缺水地区水资源开发利用保护和优化配置研究

2024-01-26何永平张永红耿婷婷李悦思

水利规划与设计 2024年1期

何永平，张永红，耿婷婷，李悦思

(中国城市发展规划设计咨询有限公司，北京 100120)

水资源优化配置是指遵循可持续开发、高效、公平、节约等原则，在有效保护水资源、合理增加供水及抑制需求的情况下，采取非工程和工程措施统筹调配特定区域范围内的水资源，以满足经济、环境、人口与资源协调发展对水资源在质量、数量、空间、时间上的要求，实现水资源的永续利用及其效益最大化[1-2]。商都县存在水资源严重短缺问题，且已成为制约商都县经济社会发展的主要因素，如何缓解水资源短缺现象迫在眉睫。同时，习近平总书记提出，要建立水资源刚性约束制度，严格用水总量控制，统筹生产、生活、生态用水，大力推进农业、工业、城镇等领域节水。由此，开展商都县水资源合理开发利用与优化配置研究，确保经济社会发展与水资源承载能力相协调，保障商都县水资源可持续利用和国民经济健康持续发展。

1 商都县水资源开发利用现状

1.1 水资源现状

根据商都县“水资源第三次调查评价”，商都县水资源总量为8402万m3，其中，多年平均地表水资源量为2741万m3，多年平均地下水资源量为6087万m3，重复计算量为426万m3。水资源实际可利用量为6069万m3，均为可开采利用地下水。

根据水资源总量和人口规模，得出商都县人均水资源占有量为483.15m3。国际上比较认可的水资源量衡量标准为联合国教科文组织制定的参考标准，即以“人均水资源量”来衡量，见表1。根据此参考标准，商都县为极度缺水地区。

表1 联合国教科文组织制定的水资源量参考标准

1.2 用水结构分析

根据《2019年乌兰察布市水资源公报》，商都县总用水量为5706万m3。对其用水结构进行分析：一产用水量最大，为4340万m3，占总用水量的76.06%。其中农田灌溉用水量为4040万m3，占总用水量的70.80%；居民生活用水量次之，为920万m3，占总用水量的16.12%；二、三产业和生态用水量较小，3项总用水量为446万m3，占总用水量的7.82%。2019年商都县用水量情况见表2。

图1 2019年商都县用水量和用水结构图

表2 2019年商都县用水量统计表

1.3 水资源开发利用程度

商都县水资源开发主要为地下水资源。根据GB/T 34968—2017《地下水超采区评价导则》[3]，地下水资源开发利用程度以地下水开采系数K(即地下水的多年平均开采量与当地地下水可开采量的比值)表示，具体地下水资源开发利用程度评判标准划分见表3。

表3 地下水资源开发利用程度评判标准

根据《乌兰察布市水资源公报(2015—2019年)》，商都县多年地下水资源实际开采量为6079万m3，地下水开采系数达到1.002，属于一般超采区，计算结果见表4。

表4 2015—2019年商都县地下水开采系数

2 水资源开发利用问题总结

由以上分析可知，商都县水资源开发利用存在的主要问题为：①在极度缺水的客观条件下，为满足用水需求，商都县不断提高用水效率，但仍存在地下水超采现象，水资源实际无法满足用水需求，需进一步减少地下水开采；②商都县属于农业大县，导致农业用水占比较大。联合国环境署将影响淡水资源供应的各个因素进行了比较，最后将农业过度用水的影响排在第一位[4]。同时，内蒙古农业用水占总用水量比重大，这是黄河流域水资源利用与经济耦合协调发展的主要障碍因素[5]。这一问题，可通过制定更好的农业计划来解决；③商都县唯一稳定、可靠的水源为地下水，使得某些不必要使用地下水的用户也采用地下水，造成地下水资源的大量开采。根据商都县实际情况，应加大再生水的利用，尤其在工业和生态环境用水方面，不仅提高其用水效率，还应加大再生水的使用比重。

3 水资源优化配置方案

3.1 总体思路

水资源优化配置首先以水资源供需平衡分析为基础，在满足供水量大于需水量的前提下，将可利用的水资源按照一定原则，分配到各用水行业，实现水资源的合理配置。

3.2 水资源供需平衡分析

(1)供水量预测

包括地表水资源量、地下水资源量和非传统水资源量。其中，地表水资源量涵盖蓄水工程、引水工程、提水工程和外调水工程。地下水资源量指地下水控制开采量。非传统水资源量指再生水产量和雨水收集回用量，特殊地区如矿区，还包括矿井排水量，将非常规水源纳入统一配置体系，为水源配置提供保障[6]。

商都县本地地表水实际可利用量为0，也无外调水工程。根据GB 50400—2006《建筑与小区雨水控制及利用工程技术规范》[7]，收集回用系统宜用于年均降雨量大于400mm的地区。商都县多年平均降水量为350mm，因此，商都县雨水资源不予考虑。综上，商都县供水水源仍以地下水为主，再生水为辅。

商都县多年平均地下水资源量为6087万m3，地下水实际可利用量为6069万m3。根据商都县相关文件，商都县地下水控制开采量为4855万m3，农业用水控制开采量为3374万m3。根据《乌兰察布市商都县七台镇再生水工程专项规划》，2035年再生水产量按1095万m3考虑。因此，2035年商都县总供水量可达5950万m3。其中，地下水资源可供水量为4855万m3，再生水供水量为1095万m3。

(2)需水量预测

需水量预测包括一产(农业、林业和畜牧业)、二产、三产、居民生活和河道外生态环境需水量预测。需水量预测计算中，需注意两个问题：一是两个主要参数的取值，各行业用水定额和各行业发展规模；二是不能超过用水总量控制目标。

各行业用水定额参照该地《行业用水定额标准》进行取值，各行业发展规模，如人口规模、产业规模需根据相关规划进行取值。用水总量控制目标是国务院发布《关于实行最严格水资源管理制度的意见》中3个主要目标之一，即明确水资源开发利用红线，严格实行用水总量控制。因此，在需水量计算中，参数的取值不仅要依据地方标准和相关规划，还需以用水总量控制目标对两项参数进行校核纠正，使需水量计算结果满足用水量总量控制目标，并将各行业发展规模意见反馈给相关政府部门和规划设计单位进行修正，即按照“以供定需”原则，推动社会经济发展与水资源承载能力相适应。

根据商都县相关文件，商都县地下水控制开采量为4855万m3，农业用水控制开采量为3374万m3。商都县水资源开发利用量需进一步压减。面对水资源的严重短缺，地下水的超采，用水红线的限制和城市发展的供需矛盾，在社会经济发展保稳增效的前提下，调整产业结构将成为商都县水资源支撑社会经济发展的重要手段。

结合商都县现状用水问题，商都县农业用水量最大，相应用水压减量空间也最大，因此农业结构调整首当其冲：如实施“水改旱”，减少高耗水农作物种植面积，即减少水浇地面积，改为种植低耗水耐旱农作物，实行旱作雨养；积极发展高效节水灌溉，实行微、滴灌和小型自走式喷灌灌溉，降低农田灌溉用水定额，提高农田灌溉水有效利用系数。其次是工业结构调整：如进一步降低万元工业增加值用水定额，如严控高耗水产业发展，坚决关停取缔不符合产业政策的高耗水企业；采取先进的技术工艺，提高工业用水重复利用率；加大再生水利用，充分发挥再生水在工业水源补水、高品质工业直供水方面的作用。最后是畜牧业结构调整：如实施“减羊增牛”战略，遏制草场退化，涵养地下水源。

通过以上措施，确定商都县各行业的用水定额和发展规模，进一步得出需水量。经计算，2035年商都县总需水量为5177万m3，其中，一产需水量为3483万m3(农业用水量为3000万m3)，二产需水量为360万m3，三产需水量为250万m3，城镇居民生活需水量为748万m3，农村生活需水量为199万m3，生态需水量为137万m3。各行业用水量和占比见表5。

图2 2035年商都县用水量和用水结构图

表5 2035年商都县用水量预测表

(3)供需平衡分析

根据表6可得，商都县2035年缺水量为0，水资源可满足商都县的社会经济发展。

表6 2035年商都县水资源供需平衡分析表单位：万m3

3.3 水资源优化配置方案

结合商都县水源实际情况，水资源配置原则为：①优先配置再生水，其次配置地下水；②优先保障生活用水，其次满足生产、河道外生态环境用水；③按“总量控制、优水优用、近水近用、高水高用”，生活以地下水为主，工业以再生水为主，农业以地下水为主，生态以再生水为主。

具体配置方案。以商都县水资源环境承载能力为约束，在用水总量控制红线范围内，按照上述原则，根据水资源的需水量及可供水量，对商都县总供水进行水源配置。经过优化配置后：2035年商都县地下水供水量为4788万m3，未超过用水总量控制红线4855万m3。农业供水量为3000万m3，未超过农业用水控制开采量3374万m3；地下水开采系数为0.79，地下水资源开发利用程度由一般超采区优化为尚有潜力区；再生水供水量为389万m3，多余再生水可作河道内生态环境补充用水。具体配置方案见表7。

表7 2035年商都县水资源优化配置表单位：万m3

4 水资源开发利用保护措施

水资源的优化配置需通过工程措施和非工程措施实现，包括以下几方面：①加强地表水、地下水资源的水环境治理和保护力度。如完善污水收集与再生处理系统，实施农村生活垃圾和畜禽粪便治理工程，开展河湖综合整治行动，严格按照《地下水管理条例》取用、保护地下水，有计划地关闭自来水管网覆盖区域内的自备井；②加大节水力度，全面建设节水社会。通过采取先进的技术、工艺、设备、器具，在农业、工业和生活各个领域的各个环节，坚持做到节水优先，节水有我；③强化供水设施建设。完善给水厂和供水管网布局，实施农村饮水安全工程建设和抗旱应急水源工程建设；④推进商都县农业水价综合改革，建立健全农业水价形成机制。⑤推进用水权改革，是发挥市场机制作用促进水资源优化配置和集约节约安全利用的重要手段，是强化水资源刚性约束的重要举措[8]。因此，需完善水资源统一管理体制，实行用水与排污总量控制，明确初始权，进行初始水权分配。⑥推进水利信息化建设，提高对水资源统一配置，统一调度，统一管理的能力和自动化程度。