浙江省水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀分析及預(yù)測研究

田璽澤，王蓓卿，何錫君，夏冬梅

（1.浙江省水文管理中心，浙江 杭州 310009；2.浙江省水利河口研究院（浙江省海洋規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院），浙江 杭州 310020）

1 問題的提出

水是生命之源、生產(chǎn)之要、生態(tài)之基，水資源是建設(shè)資源水利、生態(tài)水利的重要載體。特別是近些年，在“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”新時(shí)代治水方針的指引下，水資源的保護(hù)和合理開發(fā)利用越發(fā)受到關(guān)注。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和城鄉(xiāng)居民生活對(duì)水資源需求的逐年遞增，水資源供需矛盾依舊是亟待解決的重要課題[1]。目前，在水資源開發(fā)利用及預(yù)測研究方面，國內(nèi)針對(duì)單個(gè)城市以及根據(jù)降雨、蒸發(fā)等自然條件的預(yù)測研究已取得一定的成果，但針對(duì)某一廣泛地區(qū)結(jié)合社會(huì)發(fā)展指標(biāo)的綜合預(yù)測研究較少[2]，特別是針對(duì)浙江全省的水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀進(jìn)行綜合預(yù)測的研究尚處于空白。浙江省是一個(gè)水資源總量相對(duì)豐富，但人均水資源占有量偏少的省份，全年約有3/5是洪水徑流量，水資源可利用率較低，并且用水分布與人口分布不相適應(yīng)。因此，分析浙江省的水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀并對(duì)其進(jìn)行預(yù)測研究，可為優(yōu)化水資源管理頂層設(shè)計(jì)，建立和完善省、市、縣三級(jí)水資源控制體系提供可靠的科學(xué)依據(jù)，從而為最嚴(yán)格水資源管理工作提供技術(shù)支撐，同時(shí)對(duì)其他地區(qū)的相關(guān)研究具有一定的借鑒意義。

2 區(qū)域水資源量現(xiàn)狀分析

浙江省位于中國東南沿海長江三角洲南翼，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，水資源總量常年值為955.41億m3（位列全國第四），但人均水資源占有量為1 725 m3/人，低于全國2 100 m3/人，僅為世界均值的1/4。是一個(gè)水資源總量相對(duì)豐富，但人均水資源量和水資源可利用率較低的地區(qū)，并且在2010年浙江省地下水全面禁限采政策實(shí)施后，水資源開發(fā)利用主要依靠地表水資源。

2.1 地表水資源量

2.1.1 年內(nèi)變化

地表水資源量的年內(nèi)變化與降水量的年內(nèi)分布息息相關(guān)，根據(jù)1959—2000年的水文數(shù)據(jù)分析，多年平均5—9月份降水量占全年的60%～70%。局部地區(qū)在某些年份5—9月中1個(gè)月的降水量可達(dá)全年的40%～50%，如1981年錢塘江上游長風(fēng)站6月份降水量達(dá)全年的47.1%。充分表明降水年內(nèi)分配的不均勻。根據(jù)降水成因不同，主要有3種徑流類型：

（1）梅雨主控型：主要出現(xiàn)在苕溪流域、錢塘江流域和甌江流域上游。徑流量的年內(nèi)分配呈單峰型，峰值一般出現(xiàn)在3—6月或4—7月，最大4個(gè)月多年平均徑流量占全年的60%左右，最大1個(gè)月占全年的20%左右，出現(xiàn)在5月或6月。以錢塘江衢州站為代表，其豐、平、枯典型年天然徑流量月分配見圖1（a）。

（2）臺(tái)風(fēng)雨主控型：主要出現(xiàn)在甬江流域、曹娥江下游、椒江中下游、甌江中下游以及飛云江、鰲江一帶，徑流量的年內(nèi)分配呈雙峰型。第一個(gè)峰常出現(xiàn)在3—6月，主要受春雨和梅雨影響；第二個(gè)峰出現(xiàn)在8—9月，主要由臺(tái)風(fēng)雨形成。如遇臺(tái)風(fēng)影響少，或“空梅”年份降雨亦會(huì)出現(xiàn)單峰。以飛云江峃口站為代表，其豐、平、枯典型年月分配柱狀圖見圖1（b）。

（3）梅雨、臺(tái)風(fēng)雨兼容型：主要出現(xiàn)在曹娥江、椒江上游，甌江麗水以上及小溪流域一帶，徑流量的年內(nèi)分配呈雙峰型。以曹娥江東沙埠站為代表，其豐、平、枯典型年天然徑流月分配柱狀圖見圖1（c）。

2.1.2 年際變化

2001—2018年，全省平均地表水資源量為993.45億m3，比多年平均地表水資源量（942.83億m3）偏大5.4%。18 a間全省地表水資源量有明顯豐枯變化，最大值為1 427.15億m3（2012年），比多年平均值偏多51.4%，最小值為563.95億m3（2003年），比多年平均值偏少40.2%，具體見表1和圖2（a）。

圖1 浙江省不同徑流類型代表站徑流量年內(nèi)分配示意圖

2.1.3 空間分布

地表水資源量最大的影響因素為降水量，地表水資源量分布與降水量分布類似，自西南向東北呈遞減趨勢?？偟姆植稼厔菔巧絽^(qū)大于平原，同緯度地區(qū)內(nèi)陸大于沿海及海島。全省平均徑流深有多個(gè)高值區(qū)，主要分布在浙江省東南部的雁蕩山、洞宮山、仙霞嶺一帶，多年平均徑流深為1 300～1 800 mm；浙西和浙西北地區(qū)的千里崗山、天目山地區(qū)，多年平均徑流深為1 000～1 400 mm；浙江省東部的四明山、天臺(tái)山、括蒼山區(qū)一帶，平均徑流深為1 100～1 300 mm。主要低值區(qū)分布在金衢盆地，平均徑流深為700～900 mm；新嵊盆地平均徑流深為600～700 mm；最小的地區(qū)為浙北的杭嘉湖平原和浙東南沿海島嶼，平均為300～600 mm。

2.2 地下水資源量

2001—2018年，全省平均地下水資源量為218.40億m3，比多年平均地表水資源量（221.10億m3）偏小1.2%。全省地下水資源量在2012年、2015年達(dá)到較高值，分別是273.47億m3和269.83億m3，在2003年出現(xiàn)最低值161.31億m3，具體見表1和圖2（b）。

2.3 總水資源量

2001—2018年，全省年平均總水資源量（已扣除地表水與地下水的重復(fù)計(jì)算量，下同）為1 008.50億m3，比多年平均地表水資源量（955.41億m3）偏多5.6%[3]。在2012年達(dá)到最高值1 444.79億m3，在2003年出現(xiàn)最低值574.48億m3，具體見表1和圖2（c）。

表1 浙江省2001—2018年水資源量變化統(tǒng)計(jì)表 億m3

圖2 浙江省2001—2018年水資源量變化情況示意圖

3 區(qū)域水資源開發(fā)利用分析

3.1 供水結(jié)構(gòu)分析

2001—2018年，全省總供水量（含環(huán)境配水）基本保持增長趨勢，在2013年達(dá)到最高值，為224.76億m3，之后轉(zhuǎn)為下降趨勢，2018年降至173.81億m3。供水結(jié)構(gòu)比例較為穩(wěn)定，以地表水源為主，平均約占總量的97.4%；地下水源供水量平均約占總量2.1%，總體呈下降趨勢；其他水源供水量非常小，平均約占總量的0.5%，總體呈增加趨勢[4]。浙江省2001—2018年各水源供水結(jié)構(gòu)見表2。

表2 浙江省2001—2018年各水源供水結(jié)構(gòu)表 億m3

3.2 用水結(jié)構(gòu)分析

全省總用水量包含生產(chǎn)、生活、生態(tài)用水量（即“三生”用水量）與環(huán)境配水量2部分?！叭庇盟?013年之前年際間變化波動(dòng)較小，只在2003年與2004年因枯水年有較明顯下降；2013年最嚴(yán)格水資源管理制度開始實(shí)施，“三生”用水量年均下降幅度超過2.5%。總用水量在2013年之前波動(dòng)上漲，之后開始逐年下降，近些年在環(huán)境配水量逐年增大的影響下又有所上升[4-5]。

分類型看，生產(chǎn)用水可劃分為第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)的用水量。18 a間，第一產(chǎn)業(yè)用水量最大，基本呈逐年下降趨勢，主要是由于占比最大的農(nóng)田灌溉用水量逐年減少；第二產(chǎn)業(yè)用水量居中，穩(wěn)定在同一水平，略有波動(dòng)，其中規(guī)模以上企業(yè)和建筑業(yè)的用水量逐年略有上升，而規(guī)模以下企業(yè)和火核電廠用水量逐年略有下降；第三產(chǎn)業(yè)用水量最小，呈穩(wěn)中有升的趨勢。生活用水量變化較小。隨著生化保護(hù)觀念的提升，生態(tài)用水量先呈上升趨勢，近些年趨于穩(wěn)定，浙江省2001—2018年用水量變化統(tǒng)計(jì)具體見表3。

表3 浙江省2001—2018年用水量變化統(tǒng)計(jì)表 億m3

續(xù)表3

3.3 用水效率指標(biāo)分析

區(qū)域的用水效率選用萬元GDP用水量（創(chuàng)造10 000元GDP所取用的水量）和萬元工業(yè)增加值用水量（工業(yè)用水量與萬元工業(yè)增加值的比值）來進(jìn)行評(píng)價(jià)。18 a間，該2項(xiàng)指標(biāo)均呈明顯的下降趨勢，說明隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)和節(jié)水科技手段的應(yīng)用，充分發(fā)揮節(jié)水效能；但隨著時(shí)間推移，其下降的趨勢越發(fā)趨于平緩，說明節(jié)水工作逐漸進(jìn)入瓶頸期，需要進(jìn)一步挖掘和探索在現(xiàn)有用水水平下提升生產(chǎn)總值的新方法和新領(lǐng)域。浙江省2001—2018年用水效率指標(biāo)見表4。

表4 浙江省2001—2018年用水效率指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表 m3

4 區(qū)域用水量預(yù)測

4.1 研究方法

在相關(guān)性分析研究中，往往提出很多與研究有關(guān)的變量（或因素），因?yàn)槊總€(gè)變量都在不同程度上反映這個(gè)課題的某些信息，主成分分析法可作為一個(gè)較好的方法來全面分析問題。主成分分析是對(duì)于提出的所有變量，將重復(fù)的變量刪去，建立盡可能少的新變量，而且這些新變量在反映課題信息方面盡可能保持原有信息及兩兩不相關(guān)。

用水量是由不同種類、不同來源、不同使用者的分項(xiàng)用水量組合而成，其影響因子多樣且分布在全社會(huì)的各個(gè)生產(chǎn)、生活環(huán)節(jié)，為能夠更加準(zhǔn)確地對(duì)用水量預(yù)測，需進(jìn)一步定量分析確定主要驅(qū)動(dòng)因子。本次研究采用主成分分析法對(duì)初步篩選后的驅(qū)動(dòng)因子進(jìn)一步識(shí)別確定[6]。設(shè)定累計(jì)貢獻(xiàn)率大于0.85的影響變量作為分析研究的主要變量，即主 成分。

4.2 驅(qū)動(dòng)因子分析

本次研究中，用2001—2010年的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測模型構(gòu)建，用2011—2015年的數(shù)據(jù)調(diào)試，用2016—2018年的數(shù)據(jù)進(jìn)一步檢驗(yàn)，最終對(duì)2019—2025年的用水量進(jìn)行預(yù)測。研究初期針對(duì)用水總量篩選近20項(xiàng)因素進(jìn)行預(yù)測研究，但模型預(yù)測效果較差，究其原因是總用水量影響因素眾多，全部在同一個(gè)模型中運(yùn)算，很多特征信息就會(huì)被掩蓋，同時(shí)考慮生態(tài)用水多年維持穩(wěn)定，故本次研究只對(duì)3個(gè)產(chǎn)業(yè)和生活用水進(jìn)行預(yù)測研究。

首先，針對(duì)不同類型用水量進(jìn)行驅(qū)動(dòng)因子初選，其中：第一產(chǎn)業(yè)的用水量基本以農(nóng)作物灌溉為主，一般情況下，農(nóng)作物的種類、種植面積、降水情況與灌溉方式是主要因素；第二產(chǎn)業(yè)為工業(yè)用水量和建筑業(yè)用水量，構(gòu)成復(fù)雜，受行業(yè)影響和人為影響大；第三產(chǎn)業(yè)為各類社會(huì)服務(wù)行業(yè)的用水量，其發(fā)展規(guī)模與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、居民生活水平等諸多因素相關(guān)；生活用水為居民住宅日常生活取用水量，首要影響因素是常住人口的數(shù)量。待初選后利用主成分分析法對(duì)初選因子進(jìn)行篩選，確定用水量預(yù)測的驅(qū)動(dòng)因子，并進(jìn)一步通過模型模擬效果最終確定模型構(gòu)建所采用的驅(qū)動(dòng)因子。具體模型構(gòu)建所采用的驅(qū)動(dòng)因子篩選統(tǒng)計(jì)見表5。

表5 模型構(gòu)建驅(qū)動(dòng)因子篩選統(tǒng)計(jì)表

4.3 用水量預(yù)測

分別建立各行業(yè)以及生活用水的多遠(yuǎn)回歸模型，各模型建立、調(diào)試、預(yù)測結(jié)果具體見圖3。根據(jù)2001—2018年實(shí)際數(shù)據(jù)與模型計(jì)算結(jié)果檢驗(yàn)對(duì)比可知，預(yù)測模型可以比較準(zhǔn)確地對(duì)各種類型的用水量進(jìn)行趨勢模擬計(jì)算。其中，第一產(chǎn)業(yè)在2013年實(shí)際灌溉面積數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)口徑變化，造成數(shù)據(jù)突變，故分別對(duì)2013年之前、之后建立模型，通過模型預(yù)測未來第一產(chǎn)業(yè)用水量將緩慢下降，到2025年第一產(chǎn)業(yè)用水量為80.01億m3；第二產(chǎn)業(yè)在2011年高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、輕工業(yè)企業(yè)產(chǎn)值和高耗水行業(yè)產(chǎn)值3項(xiàng)影響因子的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)因統(tǒng)計(jì)口徑的變化發(fā)生突變，2011年規(guī)模以上企業(yè)的劃分標(biāo)準(zhǔn)由年主營業(yè)務(wù)收入500萬元及以上調(diào)整為2 000萬元及以上，故分別對(duì)2011年之前、之后建立模型，通過模型預(yù)測未來第二產(chǎn)業(yè)用水量也將緩慢下降，到2025年第二產(chǎn)業(yè)用水量為32.07億m3；第三產(chǎn)業(yè)在未來將呈逐漸上升的趨勢，到2025年第三產(chǎn)業(yè)用水量達(dá)19.41億m3；生活用水在未來也將呈逐漸上升的趨勢，到2025年生活用水量達(dá)36.78億m3。具體各類型用水量預(yù)測計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表6。

表6 浙江省2019—2025年各類型用水量預(yù)測計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表 億m3

續(xù)表6

圖3 不同類型預(yù)測模型計(jì)算結(jié)果示意圖

5 結(jié) 論

（1）浙江省水資源有年內(nèi)分配不均，空間分布自西南向東北遞減，年際豐枯變化明顯的特點(diǎn)。供水以地表水資源為主，平均約占總供水量的97.4%。

（2）浙江省總用水量在2013年之前波動(dòng)上升，之后逐年下降，用水效率不斷提高。其中，“三生”用水量降幅明顯，生活用水量維持基本 穩(wěn)定。

（3）利用主成分分析法確定不同類型用水量的主要驅(qū)動(dòng)因子，較好地建立不同類型用水量與各驅(qū)動(dòng)因子的相關(guān)關(guān)系。

（4）針對(duì)浙江省不同類型用水量分別建立預(yù)測模型，經(jīng)驗(yàn)證模擬結(jié)果良好。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，未來浙江省“三生”用水量將呈逐年下降的趨勢，其中第一、第二產(chǎn)業(yè)用水量將緩慢下降，第三產(chǎn)業(yè)和生活用水量將穩(wěn)中有升。