基于用水總量控制的雄安新區用水強度指標體系

呂良華，姜蓓蕾，耿雷華，張海濱，龐 蘇

(1.南京水利科學研究院水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室，江蘇 南京 210029；2.萬幫數字能源股份有限公司，江蘇 常州 213100)

水資源是經濟社會發展的基礎性資源、戰略性經濟資源和公共性社會資源，在經濟社會發展中起著至關重要的作用[1-2]。河北省是全國用水最緊缺的省份，在該地區建設雄安新區，必須破解水資源的瓶頸制約[3]。自提出河北雄安新區戰略以來，不少學者對雄安新區的水安全問題進行了研究。趙志博等[4]參照深圳發展歷程，分析了新區2035年基準情景、起步情景和建成情景的水資源利用效率及節水潛力；楊瑞祥等[5]以2035年作為未來水平年，假設在未來水平年之前所有指標均已達到雄安規劃綱要要求的基礎上，預測了新區未來水平年的生活、工業、農業和生態需水量，并提出了水資源承載力的提升途徑；李溦[6]根據雄安新區未來經濟社會發展的不確定性，預測2035年低目標情景需水總量為7.22億～7.72億m3，高目標情景為11.51億～12.51億m3，并提出了雄安新區水資源承載能力提升途徑與措施；徐冬梅等[7]利用博弈論格序理論評價模型對雄安新區起步區不同情景下的水資源配置優選方案進行了研究，并推薦了常態情景和特殊情境下的最優水資源配置方案；鮑艷磊等[8]利用綜合健康指數法對新區白溝引河、府河、瀑河和孝義河進行河流健康評價，結果表明多數河流處于亞健康至病態的狀態。其他研究關注的焦點還有雄安的生態問題[9-10]、資源現狀描述[11-12]、雄安發展戰略解讀[13-14]等。上述研究對于破解新區水資源問題都提出了建設性的見解。

目前我國關于水資源用水強度問題的研究較多，研究尺度也各異[15]，但關于雄安新區各行業用水強度控制指標體系相關的研究較少。2018年12月，國務院批復了《河北雄安新區總體規劃(2018—2035年)》，提出了用水總量紅線和用水效率紅線，按照以水定城、以水定人的要求，強化用水總量管理，實行最嚴格水資源管理制度，到2035 年雄安新區用水總量控制在6.5億～7.5億m3/a。合理確定、控制各行業用水強度指標是開展節水工作之首，控制用水強度、提高水資源利用效率對從根本上破解水資源短缺問題、有效提高地區水資源承載力水平至關重要[9,16-17]，對于實現新區用水總量控制目標以及水城共融、水資源可持續利用的戰略目標意義重大。

因此，本文結合雄安新區相關規劃的要求，借鑒國內外先進用水強度指標，構建新區生活、生產、生態分時期、分區域的用水強度指標體系，利用隨機模擬方法預測新區總需水量，結合新區用水總量控制目標，提出新區用水強度指標控制閾值，并提出需水總量控制措施。結果可為實現新區水資源可持續利用提供依據和支撐。

1 研究區概況

雄安新區地處北京、天津、保定腹地，規劃范圍包括雄縣、容城、安新3縣行政轄區(含白洋淀水域)，任丘市鄚州鎮、茍各莊鎮、七間房鄉和高陽縣龍化鄉，起步區面積約100 km2，中期發展區面積約200 km2，遠期規劃面積約1 770 km2。雄安新區內共有10條河流，均屬于大清河流域，其中8條為入淀河流，分別為北支白溝引河，南支潴龍河、孝義河、唐河、府河、漕河、瀑河、萍河，另外2條分別為大清河干流和從白洋淀流出的趙王新河。新區上游共有8座大中型水庫，總興利庫容為14.55億m3。當前僅有王快水庫、西大洋水庫、橫山嶺水庫和安格莊水庫常年有水入庫，年均入庫水量僅為5.62億m3，其中76.69%集中在王快水庫和西大洋水庫，可用于生活用水。

雄安新區多年平均降水量為509 mm，多年平均水資源量1.73億m3，其中地表水資源量0.11億m3，地下水資源量1.69億m3，重復計算量0.07億m3[5]。雄安新區所處區域水資源短缺，水資源供需矛盾突出，地下水超采嚴重[9]。雄安新區所在的保定市2016年人均水資源量為287 m3，遠低于國際公認的人均500 m3的極度缺水線標準。

根據《河北雄安新區規劃綱要》，新區遠期將建設“一城五副”的城市格局，即200 km2的新城，安新、容城、雄安3個縣城及昝崗、寨里作為五組團，整個新區的綠-藍生態空間總體將達到70%以上。新區將主要發展高端高新產業，重點包括新一代信息技術產業、現代生命科學和生物技術產業、新材料產業、高端現代服務業、綠色生態農業等。針對白洋淀，將實施退耕還淀，淀區逐步恢復至360 km2左右，合理調控淀泊生態水文過程，使白洋淀正常水位保持在6.5～7.0 m。

2 用水強度指標體系構建

用水強度是在社會經濟生產中的單位用水量，根據水利部、國家發展和改革委員會聯合發布的《“十三五”水資源消耗總量和強度雙控行動方案》，各行業用水強度包括：人均居民生活用水量、每公頃農田灌溉年用水量、萬元工業增加值用水量、單位面積道路澆灑每次用水量等。根據雄安新區規劃綱要，重點考慮新區建設期(2025年)、建成期(2035年)、騰飛期(2050年)3個時間點的用水強度指標。指標體系構建及取值時充分考慮節水優先原則，借鑒國內已建新區和國內外城市先進用水水平，結合北京市、河北省的先進用水指標，進行一定幅度的調整，構建不同時期分行業、分區域的用水強度指標體系(圖1)。

圖1 雄安新區分行業分區域用水強度指標體系

2.1 2025年雄安新區用水強度指標體系

2025年雄安新區尚處于建設期，節水水平相對較低。通過解讀雄安新區的起步區和啟動區控制性詳細規劃，起步區作為雄安新區的城市核心區，居民生活用水需控制在100 L/(人·d)之內，考慮到節水設施初步建成，對節水具有一定促進作用，預測起步區的居民生活用水強度指標最大值、平均值、最小值分別為100 L/(人·d)、95 L/(人·d)、90 L/(人·d)。現行的河北省地方標準生活用水定額中，室內有給排水、衛生設施、淋浴設備的城鎮居民生活用水定額為110 L/(人·d)，室內有給排水、衛生設施、淋浴設備、24 h熱水的城鎮居民生活用水定額為140 L/(人·d)。五組團作為雄安新區城市區的外圍區域，節水能力建設相對滯后，參考現行河北省生活用水定額，預測五組團的居民生活用水強度指標最大值、平均值、最小值分別為120 L/(人·d)、115 L/(人·d)、110 L/(人·d)。鄉鎮居民用水量處于城市區和農村區之間，參考北方的哈爾濱新區鄉鎮規劃用水定額，預測特色小鎮的居民生活用水強度指標最大值、平均值、最小值分別為90 L/(人·d)、85 L/(人·d)、80 L/(人·d)，普通鄉鎮的居民生活用水強度指標最大值、平均值、最小值分別為80 L/(人·d)、75 L/(人·d)、70 L/(人·d)。農村區域尚未發生大的改造變動，參考現行河北省農村居民生活用水定額，預測農村的居民生活用水強度指標最大值、平均值、最小值分別為60 L/(人·d)、50 L/(人·d)、40 L/(人·d)。建設期的施工人員大約為10萬人，生活用水強度指標參考農村居民生活用水強度指標。

農業需水中，農田灌溉主要考慮水澆地和菜田，2025年農業灌溉水平不會有大的變動，參考現行河北省相關農業用水定額，預測水澆地和菜田的年灌溉用水量最大值、平均值、最小值分別為2 250 m3/hm2、2 100 m3/hm2、1 950 m3/hm2和6 000 m3/hm2、4 500 m3/hm2、3 000 m3/hm2。千年秀林只在種植的當年需要灌溉，參考北京市林業灌溉中的滴灌方式用水定額，預測千年秀林年灌溉用水量最大值、平均值、最小值分別為1 500 m3/hm2、1 200 m3/hm2、1 050 m3/hm2。牲畜主要考慮豬牛羊等的養殖，參考河北省現行畜牧業用水定額，預測牲畜用水強度指標最大值、平均值、最小值分別為40 L/(頭(只)·d)、20 L/(頭(只)·d)、10 L/(頭(只)·d)。

工業需水中，雄安新區規劃的主要是高新技術產業，用水量相對較少，考慮到建設期節水設施還沒有完全配套，參考具有類似產業特點的典型新區及城市的先進工業用水效率值，預測工業用水強度指標最大值、平均值、最小值分別為5 m3/萬元、4 m3/萬元、3 m3/萬元。建設期有大量的基建工程用水，參考北京市的建筑業用水定額并考慮一定的節水水平，預測建筑業的用水強度指標最大值、平均值、最小值分別為1 m3/m2、0.8 m3/m2、0.6 m3/m2。雄安新區第三產業主要發展現代服務業，考慮到建設期節水設施還沒有完全配套，在參考北京市和深圳市的服務業用水水平的基礎上，進行一定幅度的上調，預測新區第三產業的用水強度指標最大值、平均值、最小值分別為10 m3/萬元、8 m3/萬元、6 m3/萬元。

生態環境需水方面，雄安新區高起點、高標準建設定位，對城市的生態環境要求也較高，因此對于城市道路澆灑、綠地澆灌用水要有充足的保障。參考北京市城市道路和綠地澆灑用水定額，預測雄安新區城市道路澆灑和綠地澆灌用水強度指標最大值、平均值、最小值分別為1.5 L/(m2·次)、1.2 L/(m2·次)、1 L/(m2·次)和1.2 m3/(m2·次)、1 m3/(m2·次)、0.9 m3/(m2·次)。

片區規劃的人工河湖水系主要考慮水的流動性，根據已經發布的片區規劃，人工河湖平均水深取0.5 m，平均河寬取20 m，平均流速取0.05 m/s，每個片區的人工河湖水系相互連通，并且容城片人工河湖會流向起步區人工河湖，每個片區整體考慮東西向和南北向兩條主干河流，進而計算人工河湖“流動起來”所需要的水量(整體考慮4條人工河湖)。計算得出新區人工河湖的景觀生態需水量為6 307萬m3/a。

河道生態需水以入淀斷面為控制斷面，選取1952—1980年河道斷面多年平均徑流量，采用Tennant法進行計算。作為我國北方河流，高保障、中等保障和低保障模式分別取多年平均徑流量的18%、14%和10%作為生態需水量(維持河流生態系統健康狀況在一般至良好的水平)。計算得出8條入淀河流生態需水量最大值、平均值、最小值分別為31 440萬m3/a、24 460萬m3/a、17 470萬m3/a，2條出淀河流生態需水量最大值、平均值、最小值分別為16 820萬m3/a、14 800萬m3/a、13 460萬m3/a。白洋淀生態需水主要包括滲漏水量、蒸發水量(扣除降雨量的凈蒸發量)、升高水位所需水量3部分。計算得出白洋淀生態補水量最大值、平均值、最小值分別為18 240萬m3/a、14 980萬m3/a、14 680萬m3/a。

2.2 2035年雄安新區用水強度指標體系

2035年雄安新區已全面建成，節水水平相對較高。起步區已全面建成，農村區域建設成為美麗鄉村。為了保障高質量的城市生活水平，起步區的城鎮居民生活用水強度指標不會發生大的變化。五組團的節水配套設施建設完成，用水效率會提升，達到起步區的水平。隨著節水水平的提高，特色小鎮和普通鄉鎮的用水強度指標會有所下降，預測最大值、平均值、最小值分別為80 L/(人·d)、75 L/(人·d)、70 L/(人·d)和70 L/(人·d)、65 L/(人·d)、60 L/(人·d)。農村區域建成美麗鄉村，用水量會有所增加，預測預測最大值、平均值、最小值分別為60 L/(人·d)、55 L/(人·d)、50 L/(人·d)。

隨著節水灌溉配套設施的完善和節水技術的發展，農業灌溉用水效率將進一步提高并趨于穩定，農業灌溉用水強度將降低，預測2035年水澆地和菜田的年灌溉用水量最大值、平均值、最小值分別為2 025 m3/hm2、1 875 m3/hm2、1 725 m3/hm2和5 250 m3/hm2、3 750 m3/hm2、2 250 m3/hm2。牲畜養殖所需的水量不會有大的變動，預測2035年牲畜用水強度指標最大值、平均值、最小值分別為38 L/(頭(只)·d)、19 L/(頭(只)·d)、10 L/(頭(只)·d)。

隨著工業和第三產業結構的不斷調整完善，將完全形成以高新技術產業為主的工業結構和現代服務業為主的第三產業結構，并且隨著節水技術的不斷成熟，工業和第三產業用水效率將進一步提高并趨于穩定，預測2035年工業和第三產業用水強度指標最大值、平均值、最小值分別為1.5 m3/萬元、1.2 m3/萬元、1 m3/萬元和8 m3/萬元、6 m3/萬元、4 m3/萬元。

為了保證高質量的城市生態環境，道路澆灑和綠地澆灌用水強度不會發生大的變化，降幅較小并趨于穩定，預測2035年城市道路澆灑和綠地澆灌用水強度指標最大值、平均值、最小值分別為1.3 L/(m2·次)、1.1 L/(m2·次)、1 L/(m2·次)和1 m3/(m2·次)、0.9 m3/(m2·次)、0.8 m3/(m2·次)。

2.3 2050年雄安新區用水強度指標體系

2050年雄安新區產業結構、城市規模已完全穩定，基礎設施完備，已進入高質量發展的騰飛期。為了保證居民高質量生活水平，隨著節水科技的發展，居民生活用水強度不會大幅降低，預測2050年起步區、五組團、特色小鎮、美麗鄉村的居民生活用水強度指標最大值分別為90 L/(人·d)、90 L/(人·d)、70 L/(人·d)、60 L/(人·d)，平均值分別為85 L/(人·d)、85 L/(人·d)、65 L/(人·d)、50 L/(人·d)，最小值分別為80 L/(人·d)、80 L/(人·d)、60 L/(人·d)、40 L/(人·d)。

農業灌溉用水強度已趨于穩定，在2035年的基礎上不會發生大的變化，預測2050年水澆地和菜田的年灌溉用水量最大值、平均值、最小值分別為1 950 m3/hm2、1 800 m3/hm2、1 650 m3/hm2和4 950 m3/hm2、3 450 m3/hm2、1 950 m3/hm2。牲畜養殖所需的水量也已趨于穩定，不會有大的變動，預測2050年牲畜用水強度指標最大值、平均值、最小值分別為37 L/(頭(只)·d)、18 L/(頭(只)·d)、10 L/(頭(只)·d)。

以高新技術產業為主的工業結構和現代服務業為主的第三產業結構已完全形成，用水強度指標將進一步降低并基本穩定，達到世界領先水平，預測2050年工業和第三產業用水強度指標最大值、平均值、最小值分別為1.2 m3/萬元、1 m3/萬元、0.8 m3/萬元和6 m3/萬元、4 m3/萬元、3 m3/萬元。

為了保證高質量的城市生態環境，道路澆灑和綠地澆灌用水強度在2035年的基礎上不再降低，預測2050年城市道路澆灑和綠地澆灌用水強度指標最大值、平均值、最小值仍保持為1.3 L/(m2·次)、1.1 L/(m2·次)、1 L/(m2·次)和1 m3/(m2·次)、0.9 m3/(m2·次)、0.8 m3/(m2·次)。

3 需水量預測隨機模擬

通過對新區需水用戶進行分組，根據不同需水用戶的用水特點，按照以水定城、以水定人的要求，基于上述構建的雄安新區不同時期分行業、分區域的用水強度指標不確定性特征值，采用隨機模擬法進行需水預測。具體步驟為：①根據規劃綱要，將雄安新區需水用戶分為起步區、五組團、特色小鎮、美麗鄉村、農村、出淀入淀河流和白洋淀7類用水戶；②建立7類用水戶不同發展階段經濟社會發展規模和分行業、分區域的用水強度指標不確定性特征值；③假設用水強度指標服從均勻分布，采用均勻分布概率模型來描述這些用水強度指標取值的概率分布，利用蒙特卡羅法進行需水總量的隨機模擬，將所有隨機變量和決策變量統一輸入到模型中后，建立需水總量和所有隨機變量、決策變量之間的函數關系，將需水總量作為目標輸出變量(output variable of interest)進行隨機模擬計算，從而得出不同時期雄安新區需水總量的統計結果。

圖2為雄安新區不同時期需水總量隨機模擬結果。從結果可以看出，2025年雄安新區最小、最大和平均需水總量分別為6.88億m3、9.25億m3、8.05億m3，需水總量為7.13億～8.98億m3的概率為95%。2035年雄安新區最小、最大和平均需水總量分別為7.38億m3、9.58億m3、8.49億m3，需水總量為7.61億～9.38億m3的概率為95%。2050年雄安新區最小、最大和平均需水總量分別為7.38億m3、9.78億m3、8.57億m3，需水總量為7.64億～9.47億m3的概率為95%。

圖2 雄安新區需水總量累計概率分布

4 結果分析

從需水量模擬結果可以看出，當采用不同的用水強度指標值時，2025年雄安新區需水量變化范圍為6.88億～9.25億m3，2035年變化范圍為7.38億～9.58億m3，2050年變化范圍為7.38億～9.78億m3。不同時期最小需水量均在7.5億m3以內，平均需水量為8億m3左右，最大需水量達到9.8億m3。

根據需水量隨機模擬預測結果，當執行用水強度指標體系中的最小值時，雄安新區總需水量在7.5億m3以內。用水強度指標取值變大時，新區需水總量也會隨之變高。因此，為實現新區以水定城、以水定地、以水定人、以水定產，真正做到把水資源作為新區發展的最大剛性約束，確保新區需水總量控制在7.5億m3以內，建議雄安新區不同區域不同行業的用水強度指標控制閾值不高于本研究提出的雄安新區用水強度指標體系中的最小值。城鎮河湖水系年補水量應控制在6 307萬m3以內，白洋淀、入淀河流、出淀河流年補水量應分別控制在14 680萬m3、17 470萬m3、13 460萬m3以內。

當雄安新區執行此用水強度指標控制閾值時，2025年、2035年、2050年人均綜合用水量指標可分別達到354 m3、183 m3、170 m3，用水效率在逐漸提高，尤其在新區建成后用水效率顯著提高。根據水利部發布的《2020年中國水資源公報》，全國人均綜合用水量為412 m3，北京、天津、上海、重慶等國內用水效率較高的[18]發達城市人均綜合用水量分別為185 m3、201 m3、393 m3、219 m3；香港、東京、紐約等發達城市人均綜合用水量分布為173 m3、218 m3、160 m3[19]，可以看出雄安新區建成后，與國內外發達城市相比，人均綜合用水量指標可以達到甚至優于國內外發達城市的水平。

另外，為落實新區用水總量控制和實現水資源可持續利用，建議在建立雄安新區主要農作物、工業產品和生活服務業的先進用水強度指標體系的基礎上，建立健全用水、節水的考核制和責任制，嚴格監督管理；嚴格控制超定額用水，嚴格用水強度指標的執行監管，確保用水強度指標落地見效；合理控制新區城市發展規模、農業用地規模、人口發展規模，堅持發展低耗水的高新技術產業和服務業；全面推廣生活、工業、農業先進節水技術改造[20]，加強非常規水資源利用，提高水資源重復利用率并降低廢水排放量，促進水資源高效循環利用。

5 結 語

本文在結合新區相關規劃要求以及借鑒國內外先進用水強度指標的基礎上，綜合分析構建了雄安新區生活、生產、生態分時期分區域的用水強度指標體系；根據用水強度指標取值的不確定性，利用隨機模擬方法預測了新區不同時期總需水量的統計結果，不同時期最小需水量均在7.5億m3以內，平均需水量為8億m3左右，最大需水量達到9.8億m3。結合新區用水總量控制目標，提出了新區用水強度指標體系控制閾值建議。研究結果可為新區進行水資源管理、實現新區水資源可持續利用提供科學依據和決策支持。