用水效率红线下钦州市水资源三次供需平衡分析

陈立华，黄舒萍，关昊鹏，严 诚

(1.广西大学土木建筑工程学院，广西 南宁 530004；2. 广西防灾减灾与工程安全重点实验室，广西 南宁 530004；3. 广西大学工程防灾与结构安全教育部重点实验室，广西 南宁 530004)

0 引 言

水资源供需分析是水资源优化配置的重要内容，对实现水资源的可持续利用具有重要意义[1]。关于水资源供需分析的方法主要分为两大类，一类主要是从统计学角度[2]、系统评价角度[3]和水资源系统分析角度[4]等解决水资源供需平衡，或是在系统动力学理论的基础上建立水资源SD模型，模拟研究区水资源不同方案下的供需变化趋势[5]。此类方法侧重于量化区域供需形势，不能较好的识别非常规水源、跨流域调水等工程在缓解区域缺水情势中所起的作用与程度。另一类是根据《全国水资源综合规划技术细则》以水资源开发利用现状及存在的问题分析为基础，依据各水平年供需水预测的成果拟订方案，进行两到三次供需水量平衡分析，提出推荐方案。三次供需平衡是现代水资源配置理论的核心，是全口径、全流域层面上的平衡计算，被广泛应用于水资源供需平衡分析[6,7]和水资源配置研究中[8,9]。

钦州市位于北部湾经济圈核心地带及沿海城市群中心位置，虽然水资源量丰富，但区域内河流主要为源短流急中小入海河流，控制性水利工程不足，实际可利用量有限；在跨越式经济发展条件下各县区水利工程可供水量不均衡，水资源供需矛盾日益突出。随着“三条红线”的实施，为揭示2020年、2030年钦州市水资源供需态势，在用水效率红线约束下进行需水预测，供水预测在水利工程可供水量的基础上计入人工载水量，采用基于三次供需平衡方法，分析钦州市2020年、2030年来水频率为50%、75%、95%的水资源供需形势，以期为钦州市水资源配置和工程布局提供决策依据。

1 水资源三次供需平衡原理

水资源供需平衡分析应遵循“先节水后调水、先治污后通水、先生态后用水”的原则[10]，坚持开源与节流并重，节流优先、治污为本、多渠道科学开源、综合利用。在跨越式经济发展条件下，钦州市应提高非常规水源的利用程度，当地水资源不足以承载经济社会发展要求时，亟须实施外流域引水。钦州市水资源三次供需平衡计算原理如下：

(1)水资源一次供需平衡分析是在现状条件下，不考虑“开源节流”，定量分析发展进程中的水资源供需矛盾。保持现状节水力度，对广西北部湾经济区正常发展情景的基本方案进行需水预测。供水量以现有水利设施，通过完成对那冰水库、青年水闸等共62座水库水闸的除险加固，以及对灵山县44座小(1)型水库闸门改造以挖潜其供水潜力。

(2)在一次平衡的基础上，通过节水和利用非常规水源来缓解缺水情势。需求侧通过调整不同水平年产业结构和进行节水措施压缩用水需求，供给侧通过加快推进中水回用工程等措施提高非常规水资源利用程度，加大水资源可供给量。

(3)三次平衡是面向二次平衡的供需缺口上，进一步考虑跨流域调水，将当地水和外调水作为一个整体进行分析。根据《广西钦州市水利发展“十三五”规划报告》，钦州市可利用郁江调水工程自郁江引水入钦江，通过修建输水明渠引水至大风江，结合已建成的大风江调水工程抽水入金窝水库，调节后向港区和工业园区水厂供水120 m3/d。

2 供用水现状分析

图1 钦州市2014年各行业用水比重图Fig.1 The proportion of water use in various industries of Qinzhou in 2014

图2 钦州市2014年各县区用水比重图Fig.2 The proportion of water use in counties and districts of Qinzhou in 2014

由图1、2可知，农业用水比重最大占全市用水总量的72.6%，其次为工业、生活、第三产业；各县区中以农业发展为主的灵山县用水比重最大，占全市用水总量的40.7%，钦港区作为快速崛起的临海工业园区，工业用水量占全市工业用水总量的34.1%。虽然2014年钦州市供水总量与用水总量持平，但工程性缺水、农业用水粗放等问题依旧是制约钦州市快速发展的瓶颈。

3 供水预测和需水预测

3.1 各县区红线约束指标

2020年、2030年用水效率控制目标中万元工业产值增加值用水量分别为49和40 m3/万元，农田灌溉水有效利用系数分别为0.53和0.60。各县区用水总量控制目标(亿m3)见图3。

图3 2020、2030年钦州市各县区用水总量控制目标Fig.3 Targets for total water use in counties and district s of Qinzhou in 2020 and 2030

3.2 需水量预测

按照生活、农业、工业、建筑业、第三产业和生态需水量等五项采用定额法[11]进行基本方案与节水方案的需水量预测，其中农业、工业需水在用水效率约束下进行计算。根据《钦州市城市总体规划(2012-2030)》规划2020年、2030年常住人口总数分别为352.10、450.0万；2014-2020年、2020-2030年GDP增长率分别为16.60%、12.30%；产业结构调整为2020年的17∶48∶35和2030年的8∶58∶34。

生活需水量结合人口预测成果，分别采用城镇综合生活人均用水指标、农业人口人均日用水定额进行预测。2020年、2030年钦州市城镇化率分别为47.52%、63.32%。2020年、2030年各区计算城镇用水定额钦南区和钦港区分别为186、190 L/(人·d)，钦北区为185、189 L/(人·d)，灵山县和浦北县分别为181、186 L/(人·d)。2020年、2030年各区农村用水定额钦南区和钦北区及钦港区分别为138、142 L/(人·d)，灵山县和浦北县分别为137、141 L/(人·d)。

农业需水量包括农田灌溉需水量和林牧渔畜需水两部分，农田灌溉需水量预测在农田灌溉水有效利用系数约束下采用亩均定额法进行。钦州市农业发展与土地利用指标根据分析历年《钦州市水资源公报》并结合《钦州市土地利用总体规(2006-2020)》进行预测。依据《农林牧渔业及农村生活用水定额》(DB 45/T 804-2012)及《广西壮族自治区水资源综合规划》预测2020年和2030年各县区P=50%、P=75%、P=95%下水田灌溉用水定额分别为6 375、6 750、7 785 m3/hm2和6 075、6 510、7 680 m3/hm2；水浇地灌溉用水定额分别为2 625、3 000、3 900 m3/hm2和2 325、2 730、3 750 m3/hm2；菜田灌溉用水定额分别为1 425、1 725、2 325 m3/hm2和1 260、1 500、2 100 m3/hm2。林牧渔畜需水根据《广西壮族自治区水资源综合规划》、《农林牧渔业及农村生活用水定额》确定各县区2020年和2030年林果灌溉、鱼塘补水、草场补水用水定额分别为3 270、10 440、1 020 m3/hm2和3 105、9 915、1 545 m3/hm2，大牲畜2020年和2030年均采用定额为150 L/(头·d)，小牲畜均为30 L/(头·d)。

一般工业需水量预测采用万元工业增加值用水量法进行预测，火(核)电需水预测采用单位千瓦装机用水量法。按照2020、2030年钦州市用水效率控制目标中万元工业增加值分别为49和40 m3，火电工业需水量预测用水定额分别为0.66、0.48 m3/MWh。

建筑业及第三产业需水量预测采用钦州市《广西北部湾经济区水资源综合开发利用规划》预测2020年、2030年建筑业用水定额为5.44和3.81 m3/万元，第三产业用水定额为7.44、5.21 m3/万元。

河道外生态需水量预测采用定额法计算。根据《建筑给水排水设计规范》(GB50015-2009)，小区绿化浇灌用水定额可按浇灌面积1.0～3.0 L/(m2·d)计算，小区道路、广场的浇洒用水定额可按浇洒面积2.0～3.0 L/(m2·d)计算。

科研人员为了顺利通过考核，往往忽略科研的实际需要和发展规划，根据容易达到的研究成果设定项目绩效目标，使得目标与结果倒挂。此外绩效目标的设定往往不够细化，仅作简单陈述，绩效目标设定相关性的论证也不够充分，绩效目标的合理性难以得到保证。

需水量预测基本方案结果见表1。其中，除2020年P=50%下需水量在用水总量红线范围内，其余来水频率及2030年各来水频率的需水量都超出红线控制值。

表1 钦州市需水量预测基本方案 亿m3Tab.1 Basic plan for water demand forecasting in Qinzhou

3.3 供水量预测

采用钦州市主要水利工程可供水量预测方法[12]，将全市人工载水量1.34 亿m3纳入可供水量计算中，预测结果见表2。根据近年《钦州市水资源公报》中人工载水量变化较小，2020年和2030年钦南区、钦港区、钦北区、灵山县和浦北县各区县人工载水量分别取0、0.24、0、0.45、0.65 亿m3。

4 分析实例

4.1 一次供需平衡分析

一次供需平衡的需水量为基本方案需水量，可供水量为表2中地表水和地下水可供水量之和，计算成果见表3。

表2 钦州市未来水平年可供水量分析结果 亿m3Tab.2 Analysis results of annual water supply of future level in Qinzhou

表3 不同水平年一次供需平衡成果 亿m3Tab.3 First supply and demand balance results at different levels of annual

从表3可知，2020年P=50%至P=95%全市缺水总量从0.85 亿m3增加至9.10 亿m3，2030年缺水量从4.37 亿m3增加至13.39 亿m3。钦南区位于钦州市主要独流入海河流下游，地表水资源可利用量相对丰富， 2020年、2030年P=50%和P=75%下都有余水。灵山县可供水量虽达到4.96、5.20 亿m3，但其农业和生活需水约占全市需水总量的33%，P=50%下缺水率约20%，P=95%下高达60%。钦北区位于茅岭江干流中下游处，可供水量超出控制值，但其生活和农业需水量仅次于灵山县，2020年P=50%到P=95%缺水率从13.3%增加至58.8%，2030年从21.1%增加至65.1%。浦北县以小河流为水源，2020年P=50%到P=95%缺水率从5.8%增加至46.7%，2030年则从16.8%增加至49.6%。钦港区两个规划水平年内缺水率分别在60%和80%以上。

4.2 二次供需平衡分析

二次供需平衡的需水侧在基本方案的基础上降低用水定额得到节水方案。可供水量在地表水及地下水的基础上增加非常规水源的利用，平衡结果如表4所示。

进行开源节流后钦州市2020、2030年对应的各保证率下的缺水程度有所缓解，2020年50%、75%、95%保证率下全市缺水率较一次平衡缺水率分别从5.3%、20.3%、50.2%下降至0.4%、16.2%、46.9%，2030年各保证率下全市缺水率分别从20.5%、32.7%、57.1%降为12.0%、25.2%、51.7%。

4.3 三次供需平衡分析

三次平衡是在二次平衡基础上，将境外调水量计入可供水量中。2030年建成的钦州市郁江调水工程以向钦州沿海工业园远期供水为主，兼顾改善钦州市区供水和沿途农村人畜饮水、农田灌溉用水及环境用水。依托该项工程，2030年可向钦南区、钦港区增加可供水量1.31、4.16 亿m3。三次供需平衡分析成果如表5所示。

表4 不同水平年二次供需平衡成果 亿m3Tab.4 Scondary supply and demand balance results at different levels of annual

表5 不同水平年三次供需平衡成果 亿m3Tab.5 Third supply and demand balance results at different levels of annual

通过郁江调水工程的建设，钦州市基本可实现供需平衡。2030年钦南区、钦港区获得调入水量1.31、4.16 亿m3，两区在各来水频率下都将有剩余水量，其他县区缺水状况与二次平衡分析结果相当，说明境外调水工程能解决钦州市局部缺水问题，同时，钦北区、浦北县还面临着如何满足用水总量约束下抑制农业用水需求的挑战。

5 结 语

(1)在用水效率约束下进行需水预测和供水预测载水量的基础上，采用三次供需平衡方法综合分析钦州市2020年、2030年水资源供需情势。一次供需平衡得到钦州市2020年50%、75%、95%保证率下将缺水0.85、3.35、9.10 亿m3，2030年达到4.37、7.16、13.39 亿m3。二次平衡得到钦州市2020年各保证率下较一次平衡缺水量分别减少0.79、0.74、0.80 亿m3，2030年分别减少2.00、2.02、2.00 亿m3。三次平衡得到2030年建成调水工程后，P=50%和P=75%下钦州市分别有余水3.10、0.33 亿m3，但P=95%下缺水达5.93 亿m3。

(2)针对钦州市水资源供需现状，应改善产业布局、水资源量及可供水量不匹配的问题，加大挖潜各行业尤其农业的节水潜力。在节水前提下，建设控制性拦洪蓄水工程，加强各县区水源工程之间的联合调度，增加城区备用供水水源，提高城区供水保障安全性。