北京市懷柔區(qū)水資源供需平衡與配置研究

孫 艷，劉 曦，王秀茹，楊 健，王紅雷

（北京林業(yè)大學(xué) 水土保持學(xué)院，北京100083）

北京市懷柔區(qū)的功能定位是“北京東部發(fā)展帶上的重要節(jié)點(diǎn)，國際交往中心的重要組成部分，首都的生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)”。懷柔區(qū)是北京市重要水源地，全區(qū)97%以上的面積屬于飲用水源保護(hù)區(qū)。懷柔不僅要供應(yīng)區(qū)內(nèi)的用水，還要供應(yīng)北京市中心城區(qū)用水，特別是2003年應(yīng)急備用地下水源地投入使用以來，該區(qū)水資源開采量超過了當(dāng)?shù)厮Y源可利用量，水資源短缺形勢十分嚴(yán)峻。結(jié)合懷柔區(qū)即將開展的節(jié)水型社會(huì)建設(shè)和“十二五”規(guī)劃建設(shè)，在對(duì)用水現(xiàn)狀進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，本文對(duì)2013年（節(jié)水型社會(huì)建設(shè)試點(diǎn)期末）、2015年（“十二五”規(guī)劃期末）和2020年（節(jié)水型社會(huì)建設(shè)規(guī)劃期末）懷柔區(qū)水資源供需形勢及水資源配置進(jìn)行了分析。

1 水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

1.1 供 水

2009年懷柔區(qū)總供水量為8.09×107m3，供水類型主要為地表水、地下水和再生水。其中地表水3.12×106m3，占總供水量的3.9%；地下水6.03×107m3，占總供水量的74.5%；再生水1.75×107m3，占總供水量的21.6%。近幾年，懷柔本地總供水量緩慢下降，地表水和地下水使用量減少，再生水的使用量穩(wěn)定增加。

1.2 用 水

2009年懷柔區(qū)總用水量為8.09×107m3，其中第一產(chǎn)業(yè)用水3.52×107m3，占總用水量的43.5%；工業(yè)用水6.20×106m3，占總用水量的7.7%；建筑業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)用水6.47×106m3，占總用水量的8.0%；城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境用水1.68×107m3，占總用水量的20.8%；居民生活用水1.61×107m3，占總用水量的20.0%，其中城鎮(zhèn)居民生活用水2.45×106m3，農(nóng)村居民生活用水1.37×107m3。2009年懷柔區(qū)用水構(gòu)成如圖1所示。

圖1 懷柔區(qū)2009年用水構(gòu)成

從圖1可以看出，在2009年全區(qū)用水構(gòu)成中，經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)較差的第一產(chǎn)業(yè)用水所占比重較大，超過全區(qū)用水的40%以上，而經(jīng)濟(jì)效益較好的第三產(chǎn)業(yè)用水所占比重較低，僅為8%。

從圖2可以看出，懷柔區(qū)用水總量呈下降的趨勢。行業(yè)用水量變化較大。其中，生活用水量變化不大，農(nóng)業(yè)和工業(yè)用水量大幅度減少；隨著旅游業(yè)發(fā)展進(jìn)程的加快，第三產(chǎn)業(yè)用水量逐年增加；由于人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境用水量也逐年增加。

圖2 2003－2009年懷柔區(qū)分行業(yè)用水變化趨勢

1.3 存在的問題

1.3.1 水資源短缺形勢嚴(yán)峻 懷柔區(qū)當(dāng)?shù)厮Y源的人均占有量約941.8 m3，低于國際公認(rèn)的缺水上限1 000 m3，除去每年供應(yīng)北京市中心城區(qū)的水量，懷柔區(qū)人均水資源占有量下降為545.0 m3，接近國際公認(rèn)的嚴(yán)重缺水上限500 m3。

1.3.2 水資源過度開發(fā)，地下水位嚴(yán)重下降 近年來，懷柔區(qū)地下水補(bǔ)給減少，但用水需求不斷增加，地下水過度開采，地下水水位連年下降。從2002年到2009年的8 a間，全區(qū)地下水位從6.2 m下降到22.5 m，降幅達(dá)16.3 m，平原區(qū)地下水埋深最深處達(dá)到了40 m以上。

1.3.3 非常規(guī)水源利用率有待提高 雖然懷柔區(qū)污水處理率逐年提高，集雨工程技術(shù)基本成熟，但由于再生水管網(wǎng)和雨水利用工程的建設(shè)滯后，再生水及雨水的利用率較低，利用再生水、雨洪水等第二水源替代清水的節(jié)水潛力尚未充分發(fā)揮。

1.3.4 水資源管理體系有待完善 懷柔區(qū)水資源管理水平和手段比較落后，管理人員技術(shù)水平有待進(jìn)一步提高，同時(shí)管理單位基礎(chǔ)資料缺乏系統(tǒng)整編，大量管理工作建立在低水平手工操作上，用水計(jì)量不準(zhǔn)，管理粗放，效率低。

1.3.5 生態(tài)水環(huán)境治理任務(wù)艱巨 隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展以及山區(qū)旅游業(yè)迅速發(fā)展壯大，懷柔區(qū)污水排放量不斷增加，污水排放點(diǎn)不斷增多，水污染不斷向農(nóng)村推移。懷柔區(qū)污水收集處理系統(tǒng)尚未完全建立，存在與雨水系統(tǒng)混接的現(xiàn)象，雨污混合排入河道，污染河流。

2 水資源需求分析

（1）生活需水量預(yù)測。生活需水與懷柔區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平、居民收入水平、水價(jià)、生活用水習(xí)慣、節(jié)水器具的普及與推廣等因素有關(guān)。根據(jù)《北京市節(jié)約用水規(guī)劃研究2006—2020》《北京市懷柔區(qū)水資源綜合規(guī)劃報(bào)告》，《懷柔區(qū)新城規(guī)劃（2005—2020年）》推算試點(diǎn)期末懷柔區(qū)生活需水量［1－3］。

（2）第一產(chǎn)業(yè)需水量預(yù)測。第一產(chǎn)業(yè)需水即農(nóng)業(yè)需水，包括農(nóng)田灌溉和林牧漁業(yè)需水。隨著農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)的推廣應(yīng)用和種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，懷柔區(qū)農(nóng)業(yè)需水量將呈下降趨勢。

以懷柔區(qū)現(xiàn)狀農(nóng)業(yè)用水定額為各規(guī)劃水平年正常水平下需水定額，依據(jù)各項(xiàng)農(nóng)業(yè)節(jié)水措施的開展情況估算節(jié)水水平下需水定額。

（3）工業(yè)需水量預(yù)測。根據(jù)《懷柔區(qū)新城規(guī)劃（2005—2020年）》，懷柔區(qū)將繼續(xù)把工業(yè)結(jié)構(gòu)的整體優(yōu)化和升級(jí)作為第二產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重點(diǎn)，力爭形成具有較強(qiáng)市場適應(yīng)性和競爭力的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高經(jīng)濟(jì)的整體運(yùn)行質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)全面升級(jí)。特別要大力引進(jìn)發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，把發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和環(huán)保型產(chǎn)業(yè)作為懷柔區(qū)工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重要環(huán)節(jié)來抓。本文根據(jù)萬元工業(yè)增加值用水量估算各年工業(yè)需水量。

（4）建筑業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)需水量預(yù)測。隨著懷柔區(qū)房地產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，建筑業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)增加值將呈增加趨勢。但是隨著產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，生產(chǎn)效率的逐步提高，懷柔區(qū)建筑業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)需水定額將呈下降趨勢，總需水量呈現(xiàn)上升趨勢。

（5）城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境需水量預(yù)測。城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境需水量包括河道外需水量和河道內(nèi)需水量，懷柔區(qū)河道外生態(tài)環(huán)境需水量主要由綠地灌溉和道路灑水兩部分組成。

根據(jù)規(guī)劃的公共綠地和城市道路面積以及相應(yīng)的需水定額，同時(shí)考慮各水平年河道外生態(tài)環(huán)境需水量的保證率，預(yù)測懷柔區(qū)河道外生態(tài)環(huán)境需水量。

懷柔區(qū)水資源量緊缺，河道內(nèi)需水量只能靠降水和未充分利用的再生水補(bǔ)充，因此對(duì)懷柔區(qū)河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量不進(jìn)行預(yù)測，僅每年把未充分利用的再生水排入河道作為河道內(nèi)生態(tài)補(bǔ)水量。

（6）總需水量預(yù)測。匯總生活、生產(chǎn)和生態(tài)需水量預(yù)測結(jié)果，得到懷柔區(qū)各規(guī)劃水平年需水量，2013，2015和2020年懷柔區(qū)總需水量分別為8.69×107，8.89×107和9.58×107m3。懷柔區(qū)2009—2020年各產(chǎn)業(yè)用水量變化趨勢預(yù)測見圖3。

圖3 懷柔區(qū)2009－2020年各產(chǎn)業(yè)用水量變化趨勢預(yù)測

從圖3中可以看出，2009—2020年，人民生活水平不斷提高，懷柔區(qū)居民家庭生活用水量呈上升趨勢；在一產(chǎn)種植業(yè)及養(yǎng)殖業(yè)中繼續(xù)推行節(jié)水措施，一產(chǎn)用水量基本持平；在工業(yè)中實(shí)行節(jié)水技術(shù)改造，避免發(fā)展高耗水工業(yè)，工業(yè)用水量呈下降趨勢；隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，第三產(chǎn)業(yè)及建筑業(yè)用水量呈上升趨勢；生態(tài)用水量逐年增加?？傆盟砍手鹉晷》仙厔?。

近年來，懷柔區(qū)應(yīng)急備用水源地、潮白河綠化水源工程和潮白河、懷河應(yīng)急水源工程年均供給北京城區(qū)水量為1.30×108m3，懷柔水庫、北臺(tái)上水庫、大水峪水庫年供應(yīng)北京城區(qū)水量為2.00×107m3，預(yù)測2013年懷柔區(qū)供給中心城區(qū)水量與正常水平持平，則2013年懷柔區(qū)總需水量為2.37×108m3。預(yù)測2014年南水北調(diào)工程水進(jìn)京后，懷柔區(qū)不再供給中心城區(qū)用水，則2015年和2020年懷柔區(qū)總需水量分別為8.9×107，9.6×107m3。

3 供水能力分析

（1）地表水可供水量。根據(jù)《懷柔區(qū)水資源綜合規(guī)劃》，地表水可利用量采用水利工程控制的調(diào)節(jié)性水量和通過引水提取的河道基流量進(jìn)行計(jì)算。現(xiàn)狀供水設(shè)施條件下，不同特征年份地表水可利用量見表1。

表1 懷柔區(qū)地表水資源可利用量

（2）地下水可供水量。懷柔平原區(qū)淺層地下水開采利用程度高，地下水開采量統(tǒng)計(jì)資料系列較完整，地下水位多年動(dòng)態(tài)監(jiān)測資料齊全。根據(jù)《懷柔區(qū)水資源綜合規(guī)劃》成果，結(jié)合地下水水位多年動(dòng)態(tài)觀測資料和年開采量資料，采用實(shí)際開采量調(diào)查法，參照多年地下水實(shí)際開采量確定平原區(qū)淺層地下水的可開采量。懷柔區(qū)地下水資源可利用量如表2所示。

表2 懷柔區(qū)地下水資源可利用量

（3）再生水可利用量。懷柔區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠現(xiàn)狀總規(guī)模為8.47×104m3/d，經(jīng)過區(qū)內(nèi)污水處理廠建設(shè)，到2013年，懷柔區(qū)污水處理能力達(dá)1.95×105m3/d。

根據(jù)預(yù)測，試點(diǎn)期末，懷柔區(qū)再生水資源量利用量為2.29×107m3，2015年再生水資源利用量為2.48×107m3，2020年再生水資源利用量為2.97×107m3，其中試點(diǎn)期再生水主要用于河道生態(tài)回補(bǔ)、農(nóng)業(yè)灌溉、景觀環(huán)境以及小部分工業(yè)、建筑業(yè)及第三產(chǎn)業(yè)用水，隨著再生水工藝的進(jìn)步及再生水水質(zhì)的提高，規(guī)劃逐年增加再生水在各產(chǎn)業(yè)中的利用量（表3）。

表3 懷柔區(qū)再生水綜合利用規(guī)劃

（4）可供水總量預(yù)測。根據(jù)上述分析，平水年（50%）懷柔區(qū)2013，2015和2020年可供水總量分別為2.03×108，2.05×108和2.10×108m3（表4）。

表4 懷柔區(qū)不同水平年不同保證率可供水量

4 水資源配置與供需平衡分析

4.1 水資源配置方案

所謂水資源配置，是指在水資源總體規(guī)劃與管理過程中，充分協(xié)調(diào)水與社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、環(huán)境等要素的關(guān)系，提高水資源與之相適應(yīng)的匹配程度，實(shí)現(xiàn)水資源合理利用，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展［4］。

在該次水資源配置中，在滿足各行業(yè)用水對(duì)水質(zhì)要求的情況下，優(yōu)先使用雨洪水和再生水，減少新鮮水的取水量，降低萬元GDP取水量，達(dá)到節(jié)水的目的［5］。

根據(jù)懷柔區(qū)2013，2015和2020年可供水資源量和需水量預(yù)測結(jié)果，水資源供需平衡分析結(jié)果，及再生水資源配置方案，在進(jìn)一步采取節(jié)水措施達(dá)到節(jié)水目標(biāo)的情況下，懷柔區(qū)2013，2015和2020水資源配置結(jié)果見表5。

從以上各年水資源配置可以看出，再生水取水量逐年增加，再生水替代水資源比例逐年提高，三產(chǎn)用水比例不斷優(yōu)化，以緩解供需矛盾，促進(jìn)水資源可持續(xù)利用。

表5 懷柔區(qū)水資源配置方案

4.2 供需平衡分析

在不同保證率下，懷柔區(qū)供水量和需水量都是不同的，根據(jù)懷柔區(qū)不同水平年可供水量和需水量預(yù)測成果，進(jìn)行不同水平年的水資源供需平衡分析。具體結(jié)果見表6。

懷柔區(qū)水資源除供本區(qū)生活生產(chǎn)用水外，每年還需向北京城區(qū)供應(yīng)1.5×108m3的水量，致使懷柔區(qū)地下水嚴(yán)重超采。水資源配置時(shí)考慮懷柔現(xiàn)狀地下水超采嚴(yán)重的問題，嚴(yán)格控制地下水的開采量，并且加大再生水的使用量。在農(nóng)業(yè)中新增再生水用于再生水灌區(qū)，在工業(yè)、建筑業(yè)及第三產(chǎn)業(yè)中增加再生水的使用量。

表6 懷柔區(qū)不同水平年水資源供需分析

由于2011—2013年懷柔區(qū)應(yīng)急水源地還需要對(duì)北京城區(qū)進(jìn)行供水，懷柔區(qū)缺水問題將持續(xù)存在，地下水持續(xù)超采，枯水年（75%）再生水利用量達(dá)2.29×107m3的情況下，懷柔缺水率高達(dá)30.91%。2014年南水北調(diào)進(jìn)京后，懷柔應(yīng)急備用水源地將不再供應(yīng)北京城區(qū)的用水，屆時(shí)將大大緩解懷柔區(qū)地下水超采嚴(yán)重的問題，懷柔區(qū)年水資源可利用量能夠滿足全區(qū)的生活生產(chǎn)用水需求。南水北調(diào)水進(jìn)京后將對(duì)懷柔加大實(shí)施水資源補(bǔ)償。2014年以前，懷柔區(qū)缺水形勢十分嚴(yán)峻，必須加強(qiáng)節(jié)水工作的開展。

5 結(jié)論

懷柔區(qū)水資源短缺形勢嚴(yán)峻，存在著水資源利用率低、地下水開采過度、水資源管理體系不健全等一系列問題，必須積極推進(jìn)節(jié)水和水資源保護(hù)工作的開展。

2011—2013年懷柔區(qū)應(yīng)急備用水源地還需要對(duì)北京城區(qū)進(jìn)行供水，懷柔區(qū)水資源短缺的問題將持續(xù)存在，水資源保護(hù)主要側(cè)重點(diǎn)是節(jié)水。針對(duì)懷柔區(qū)現(xiàn)狀，可以采取降低管網(wǎng)漏損率、提高居民家庭節(jié)水器具普及率、調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)、提高工業(yè)用水重復(fù)利用率、促進(jìn)雨水和再生水的利用等方式，有效地促進(jìn)用水效率的提高，達(dá)到節(jié)水的目的。

2014年以后，南水北調(diào)進(jìn)京，懷柔應(yīng)急備用水源地不再供應(yīng)北京城區(qū)的用水，懷柔區(qū)供水量將大幅下降，水資源短缺形勢將得到有效緩解，水資源保護(hù)的主要側(cè)重點(diǎn)是水環(huán)境保護(hù)和治理。首先，必須積極推進(jìn)區(qū)內(nèi)污水處理工程的建設(shè)及使用，提高污水處理率，降低雨污合流量，減輕污水對(duì)區(qū)域水環(huán)境的污染，維持懷柔區(qū)良好的水生態(tài)環(huán)境。其次，加強(qiáng)生態(tài)清潔小流域建設(shè)，促進(jìn)區(qū)內(nèi)小流域環(huán)境的改善，提高水源涵養(yǎng)能力。最后，制定相應(yīng)的回補(bǔ)措施和回補(bǔ)規(guī)劃，對(duì)懷柔區(qū)地下水資源進(jìn)行回補(bǔ)，提高區(qū)內(nèi)水資源可持續(xù)利用能力。

通過以上措施，再加上合理的水資源配置方案，將能有效緩解懷柔區(qū)水資源短缺的局面，以水資源的高效利用支撐懷柔經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，為懷柔經(jīng)濟(jì)社會(huì)戰(zhàn)略大發(fā)展提供水資源和水環(huán)境支持。

［1] 北京市規(guī)劃委員會(huì)懷柔分局.懷柔區(qū)新城規(guī)劃（2005—2020年）［Z］.2005.

［2] 北京市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.北京市節(jié)約用水規(guī)劃研究（2006—2020）［Z］.2006.

［3] 北京市地質(zhì)工程勘察院.《北京市懷柔區(qū)水資源綜合規(guī)劃報(bào)告》［Z］.2003.

［4] 夏云林.水資源系統(tǒng)優(yōu)化配置研究進(jìn)展與展望［J］.水資源與水工程學(xué)報(bào)，2010，21（2）：150－153.

［5] 董雯，劉志輝，朱健.面向生態(tài)的新疆艾比湖流域水資源合理配置模型探討［J］.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，46（2）：306－311.