水资源紧缺约束下义乌市人口承载力研究

鲍倩倩，谢 磊，周杨军，赵 祥

(中国城市规划设计研究院上海分院，上海 200335)

水资源是城市发展重要的自然资源，是影响一座城市人口规模的重要因素之一，而随着城市的发展和人口规模的扩增，日益增长的用水需求与有限的水源供给能力间的矛盾日益突出[1- 3]。为维持城市的可持续发展，优化城市水资源配置[4- 6]、合理评价其水资源承载力[7- 8]已成为研究的焦点。对于水资源人口承载力研究，目前主流研究方法有参变量较多的常规趋势法[9]、系统动力学法[10- 12]、多目标综合分析法[13]和相对简化的模糊评价法[14]、主成分分析法[15- 16]等。党丽娟等[17]指明参变量较多的计算模型过程复杂而不宜掌握，相对简单的计算模型可综合评价水资源，可作为对城市发展规模的支撑依据。由于城市水资源相关数据有限，需要大量参变量的水资源人口承载力计算模型不具有实用性，为评价一座城市的水资源与可承载人口规模，需采用较为简单的定量方法。

本文以义乌市为例，采用基于主成分分析法的简单量化模型进行定量分析，旨在探讨水资源紧缺模式下未来义乌市可承载的城市人口规模，为义乌市国土空间规划编制中人口规模的确定提供参考依据，保障义乌市经济、资源、环境的可持续发展。

1 义乌市水资源概述

义乌市多年平均径流深为665mm[18]，年均水资源总量为8.25亿m3，其中地表径流量7.35亿m3，地下水资源量1.28亿m3，灌溉回归水量0.38亿m3；年均水资源可利用总量为4.73亿m3，人均年水资源占有量为432.7m3，低于金华市平均水平(1248.3m3[19])、浙江省平均水平(1521.0m3[20])以及全国平均水平(1968.6m3[21])，属于水资源重度缺水地区，用水紧张。为缓解本地水资源紧缺，义乌市向境外引水，境外引水总规模为9500万m3/a，主要为东阳横锦水库引水工程和浦江引水工程，分为向义乌供水8000万m3/a和1500万m3/a。

义乌市多年平均供水量高达2.8亿m3[19]，供水水源以地表水源为主，其供水量占比高达90%以上。由于以地表水为主的水资源年际年内变化幅度大，供水系统保障能力差，2011—2017年间最大水资源量(14.55亿m3，2016年)与最小年水资源量(7.71亿m3，2017年)变化幅度高达6.84亿m3，高达义乌市年均水资源总量的82%，如图1所示。

图1 2011—2017年义乌市水资源总量波动图

义乌市节水水平偏低。农业节水方面，截止2017年高效节水灌溉工程面积仅占全市灌溉面积的3.71%[18]，明显低于浙江省平均水平(9.24%)；工业节水方面，工业用水量占总用水量最高为39%，8大支柱产业中纺织业、纺织服装服饰业、化学纤维业以及金属制品业均为高用水行业，工业用水重复利用率仅约50%，低于浙江省工业用水重复利用率目标(65%)和发达国家工业用水重复率(80%～85%[22])；非常规水利用方面，截止2018年中水回用量仅365万m3，污水回用率和雨水利用率之和低于5%，总利用规模偏小。

整体而言，义乌市水资源紧缺问题日益严重。一方面，目前义乌市水资源利用率已高达34%[18]，逼近国际公认的40%水资源开发利用红线，境内水资源进一步挖潜增量空间有限。另一方面，境外引水工程因协调难度大、距离远、投资规模大等因素而难以实施。义乌市作为世界小商品之都，未来城市规模将进一步扩张，故研究日益增长的用水需求和水资源可承载人口规模十分必要。

基于义乌市国土空间规划编制背景，本研究以2019年为基准年，预测年限至2035年。

2 研究方法

2.1 研究方法构建

参照相关的研究成果[23]建立基于主成分分析法的最大支撑人口水资源承载力概念模型。城市可利用的水资源主要用于生活用水、工业用水、农业用水以及生态环境用水4个方面。以城市可持续发展为前提，计算出城市水资源可利用量，扣除工业用水、农业用水、生态环境用水，即可算出城市可提供的最大生活用水量。根据城市的发展水平、现状用水情况、节水情况等，推出合理的人均综合生活用水量，可得出城市可承载的最大人口规模，计算公式如下。

式中，c—研究对象的水资源人口承载力；σ—城市可提供的生活用水量；Wp—该地区人均综合生活用水量标准。

2.2 分类用水占比分析

工业用水量多年用水保持约1.1亿m3[18]，较用水总量占比高达39%，如图2所示。义乌市工业以高耗水企业为主，全市亟需进行工业结构转型以减轻水资源紧缺问题，故需逐步减少工业用水占比。根据浙江省2018年水资源公报，浙江省各市区(县)工业用水量整体不高于其用水总量的30%，仅舟山市工业用水量达到35.2%，如图3所示。故预测未来义乌市工业用水量占比较现有占比降至32%～35%。

图2 2011—2017年义乌市工业用水、生活用水、农业用水、生态环境用水占比变化图

图3 2018年浙江省各市工业用水量占比分析

农业用水量多年用水保持约0.7亿m3，占用水总量的24%，如图2所示。一方面，根据国家要求永久基本农田保持面积不减、质量提升、布局稳定且将达到质量要求的耕地依法划入，推测义乌市未来农业用地面积将不减少或稍有增加；另一方面，义乌市推行农业节水灌溉技术可降低农业用水量，故推测义乌市未来农业用水量基本不变，为0.7亿m3。

生态环境用水量由0.05亿m3(2011年)增至0.18亿m3(2017年)，用水占比提升至6.3%，且其增速逐渐放缓，2015—2017年间年平均增长率约4.2%，如图2所示。结合义乌市将继续响应国家建设生态文明城市的要求，生态环境用水量将继续增加且增速将逐渐放缓，预测至2035年年平均增长率为2%，故推测至2035年生态环境用水量占比较现有占比升至约13%。

生活用水量现状占比约为29%，如图2所示。结合以上分析，最大化考虑城市可提供的生活用水量，预计未来义乌市生活用水量占比在现有占比的基础上有所提升，生活用水占比29%～32%。

综合以上分析，预计未来农业用水量保持约0.7亿m3，工业用水量占比有所降低，生态环境用水量占比和生活用水量占比有所提升，最终确定工业用水量、生态环境用水量、生活用水量百分占比关系为(42- 46)∶17∶(37- 41)。

2.3 用水指标分析

义乌市现状人均综合用水指标为629L/d[18]，人均综合生活用水量约300L/d，如图4所示。依据SL366—2006《中华人民共和国城市用水量标准》，义乌市属于Ⅸ区城市，且属于人口特大城市范围，人均综合用水指标应控制在145～200m3/a，即397～548L/d；依据GB50282—2016《城市给水工程规划规范》，义乌市综合生活用水量指标为220～400L/(人·d)。根据义乌市正大力推进节水措施建设，预测未来义乌市人均综合生活用水量将持续降低，故预测人均综合用水指标控制在500～550L/d，人均生活用水量为260～290L/d。

3 水资源配置策略

3.1 技术路线

确定以“内部挖潜为主，外调为辅”的水资源供应体系保障城市水资源供给安全与城市发展需求。内部水源主要包括义乌市本地水库水源、义乌江水源和非常规水源，外调水源以境外引水为主。以“优水优用，分质供水”用水策略提升水资源的利用效率，依据不同水源的水质特征合理分配，建立城市生活、工业分开的分质供水系统。其中，优质水源供给居民生活用水保障居民用水安全；一般水源供给工业用水以降低水处理成本和水资源开采成本，如图5所示。

图5 技术路线

3.2 内部挖潜研究

水库水源挖潜方面，义乌市已经形成水库连通、主要水源相互备用、相互应急的供水格局。可进一步挖潜的工程为幸福水库引水工程、八都水库除险加固工程、窄塘水库除险加固工程、卫星水库引水工程、柏峰水库引水工程以及南山坑水库除险加固工程等6项工程，可为义乌市增加优质水约2000万m3/a。

义乌江挖潜方面，规划开展双江湖水利工程和义驾山水厂改造工程两项工程，合计可增加一般用水量13870万m3/a。

非常规水源利用方面，污水厂污水处理量的50%用作回用处理条件下义乌市可提供的非常规水资源量为1.7亿m3/a[18]。

地下水利用方面，可开采量有限，且由于义乌市前期存在大量私下开采地下水用户已导致地下水位持续下降和部分地区地下水受严重污染。因此，根据义乌市目前水资源利用结构和国家对地下水的保护，建议义乌市地下水采取“以保护为主、限制开采为辅”的策略，地下水仅在市政供水管网无法覆盖的农村地区使用，随着未来供水管网普及可逐步关停农村地下水的开采。

境内水资源挖潜统计见表1。

表1 义乌市内部挖潜可增加水量统计表 单位：万m3

3.3 外调水源研究

根据与义乌市相关部门对接情况，存在引水可能性的境外引水工程主要包括金华安地水厂引水工程、九峰-安地水厂联合引水工程以及乌溪江引水工程等3项工程，预计可供水量约13000万m3/a，境外引水工程统计见表2。

表2 义乌市境外引水工程可增加水量统计表 单位：万m3

4 人口承载力预测

4.1 内部挖潜人口承载力预测

目前义乌市中水回用措施处于起步阶段，老旧城区中水管网改造投资大且实施缓慢，中水回用措施推广以新建区域为主。结合义乌市实际中水回用措施建设进展，采用以下4种情景对内部挖潜下人口承载力进行分析预测：①情景1，水库挖潜+义乌江挖潜；②情景2，水库挖潜+义乌江挖潜+中水回用(回用率10%)；③情景3，水库挖潜+义乌江挖潜+中水回用(回用率20%)；④情景4，水库挖潜+义乌江挖潜+中水回用(回用率50%)。

情景1分析：由3.2节可知，义乌市现状可供水资源量为3.74亿m3/a。基于内部挖潜下新增水库挖潜2000万m3/a和义乌江挖潜13870万m3/a，故义乌市可供水资源总量为5.33亿m3/a。结合2.2节分析，农业用水量约0.7亿m3/a，工业用水量：生态环境用水量：生活用水量占比关系(42- 46)∶17∶(37- 41)，故此情景下最大可供生活用水量为1.71亿～1.90亿m3/a；依据2.3节分析结果义乌市人均综合生活用水指标为260～290L/d，故情景1可承载的人口规模为185万～200万人。

情景2分析：若中水回用率达到10%，义乌市非常规水资源量可达0.34亿m3/a，此情景下可供水资源量为5.67亿m3/a，参照情景1计算方法可承载的人口规模为200万～215万人。

参照情景2分析方法，推测出情景3可承载的人口规模为215万～230万人，情景4可承载的人口规模为255万～270万人。

4.2 内部挖潜与外调水源联合人口承载力预测

根据3.3节的分析，义乌市境外引水可增加水资源量可达1.3亿m3/a。此时义乌市可供水资源总量为8.33亿m3/a，故可承载的人口规模为310万～330万人。此情景最大化考虑义乌市可利用的水资源量，推测出的人口为义乌市可承载的极限人口。

4.3 预测结论

基于内部挖潜且不考虑中水回用情景下，义乌市可承载人口规模为185万～200万人；基于内部挖潜和中水回用率达到50%的情景下，义乌市可承载人口规模为255万～270万人；内部挖潜与境外引水联合情景下，义乌市可承载人口规模可达到330万人。

由于义乌市当前节水措施普及率低、节水系统建设周期长、境外引水难度大等，义乌市可供水量增长过程缓慢；且义乌市水资源以境内地表水为主要水源，其年际年内分配不均且波动较大，若遇到连续枯水年，极易出现断水情形，水资源安全保障能力不足，故应适当控制人口规模，为保障义乌市安全用水和城市的可持续发展，建议义乌市可承载的极限人口规模不超过情景3预测的230万人。

5 保障措施

5.1 大力推进分质供水，优水优用

积极推进再生水厂和再生管网建设。依托义乌市城市建设和城市更新，建议分时序建设再生水管网系统。优先在新开发的区域进行分质供水试点，结合区域发展建设再生水厂，逐步推进分质供水工程。调整用水结构，提高工业非常规水利用比例，结合工业区块建设，形成水厂效益充分发挥、管网建设投资省的“水厂为心，工厂为环”的用水格局。

5.2 加强节水规划，政府积极引导

从农业节水、工业节水、城镇居民生活节水、开展节水宣传等四个着力点加快义乌节水型社会建设。政府部门积极引导，高位推动分质供水的实施，制定如以奖代补、保证中水低价、限制工业企业优质水使用比例等政策积极推着再生水利用。

5.3 积极寻求境外引水，提升水资源保障能力

充分利用周边地区优越的水资源禀赋条件，积极寻求境外引水，保障义乌境内脆弱的水资源保障体系在枯水期时的供水需求，提升本地水资源保障能力。

6 结语

通过对定量化模型分5种情景对义乌市水资源人口承载力进行分析，为义乌市国土空间规划编制中科学合理预测人口规模提供依据，预测出义乌市可承载的极限人口规模为330万人，结合义乌市水资源利用现状和节水措施开展情况，建议义乌市可承载的人口规模不超出230万人。研究选取的参变量较少，仅作为一种人口规模预测的参考。义乌市未来的人口规模确定的最终结果，还需要采用多种方法进行预测，相互校正。