基于強化節水的城市需水預測方法

潘 陽 王 丹

（河南省水利勘測設計研究有限公司）

1 節水優先的需水預測概念與內涵

需水預測是指根據流域或區域總體規劃采用多種預測法，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、生態所需用水，其中生態用水包括河道內生態環境用水和城市綠化、環境衛生等河道外生態環境用水。城市需水預測是對城市未來需水量進行合理推算，保證城市社會的健康發展。預測要做到節水，就是要對有限的、不同形式的水資源，根據用水戶的需求，進行合理預測。強化節水的城市需水預測，是在傳統需水預測的基礎上，優先考慮節水目標，根據既定的節水指標預測規劃年需水量，考慮非常規水資源開發利用和節水工程的建設，按照節水優先的原則預測合理的需水量，具體內涵有以下幾個方面：預測需要明確的限制范圍，城市需水預測研究城市用水；供水水源包括地表水、地下水、外調水和非常規水等；根據用水目的及區域特點，有合理的水資源分配原則；提高水資源利用效率。

2 強化節水需水預測方法

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為現狀年城市人口，萬人；α為人口年均增長率；D0為現狀年城市人均用水，m3/人；DDB為人均用水定額，m3/人；Z0為現狀年實際人均生活用水量，m3/人；β為生活用水年均增長率。

考慮節水條件，包括節水設施的普及率a，對公式（1）進行優化，得到：

式中：Ws為生活需水量，萬m3；a0為現狀年城市節水設施普及率；an為城市第n年節水設施普及率。

2.2 城市生產需水

城市生產用水可分為一、二、三產業用水，第二產業和第一、第三產業的用水不同，第二產業用水量需要考慮重復用水，而第一、第三產業一般不考慮重復用水。

第一產業用水量具體計算公式為：

式中：Wa為第一產業需水量，萬m3；Q0為現狀年第一產業萬元GDP用水量，m3/萬元；δ為第一產業萬元GDP用水量降低率；G0，a 為初始年第一產業GDP，萬元；θ1為第一產業GDP 增長率。

第二產業考慮水資源的重復利用，故其計算公式如下：

式中：Wg為第二產業需水量，萬m3；μn為第n年的水資源重復利用率；μ0為現狀年水資源重復利用率；R0為現狀年第二產業萬元GDP用水量，m3/萬元；γ為第二產業萬元GDP用水量降低率；θ2為第二產業GDP 增長率；G0，g為現狀年第二產業GDP，萬元。

第三產業需水量計算方法同第一產業，不考慮水資源的重復利用，計算公式如下：

式中：Wf為第三產業需水量，萬m3；S0為現狀年的第三產業萬元GDP用水量，m3/萬元；λ為第三產業萬元GDP用水量降低率；G0，f 為初始年第三產業GDP，萬元；θ3為第三產業GDP 增長率。

節水潛力計算公式如下：

式中：ΔW0為生活需水節水潛力，萬m3；Pn為規劃年人口數量，萬人；Zn為規劃年人均需水量，m3/人；ΔWi為生產行業節水潛力，萬m3；Ai，n為第n 年規劃第i 產業萬元GDP 用水量，m3/萬元。Ai，0為現狀年第i產業萬元GDP用水量，m3/萬元；G0，i為現狀年第i產業的GDP，萬元。

2.3 城市生態需水

2.3.1 河道內生態環境需水

河道內生態環境需水量指為保護河道內生態環境，需要保留在河流內的水量。關于河道內生態環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年河道內最低生態需水量。計算公式如下：

式中：W內為河道內生態環境需水量，萬m3；Q 為上年河流平均流量，m3/s；3 153.60為轉換系數，將m3/s轉換為萬m3。

2.3.2 河道外生態環境需水

河道外生態環境需水W外主要指城市公共綠地綠化用水與公共衛生用水兩部分，根據市政部門實地調查數據均采用定額法得到。

2.4 城市需水量

城市需水量包括生活、生產、生態需水，計算公式如下：

式中：W為城市需水量，萬m3。

3 實例分析

3.1 研究區概況

鄭州是河南省省會，位于東經112°42′～114°14′、北緯34°16′～34°58′。文章以鄭州市主城區為例，包括惠濟區、中原區、金水區、二七區和管城區五大區。

2016 年鄭州市主城區用水總量為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%，生產用水量占38.80%，生態用水量占24.50%。

通過老舊管網改造、節水器具推廣，鄭州市節水水平大幅提高，但尚未達到節水措施實施率100%，尤其是主城區生活用水量大、科教服務型產業密集，仍有一定的節水空間。基于鄭州市現狀年節水水平，結合節水型社會建設規劃，以2017年統計數據為驗證，對比以2016年為現狀年計算的數據，預測鄭州市2020年城市需水量。

3.2 數據來源

文章選取2016年為現狀年，計算所用的指標有人口、人口增長率、經濟產值等，統計數據主要來源于河南統計年鑒、鄭州市水資源公報、河南水利統計年鑒以及河南省地方標準等。從中摘取針對鄭州市主城區的部分進行匯總，得到文中計算所用指標數據。

3.3 結果與分析

以2017年為驗證年。首先分別計算出主城區2017年生活需水量、生產需水量和生態需水量，同2017年水資源公報統計數據相比較，以此驗證計算的精度，并進行適當修正；再根據2017 年水資源公報統計數據和率定的計算參數，預測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計數據相比雖有一定誤差，但總體而言預測成果比較可靠。預測結果比實際統計數據少1.20%，其中生活需水量計算值比實際值多0.60%；生產需水計算值和生態需水比實際值少0.90%和3.50%。在生產需水分項中，第一產業和第二產業分別比實際值偏多，第三產業計算值比實際值偏少。

節水潛力計算結果如表1所示。

表1 2020年鄭州市主城區節水潛力計算結果表 單位：萬m3

以2016 年用水數據為基準，預測的2020 年鄭州市主城區節水潛力為6 484萬m3，其中生活用水節水潛力1 341萬m3，占需水量的4%；生產用水節水潛力5 143 萬m3，占需水量的16%。在生產用水中，第二產業的節水潛力最大，主要因素是在鄭州市區有很多食品飲料加工業、紡織業以及電力生產行業等用水戶的用水效率與水資源重復利用率有很大提升空間，根據公式計算，水資源重復利用率每提高1%，可節約水資源208萬m3，第二產業節水的重點是提高水資源重復利用率。

4 結論

文章提出了基于強化節水的城市需水量計算方法，計算了節水條件下城市需水量和節水潛力，并以鄭州市主城區為例進行分析。結果表明，鄭州市主城區2020年需水量為86 860萬m3，節水潛力為6 484 萬m3，通過節水潛力評估，考慮節水更符合節水型社會的建設要求，能夠提高用水效率，改善生態環境。

根據計算結果可以看出，計算結果與實際統計數值相差不大，可作為短期預測城市需水量的一種方法。合理計算城市需水量，將有效促進城市經濟社會和環境協調發展，增強水資源保障能力，產生更大的生態效益、社會效益和經濟效益。