濟(jì)南市城區(qū)供用水趨勢及節(jié)水潛力分析

張 瑋

(濟(jì)南市水政監(jiān)察支隊(duì)，山東 濟(jì)南 250000)

1 研究區(qū)域概況

山東省省會(huì)濟(jì)南市地處山東省中部，總面積10244km2，南部與國家自然遺產(chǎn)泰山相鄰，北邊與黃河相望。濟(jì)南市位于中緯度地區(qū)，是典型的溫帶季風(fēng)地區(qū)。四季分明，春旱少雨，夏暖多雨，秋天涼干，冬天冷，下雪不多。濟(jì)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(kuò)散，比北方的夏天要大得多。濟(jì)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(jié)分布不均衡，最大、最小月數(shù)差異較大。

濟(jì)南市降水量從南部、東部向北部和西部逐漸減少，山丘區(qū)的降水量比平原地區(qū)多。

變差系數(shù)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(jì)南市各地1980—2016年平均年干旱指數(shù)一般為1.5～2.2。黃河以南的總體趨勢是沿山區(qū)平原結(jié)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(xiàn)在商河北部，最低值出現(xiàn)在南部山區(qū)。根據(jù)我國氣候干濕分帶與干旱指數(shù)的關(guān)系，濟(jì)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(jù)《2019年濟(jì)南市水資源公報(bào)》顯示，濟(jì)南市2019年的供水總量為19.60億m3。其中，地表水供應(yīng)11.64億m3(跨流域調(diào)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(jì)南市各類水源歷年供水量占比

由圖1可知，濟(jì)南市當(dāng)?shù)氐乇硭┧靠傮w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(diào)水供水量占比呈穩(wěn)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(wěn)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(wěn)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(shí)間里濟(jì)南市用水對跨流域調(diào)水的依賴程度明顯增加[1]。

對全市2009—2019年的水資源公報(bào)進(jìn)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(dá)到高峰，為20.92億m3，之后總供水量逐漸下降。當(dāng)?shù)氐乇硭?013年達(dá)到高峰，為4.66億m3，之后基本呈穩(wěn)步下降趨勢；地下水供水量在2010年前后達(dá)到高峰，為9.63億m3，之后基本呈穩(wěn)步下降趨勢；跨流域調(diào)水供水量呈現(xiàn)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(wěn)。

結(jié)合圖1—2數(shù)據(jù)，從總體上來看，2009—2019年的10a間，濟(jì)南市整體供水量變化不大，但濟(jì)南市對外調(diào)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(jì)南市2019年的用水總量為19.6億m3。其中，工業(yè)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(tài)環(huán)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(jì)南市歷年分類用水量占比

由圖3可知，濟(jì)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(chǎn)用水量占比總體呈下降后穩(wěn)定發(fā)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(tài)用水量占比總體呈穩(wěn)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(wěn)態(tài)勢；但從2014年之后，其趨勢逐漸上升，截止到2019年，生態(tài)用水量占總用水量的23.52%。

3 節(jié)水潛力分析

節(jié)水潛能是以各個(gè)部門、工業(yè)(或農(nóng)作物)的節(jié)水指標(biāo)為基準(zhǔn)，對現(xiàn)有水資源的利用程度和水資源利用的差異進(jìn)行分析，并以開發(fā)的實(shí)際水量為依據(jù)，得出最大的節(jié)約水量[2]。根據(jù)目前的各種用水狀況，對各個(gè)部門、工業(yè)(或農(nóng)作物)的用水狀況和實(shí)際水量進(jìn)行了分析，并根據(jù)各個(gè)部門、工業(yè)(或農(nóng)作物)的節(jié)水指數(shù)，計(jì)算出各個(gè)部門、工業(yè)(或農(nóng)作物)用水量與節(jié)水指標(biāo)之間的差異，估算節(jié)水潛力[3]。

3.1 農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力分析

農(nóng)業(yè)節(jié)水的潛力主要表現(xiàn)為：改造小型灌區(qū)，提高渠系利用系數(shù)，改善灌溉制度，擴(kuò)大節(jié)水灌溉面積，調(diào)節(jié)農(nóng)業(yè)用水價(jià)格，調(diào)整農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)[4]。

根據(jù)2019年9月《規(guī)劃和建設(shè)項(xiàng)目節(jié)水評價(jià)技術(shù)要求》，濟(jì)南市灌區(qū)的有效利用系數(shù)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(nóng)業(yè)節(jié)水還有一定潛力。

參照DB37/T 1640—2019《山東省主要農(nóng)業(yè)灌溉定額》，濟(jì)南市主要農(nóng)作物的節(jié)水灌溉方式比一般灌溉方式節(jié)水效果明顯。據(jù)實(shí)地調(diào)研，2019年濟(jì)南市耕地農(nóng)業(yè)用水2700m3/hm2，增加節(jié)水灌溉面積和調(diào)整種植結(jié)構(gòu)是未來農(nóng)業(yè)節(jié)水的主要方向。

農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力計(jì)算公式如下[5]：

Wn=A0×(Qm0-Qmt)

=A0×(Qj0/η0-Qjt/ηt)

(1)

式中，Wn—農(nóng)田灌溉節(jié)水潛力；A0—現(xiàn)狀灌溉面積(有效灌溉面積)；Qm0—現(xiàn)狀毛灌溉定額；Qmt—節(jié)水條件下毛灌溉定額；Qj0—現(xiàn)狀作物加權(quán)凈灌溉需水定額；Qjt—考慮作物布局調(diào)整后的規(guī)劃遠(yuǎn)期水平年作物加權(quán)凈灌溉需水定額；η0—現(xiàn)狀灌溉水利用系數(shù)；ηt—規(guī)劃期水平年灌溉水利用系數(shù)。

農(nóng)業(yè)節(jié)水以2019年為現(xiàn)狀基準(zhǔn)水平，根據(jù)各縣區(qū)2019、2020年度用水效率控制目標(biāo)值，計(jì)算濟(jì)南市農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力,詳見表1。

表1 濟(jì)南市現(xiàn)狀農(nóng)田灌溉節(jié)水潛力分析計(jì)算成果表

由表1計(jì)算結(jié)果可知，如果保持現(xiàn)有種植結(jié)構(gòu)，近期濟(jì)南市農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力約為953萬m3，可節(jié)水空間1.2%。根據(jù)濟(jì)南市實(shí)際情況，引黃灌區(qū)引水因含沙量大，無法直接采用微、噴灌節(jié)水模式，引黃灌區(qū)節(jié)水主要通過灌區(qū)渠道改造，進(jìn)行渠道防滲提高灌溉水利用系數(shù)。庫灌區(qū)和井灌區(qū)可以采用微、噴灌節(jié)水模式進(jìn)行節(jié)水改造。因此，農(nóng)業(yè)用水僅通過改造灌溉方式節(jié)水潛力有限，采用優(yōu)化調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)的方式是提高農(nóng)業(yè)節(jié)水的重要途徑。

3.2 工業(yè)節(jié)水潛力分析

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

根據(jù)2019年9月《規(guī)劃和建設(shè)項(xiàng)目節(jié)水評價(jià)技術(shù)要求》，全國萬元工業(yè)增加值用水量的平均水平為45.6m3/萬元，華北區(qū)平均水平為15.5m3/萬元，濟(jì)南市2019年用水指標(biāo)為13.62m3/萬元，從全市來看高于全國平均水平，但部分區(qū)縣與華北區(qū)平均水平差距較大，工業(yè)節(jié)水還有一定潛力。

工業(yè)節(jié)水潛力計(jì)算公式如下[6]：

dWg=Z0(WZ0-WZt)

(2)

式中，dWg—工業(yè)節(jié)水潛力；Z0—現(xiàn)狀水平年工業(yè)增加值；WZ0—現(xiàn)狀水平年萬元工業(yè)增加值取水量；WZt—節(jié)水條件下萬元工業(yè)增加值取水量。其中WZt包含了工業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整的影響。

濟(jì)南市工業(yè)節(jié)水潛力分析計(jì)算成果見表2。以華北區(qū)平均水平為節(jié)水標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)表2分析計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)濟(jì)南市現(xiàn)狀工業(yè)年節(jié)水潛力為4838.5萬m3，其中節(jié)水潛力最大的區(qū)為萊蕪區(qū)，節(jié)水潛力為3926.7萬m3，其次是鋼城區(qū)。

表2 濟(jì)南市工業(yè)節(jié)水潛力分析計(jì)算成果表

用水企業(yè)大戶和污染企業(yè)大戶是發(fā)揮工業(yè)節(jié)水潛力的重點(diǎn)，濟(jì)南市高耗水工業(yè)主要集中在食品、鋼鐵、化工、電力等行業(yè)，因此在規(guī)劃階段要加強(qiáng)對此類工業(yè)的用水管理并大力推廣節(jié)水型技術(shù)[7]。

3.3 城鎮(zhèn)生活節(jié)水潛力分析

城市生活用水定額、城市管網(wǎng)漏損率、節(jié)水型器具的使用率都與城鎮(zhèn)生活節(jié)水潛力有關(guān)。

隨著加強(qiáng)節(jié)水教育、城鎮(zhèn)居民節(jié)水意識增強(qiáng)、節(jié)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(jīng)濟(jì)的發(fā)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(dòng)，是因?yàn)楣?jié)約用水意識的普及與日常生活用水需求的增長聯(lián)合作用的后果，僅憑居民用水量指標(biāo)的變動(dòng)不能充分體現(xiàn)節(jié)水潛力，應(yīng)以管網(wǎng)漏損率的變化為重點(diǎn)，對其節(jié)水潛力進(jìn)行分析[8]。

供水管網(wǎng)節(jié)水潛力計(jì)算式為[9]：

dwGW=WGW0-WGW0×(1-η0)/(1-ηt)

(3)

式中，dwGW—是供水管網(wǎng)節(jié)水潛力；WGW0—是自來水廠供出的城鎮(zhèn)生活用水量；η0—現(xiàn)狀供水管網(wǎng)漏損率；ηt—節(jié)水水平下供水管網(wǎng)漏損率。

經(jīng)表3分析計(jì)算，濟(jì)南市現(xiàn)狀城鎮(zhèn)生活供水管網(wǎng)年節(jié)水潛力為638.80萬m3，城鎮(zhèn)生活年總節(jié)水潛力為638.80萬m3。

表3 濟(jì)南市城鎮(zhèn)生活節(jié)水潛力分析計(jì)算表

4 結(jié)論

隨著社會(huì)的發(fā)展，結(jié)合本文圖表數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)濟(jì)南市需水總量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，其中生活需水、生態(tài)環(huán)境需水呈現(xiàn)增長趨勢，生態(tài)環(huán)境需水增長最快，而且生活需水和生態(tài)環(huán)境需水占比逐漸增加，生產(chǎn)需水占比減少，濟(jì)南市對外調(diào)水的依賴程度明顯增加。

通過對濟(jì)南市進(jìn)行節(jié)水分析發(fā)現(xiàn)，在目前農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)下，農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力提升空間不大，僅有1.2%。因此農(nóng)業(yè)方面采用優(yōu)化調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)的方式是提高農(nóng)業(yè)節(jié)水的重要途徑；對于工業(yè)節(jié)水，在規(guī)劃期間，要加強(qiáng)對高能耗、高污染的電力、鋼鐵等行業(yè)的用水管理，大力推廣節(jié)水型技術(shù)；對于城鎮(zhèn)居民節(jié)水，應(yīng)減小供水管網(wǎng)漏損率。

根據(jù)2019年濟(jì)南市水資源公報(bào)[10]，2019年全市地表水、地下水供水量和跨流域調(diào)水量共計(jì)19.60億m3，低于2019年濟(jì)南市用水總量控制指標(biāo)21.10億m3，比2020年濟(jì)南市用水總量控制指標(biāo)低1.50億m3。根據(jù)以上節(jié)水潛力的計(jì)算，濟(jì)南市在節(jié)水方面可以節(jié)約0.643億m3，但仍小于1.50億m3，因此應(yīng)當(dāng)充分挖掘濟(jì)南市的地表水和地下水供水潛力。本文給出了濟(jì)南市現(xiàn)狀供用水情況及各行業(yè)節(jié)水潛力分析，可以為濟(jì)南市水資源調(diào)控決策和調(diào)水工程建設(shè)規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐，方便后續(xù)研究人員在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究。