濟南市城區供用水趨勢及節水潛力分析

張 瑋

(濟南市水政監察支隊，山東 濟南 250000)

1 研究區域概況

山東省省會濟南市地處山東省中部，總面積10244km2，南部與國家自然遺產泰山相鄰，北邊與黃河相望。濟南市位于中緯度地區，是典型的溫帶季風地區。四季分明，春旱少雨，夏暖多雨，秋天涼干，冬天冷，下雪不多。濟南冬季和夏季長，春季和秋季短。三面都是山地，所以水汽和熱氣的回流并不利于擴散，比北方的夏天要大得多。濟南市年降水量具有明顯的年變化特征，具有較大的極值和年際間豐枯變化。多年平均降水量分布特征是：汛期分布較集中，季節分布不均衡，最大、最小月數差異較大。

濟南市降水量從南部、東部向北部和西部逐漸減少，山丘區的降水量比平原地區多。

變差系數Cv值的變化總趨勢為以章丘和萊蕪為中心分別往西北和東南增大。濟南市各地1980—2016年平均年干旱指數一般為1.5～2.2。黃河以南的總體趨勢是沿山區平原結合部由南向北遞減，黃河以北呈由南往北遞增趨勢。全市最高值出現在商河北部，最低值出現在南部山區。根據我國氣候干濕分帶與干旱指數的關系，濟南市屬于半濕潤氣候帶。

2 供用水量趨勢分析

2.1 供水量趨勢分析

據《2019年濟南市水資源公報》顯示，濟南市2019年的供水總量為19.60億m3。其中，地表水供應11.64億m3(跨流域調入量8.41億m3)；地下水供給6.44億m3；其它水源供水1.52億m3。

全市2009—2019年各類水源歷年供水量占比分析如圖1所示。

圖1 濟南市各類水源歷年供水量占比

由圖1可知，濟南市當地地表水供水量總體占比呈略微下降趨勢，從2009年的22.69%下降至2019年的16.47%；跨流域調水供水量占比呈穩定增長趨勢，從2009年的29.92%增長至2019年的42.93%；地下水供水量占比總體呈穩定下降趨勢，從2009年的43.84%下降至2019年的32.86%；其他水源供水量占比呈穩定增長趨勢，但增幅不大，從2009年的3.55%增至2019年的7.74%；總體上看在近10a的時間里濟南市用水對跨流域調水的依賴程度明顯增加[1]。

對全市2009—2019年的水資源公報進行分析，得到供水變化趨勢，如圖2所示。

圖2 供水變化趨勢圖

由圖2可知，2011年全市總供水量達到高峰，為20.92億m3，之后總供水量逐漸下降。當地地表水在2013年達到高峰，為4.66億m3，之后基本呈穩步下降趨勢；地下水供水量在2010年前后達到高峰，為9.63億m3，之后基本呈穩步下降趨勢；跨流域調水供水量呈現逐漸增長的趨勢；其他污水處理回用、集雨工程等供水量基本保持平穩。

結合圖1—2數據，從總體上來看，2009—2019年的10a間，濟南市整體供水量變化不大，但濟南市對外調水源的依賴程度和需求度明顯增加，對地下水需求程度明顯減少。

2.2 用水量趨勢分析

濟南市2019年的用水總量為19.6億m3。其中，工業用水2.95億m3；城市公用用水1.02億m3；居民用水3.59億m3；生態環境用水2.51億m3，灌溉用水8.24億m3；林、牧、漁、畜用水1.29億m3。

全市2009—2019年各類用水量占比分析，如圖3所示。

圖3 濟南市歷年分類用水量占比

由圖3可知，濟南市生活用水量占比總體呈緩慢增長趨勢，從2009年的35.34%增至39%；生產用水量占比總體呈下降后穩定發展趨勢，從2009年的57%緩慢降至2014年的54.15%，然后降至2019年的37.44%；生態用水量占比總體呈穩定增長趨勢，在2009—2014年期間，其增幅變化小，只由7.63%增至7.99%，基本保持平穩態勢；但從2014年之后，其趨勢逐漸上升，截止到2019年，生態用水量占總用水量的23.52%。

3 節水潛力分析

節水潛能是以各個部門、工業(或農作物)的節水指標為基準，對現有水資源的利用程度和水資源利用的差異進行分析，并以開發的實際水量為依據，得出最大的節約水量[2]。根據目前的各種用水狀況，對各個部門、工業(或農作物)的用水狀況和實際水量進行了分析，并根據各個部門、工業(或農作物)的節水指數，計算出各個部門、工業(或農作物)用水量與節水指標之間的差異，估算節水潛力[3]。

3.1 農業節水潛力分析

農業節水的潛力主要表現為：改造小型灌區，提高渠系利用系數，改善灌溉制度，擴大節水灌溉面積，調節農業用水價格，調整農作物種植結構[4]。

根據2019年9月《規劃和建設項目節水評價技術要求》，濟南市灌區的有效利用系數為0.6543，高于全國平均值0.548，但與北京市的0.732差距較大，農業節水還有一定潛力。

參照DB37/T 1640—2019《山東省主要農業灌溉定額》，濟南市主要農作物的節水灌溉方式比一般灌溉方式節水效果明顯。據實地調研，2019年濟南市耕地農業用水2700m3/hm2，增加節水灌溉面積和調整種植結構是未來農業節水的主要方向。

農業節水潛力計算公式如下[5]：

Wn=A0×(Qm0-Qmt)

=A0×(Qj0/η0-Qjt/ηt)

(1)

式中，Wn—農田灌溉節水潛力；A0—現狀灌溉面積(有效灌溉面積)；Qm0—現狀毛灌溉定額；Qmt—節水條件下毛灌溉定額；Qj0—現狀作物加權凈灌溉需水定額；Qjt—考慮作物布局調整后的規劃遠期水平年作物加權凈灌溉需水定額；η0—現狀灌溉水利用系數；ηt—規劃期水平年灌溉水利用系數。

農業節水以2019年為現狀基準水平，根據各縣區2019、2020年度用水效率控制目標值，計算濟南市農業節水潛力,詳見表1。

表1 濟南市現狀農田灌溉節水潛力分析計算成果表

由表1計算結果可知，如果保持現有種植結構，近期濟南市農業節水潛力約為953萬m3，可節水空間1.2%。根據濟南市實際情況，引黃灌區引水因含沙量大，無法直接采用微、噴灌節水模式，引黃灌區節水主要通過灌區渠道改造，進行渠道防滲提高灌溉水利用系數。庫灌區和井灌區可以采用微、噴灌節水模式進行節水改造。因此，農業用水僅通過改造灌溉方式節水潛力有限，采用優化調整農業種植結構的方式是提高農業節水的重要途徑。

3.2 工業節水潛力分析

工業節水潛力的大小與節水現狀、企業管理水平和科學技術水平密切相關。不同行業的節水潛力與不同行業的實際用水量存在一定的關系，目前的高用水量的工業企業的節水潛力比較低，而目前的電力企業用水量比較高，節水潛力不大；而目前我國水資源利用率低下的企業，其節約用水的潛力更大。此外，不同區域的管理水平不同，節約用水的潛力也不盡相同，通常，管理程度高的企業，節水程度高，而管理水平低的企業，則具有更大的節水潛力。對于發電、紡織、造紙、石化和化工等科技水平不高的工業企業，可以通過技術升級改造，更新制造工藝等方式提高節水水平。

根據2019年9月《規劃和建設項目節水評價技術要求》，全國萬元工業增加值用水量的平均水平為45.6m3/萬元，華北區平均水平為15.5m3/萬元，濟南市2019年用水指標為13.62m3/萬元，從全市來看高于全國平均水平，但部分區縣與華北區平均水平差距較大，工業節水還有一定潛力。

工業節水潛力計算公式如下[6]：

dWg=Z0(WZ0-WZt)

(2)

式中，dWg—工業節水潛力；Z0—現狀水平年工業增加值；WZ0—現狀水平年萬元工業增加值取水量；WZt—節水條件下萬元工業增加值取水量。其中WZt包含了工業內部結構調整的影響。

濟南市工業節水潛力分析計算成果見表2。以華北區平均水平為節水標準，經表2分析計算可以發現濟南市現狀工業年節水潛力為4838.5萬m3，其中節水潛力最大的區為萊蕪區，節水潛力為3926.7萬m3，其次是鋼城區。

表2 濟南市工業節水潛力分析計算成果表

用水企業大戶和污染企業大戶是發揮工業節水潛力的重點，濟南市高耗水工業主要集中在食品、鋼鐵、化工、電力等行業，因此在規劃階段要加強對此類工業的用水管理并大力推廣節水型技術[7]。

3.3 城鎮生活節水潛力分析

城市生活用水定額、城市管網漏損率、節水型器具的使用率都與城鎮生活節水潛力有關。

隨著加強節水教育、城鎮居民節水意識增強、節水器具的普及，生活用水定額有下降的趨勢，但是由于國家經濟的發展和人民生活水平的不斷提高，居民的生活用水量在一定程度上有所提升，城市居民用水定額的變動，是因為節約用水意識的普及與日常生活用水需求的增長聯合作用的后果，僅憑居民用水量指標的變動不能充分體現節水潛力，應以管網漏損率的變化為重點，對其節水潛力進行分析[8]。

供水管網節水潛力計算式為[9]：

dwGW=WGW0-WGW0×(1-η0)/(1-ηt)

(3)

式中，dwGW—是供水管網節水潛力；WGW0—是自來水廠供出的城鎮生活用水量；η0—現狀供水管網漏損率；ηt—節水水平下供水管網漏損率。

經表3分析計算，濟南市現狀城鎮生活供水管網年節水潛力為638.80萬m3，城鎮生活年總節水潛力為638.80萬m3。

表3 濟南市城鎮生活節水潛力分析計算表

4 結論

隨著社會的發展，結合本文圖表數據可以發現濟南市需水總量呈現逐漸增加的趨勢，其中生活需水、生態環境需水呈現增長趨勢，生態環境需水增長最快，而且生活需水和生態環境需水占比逐漸增加，生產需水占比減少，濟南市對外調水的依賴程度明顯增加。

通過對濟南市進行節水分析發現，在目前農業種植結構下，農業節水潛力提升空間不大，僅有1.2%。因此農業方面采用優化調整農業種植結構的方式是提高農業節水的重要途徑；對于工業節水，在規劃期間，要加強對高能耗、高污染的電力、鋼鐵等行業的用水管理，大力推廣節水型技術；對于城鎮居民節水，應減小供水管網漏損率。

根據2019年濟南市水資源公報[10]，2019年全市地表水、地下水供水量和跨流域調水量共計19.60億m3，低于2019年濟南市用水總量控制指標21.10億m3，比2020年濟南市用水總量控制指標低1.50億m3。根據以上節水潛力的計算，濟南市在節水方面可以節約0.643億m3，但仍小于1.50億m3，因此應當充分挖掘濟南市的地表水和地下水供水潛力。本文給出了濟南市現狀供用水情況及各行業節水潛力分析，可以為濟南市水資源調控決策和調水工程建設規劃提供科學依據和技術支撐，方便后續研究人員在此基礎上進一步研究。