基于强化节水的城市需水预测方法

潘 阳 王 丹

（河南省水利勘测设计研究有限公司）

1 节水优先的需水预测概念与内涵

需水预测是指根据流域或区域总体规划采用多种预测法，对未来总需水量所做出的推算。城市需水一般包括城市生活、生产、生态所需用水，其中生态用水包括河道内生态环境用水和城市绿化、环境卫生等河道外生态环境用水。城市需水预测是对城市未来需水量进行合理推算，保证城市社会的健康发展。预测要做到节水，就是要对有限的、不同形式的水资源，根据用水户的需求，进行合理预测。强化节水的城市需水预测，是在传统需水预测的基础上，优先考虑节水目标，根据既定的节水指标预测规划年需水量，考虑非常规水资源开发利用和节水工程的建设，按照节水优先的原则预测合理的需水量，具体内涵有以下几个方面：预测需要明确的限制范围，城市需水预测研究城市用水；供水水源包括地表水、地下水、外调水和非常规水等；根据用水目的及区域特点，有合理的水资源分配原则；提高水资源利用效率。

2 强化节水需水预测方法

2.1 城市生活需水

城市生活用水量主要由人均用水和人口数量来确定，采用以下公式计算：

式中：Ws，n为第n 年生活用水量，万m3；P0为现状年城市人口，万人；α为人口年均增长率；D0为现状年城市人均用水，m3/人；DDB为人均用水定额，m3/人；Z0为现状年实际人均生活用水量，m3/人；β为生活用水年均增长率。

考虑节水条件，包括节水设施的普及率a，对公式（1）进行优化，得到：

式中：Ws为生活需水量，万m3；a0为现状年城市节水设施普及率；an为城市第n年节水设施普及率。

2.2 城市生产需水

城市生产用水可分为一、二、三产业用水，第二产业和第一、第三产业的用水不同，第二产业用水量需要考虑重复用水，而第一、第三产业一般不考虑重复用水。

第一产业用水量具体计算公式为：

式中：Wa为第一产业需水量，万m3；Q0为现状年第一产业万元GDP用水量，m3/万元；δ为第一产业万元GDP用水量降低率；G0，a 为初始年第一产业GDP，万元；θ1为第一产业GDP 增长率。

第二产业考虑水资源的重复利用，故其计算公式如下：

式中：Wg为第二产业需水量，万m3；μn为第n年的水资源重复利用率；μ0为现状年水资源重复利用率；R0为现状年第二产业万元GDP用水量，m3/万元；γ为第二产业万元GDP用水量降低率；θ2为第二产业GDP 增长率；G0，g为现状年第二产业GDP，万元。

第三产业需水量计算方法同第一产业，不考虑水资源的重复利用，计算公式如下：

式中：Wf为第三产业需水量，万m3；S0为现状年的第三产业万元GDP用水量，m3/万元；λ为第三产业万元GDP用水量降低率；G0，f 为初始年第三产业GDP，万元；θ3为第三产业GDP 增长率。

节水潜力计算公式如下：

式中：ΔW0为生活需水节水潜力，万m3；Pn为规划年人口数量，万人；Zn为规划年人均需水量，m3/人；ΔWi为生产行业节水潜力，万m3；Ai，n为第n 年规划第i 产业万元GDP 用水量，m3/万元。Ai，0为现状年第i产业万元GDP用水量，m3/万元；G0，i为现状年第i产业的GDP，万元。

2.3 城市生态需水

2.3.1 河道内生态环境需水

河道内生态环境需水量指为保护河道内生态环境，需要保留在河流内的水量。关于河道内生态环境需水量的计算方法有很多，文章以上年河流平均流量作为当年河道内最低生态需水量。计算公式如下：

式中：W内为河道内生态环境需水量，万m3；Q 为上年河流平均流量，m3/s；3 153.60为转换系数，将m3/s转换为万m3。

2.3.2 河道外生态环境需水

河道外生态环境需水W外主要指城市公共绿地绿化用水与公共卫生用水两部分，根据市政部门实地调查数据均采用定额法得到。

2.4 城市需水量

城市需水量包括生活、生产、生态需水，计算公式如下：

式中：W为城市需水量，万m3。

3 实例分析

3.1 研究区概况

郑州是河南省省会，位于东经112°42′～114°14′、北纬34°16′～34°58′。文章以郑州市主城区为例，包括惠济区、中原区、金水区、二七区和管城区五大区。

2016 年郑州市主城区用水总量为7.71 亿m3，占全市总用水量的42.80%。在分项用水中，居民生活用水量占总用水量的36.70%，生产用水量占38.80%，生态用水量占24.50%。

通过老旧管网改造、节水器具推广，郑州市节水水平大幅提高，但尚未达到节水措施实施率100%，尤其是主城区生活用水量大、科教服务型产业密集，仍有一定的节水空间。基于郑州市现状年节水水平，结合节水型社会建设规划，以2017年统计数据为验证，对比以2016年为现状年计算的数据，预测郑州市2020年城市需水量。

3.2 数据来源

文章选取2016年为现状年，计算所用的指标有人口、人口增长率、经济产值等，统计数据主要来源于河南统计年鉴、郑州市水资源公报、河南水利统计年鉴以及河南省地方标准等。从中摘取针对郑州市主城区的部分进行汇总，得到文中计算所用指标数据。

3.3 结果与分析

以2017年为验证年。首先分别计算出主城区2017年生活需水量、生产需水量和生态需水量，同2017年水资源公报统计数据相比较，以此验证计算的精度，并进行适当修正；再根据2017 年水资源公报统计数据和率定的计算参数，预测2020 年城市需水量。利用公式计算得到的2017年城市需水量与水资源公报统计数据相比虽有一定误差，但总体而言预测成果比较可靠。预测结果比实际统计数据少1.20%，其中生活需水量计算值比实际值多0.60%；生产需水计算值和生态需水比实际值少0.90%和3.50%。在生产需水分项中，第一产业和第二产业分别比实际值偏多，第三产业计算值比实际值偏少。

节水潜力计算结果如表1所示。

表1 2020年郑州市主城区节水潜力计算结果表 单位：万m3

以2016 年用水数据为基准，预测的2020 年郑州市主城区节水潜力为6 484万m3，其中生活用水节水潜力1 341万m3，占需水量的4%；生产用水节水潜力5 143 万m3，占需水量的16%。在生产用水中，第二产业的节水潜力最大，主要因素是在郑州市区有很多食品饮料加工业、纺织业以及电力生产行业等用水户的用水效率与水资源重复利用率有很大提升空间，根据公式计算，水资源重复利用率每提高1%，可节约水资源208万m3，第二产业节水的重点是提高水资源重复利用率。

4 结论

文章提出了基于强化节水的城市需水量计算方法，计算了节水条件下城市需水量和节水潜力，并以郑州市主城区为例进行分析。结果表明，郑州市主城区2020年需水量为86 860万m3，节水潜力为6 484 万m3，通过节水潜力评估，考虑节水更符合节水型社会的建设要求，能够提高用水效率，改善生态环境。

根据计算结果可以看出，计算结果与实际统计数值相差不大，可作为短期预测城市需水量的一种方法。合理计算城市需水量，将有效促进城市经济社会和环境协调发展，增强水资源保障能力，产生更大的生态效益、社会效益和经济效益。