沿海缺水城市水資源的供需情勢(shì)分析

宗 博，劉豐銘，李慶國(guó)

（1. 青島市金水水資源科技有限責(zé)任公司，山東 青島 266061；2. 濟(jì)南大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院，濟(jì)南 250022）

1 概述

國(guó)內(nèi)外在水資源供需情況分析方面已有較成熟的理論與實(shí)踐。王苓如［1］情況在氣候變化的基礎(chǔ)上分析洪澤湖以上流域的水資源演變情況。仇亞琴等［2］在三川河流域，通過分析3個(gè)驅(qū)動(dòng)因子：降水、人工取用水、下墊面，得到3個(gè)驅(qū)動(dòng)因子對(duì)水資源演變的影響。楊明杰等［3］在瑪納斯河灌區(qū)運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型模擬其供需狀況，得出瑪納斯河未來需要治污和節(jié)水。孫曉博［4］利用SWAT和WEAP模型對(duì)泰安市水資源供需平衡進(jìn)行分析， 需加強(qiáng)節(jié)水措施及提高水資源利用率。張?jiān)娰坏龋?］基于SD模型對(duì)山東省水資源供需情況進(jìn)行分析，山東省未來需要提高節(jié)約用水意識(shí)、改進(jìn)灌溉技術(shù)、 減少水污染來解決社會(huì)發(fā)展與水資源供需平衡之間的矛盾。賈寶杰等［6］使用分項(xiàng)需水量預(yù)測(cè)法和人口綜合需水量指標(biāo)法， 最大程度上對(duì)湖北黃石市城區(qū)需水量進(jìn)行了精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。粟曉玲等［7］運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)軟件Vensim-Dss建立了農(nóng)業(yè)水資源供需平衡的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型， 仿真模擬變化環(huán)境下農(nóng)業(yè)供、需水量及缺水量的變化情況。 陳立華等［8］采用用水效率約束下的水資源3次供需平衡方法，分析欽州市區(qū)域水資源供需平衡態(tài)勢(shì)，結(jié)合用水總量紅線，提出未來欽州市經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的水資源利用對(duì)策。

2 研究區(qū)基本狀況

平度市位于膠東半島西部，膠萊河以東，大、小沽河以西， 在地形上位于膠東丘陵與華北大平原之間，境內(nèi)具有丘陵和平原兩大地形區(qū)的雙重屬性，全境地勢(shì)北高南低。 平度市屬北溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均年降水量633.1mm，多年平均氣溫12.2℃，多年平均蒸發(fā)量1711.1mm。 區(qū)內(nèi)主要河流有30條， 分屬北膠萊河和大沽河兩大水系。 2019年末，平度市常住人口137.79萬人，其中城鎮(zhèn)人口58.73萬人，農(nóng)村人口79.06萬人，全市城鎮(zhèn)化率達(dá)42.62%。2019年實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值684.7億元。 其中，第一產(chǎn)業(yè)增加值109.6億元， 第二產(chǎn)業(yè)增加值246.2億元，第三產(chǎn)業(yè)增加值328.9億元，三次產(chǎn)業(yè)比例為16∶36∶48。

3 水資源稟賦與供用水水平分析

3.1 水資源量狀況

根據(jù)青島市2019年編制完成了《青島市第三次水資源調(diào)查評(píng)價(jià)報(bào)告》， 平度市多年平均水資源總量41837萬m3，其中地表水資源量26762萬m3，地下水資源量23139萬m3， 地表水與地下水重復(fù)計(jì)算量8064萬m3。 地表水可利用量1.5165億m3，地下水可開采量1.7297億m3，扣除地表水與地下水可利用量重復(fù)計(jì)算量0.2771億m3，平度市多年平均水資源可利用總量為2.9691億m3。

3.2 狀況分析

3.2.1 供水

根據(jù)平度市水資源年報(bào)， 平度市總供水量總體上呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，尤其是近五年，總供水量最大值出現(xiàn)在2013年 （20534萬m3）， 最小值出現(xiàn)在2019年（13861萬m3），較最大值下降了32.50%，還有下降趨勢(shì)。從歷史供水結(jié)構(gòu)看，平度市當(dāng)?shù)氐乇硭┧勘壤档洼^大，特別是2014—2017年，地表水最低降至11%， 地下水供水量在2015—2018年持續(xù)超過總供水量的70%， 這與平度市2013年以來的持續(xù)枯水年有關(guān)。 到2017年隨著調(diào)水配套工程建設(shè)開始外調(diào)水水源開始供水， 從豐富水源角度有效改善了平度市供水結(jié)構(gòu)，如圖1。 2010—2019年間總供水量存在逐年降低趨勢(shì)， 一定程度上說明平度市節(jié)水工作有較好收效。

圖1 平度市2010—2019年供水量變化趨勢(shì)

3.2.2 用水

平度市近十年來總用水量總體上呈下降趨勢(shì)，如圖2，總用水量最大值出現(xiàn)在2013年的20534萬m3，最小值出現(xiàn)在2019年，為13861萬m3；工業(yè)用水量呈逐年增加趨勢(shì)，最大值出現(xiàn)在2018年為1557萬m3；農(nóng)業(yè)用水逐年遞減，最低值出現(xiàn)在2019年，為10431萬m3。平度市近十年來的生活用水量2010 年最低值為1076萬m3，2011—2015年均在3500萬m3左右，2015年突降至1795萬m3， 考慮到統(tǒng)計(jì)口徑和青島市2018年社會(huì)經(jīng)濟(jì)調(diào)查后對(duì)2015—2019年社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)的修訂，本次分析重點(diǎn)分析2015年后變化，2015—2019年生活用水量呈逐年遞增趨勢(shì)。

圖2 平度市2010-2019年用水量變化趨勢(shì)

3.2.3 現(xiàn)狀用水水平評(píng)價(jià)分析

根據(jù)平度市用水相關(guān)指標(biāo)值（如表1），參考《規(guī)劃和建設(shè)項(xiàng)目節(jié)水評(píng)價(jià)技術(shù)要求》（水利部辦節(jié)約〔2019〕206號(hào)）中相關(guān)指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表1 平度市2019年用水水平評(píng)價(jià) 單位：m3

為消除各指標(biāo)值量綱影響，首先把各指標(biāo)值均除以相應(yīng)指標(biāo)的均值，對(duì)指標(biāo)值進(jìn)行歸一化，公式如下：

式中 xi為指標(biāo)i的值；xi為指標(biāo)i的地區(qū)平均值。

根據(jù)歸一化后指標(biāo)值及標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行評(píng)價(jià)，相關(guān)結(jié)果如圖3。 從圖3可見，2019年平度市在工業(yè)用水重復(fù)利用率較低的情況下工業(yè)萬元增加值取水量能接近華北地區(qū)先進(jìn)水平，未來在進(jìn)一步提高工業(yè)用水重復(fù)利用率的情況下，工業(yè)節(jié)水水平可達(dá)到區(qū)域領(lǐng)先。 管網(wǎng)漏失率是目前水資源開發(fā)利用中存在較為突出的問題，應(yīng)在未來規(guī)劃中著重考量。平均灌溉水量很低，因此需要在農(nóng)業(yè)節(jié)水、提高灌溉水利用系數(shù)方面加大力度，這樣才能保證農(nóng)業(yè)的正常發(fā)展。

圖3 現(xiàn)狀節(jié)水水平評(píng)價(jià)結(jié)果

4 基于跨區(qū)域跨流域調(diào)水的供需形勢(shì)分析

4.1 情景設(shè)置

（1）情景1（不跨）：“本地水資源+非常規(guī)水”。 即供水水源中不包含跨區(qū)域跨流域調(diào)水工程， 充分挖掘當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)水供水潛力，大力發(fā)展非常規(guī)水源工程。

（2）情景2（一跨）：“本地水資源+非常規(guī)水+現(xiàn)狀外調(diào)水”。在情景1基礎(chǔ)上，充分利用現(xiàn)有跨流域調(diào)水指標(biāo)水量，包括省內(nèi)跨區(qū)域跨流域調(diào)水量及黃河水、長(zhǎng)江水指標(biāo)水量。

（3）情景3（二跨）：“本地水資源+非常規(guī)水+現(xiàn)狀外調(diào)水+規(guī)劃年新增外調(diào)水”。 在情景2基礎(chǔ)上，規(guī)劃水平年考慮規(guī)劃跨流域調(diào)水工程新增水量 （如南水北調(diào)東線二期水量等）。

4.2 水資源供需配置與結(jié)果

根據(jù)《青島市“十四五”水資源配置發(fā)展規(guī)劃》（2021） 各規(guī)劃水平年的需水預(yù)測(cè)與供水分析成果，為分析跨流域調(diào)水的影響與需求，采用“基本滿足農(nóng)業(yè)、生態(tài)用水的前提下進(jìn)行生活、工業(yè)用水配置，規(guī)劃水平年，50%頻率下農(nóng)村基本達(dá)到供需平衡，考慮山東省資源性缺水的供水實(shí)際，部分地區(qū)適度缺水，農(nóng)村缺水率一般控制在10%以內(nèi)， 計(jì)算城鎮(zhèn)供水缺口”的原則，對(duì)水資源的合理配置。

情景1， 根據(jù)農(nóng)業(yè)P=50%保證率的基本需水量，在P=50%來水條件下平度2025、2035 年分別余水4676、11048萬m3； 在P=75%來水條件下2025年余水量1927萬m3，2035年余水量8299萬m3；在P=95%來水條件下，2025年工業(yè)用水出現(xiàn)短缺，缺水量為3540萬m3；2035年平度市在大力發(fā)展海水淡化，余水2832萬m3，如表2。

表2 情景1P=95%頻率下平度市規(guī)劃年水資源配置 單位：萬m3

情景2，農(nóng)業(yè)P=50%保證率的基本需水量，在P=95%來水條件下，外調(diào)客水3070萬m3，平度市2025需水大于供水，在滿足基本農(nóng)業(yè)用水、生態(tài)用水、生活用水下， 工業(yè)用水出現(xiàn)短缺， 缺水量為470萬m3；2035年平度市大力發(fā)展海水淡化且引調(diào)客水的條件下，供水大于需水，余水5902萬m3，如表3。

表3 情景2P=95%頻率下平度市規(guī)劃年水資源配置 單位：萬m3

情景3，規(guī)劃南水北調(diào)二期等遠(yuǎn)期指標(biāo)500萬m3，總外調(diào)客水達(dá)到3570萬m3， P=95%來水條件下，平度市2025年供需基本平衡；2035年平度市供水大于需水，余水6402萬m3，如表4。

表4 情景3P=95%頻率下平度市規(guī)劃年水資源配置 單位：萬m3

4.3 供需形勢(shì)及缺水類型判別

根據(jù)各規(guī)劃水平年的需水預(yù)測(cè)與供水分析成果，通過對(duì)水資源的合理配置，進(jìn)行供需水量的平衡分析計(jì)算，分別提出各規(guī)劃水平年、不同年型、3種供需情景的城鎮(zhèn)及農(nóng)村供需分析成果。 結(jié)合平度市水資源特點(diǎn)，各種供水情景的供需形勢(shì)總體判別均以95%來水條件為主，輔以50%、75%條件下的判別分析。

（1）50%、75%來水、 滿足農(nóng)業(yè)基本需水條件下，平度市2025年、2035年在3個(gè)情景下均不缺水。

（2）95%來水、滿足農(nóng)業(yè)基本需水條件下，平度市2035年在3個(gè)情景下均不缺水。

（3）95%來水、滿足農(nóng)業(yè)基本需水條件下，平度市2025年，在情景1缺水率15%，屬于中度缺水；情景2缺水率2%，屬于基本平衡。

（4）平度市中遠(yuǎn)期的缺水主要屬于資源性缺水，應(yīng)在加強(qiáng)節(jié)水、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，重點(diǎn)考慮加大海水淡化等非常規(guī)水源開發(fā)利用及發(fā)展必要的跨區(qū)域跨流域調(diào)水工程建設(shè)等措施。

5 結(jié)語

（1）在保證農(nóng)業(yè)基本需求量下，P=95%來水條件， 在充分挖掘非常規(guī)水與現(xiàn)狀客水規(guī)劃供水能力的情況下，平度市2025 年屬于中度缺水。 僅當(dāng)增加南水北調(diào)二期等遠(yuǎn)期指標(biāo)500萬m3后，平度市2025年供需才平衡。 如果不考慮非常規(guī)海水淡化和外調(diào)水， 平度市2025、2035年均為重度缺水，考慮進(jìn)一步加大外調(diào)水也僅能緩解為中度缺水。

（2）平度市水資源短缺主要屬于資源性缺水，供需矛盾的關(guān)鍵點(diǎn)在當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)水源不足。 供需總量平衡對(duì)策是在加強(qiáng)節(jié)水、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，重點(diǎn)考慮加大海水淡化等非常規(guī)水源開發(fā)利用，以及實(shí)施必要的跨區(qū)域、跨流域調(diào)水工程建設(shè)等措施。 如2035年海水淡化能力達(dá)30萬m3/d的規(guī)模， 可以不再進(jìn)一步增加外調(diào)水指標(biāo)，否則需調(diào)整縮減區(qū)域調(diào)水并增加外調(diào)水指標(biāo)。