》，欽州市可利用郁江調水工程自郁江引水入欽江，通過修建輸水明渠引水至大風江，結合已建成的大風江調水工程抽水入金窩水庫，調節后向港區和工業園區水廠供水120 m3/d。

2 供用水現狀分析

圖1 欽州市2014年各行業用水比重圖Fig.1 The proportion of water use in various industries of Qinzhou in 2014

圖2 欽州市2014年各縣區用水比重圖Fig.2 The proportion of water use in counties and districts of Qinzhou in 2014

由圖1、2可知，農業用水比重最大占全市用水總量的72.6%，其次為工業、生活、第三產業；各縣區中以農業發展為主的靈山縣用水比重最大，占全市用水總量的40.7%，欽港區作為快速崛起的臨海工業園區，工業用水量占全市工業用水總量的34.1%。雖然2014年欽州市供水總量與用水總量持平，但工程性缺水、農業用水粗放等問題依舊是制約欽州市快速發展的瓶頸。

3 供水預測和需水預測

3.1 各縣區紅線約束指標

2020年、2030年用水效率控制目標中萬元工業產值增加值用水量分別為49和40 m3/萬元，農田灌溉水有效利用系數分別為0.53和0.60。各縣區用水總量控制目標(億m3)見圖3。

圖3 2020、2030年欽州市各縣區用水總量控制目標Fig.3 Targets for total water use in counties and district s of Qinzhou in 2020 and 2030

3.2 需水量預測

按照生活、農業、工業、建筑業、第三產業和生態需水量等五項采用定額法[11]進行基本方案與節水方案的需水量預測，其中農業、工業需水在用水效率約束下進行計算。根據《欽州市城市總體規劃(2012-2030)》規劃2020年、2030年常住人口總數分別為352.10、450.0萬；2014-2020年、2020-2030年GDP增長率分別為16.60%、12.30%；產業結構調整為2020年的17∶48∶35和2030年的8∶58∶34。

生活需水量結合人口預測成果，分別采用城鎮綜合生活人均用水指標、農業人口人均日用水定額進行預測。2020年、2030年欽州市城鎮化率分別為47.52%、63.32%。2020年、2030年各區計算城鎮用水定額欽南區和欽港區分別為186、190 L/(人·d)，欽北區為185、189 L/(人·d)，靈山縣和浦北縣分別為181、186 L/(人·d)。2020年、2030年各區農村用水定額欽南區和欽北區及欽港區分別為138、142 L/(人·d)，靈山縣和浦北縣分別為137、141 L/(人·d)。

農業需水量包括農田灌溉需水量和林牧漁畜需水兩部分，農田灌溉需水量預測在農田灌溉水有效利用系數約束下采用畝均定額法進行。欽州市農業發展與土地利用指標根據分析歷年《欽州市水資源公報》并結合《欽州市土地利用總體規(2006-2020)》進行預測。依據《農林牧漁業及農村生活用水定額》(DB 45/T 804-2012)及《廣西壯族自治區水資源綜合規劃》預測2020年和2030年各縣區P=50%、P=75%、P=95%下水田灌溉用水定額分別為6 375、6 750、7 785 m3/hm2和6 075、6 510、7 680 m3/hm2；水澆地灌溉用水定額分別為2 625、3 000、3 900 m3/hm2和2 325、2 730、3 750 m3/hm2；菜田灌溉用水定額分別為1 425、1 725、2 325 m3/hm2和1 260、1 500、2 100 m3/hm2。林牧漁畜需水根據《廣西壯族自治區水資源綜合規劃》、《農林牧漁業及農村生活用水定額》確定各縣區2020年和2030年林果灌溉、魚塘補水、草場補水用水定額分別為3 270、10 440、1 020 m3/hm2和3 105、9 915、1 545 m3/hm2，大牲畜2020年和2030年均采用定額為150 L/(頭·d)，小牲畜均為30 L/(頭·d)。

一般工業需水量預測采用萬元工業增加值用水量法進行預測，火(核)電需水預測采用單位千瓦裝機用水量法。按照2020、2030年欽州市用水效率控制目標中萬元工業增加值分別為49和40 m3，火電工業需水量預測用水定額分別為0.66、0.48 m3/MWh。

建筑業及第三產業需水量預測采用欽州市《廣西北部灣經濟區水資源綜合開發利用規劃》預測2020年、2030年建筑業用水定額為5.44和3.81 m3/萬元，第三產業用水定額為7.44、5.21 m3/萬元。

河道外生態需水量預測采用定額法計算。根據《建筑給水排水設計規范》(GB50015-2009)，小區綠化澆灌用水定額可按澆灌面積1.0～3.0 L/(m2·d)計算，小區道路、廣場的澆灑用水定額可按澆灑面積2.0～3.0 L/(m2·d)計算。

科研人員為了順利通過考核，往往忽略科研的實際需要和發展規劃，根據容易達到的研究成果設定項目績效目標，使得目標與結果倒掛。此外績效目標的設定往往不夠細化，僅作簡單陳述，績效目標設定相關性的論證也不夠充分，績效目標的合理性難以得到保證。

需水量預測基本方案結果見表1。其中，除2020年P=50%下需水量在用水總量紅線范圍內，其余來水頻率及2030年各來水頻率的需水量都超出紅線控制值。

表1 欽州市需水量預測基本方案 億m3Tab.1 Basic plan for water demand forecasting in Qinzhou

3.3 供水量預測

采用欽州市主要水利工程可供水量預測方法[12]，將全市人工載水量1.34 億m3納入可供水量計算中，預測結果見表2。根據近年《欽州市水資源公報》中人工載水量變化較小，2020年和2030年欽南區、欽港區、欽北區、靈山縣和浦北縣各區縣人工載水量分別取0、0.24、0、0.45、0.65 億m3。

4 分析實例

4.1 一次供需平衡分析

一次供需平衡的需水量為基本方案需水量，可供水量為表2中地表水和地下水可供水量之和，計算成果見表3。

表2 欽州市未來水平年可供水量分析結果 億m3Tab.2 Analysis results of annual water supply of future level in Qinzhou

表3 不同水平年一次供需平衡成果 億m3Tab.3 First supply and demand balance results at different levels of annual

從表3可知，2020年P=50%至P=95%全市缺水總量從0.85 億m3增加至9.10 億m3，2030年缺水量從4.37 億m3增加至13.39 億m3。欽南區位于欽州市主要獨流入海河流下游，地表水資源可利用量相對豐富， 2020年、2030年P=50%和P=75%下都有余水。靈山縣可供水量雖達到4.96、5.20 億m3，但其農業和生活需水約占全市需水總量的33%，P=50%下缺水率約20%，P=95%下高達60%。欽北區位于茅嶺江干流中下游處，可供水量超出控制值，但其生活和農業需水量僅次于靈山縣，2020年P=50%到P=95%缺水率從13.3%增加至58.8%，2030年從21.1%增加至65.1%。浦北縣以小河流為水源，2020年P=50%到P=95%缺水率從5.8%增加至46.7%，2030年則從16.8%增加至49.6%。欽港區兩個規劃水平年內缺水率分別在60%和80%以上。

4.2 二次供需平衡分析

二次供需平衡的需水側在基本方案的基礎上降低用水定額得到節水方案。可供水量在地表水及地下水的基礎上增加非常規水源的利用，平衡結果如表4所示。

進行開源節流后欽州市2020、2030年對應的各保證率下的缺水程度有所緩解，2020年50%、75%、95%保證率下全市缺水率較一次平衡缺水率分別從5.3%、20.3%、50.2%下降至0.4%、16.2%、46.9%，2030年各保證率下全市缺水率分別從20.5%、32.7%、57.1%降為12.0%、25.2%、51.7%。

4.3 三次供需平衡分析

三次平衡是在二次平衡基礎上，將境外調水量計入可供水量中。2030年建成的欽州市郁江調水工程以向欽州沿海工業園遠期供水為主，兼顧改善欽州市區供水和沿途農村人畜飲水、農田灌溉用水及環境用水。依托該項工程，2030年可向欽南區、欽港區增加可供水量1.31、4.16 億m3。三次供需平衡分析成果如表5所示。

表4 不同水平年二次供需平衡成果 億m3Tab.4 Scondary supply and demand balance results at different levels of annual

表5 不同水平年三次供需平衡成果 億m3Tab.5 Third supply and demand balance results at different levels of annual

通過郁江調水工程的建設，欽州市基本可實現供需平衡。2030年欽南區、欽港區獲得調入水量1.31、4.16 億m3，兩區在各來水頻率下都將有剩余水量，其他縣區缺水狀況與二次平衡分析結果相當，說明境外調水工程能解決欽州市局部缺水問題，同時，欽北區、浦北縣還面臨著如何滿足用水總量約束下抑制農業用水需求的挑戰。

5 結 語

(1)在用水效率約束下進行需水預測和供水預測載水量的基礎上，采用三次供需平衡方法綜合分析欽州市2020年、2030年水資源供需情勢。一次供需平衡得到欽州市2020年50%、75%、95%保證率下將缺水0.85、3.35、9.10 億m3，2030年達到4.37、7.16、13.39 億m3。二次平衡得到欽州市2020年各保證率下較一次平衡缺水量分別減少0.79、0.74、0.80 億m3，2030年分別減少2.00、2.02、2.00 億m3。三次平衡得到2030年建成調水工程后，P=50%和P=75%下欽州市分別有余水3.10、0.33 億m3，但P=95%下缺水達5.93 億m3。

(2)針對欽州市水資源供需現狀，應改善產業布局、水資源量及可供水量不匹配的問題，加大挖潛各行業尤其農業的節水潛力。在節水前提下，建設控制性攔洪蓄水工程，加強各縣區水源工程之間的聯合調度，增加城區備用供水水源，提高城區供水保障安全性。