秦皇島市水資源供需分析

趙云峰

(唐秦水文水資源勘測局，河北唐山063000)

水資源供需分析就是要弄清區(qū)域或流域的供水、用水狀況和發(fā)展前景，從而提出保證水資源安全供應的方案和措施，確保水資源供需平衡［1］。本文以秦皇島市為研究對象，運用科學的方法對2010年、2020年秦皇島市各行業(yè)的需水量、各供水工程供水量進行了預測，并計算出秦皇島市各縣區(qū)的缺水率。根據(jù)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護對水資源的要求，提出區(qū)域水資源合理開發(fā)、高效利用、有效節(jié)約、優(yōu)化配置和綜合治理的總體思路，為秦皇島市水資源的可持續(xù)利用提供規(guī)劃基礎，促進秦皇島市人口、資源和經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展。

1 需水量預測

1.1 預測原則

需水預測遵循以下原則:

1)以各規(guī)劃水平年社會經(jīng)濟發(fā)展指標為依據(jù)，貫徹可持續(xù)發(fā)展的原則，統(tǒng)籌兼顧社會、經(jīng)濟、生態(tài)、環(huán)境等各部門發(fā)展對水的需求。

2)考慮水資源緊缺對需水量增長的制約作用，全面貫徹節(jié)水的方針。

3)考慮社會主義市場經(jīng)濟體制、經(jīng)濟結構調(diào)整和科技進步對未來需水的影響。

4)重視現(xiàn)狀基礎調(diào)查資料，結合歷史情況進行規(guī)律分析和趨勢分析，力求需水預測符合各區(qū)域特點。

5)合理配置水資源，統(tǒng)籌安排生活、生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境用水量。

1.2 生活需水預測

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，居民的生活質(zhì)量也將大大的提高。采用用水定額法對秦皇島市各水平年城鎮(zhèn)、農(nóng)村居民生活需水量進行預測，2010年、2020年秦皇島市城鎮(zhèn)農(nóng)村居民生活總需水量將分別達到1.0139億m3、1.2305億m3。

1.3 第二產(chǎn)業(yè)需水預測

第二產(chǎn)業(yè)中工業(yè)的需水預測是一項比較復雜的工作，因行業(yè)繁多，需水情況差異大，給分析計算工作帶來了很多不便。估算一個城市或者地區(qū)工業(yè)用水量通常采用的方法是:研究工業(yè)用水的發(fā)展史，分析工業(yè)用水的現(xiàn)狀，考察未來工業(yè)發(fā)展的趨向和用水水平的變化，從中得出規(guī)律并進行預測?，F(xiàn)采用趨勢法對秦皇島市的第二產(chǎn)業(yè)需水量進行預測。

用歷年工業(yè)用水增長率來推算不同水平年工業(yè)需水量。預測不同水平年的需水量計算式為:

式中:Si為某一水平年工業(yè)需水量的預測值;S0為起始年份工業(yè)用水量;d為工業(yè)用水年平均增長率;n為起始年份至預測水平年之間的年數(shù)。

合理確定未來不同水平年的用水增長率是趨勢法預測的關鍵。一般來說，隨著用水水平的提高，單位產(chǎn)值用水量的降低，重復利用率的提高，工業(yè)用水增長率呈下降趨勢。趨勢法計算工業(yè)用水量簡單易行。但從歷年調(diào)查資料中分析用水增長率時，必須選取工業(yè)發(fā)展穩(wěn)定階段，該階段是相當長的一個時段和具有較高準確度的用水量數(shù)值，以便于觀察歷年用水增長率趨向。對異常點要作合理性檢查，才能消除偶然因素的影響。

通過分析秦皇島市第二產(chǎn)業(yè)用水影響因子，結合歷史用水趨勢，運用趨勢法對秦皇島市第二產(chǎn)業(yè)需水進行預測，得到秦皇島市第二產(chǎn)業(yè)總需水，2010年為1.418億m3，2020年為1.8351億m3。

1.4 第三產(chǎn)業(yè)需水預測

經(jīng)分析計算，秦皇島市第三產(chǎn)業(yè)總需水 2010年為0.4197億m3，2020年為0.8623億m3。2010年秦皇島市三產(chǎn)用水定額為12.3m3/萬元，2020年為9.7m3/萬元。

1.5 農(nóng)業(yè)需水預測

農(nóng)業(yè)灌溉凈定額主要取決于作物的種植結構。在現(xiàn)狀有效灌溉面積中，水田占 15.9%，水澆地 43.7%，菜田20.4%。在此種植結構中，根據(jù)秦皇島市各種類型的農(nóng)作物的需水特性，確定其凈灌溉定額;并利用對應播種面積加權即可得到不同行政分區(qū)水田、水澆地和菜田以及林果的灌溉凈定額和農(nóng)田灌溉綜合凈定額;然后通過分析灌溉水利用系數(shù)，就可以根據(jù)“凈灌溉定額除以灌溉水利用系數(shù)”得到毛灌溉定額。規(guī)劃年的農(nóng)田灌溉定額的確定是在總結實際耕作制度、未來種植結構的調(diào)整趨勢和節(jié)水灌溉發(fā)展的規(guī)劃，農(nóng)業(yè)種植結構調(diào)整、新型節(jié)水灌溉方式的實施等基礎上可確定出不同降水保證率下的凈灌溉定額以及多年平均凈定額。隨著節(jié)水灌溉技術的實施，灌溉水利用系數(shù)增大，不同規(guī)劃水平年的毛定額有所下降。

在林果定額的計算中以經(jīng)濟林為主，結合實地調(diào)查，根據(jù)林果業(yè)灌溉現(xiàn)狀確定出林果的不同降水條件下的灌溉定額。對于淡水補水魚塘的灌溉水定額根據(jù)對近幾年魚塘面積的統(tǒng)計，采用畝均補水定額法計算求得。規(guī)劃年其定額保持不變。牲畜用水定額直接采用現(xiàn)狀調(diào)查值。不同水平年畜牧業(yè)的定額保持不變，大牲畜為30.0 L/頭·d，小牲畜為20.0 L/只·d。

秦皇島市不同降水保證率下的毛定額預測結果見表1。

表1 毛定額預測表 m3/666.7 m2

根據(jù)《河北省市級水資源評價細則》的要求，對秦皇島市農(nóng)業(yè)需水的預測以近7年的平均情況為基礎，綜合考慮歷史實際情況，以2007年基準年，將2010年作為近期規(guī)劃水平年，2020年為中期和遠期規(guī)劃水平年，分別對其不同降水保證率50%、75%和95%條件進行基準年和規(guī)劃年的農(nóng)業(yè)需水預測。

2010年、2020年50%的平水年，秦皇島市農(nóng)業(yè)需水分別達到6.2192億m3、5.7697億m3;75%的中等干旱年，秦皇島市農(nóng)業(yè)需水分別達到6.7397億m3、6.2323億m3;95%的特枯年，秦皇島市農(nóng)業(yè)需水分別達到7.2716億m3、6.6992億m3。

1.6 生態(tài)環(huán)境需水預測

生態(tài)環(huán)境需水量主要包括城鎮(zhèn)綠地建設需水量、城鎮(zhèn)河湖需水量和城鎮(zhèn)環(huán)境衛(wèi)生需水量;湖泊、沼澤、濕地補水量，林草植被建設需水量，地下水回灌量。

根據(jù)秦皇島市經(jīng)濟發(fā)展水平及水資源狀況，參考《秦皇島市城市水資源專向規(guī)劃報告》。經(jīng)預測，秦皇島市2010年、2020年生態(tài)環(huán)境需水量分別為1.4097億m3、1.4496億m3。

1.7 總需水預測

秦皇島市不同水平年不同保證率總需水量:當P50%、P75%和P95%時基準年的總供水量分別為9.7851億m3、10.3047億m3、10.7956億m3;2010年分別為10.4804億m3、11.0009億m3、11.5328億m3;2020年分別為11.1472億m3、11.6098億m3、12.0766億m3。秦皇島市各行政區(qū)不同水平年總需水量，見表2。

表2 秦皇島市總需水量表 108m3

2 可供水量預測

2.1 預測原則

1)重視流域內(nèi)水資源的合理配置。依據(jù)水資源的不同調(diào)配性和各水平年規(guī)劃工程情況確定地表水可供水量。

2)充分考慮各水平年污水處理回用量和再生水利用量。但不同水平年未能處理的污水暫不計入可供水量。

3)地下水可供水量不包括超采量。淺層地下水可供水量按已有地下水總補給量及可開采量分析成果綜合確定。濱海平原區(qū)深層地下水現(xiàn)狀利用量不大，在現(xiàn)狀基礎上開采量較大地區(qū)適當減少其可供水量，主要作為應急及后備水源考慮。

4)非常規(guī)水源按規(guī)劃指標確定可供水量。

5)按照優(yōu)先滿足居民生活用水，保證重點工業(yè)用水，統(tǒng)籌考慮一般工業(yè)和農(nóng)業(yè)用水以及生態(tài)環(huán)境用水的原則，逐級進行水量供需分析。

2.2 地表水可供水量

地表水可供水量預測以各河系供水工程及供水系統(tǒng)為調(diào)算主體，進行自上游到下游，先支流后干流逐級調(diào)算，對桃林口、洋河兩座大型水庫采用長系列時歷年法進行調(diào)節(jié)計算，得出不同水平年、不同保證率的可供水量，并將其分解到相應的計算分區(qū)［2］。其它現(xiàn)有中型水庫、小型水庫、塘壩工程及引提水工程的可供水量，以1984～2007年地表水實際供水量為基礎，對秦皇島市的降水量及來水量情況進行分析，分別選出來水頻率為50%、75%和95%的代表年，代表年的選擇原則是其來水時程分配對用水偏不利中型水庫采用典型年法，小型水庫、塘壩工程及引提水工程則以代表年的實際供水量作為它們的不同保證率的可供水量。

經(jīng)計算和預測，秦皇島市不同水平年不同保證率地表水可供水量:當P50%、P75%和 P95%時基準年的供水量分別為5.7695億m3、4.044億m3、1.8771億m3;2010年分別為5.801億m3、4.0621億m3、1.9081億m3;2020年分別為5.954億m3、4.147億m3、1.9668億m3。

2.3 地下水可供水量

地下水可供水量包括淺層地下水、深層地下水、微咸水可供水量。地下水資源可開采量是指布井區(qū)范圍內(nèi)的淺層地下水資源可開采量。根據(jù)地下水資源評價繪制的淺層地下水資源可開采量模數(shù)分區(qū)圖，以及圈定的規(guī)劃水平年布井區(qū)范圍，估算在現(xiàn)狀條件下，規(guī)劃水平年供水范圍內(nèi)的地下水資源可開采量。

基準年和各水平年淺層地下水可供水量是以礦化度≤2 g/L地下水可開采量的成果為基礎，結合各水平年需水預測及水資源供需分析確定的。地下水可供水量計算公式為:

式中，Hi，Wi，Xi分別為i時段機井提水能力、當?shù)氐叵滤Y源可開采量及用戶的需水量;t為計算時段。

深層地下水開發(fā)利用主要在濱海平原區(qū)。該區(qū)深層地下水補給困難，且引發(fā)的環(huán)境地質(zhì)問題較為嚴重，考慮目前深層地下水現(xiàn)狀開采利用量不大，對其開發(fā)利用量作了削減，主要作為后備或應急水源。

經(jīng)計算和預測，秦皇島市地下水可供水量基準年、2010年、2020年分別為5.6511億m3、5.6596億m3、5.6702億m3。

2.4 非常規(guī)水源可供水量

截至到2007年，秦皇島市共建有5座污水處理廠，現(xiàn)狀總處理能力達到33萬m3/d。2009年擬建成山海關、青龍、撫寧和昌黎4座污水處理廠，處理能力8萬t/d;2010年擬建設盧龍污水處理廠，處理能力0.75萬t/d。

據(jù)此計算和預測，秦皇島市非常規(guī)水源可供水量基準年、2010年、2020年分別達到0.075億m3、0.219億m3、0.445億m3。

2.5 總可供水量

秦皇島市不同水平年不同保證率總可供水量:當P50%、P75%和 P95%時基準年的總供水量分別為11.4956億m3、9.7701億m3、7.6032億m3;2010年分別為11.6796億m3、9.9407億m3、7.7867億m3;2020年分別為12.0692億m3、10.2622億m3、8.0820億m3。秦皇島市各行政區(qū)不同水平年可供水量，見表3。

3 供需分析

經(jīng)分析計算，秦皇島市在P=50%的年份不缺水;P= 75%的年份缺水率2010年、2020年分別為9.6%、11.6%;P =95%的年份缺水率 2010年、2020年分別為 32.5%、33.1%。從各縣區(qū)來看，秦皇島市三區(qū)在保證率為95%的2020年缺水，其它保證率和年份下不缺水;昌黎縣、撫寧縣經(jīng)濟發(fā)展速度較快，農(nóng)業(yè)需水量較大，雖然可供水量較其它兩縣多，但是也不能夠滿足其需水要求，因此即使在保證率為50%的年份里2010年缺水率分別為16.0%、17.9%，2020年缺水率分別為12.5%、17.0%。秦皇島市各行政區(qū)不同水平年缺水率，見表4。

表3 秦皇島市各水平年總可供水量表

表4 秦皇島市不同水平年缺水率表

4 結論

由以上分析預測結果可見，隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，秦皇島市的需水在日益增加。從需水組成上看，秦皇島市的用水大戶為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，抓好農(nóng)業(yè)節(jié)水意義重大，為此應大力開展節(jié)水農(nóng)業(yè)灌溉技術，加強農(nóng)業(yè)基本建設。用于城市生態(tài)的水量較少，按照自然與經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展的觀點，需要繼續(xù)調(diào)整水資源的供需結構，在一定程度上增加生態(tài)需水，以促進生態(tài)環(huán)境建設。秦皇島市的地表水資源相對較少，在P= 75%、P=95%的年份供水主要來自于地下水的開采，地表水的總供水量小于地下水的總供水量，屬于典型的半干旱干旱地區(qū)的用水模式。過度開采地下水資源極易導致地面塌陷、海水入侵等一系列生態(tài)環(huán)境問題。為此，應控制秦皇島市的地下水開采量，積極開發(fā)新的和可替代的供水水源，如實行外流域調(diào)水、污廢水的再利用以及循環(huán)用水等措施，來滿足本市的各項需水要求。實行區(qū)域水資源的綜合管理使有限的水資源得到充分合理的利用。

［1］ 左其亭，竇明，吳澤寧.水資源規(guī)劃與管理［M］.北京:中國水利水電出版社，2005.

［2］ 河北省水文水資源勘測局.曹妃甸循環(huán)經(jīng)濟示范區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展總體規(guī)劃水資源論證報告［R］.石家莊:河北省水文水資源勘測局，2007.