納入非常規(guī)水源的區(qū)域水資源配置研究

郭翔宇,龔泓博

(四川省水利科學(xué)研究院,成都,610072)

隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程不斷推進(jìn),社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)水資源需求大幅提高,水資源條件對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支撐和制約作用逐步顯現(xiàn),疊加我國(guó)水資源夏汛冬枯、北缺南豐時(shí)空分布不均特點(diǎn),部分缺水區(qū)域水資源供需矛盾日益加劇。非常規(guī)水作為水源之一,過去由于可供水量占比小、供給水量水質(zhì)不穩(wěn)定,加之非缺水地區(qū)常規(guī)水源供水基本能夠滿足需水要求,在水資源配置中重視不夠,未能充分發(fā)揮非常規(guī)水效益。2023年7月,水利部、國(guó)家發(fā)展改革委發(fā)布《關(guān)于加強(qiáng)非常規(guī)水源配置利用的指導(dǎo)意見》(以下簡(jiǎn)稱《指導(dǎo)意見》),提出堅(jiān)持將非常規(guī)水源納入水資源統(tǒng)一配置,到2025年,全國(guó)非常規(guī)水源利用量超過170億m3,非常規(guī)水源利用量指標(biāo)分配到市縣并對(duì)缺水地區(qū)提出再生水利用率目標(biāo),為我國(guó)非常規(guī)水配置利用明確了思路和方向。

1 非常規(guī)水源配置現(xiàn)狀

1.1 非常規(guī)水配置現(xiàn)狀

馬濤等[1]對(duì)以色列、新加坡、美國(guó)和歐盟等國(guó)家和地區(qū)的再生水利用現(xiàn)狀和再生水相關(guān)行政法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行了討論,分析了我國(guó)2000年至2018年非常規(guī)水利用總量和各地區(qū)情況,指出目前我國(guó)非常規(guī)水利用還存在體制機(jī)制不健全、規(guī)劃設(shè)計(jì)不到位、工程技術(shù)有短板等問題;何灝川[2]分析了我國(guó)近年再生水利用總量變化及利用結(jié)構(gòu),從總量上看,2009年至2016年我國(guó)非常規(guī)水利用總量總體呈上升趨勢(shì),由2009年的31.2億m3增長(zhǎng)至2016年的70.8億m3,從供水結(jié)構(gòu)上看,2018年非常規(guī)水供水量最多的用途為景觀環(huán)境,占非常規(guī)水供水總量的60.99%,其次為工業(yè),占27.67%;張海濤等[3]分析了2003年至2021年我國(guó)各地區(qū)非常規(guī)水源利用結(jié)構(gòu)及空間分布規(guī)律,指出非常規(guī)水源利用占比最大種類為再生水,2021年占比達(dá)到85%,利用總量在空間上呈現(xiàn)北多南少特點(diǎn)。近年來已有較多學(xué)者將非常規(guī)水源納入流域和區(qū)域的水資源配置中[4-7],認(rèn)為合理利用非常規(guī)水源對(duì)緩解供水壓力及實(shí)現(xiàn)流域區(qū)域水資源可持續(xù)利用具有積極意義。經(jīng)濟(jì)園區(qū)作為用水大戶,具有用水戶集中、需水和排水量大等特點(diǎn),非常規(guī)水源利用潛力較大。王歡等[8]將再生水納入內(nèi)蒙古烏拉特后旗工業(yè)園區(qū)水資源配置中,結(jié)果顯示經(jīng)優(yōu)化配置后對(duì)區(qū)域水環(huán)境和水資源狀況影響較小,能夠滿足園區(qū)長(zhǎng)期發(fā)展需求;朱厚華等[9]指出,目前部分產(chǎn)業(yè)園區(qū)存在粗放式使用水資源和水污染問題,提出了集中再利用、優(yōu)化配置和單元內(nèi)循環(huán)三層次的產(chǎn)業(yè)園區(qū)非常規(guī)水源利用模式,并提出加強(qiáng)法規(guī)制度建設(shè)、加強(qiáng)前期規(guī)劃設(shè)計(jì)、加大資金支持和強(qiáng)化考核示范引導(dǎo)等建議。

1.2 我國(guó)非常規(guī)水源配置利用案例分析

2022年12月,水利部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等六部門聯(lián)合印發(fā)通知,公布了典型地區(qū)再生水利用配置試點(diǎn)城市名單。按照生態(tài)補(bǔ)水、生活市政用水和工業(yè)用水三種配置用途選取了四川省成都市雙流區(qū)、浙江省臺(tái)州市玉環(huán)市和天津市濱海新區(qū)進(jìn)行非常規(guī)水源配置案例分析。

1.2.1 成都市雙流區(qū)再生水利用

成都市雙流區(qū)入選首批國(guó)家典型地區(qū)再生水利用配置試點(diǎn)城市,2018年至2022年已建成六座污水處理廠,總處理規(guī)模約39.3萬t/d,其中有14.76萬t/d再生水已得到有效利用。雙流公興(中電子)再生水廠是四川首個(gè)生活、工業(yè)污水并線處理地下式再生水項(xiàng)目,采用全埋地式設(shè)計(jì),處理規(guī)模達(dá)到10萬t/d,出水水質(zhì)符合《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 51/2311-2016),再生水廠出水主要用于河道、湖泊等地表水體生態(tài)補(bǔ)水。

1.2.2 浙江省玉環(huán)市亞海水利用

玉環(huán)市人均水資源量低于浙江省和全國(guó)水平,僅為全國(guó)平均值的五分之一,浙江省的四分之一,且由于缺少大型蓄水水利工程,調(diào)蓄能力差,曾經(jīng)長(zhǎng)期面臨用水緊張問題。后通過建設(shè)外調(diào)水工程、亞海水淡化工程等,用水困難得到很大程度的緩解。2021年玉環(huán)市全市供水量約9.5萬t/d,目前投產(chǎn)運(yùn)行的亞海水淡化一期工程產(chǎn)水規(guī)模為1.5萬t/d,遠(yuǎn)期達(dá)到5萬t/d,亞海水項(xiàng)目有效緩解了玉環(huán)市水資源緊張問題,提高了供水保障能力。

1.2.3 天津市濱海新區(qū)工業(yè)再生水利用

天津市人均水資源量約為全國(guó)平均值的二十分之一,水資源供需矛盾比較突出,且天津市濱海新區(qū)內(nèi)企業(yè)眾多,化工、醫(yī)藥等企業(yè)為用水大戶。目前濱海新區(qū)已構(gòu)建再生水循環(huán)利用體系,園區(qū)再生水廠處理規(guī)模達(dá)到7萬t/d,園區(qū)企業(yè)再生水處理規(guī)模達(dá)到2.1萬t/d,年再生水利用量約275萬t,濱海新區(qū)入選了2022年公布的19個(gè)區(qū)域再生水循環(huán)利用試點(diǎn)城市。

2 納入非常規(guī)水源的區(qū)域水資源配置方法

2.1 非常規(guī)水源統(tǒng)計(jì)口徑

開展非常規(guī)水源的區(qū)域水資源配置,首先需明確非常規(guī)水源統(tǒng)計(jì)范圍。根據(jù)《水利部辦公廳關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)和規(guī)范非常規(guī)水源統(tǒng)計(jì)工作的通知》,用于節(jié)水相關(guān)考核統(tǒng)計(jì)、最嚴(yán)格水資源管理制度考核及水資源公報(bào)編制工作的非常規(guī)水源,是指經(jīng)過處理后可以利用或在一定條件下可直接利用的再生水、集蓄雨水、淡化海水、微咸水、礦坑水等,且主要統(tǒng)計(jì)以上五種非常規(guī)水源。

2.1.1 再生水

計(jì)入統(tǒng)計(jì)的再生水利用量主要包含以下兩種:①滿足水質(zhì)規(guī)范要求并利用的再生水廠出水水量;②污水處理廠達(dá)標(biāo)排放尾水或其他廢污水經(jīng)企業(yè)處理后利用的水量,不包括企業(yè)內(nèi)部廢水循環(huán)處理重復(fù)利用水量。

再生水廠出水和污水處理廠尾水排入自然水體作為生態(tài)補(bǔ)水計(jì)入再生水利用量需要滿足以下條件:①再生水廠出水和污水處理廠尾水水質(zhì)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求;②自然水體確有生態(tài)補(bǔ)水需求。

2.1.2 集蓄雨水

通過集雨場(chǎng)地或其他微型集雨工程收集,滿足《雨水集蓄利用工程技術(shù)規(guī)范》(GB/T 50596-2010)等規(guī)范利用的天然降雨(降水)量計(jì)入集蓄雨水非常規(guī)水源。

以下情況不納入集蓄雨水非常規(guī)水利用量:①河流上的水利工程在汛期通過調(diào)度取得的超過設(shè)計(jì)供水量的洪水資源量;②海綿城市各設(shè)施雨水滲入利用量;③海綿城市調(diào)蓄設(shè)施中有蓄水但未處理,無明確用途,實(shí)際也未使用的水量;④天然降水形成的露天礦坑水不納入集蓄雨水,納入礦坑水非常規(guī)水源統(tǒng)計(jì)。

2.1.3 海水淡化

從海水淡化設(shè)施供水端統(tǒng)計(jì)供給各用戶利用量計(jì)入淡化海水非常規(guī)水源。直接利用于工業(yè)冷卻和城市環(huán)衛(wèi)的海水不計(jì)入非常規(guī)水源利用。

2.1.4 微咸水

礦化度2g/L～5g/L地下水利用量計(jì)入微咸水非常規(guī)水源。

2.1.5 礦坑水

在礦產(chǎn)資源開發(fā)過程中,直接或經(jīng)處理利用的露天礦坑水、礦井水及疏干水計(jì)入礦坑水非常規(guī)水源。未利用、直接排入天然水體的礦坑水不納入礦坑水非常規(guī)水統(tǒng)計(jì)。

2.2 非常規(guī)水配置原則

非常規(guī)水配置利用涉及多個(gè)部門,各級(jí)水行政主管部門、發(fā)展和改革委、自然資源、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)、農(nóng)業(yè)農(nóng)村等部門、各流域管理機(jī)構(gòu)等都將參與到非常規(guī)水源配置利用決策中,將非常規(guī)水源納入水資源配置后情況更加多變,更需要統(tǒng)籌考慮各用水戶需求和供水水源,配置時(shí)需要遵循以下原則。

2.2.1 總量目標(biāo)管理

最嚴(yán)格水資源管理制度要求,各行政區(qū)域用水總量不能超過用水總量控制目標(biāo)。而根據(jù)《指導(dǎo)意見》,對(duì)于非常規(guī)水源利用量則是要求最低用量,即在開展涉及水資源開發(fā)利用和配置保障相關(guān)規(guī)劃時(shí),需要滿足所在行政區(qū)非常規(guī)水源利用量最低目標(biāo)。此外,《指導(dǎo)意見》還指出,各級(jí)行政區(qū)非常規(guī)水源利用量超過年度目標(biāo)部分不納入用水總量考核,這為各地在滿足最嚴(yán)格水資源管理制度下持續(xù)增加用水量提供了制度支撐,進(jìn)一步鼓勵(lì)了非常規(guī)水的開發(fā)利用。

2.2.2 按需定供、按用定質(zhì)

非常規(guī)水源相較普通常規(guī)水源水質(zhì)有一定差距,生活用水和對(duì)水質(zhì)有要求的工業(yè)用水等不能利用非常規(guī)水源,在水資源配置時(shí)應(yīng)以用水需求端為導(dǎo)向,分析計(jì)算有條件利用非常規(guī)水源的用途的需水量,如沖廁、車輛沖洗、城市綠化等城市雜用水,按照需水水質(zhì)要求配置符合水質(zhì)條件非常規(guī)水源。

2.2.3 政策激勵(lì)、市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)

在配置時(shí)充分考慮非常規(guī)水源利用政策激勵(lì)制度,包括減免水資源稅、企業(yè)所得稅費(fèi)優(yōu)惠政策,遠(yuǎn)期規(guī)劃年優(yōu)化配置時(shí)非常規(guī)水源相較于地表水、地下水、外調(diào)水在價(jià)格上不應(yīng)有明顯劣勢(shì)。

3 納入非常規(guī)水源配置方法

3.1 配置模型構(gòu)建

設(shè)研究區(qū)域子區(qū)用k表示,k=1～n,分別代表n個(gè)子區(qū);i表示水源,i=1～8,分別為地表水、地下水、外調(diào)水、再生水、雨水、淡化海水、微咸水、礦坑水;水用途用j表示,j=1～5,分別表示農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、服務(wù)業(yè)用水、生活用水、生態(tài)用水。

3.2 模型目標(biāo)函數(shù)

考慮水資源配置經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)和生態(tài)效益目標(biāo)。經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)為供水帶來的經(jīng)濟(jì)效益最大化,一般可以用供水帶來的價(jià)值減去制水輸水成本代表;生態(tài)效益目標(biāo)為污染物進(jìn)入環(huán)境的量最小,本次以COD總量代表。目標(biāo)函數(shù)表達(dá)式為:

式中,bkij表示k分區(qū)i水源供給j用水用途的經(jīng)濟(jì)收益;ckij表示k分區(qū)i水源供給j用水用途的制水輸水成本;xkij表示k分區(qū)i水源供給j用水用途的配置水量;dj表示j用水用途排污COD濃度;pj表示j用水用途排污系數(shù)。

3.3 約束條件

(1)供水能力約束。表達(dá)式為:

式中,Wki為k分區(qū)i水源的可供水量。

(2)用水總量約束。表達(dá)式為:

式中,W紅線為區(qū)域用水總量控制目標(biāo)。

(3)非常規(guī)水源利用量約束。表達(dá)式為:

式中,W非為區(qū)域非常規(guī)水源利用量最低目標(biāo)。

(4)非負(fù)約束。表達(dá)式為:

xkij≥0

4 結(jié)論

非常規(guī)水源作為地表水、地下水等常規(guī)水資源的重要補(bǔ)充,進(jìn)行合理充分利用對(duì)緩解區(qū)域供需水矛盾,提高水資源集約利用水平,實(shí)現(xiàn)區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。目前,節(jié)水領(lǐng)域監(jiān)督考核、最嚴(yán)格水資源管理制度考核和水資源公報(bào)統(tǒng)計(jì)的非常規(guī)水源包括再生水、集蓄雨水、淡化海水、微咸水和礦坑水五部分,本文按照相關(guān)通知和指導(dǎo)意見進(jìn)一步分析了各類非常規(guī)水源的統(tǒng)計(jì)口徑和一些特殊情況,提出了納入非常規(guī)水源配置方法,為擴(kuò)大非常規(guī)水源利用領(lǐng)域和規(guī)模、提升區(qū)域水資源集約化利用水平提供支撐。