济南市城区供用水趋势及节水潜力分析

张 玮

(济南市水政监察支队，山东 济南 250000)

1 研究区域概况

山东省省会济南市地处山东省中部，总面积10244km2，南部与国家自然遗产泰山相邻，北边与黄河相望。济南市位于中纬度地区，是典型的温带季风地区。四季分明，春旱少雨，夏暖多雨，秋天凉干，冬天冷，下雪不多。济南冬季和夏季长，春季和秋季短。三面都是山地，所以水汽和热气的回流并不利于扩散，比北方的夏天要大得多。济南市年降水量具有明显的年变化特征，具有较大的极值和年际间丰枯变化。多年平均降水量分布特征是：汛期分布较集中，季节分布不均衡，最大、最小月数差异较大。

济南市降水量从南部、东部向北部和西部逐渐减少，山丘区的降水量比平原地区多。

变差系数Cv值的变化总趋势为以章丘和莱芜为中心分别往西北和东南增大。济南市各地1980—2016年平均年干旱指数一般为1.5～2.2。黄河以南的总体趋势是沿山区平原结合部由南向北递减，黄河以北呈由南往北递增趋势。全市最高值出现在商河北部，最低值出现在南部山区。根据我国气候干湿分带与干旱指数的关系，济南市属于半湿润气候带。

2 供用水量趋势分析

2.1 供水量趋势分析

据《2019年济南市水资源公报》显示，济南市2019年的供水总量为19.60亿m3。其中，地表水供应11.64亿m3(跨流域调入量8.41亿m3)；地下水供给6.44亿m3；其它水源供水1.52亿m3。

全市2009—2019年各类水源历年供水量占比分析如图1所示。

图1 济南市各类水源历年供水量占比

由图1可知，济南市当地地表水供水量总体占比呈略微下降趋势，从2009年的22.69%下降至2019年的16.47%；跨流域调水供水量占比呈稳定增长趋势，从2009年的29.92%增长至2019年的42.93%；地下水供水量占比总体呈稳定下降趋势，从2009年的43.84%下降至2019年的32.86%；其他水源供水量占比呈稳定增长趋势，但增幅不大，从2009年的3.55%增至2019年的7.74%；总体上看在近10a的时间里济南市用水对跨流域调水的依赖程度明显增加[1]。

对全市2009—2019年的水资源公报进行分析，得到供水变化趋势，如图2所示。

图2 供水变化趋势图

由图2可知，2011年全市总供水量达到高峰，为20.92亿m3，之后总供水量逐渐下降。当地地表水在2013年达到高峰，为4.66亿m3，之后基本呈稳步下降趋势；地下水供水量在2010年前后达到高峰，为9.63亿m3，之后基本呈稳步下降趋势；跨流域调水供水量呈现逐渐增长的趋势；其他污水处理回用、集雨工程等供水量基本保持平稳。

结合图1—2数据，从总体上来看，2009—2019年的10a间，济南市整体供水量变化不大，但济南市对外调水源的依赖程度和需求度明显增加，对地下水需求程度明显减少。

2.2 用水量趋势分析

济南市2019年的用水总量为19.6亿m3。其中，工业用水2.95亿m3；城市公用用水1.02亿m3；居民用水3.59亿m3；生态环境用水2.51亿m3，灌溉用水8.24亿m3；林、牧、渔、畜用水1.29亿m3。

全市2009—2019年各类用水量占比分析，如图3所示。

图3 济南市历年分类用水量占比

由图3可知，济南市生活用水量占比总体呈缓慢增长趋势，从2009年的35.34%增至39%；生产用水量占比总体呈下降后稳定发展趋势，从2009年的57%缓慢降至2014年的54.15%，然后降至2019年的37.44%；生态用水量占比总体呈稳定增长趋势，在2009—2014年期间，其增幅变化小，只由7.63%增至7.99%，基本保持平稳态势；但从2014年之后，其趋势逐渐上升，截止到2019年，生态用水量占总用水量的23.52%。

3 节水潜力分析

节水潜能是以各个部门、工业(或农作物)的节水指标为基准，对现有水资源的利用程度和水资源利用的差异进行分析，并以开发的实际水量为依据，得出最大的节约水量[2]。根据目前的各种用水状况，对各个部门、工业(或农作物)的用水状况和实际水量进行了分析，并根据各个部门、工业(或农作物)的节水指数，计算出各个部门、工业(或农作物)用水量与节水指标之间的差异，估算节水潜力[3]。

3.1 农业节水潜力分析

农业节水的潜力主要表现为：改造小型灌区，提高渠系利用系数，改善灌溉制度，扩大节水灌溉面积，调节农业用水价格，调整农作物种植结构[4]。

根据2019年9月《规划和建设项目节水评价技术要求》，济南市灌区的有效利用系数为0.6543，高于全国平均值0.548，但与北京市的0.732差距较大，农业节水还有一定潜力。

参照DB37/T 1640—2019《山东省主要农业灌溉定额》，济南市主要农作物的节水灌溉方式比一般灌溉方式节水效果明显。据实地调研，2019年济南市耕地农业用水2700m3/hm2，增加节水灌溉面积和调整种植结构是未来农业节水的主要方向。

农业节水潜力计算公式如下[5]：

Wn=A0×(Qm0-Qmt)

=A0×(Qj0/η0-Qjt/ηt)

(1)

式中，Wn—农田灌溉节水潜力；A0—现状灌溉面积(有效灌溉面积)；Qm0—现状毛灌溉定额；Qmt—节水条件下毛灌溉定额；Qj0—现状作物加权净灌溉需水定额；Qjt—考虑作物布局调整后的规划远期水平年作物加权净灌溉需水定额；η0—现状灌溉水利用系数；ηt—规划期水平年灌溉水利用系数。

农业节水以2019年为现状基准水平，根据各县区2019、2020年度用水效率控制目标值，计算济南市农业节水潜力,详见表1。

表1 济南市现状农田灌溉节水潜力分析计算成果表

由表1计算结果可知，如果保持现有种植结构，近期济南市农业节水潜力约为953万m3，可节水空间1.2%。根据济南市实际情况，引黄灌区引水因含沙量大，无法直接采用微、喷灌节水模式，引黄灌区节水主要通过灌区渠道改造，进行渠道防渗提高灌溉水利用系数。库灌区和井灌区可以采用微、喷灌节水模式进行节水改造。因此，农业用水仅通过改造灌溉方式节水潜力有限，采用优化调整农业种植结构的方式是提高农业节水的重要途径。

3.2 工业节水潜力分析

工业节水潜力的大小与节水现状、企业管理水平和科学技术水平密切相关。不同行业的节水潜力与不同行业的实际用水量存在一定的关系，目前的高用水量的工业企业的节水潜力比较低，而目前的电力企业用水量比较高，节水潜力不大；而目前我国水资源利用率低下的企业，其节约用水的潜力更大。此外，不同区域的管理水平不同，节约用水的潜力也不尽相同，通常，管理程度高的企业，节水程度高，而管理水平低的企业，则具有更大的节水潜力。对于发电、纺织、造纸、石化和化工等科技水平不高的工业企业，可以通过技术升级改造，更新制造工艺等方式提高节水水平。

根据2019年9月《规划和建设项目节水评价技术要求》，全国万元工业增加值用水量的平均水平为45.6m3/万元，华北区平均水平为15.5m3/万元，济南市2019年用水指标为13.62m3/万元，从全市来看高于全国平均水平，但部分区县与华北区平均水平差距较大，工业节水还有一定潜力。

工业节水潜力计算公式如下[6]：

dWg=Z0(WZ0-WZt)

(2)

式中，dWg—工业节水潜力；Z0—现状水平年工业增加值；WZ0—现状水平年万元工业增加值取水量；WZt—节水条件下万元工业增加值取水量。其中WZt包含了工业内部结构调整的影响。

济南市工业节水潜力分析计算成果见表2。以华北区平均水平为节水标准，经表2分析计算可以发现济南市现状工业年节水潜力为4838.5万m3，其中节水潜力最大的区为莱芜区，节水潜力为3926.7万m3，其次是钢城区。

表2 济南市工业节水潜力分析计算成果表

用水企业大户和污染企业大户是发挥工业节水潜力的重点，济南市高耗水工业主要集中在食品、钢铁、化工、电力等行业，因此在规划阶段要加强对此类工业的用水管理并大力推广节水型技术[7]。

3.3 城镇生活节水潜力分析

城市生活用水定额、城市管网漏损率、节水型器具的使用率都与城镇生活节水潜力有关。

随着加强节水教育、城镇居民节水意识增强、节水器具的普及，生活用水定额有下降的趋势，但是由于国家经济的发展和人民生活水平的不断提高，居民的生活用水量在一定程度上有所提升，城市居民用水定额的变动，是因为节约用水意识的普及与日常生活用水需求的增长联合作用的后果，仅凭居民用水量指标的变动不能充分体现节水潜力，应以管网漏损率的变化为重点，对其节水潜力进行分析[8]。

供水管网节水潜力计算式为[9]：

dwGW=WGW0-WGW0×(1-η0)/(1-ηt)

(3)

式中，dwGW—是供水管网节水潜力；WGW0—是自来水厂供出的城镇生活用水量；η0—现状供水管网漏损率；ηt—节水水平下供水管网漏损率。

经表3分析计算，济南市现状城镇生活供水管网年节水潜力为638.80万m3，城镇生活年总节水潜力为638.80万m3。

表3 济南市城镇生活节水潜力分析计算表

4 结论

随着社会的发展，结合本文图表数据可以发现济南市需水总量呈现逐渐增加的趋势，其中生活需水、生态环境需水呈现增长趋势，生态环境需水增长最快，而且生活需水和生态环境需水占比逐渐增加，生产需水占比减少，济南市对外调水的依赖程度明显增加。

通过对济南市进行节水分析发现，在目前农业种植结构下，农业节水潜力提升空间不大，仅有1.2%。因此农业方面采用优化调整农业种植结构的方式是提高农业节水的重要途径；对于工业节水，在规划期间，要加强对高能耗、高污染的电力、钢铁等行业的用水管理，大力推广节水型技术；对于城镇居民节水，应减小供水管网漏损率。

根据2019年济南市水资源公报[10]，2019年全市地表水、地下水供水量和跨流域调水量共计19.60亿m3，低于2019年济南市用水总量控制指标21.10亿m3，比2020年济南市用水总量控制指标低1.50亿m3。根据以上节水潜力的计算，济南市在节水方面可以节约0.643亿m3，但仍小于1.50亿m3，因此应当充分挖掘济南市的地表水和地下水供水潜力。本文给出了济南市现状供用水情况及各行业节水潜力分析，可以为济南市水资源调控决策和调水工程建设规划提供科学依据和技术支撑，方便后续研究人员在此基础上进一步研究。