南陽市南水北調(diào)水資源供需預(yù)測計(jì)算研究

任曉蕾 任澤垠 任士博

(1.南陽市水利建筑勘測設(shè)計(jì)院,河南 南陽 473003；2.河南靈捷水利勘測設(shè)計(jì)研究有限公司,河南 南陽 473003；3.南陽市臥龍區(qū)水利局水土保持監(jiān)督站,河南 南陽 473007)

南水北調(diào)中線工程是一項(xiàng)跨流域、跨省市的國家級特大調(diào)水工程，是優(yōu)化我國水資源配置的戰(zhàn)略性基礎(chǔ)設(shè)施。南水北調(diào)中線工程南陽渠段長185.872km，途經(jīng)南陽市淅川縣、鄧州市、鎮(zhèn)平縣、方城縣及臥龍區(qū)、宛城區(qū)6個(gè)縣市區(qū)。目前，南陽市受水區(qū)利用率較低，本文通過南陽市南水北調(diào)受水區(qū)水資源現(xiàn)狀、需水和供水研究分析，提出了改善措施和建議。

1 南水北調(diào)受水區(qū)基本情況

1.1 受水區(qū)范圍和供水目標(biāo)

南陽市南水北調(diào)受水范圍包括南陽市城區(qū)、新野縣、鎮(zhèn)平縣、社旗縣、唐河縣、方城縣。核定分配水量為3.994億m3/a(不含省直管鄧州市，下同)。其中南陽市城區(qū)年分配水量19490萬m3，新野縣年分配水量6000萬m3，鎮(zhèn)平縣年分配水量2000萬m3，社旗縣年分配水量2840萬m3，唐河縣年分配水量6000萬m3，方城縣年分配水量3610萬m3。

另外，擬新增內(nèi)鄉(xiāng)縣、官莊工區(qū)作為受水區(qū)，通過調(diào)整內(nèi)部水量指標(biāo)增加供水，列入供水范圍。內(nèi)鄉(xiāng)縣規(guī)劃引水量2000萬m3/a，官莊工區(qū)規(guī)劃引水量2000萬m3/a。

南水北調(diào)中線工程水資源供水原則：首先保障城市生活用水，然后是擴(kuò)大供水鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活用水、工業(yè)用水及城市生態(tài)環(huán)境用水。因此，南水北調(diào)供水目標(biāo)是城市生活用水、鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活用水、工業(yè)用水及城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境用水(不包括農(nóng)業(yè)用水)。受水城市水廠及管網(wǎng)工程是南水北調(diào)工程供水的終端用戶。

1.2 水資源狀況

1.2.1 南陽市水資源量

南陽市多年平均水資源總量68.44億m3，多年平均地表水水資源總量61.68億m3，地下水水資源總量24.94億m3，地下水與地表水重復(fù)計(jì)算量18.18億m3，產(chǎn)水模數(shù)25.8萬m3/km2，產(chǎn)水系數(shù)0.31，水資源總量從山區(qū)、丘陵向平原、盆地遞減。各受水區(qū)不同系列水資源量見表1。

表1 南陽市受水區(qū)多年平均水資源量

1.2.2 供用水量

2013—2017年全市各類供水工程總供水量均值為17.60億m3，其中地表水源供水量5.15億m3，占總供水量的29.26%；地下水源供水量12.42億m3，占總供水量的70.57%，中水利用量0.03億m3，占總供水量的0.17%。

1.2.3 水資源利用程度分析

根據(jù)水資源量和供用水量計(jì)算，并考慮出入境水量、水庫蓄水變量和地下水儲存變量等因素影響，全市2017年地表水控制利用率為25.2%、水資源總量利用消耗率為33.1%，平原區(qū)淺層地下水開采率為74.3%。

2 需水量預(yù)測計(jì)算

2.1 城市生活需水量預(yù)測

首先進(jìn)行受水區(qū)人口預(yù)測?，F(xiàn)狀年數(shù)據(jù)來自《南陽統(tǒng)計(jì)年鑒》(2018)，近期和遠(yuǎn)期人口數(shù)據(jù)根據(jù)《南陽市城市總體規(guī)劃(2011—2020年)》及各縣區(qū)城市總體規(guī)劃由增長趨勢進(jìn)行內(nèi)插或外延得到。南陽市是一個(gè)人口眾多的農(nóng)業(yè)大市，人口從農(nóng)村向城市集中率較高，所以從統(tǒng)計(jì)年鑒及城市總體規(guī)劃中可以看出，城市人口增長率較高。受水區(qū)城市人口預(yù)測見表2。

續(xù)表

城市生活需水量采用人均日用水量方法進(jìn)行預(yù)測。根據(jù)南陽市水資源公報(bào)數(shù)據(jù)，對近十年城鎮(zhèn)居民綜合生活用水指標(biāo)進(jìn)行分析，結(jié)果表明屬于小幅波動變化，呈趨穩(wěn)態(tài)勢。受水區(qū)歷年城鎮(zhèn)居民綜合生活用水指標(biāo)見表3、圖1。

表3 受水區(qū)歷年城鎮(zhèn)生活用水指標(biāo)統(tǒng)計(jì) 單位：L/(人·d)

圖1 受水區(qū)歷年城鎮(zhèn)綜合生活用水指標(biāo)

城市生活節(jié)水的工程措施主要包括供水管網(wǎng)改造、節(jié)水器具改造、建筑中水利用、雨洪資源利用等工程建設(shè)，隨著節(jié)水措施的應(yīng)用、節(jié)水潛力的挖掘，城市生活節(jié)水潛力尚有較大空間。

在詳細(xì)分析各縣區(qū)近十年城鎮(zhèn)居民綜合生活用水量調(diào)查統(tǒng)計(jì)資料的基礎(chǔ)上，綜合考慮社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和居民生活消費(fèi)水平提高、節(jié)水技術(shù)的推廣和應(yīng)用、水資源管理水平的不斷提高、水價(jià)政策的調(diào)整和暫住人口的變化等，分析確定不同水平年的城鎮(zhèn)居民綜合生活需水定額，見表4。

表4 規(guī)劃水平年城市人均綜合生活用水定額預(yù)測 單位：L/(人·d)

河南省城鎮(zhèn)人均綜合生活用水量75m3/(人·a)，調(diào)節(jié)系數(shù)為0.8～1.5，換算成城鎮(zhèn)居民綜合生活用水定額為164.4～308.2L/(人·d)，可以看出現(xiàn)狀各城市生活用水定額均低于省定額的下限，規(guī)劃水平年各城市人均生活用水定額均在省定額范圍內(nèi)，除南陽市城區(qū)外各縣區(qū)定額基本都在省定額下限附近。

根據(jù)規(guī)劃人口和用水定額，可得不同水平年城市生活用水量，預(yù)測2025年受水區(qū)城市生活需水總量2.615億m3，2030年受水區(qū)城市生活需水總量3.39億m3，見表5。

表5 受水區(qū)城市生活用水量預(yù)測 單位：萬m3

2.2 擴(kuò)大供水鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活需水量預(yù)測

按照優(yōu)水優(yōu)用原則和節(jié)水優(yōu)先與總量控制的原則，考慮到各縣區(qū)城鄉(xiāng)一體化供水需求，將有條件實(shí)施南水北調(diào)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)及農(nóng)村區(qū)域納入受水區(qū)，主要供居民生活用水。農(nóng)村生活需水定額2025年取70L/(人·d)，隨著節(jié)水措施的實(shí)施和逐步完善，2030年取75L/

(人·d)，計(jì)算擴(kuò)大供水鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活需水量為：2025年0.61億m3，2030年0.80億m3；考慮城鎮(zhèn)化因素，2035年供水范圍不擴(kuò)大，需水量采用2030年數(shù)值。擴(kuò)大供水的鄉(xiāng)鎮(zhèn)需水量預(yù)測見表6。

表6 擴(kuò)大供水的鄉(xiāng)鎮(zhèn)需水量預(yù)測

2.3 工業(yè)需水量預(yù)測

現(xiàn)狀工業(yè)增加值依據(jù)南陽市統(tǒng)計(jì)年鑒及各受水縣區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒分鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到，各縣區(qū)的城市工業(yè)發(fā)展主要依據(jù)現(xiàn)狀工業(yè)增加值、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及最近5年增速情況，結(jié)合各縣區(qū)總體發(fā)展規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)規(guī)劃和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展“十三五”規(guī)劃綜合確定合理的增速，據(jù)此預(yù)測不同水平年的工業(yè)增加值，見表7。

表7 受水城市工業(yè)增加值預(yù)測 單位：億元

續(xù)表

工業(yè)產(chǎn)業(yè)分為火電工業(yè)和一般工業(yè)，一般工業(yè)需水預(yù)測采用綜合萬元增加值取水量定額預(yù)測法，火電工業(yè)采用單位發(fā)電量定額預(yù)測法。根據(jù)南陽市水資源公報(bào)近十年數(shù)據(jù)分析，萬元工業(yè)增加值用水量呈逐年下降趨勢。

工業(yè)節(jié)水主要是通過提高工業(yè)用水重復(fù)利用率來進(jìn)行節(jié)水改造，節(jié)水潛力較大。通過提高冷卻技術(shù)、工藝改造等措施來實(shí)施節(jié)水改造。

隨著科技進(jìn)步、企業(yè)改革和創(chuàng)新，在不斷優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和調(diào)整工業(yè)布局的基礎(chǔ)上，大力發(fā)展低能耗、低耗水和低污染的產(chǎn)業(yè)，工業(yè)萬元增加值用水量將會隨之下降。歷年萬元工業(yè)增加值用水量見表8、圖2。

表8 受水區(qū)歷年萬元工業(yè)增加值用水量統(tǒng)計(jì) 單位：m3

圖2 受水區(qū)歷年萬元工業(yè)增加值用水量指標(biāo)

根據(jù)規(guī)劃水平年工業(yè)增加值和用水定額，可得不同水平年城市工業(yè)需水量，預(yù)測2025年受水區(qū)工業(yè)需水總量1.89億m3，2030年受水區(qū)工業(yè)需水總量1.90億m3，見表9。

表9 受水城市工業(yè)用水量預(yù)測 單位：萬m3

2.4 城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境需水量預(yù)測

城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境需水主要為內(nèi)河湖水補(bǔ)給及公共綠地、道路澆灑用水。公共綠地、道路澆灑需水用單位面積用水量法進(jìn)行預(yù)測，環(huán)境綠化用水定額采用0.9m3/(m2·a)，道路澆灑定額取0.15m3/(m2·a)。內(nèi)河湖水

根據(jù)河湖面積及改善水環(huán)境的要求，采用城區(qū)主要水體體積乘以換水次數(shù)的簡化方法計(jì)算，按年換水次數(shù)3～4次計(jì)算，扣除河道自產(chǎn)水量可利用部分，即為需補(bǔ)充的水量。經(jīng)計(jì)算，預(yù)測2025年城市生態(tài)環(huán)境需水總量1.30億m3，2030年生態(tài)環(huán)境需水總量1.51億m3，見表10。

2.5 需水量預(yù)測合理性分析

本預(yù)測需水量與南陽市南水北調(diào)中線辦公室2001年編制的《南水北調(diào)中線工程河南省供水區(qū)南陽市城市水資源規(guī)劃報(bào)告》(以下簡稱原規(guī)劃)進(jìn)行了對比分析，見表11。由于受水區(qū)增加、經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展指標(biāo)的變化以及節(jié)水要求的不斷提高，本預(yù)測需水量較原規(guī)劃有一定變化，尤其是工業(yè)用水相差較多，生活和環(huán)境需水相差較小，數(shù)值均在合理范圍。

表11 本次規(guī)劃需水量與原規(guī)劃對比(2030水平年) 單位：萬m3

3 可供水量計(jì)算分析

3.1 地表水可供水量

受水區(qū)可供利用的本地地表水源是大中型水庫水，主要水庫有鴨河口水庫、趙灣水庫、陡坡水庫、高丘水庫、望花亭水庫、虎山水庫、倪河水庫、山頭水庫、斬龍崗水庫、北灣水庫以及規(guī)劃的漢山水庫、響水臺水庫、老龍?zhí)端畮斓?，另外唐河縣水源考慮通過牛溝干渠從泌陽河引水、新野縣水源考慮通過水系連通工程從白河引水。社旗縣、官莊工區(qū)沒有當(dāng)?shù)氐乇硭?。各水源的供水能力根?jù)水庫或灌區(qū)設(shè)計(jì)的工程任務(wù)、水資源規(guī)劃、城鄉(xiāng)規(guī)劃，并結(jié)合實(shí)際供水情況計(jì)算后得出城市鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活、工業(yè)、城市生態(tài)環(huán)境用水的可供水量(不包括農(nóng)業(yè)用水)，見表12、表13。

表12 受水區(qū)主要地表水源工程可供水量統(tǒng)計(jì)

續(xù)表

表13 受水區(qū)主要地表水源工程可供水量統(tǒng)計(jì) 單位：萬m3

3.2 地下水可供水量

地下水可供水量以現(xiàn)狀年實(shí)際供水量為基礎(chǔ)，不再增加開采量，屬于超采區(qū)的或開采中深層地下水的扣除其開采量。規(guī)劃水平年地下水開采量不高于現(xiàn)狀年開采量，在有條件的情況下盡可能少開采或不開采地下水。

3.3 再生水可供水量

南陽市城區(qū)及各縣區(qū)現(xiàn)狀再生水利用工程較少，再生水利用不足，根據(jù)國家及省市再生水政策要求以及各縣區(qū)城市總體規(guī)劃、水資源規(guī)劃確定的再生水利用率和再生水利用規(guī)模，南陽市城區(qū)2030年再生水利用率達(dá)到30%以上，其余各縣區(qū)不低于20%。目前南陽市再生水利用占總供水量的0.17%，利用率很低，再生水利用潛力較大。結(jié)合需水預(yù)測結(jié)果，確定各縣區(qū)不同水平年再生水可利用量，結(jié)果見表14。

表14 受水區(qū)再生水可供水量統(tǒng)計(jì) 單位：萬m3

4 供需平衡分析

根據(jù)各受水區(qū)需水量及可供水量進(jìn)行供需平衡分析，在南水北調(diào)按原分配水量不調(diào)整的條件下，2022年、2025年市轄區(qū)和新野縣水量指標(biāo)有一定富余，而內(nèi)鄉(xiāng)縣和官莊工區(qū)水量缺口較大，因此需進(jìn)行水量指標(biāo)的內(nèi)部調(diào)配；2030年和2035年除新野縣基本供需平衡外，各受水區(qū)均有不同程度缺水，需增大供水，建議根據(jù)南水北調(diào)中線二期工程進(jìn)展情況進(jìn)一步爭取水量指標(biāo)。供需平衡結(jié)果見表15～表18。

表15 受水區(qū)供需水平衡(2022年) 單位：萬m3

表16 受水區(qū)供需水平衡(2025年) 單位：萬m3

表17 受水區(qū)供需水平衡(2030年) 單位：萬m3

表18 受水區(qū)供需水平衡(2035年) 單位：萬m3

5 水資源優(yōu)化配置及建議水量分配方案

水資源配置應(yīng)遵循的基本原則：一是總量控制原則，以最嚴(yán)格水資源管理總量控制紅線及各縣區(qū)水資源可利用量為水資源配置的基礎(chǔ)，通過節(jié)水、技術(shù)改造和合理確定發(fā)展指標(biāo)等措施確定用水需求，進(jìn)行水資源配置。二是保障生活用水、合理安排工業(yè)和農(nóng)業(yè)用水的原則。三是優(yōu)先利用地表水、盡量少用地下水的原則，南陽市整體地下水開采過多，地下水位普遍下降，今后供水水源盡量選擇地表水資源。四是多種水源聯(lián)合調(diào)配、鼓勵非常規(guī)水源利用的原則，水源分配次序?yàn)橄扰涞乇硭?，再配外調(diào)水，后配地下水，城市綠化及生態(tài)環(huán)境用水優(yōu)先配置再生水。五是優(yōu)水優(yōu)用、城鄉(xiāng)供水一體化原則。

根據(jù)南陽市最嚴(yán)格水資源管理制度實(shí)施方案，南陽市水資源規(guī)劃及各縣區(qū)水資源規(guī)劃擬定的水資源優(yōu)化配置方案，結(jié)合南水北調(diào)供水工程配套水廠建設(shè)現(xiàn)狀及規(guī)劃，經(jīng)反復(fù)優(yōu)化調(diào)算，擬定各受水城市不同水平年水資源優(yōu)化配置方案(多年平均)，見表19。

表19 南陽市受水區(qū)水資源優(yōu)化配置方案匯總 單位：萬m3

根據(jù)水資源優(yōu)化配置結(jié)果，2022年南水北調(diào)分配水量消納比例達(dá)到88.0%，2025年南水北調(diào)分配水量可全部消納，即目前和近期滿足用水總量控制的要求。遠(yuǎn)期2030年及以后在增加水源工程及強(qiáng)化節(jié)水后仍存在供水缺口，需擴(kuò)大南水北調(diào)供水，在增加南水北調(diào)供水后各縣區(qū)供需平衡，水資源得到優(yōu)化利用。

根據(jù)供需平衡及優(yōu)化配置分析，南陽市南水北調(diào)受水區(qū)不同水平年建議水量分配情況見表20，2025年水平年通過指標(biāo)內(nèi)部調(diào)整滿足新增受水區(qū)用水需求，2030年及以后建議再爭取1.05億m3南水北調(diào)水量指標(biāo)，以滿足不斷增長的用水需求。

表20 南陽市南水北調(diào)受水區(qū)水量分配指標(biāo)建議值 單位：萬m3

6 結(jié) 語

南水北調(diào)中線工程水資源豐富，分配給南陽市的用水指標(biāo)目前沒有得到充分利用，利用率不高。本文通過南陽市南水北調(diào)受水區(qū)需水量預(yù)測、可供水量計(jì)算分析、供需平衡分析，得出結(jié)論：南陽市南水北調(diào)受水區(qū)近期2025年水平年通過指標(biāo)內(nèi)部調(diào)整滿足新增受水區(qū)用水需求，遠(yuǎn)期2030年及以后出現(xiàn)缺水情況。建議再爭取1.05億m3南水北調(diào)水量指標(biāo)，以滿足不斷增長的用水需求。文中結(jié)果供有關(guān)主管部門參考應(yīng)用，也可供其他相關(guān)單位計(jì)算分析參考。