江蘇省典型中小城市常州市需水量變化規(guī)律及論證

潘 茹， 陳 丹， 賀陽(yáng)穎， 徐 乾

(1.常州市水資源服務(wù)中心， 江蘇 常州 213000； 2.常州市河道湖泊管理處， 江蘇 常州 213000)

隨著人們節(jié)水、生態(tài)、可持續(xù)發(fā)展意識(shí)的加強(qiáng)，城鎮(zhèn)的建設(shè)規(guī)劃中也逐年推進(jìn)相關(guān)節(jié)約用水、生態(tài)調(diào)控、重點(diǎn)保護(hù)等方面工作[1-3]。如水資源豐富的常州市，通過(guò)優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格把控涉水項(xiàng)目管理，科學(xué)分析用需水平衡，明確涉水定額等措施，被評(píng)為“國(guó)家節(jié)水型城市”[4-5]。尤其在企業(yè)用水量控制方面，應(yīng)保持逐年減少趨勢(shì)，并由地區(qū)生產(chǎn)總值或增長(zhǎng)值不高于規(guī)劃目標(biāo)值為控制依據(jù)。同時(shí)結(jié)合科技技術(shù)和管網(wǎng)規(guī)劃科學(xué)調(diào)整使得農(nóng)田灌溉用水效率逐步提高。中小城市可通過(guò)推進(jìn)節(jié)水制度、嚴(yán)格用水管理、強(qiáng)化用水監(jiān)督、提升管理水平等措施，節(jié)水管理能力得到全面加強(qiáng)[6-8]。水利信息化建設(shè)全面提速，為重要河湖控制斷面取水、供水、用水、納污管理提供了基礎(chǔ)信息支撐[9]。定期分區(qū)、分重點(diǎn)開(kāi)展監(jiān)測(cè)并發(fā)布通報(bào)，通過(guò)節(jié)水灌溉、節(jié)水減排、節(jié)水器具改造等措施，不斷完善節(jié)水工程設(shè)施，加強(qiáng)農(nóng)田灌溉設(shè)施改建[10-12]。通過(guò)貫徹落實(shí)最嚴(yán)格水資源管理制度、完善節(jié)水機(jī)構(gòu)、加大節(jié)水投入力度、普及節(jié)水宣傳、開(kāi)發(fā)節(jié)水管理信息系統(tǒng)等措施，不斷提升節(jié)水保障能力[13]。為達(dá)到上述建設(shè)目標(biāo)，分析指標(biāo)中具有中小城市特色的相關(guān)定額的選用是關(guān)鍵。

本文通過(guò)對(duì)常州市目前節(jié)水潛力及社會(huì)經(jīng)濟(jì)能力進(jìn)行分析，分別選用分類和分項(xiàng)用地兩種分析方法進(jìn)行需水量預(yù)測(cè)分析，提出一套適用于江蘇省中小城市需水分析的定額指標(biāo)，分析并論證需水總量和用水效率指標(biāo)的科學(xué)性，為江蘇省中小城市節(jié)水政策實(shí)施提供科學(xué)依據(jù)。

1 常州市節(jié)水能力分析

1.1 節(jié)水潛力

(1)城鎮(zhèn)生活節(jié)水潛力

基于城鎮(zhèn)用水規(guī)劃的長(zhǎng)期建設(shè)，地下管網(wǎng)的分布也在逐漸完善，節(jié)水措施主要體現(xiàn)在管網(wǎng)升級(jí)改造方面；通過(guò)政府的大力節(jié)水宣傳，居民意識(shí)普遍提高，推進(jìn)節(jié)水新技術(shù)的應(yīng)用及推廣[14]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，常州市在用供水管網(wǎng)待升級(jí)改造的約為10%，居民節(jié)水知識(shí)宣傳地區(qū)高達(dá)95%，但在重復(fù)利用方面效率較差。對(duì)比先進(jìn)地區(qū)城市管網(wǎng)改造目標(biāo)不超過(guò)6%，常州市城鎮(zhèn)生活節(jié)水建設(shè)仍具有一定潛力。

(2)農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力

江蘇省中小城市農(nóng)作物耕作現(xiàn)狀仍以水稻種植為主，其灌溉水量占農(nóng)業(yè)灌溉總水量比重較大。因此，一方面須做好水稻種植節(jié)水灌溉工作，另一方面重新增大耐旱經(jīng)濟(jì)作物比重，以最大限度減少水稻灌溉用水量。參照2019年常州市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)為0.65，期望至2020年、2035年、2050年，其系數(shù)能相應(yīng)提高至0.68、0.71、0.72，可見(jiàn)，常州市農(nóng)業(yè)用水方面仍有一定節(jié)水空間。

(3)工業(yè)用水潛力

根據(jù)國(guó)家工業(yè)發(fā)展動(dòng)向，常州市建設(shè)了一批工業(yè)園區(qū)，使得取水相對(duì)集中，取水規(guī)模增大。企業(yè)發(fā)展也增加機(jī)械、化工、紡織等方向的建設(shè)，參考2019年常州市工業(yè)用水量約12.16 m3/萬(wàn)元，其重復(fù)利用率平均為80%。因此常州市可通過(guò)更新低水耗節(jié)水設(shè)施，快速有效地提高二次水利用率等指標(biāo)。

1.2 社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

(1)人口發(fā)展指標(biāo)

常州市2019年常住人口約470萬(wàn)，2020年常住人口增加約30萬(wàn)，2035年常州市常住人口將達(dá)到650萬(wàn)，其中常武地區(qū)、金壇區(qū)、溧陽(yáng)市常住人口分別將達(dá)到479萬(wàn)、78萬(wàn)、93萬(wàn)，2050年常州市常住人口將達(dá)到892萬(wàn)，其中常武地區(qū)、金壇區(qū)、溧陽(yáng)市常住人口分別將達(dá)到657萬(wàn)、107萬(wàn)、128萬(wàn)。2020年至2035年是人口農(nóng)村轉(zhuǎn)城鎮(zhèn)的關(guān)鍵時(shí)段，城鎮(zhèn)人口占比可達(dá)到93%，之后將趨于穩(wěn)定(圖1)?；谏鲜鋈丝跀?shù)量分析，可進(jìn)一步進(jìn)行需水預(yù)測(cè)分析。

圖1 常州市人口規(guī)模圖

(2)經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)

常州市產(chǎn)業(yè)調(diào)整方向?yàn)椋焊咝录夹g(shù)類成為主要發(fā)展產(chǎn)業(yè)，重視專業(yè)化人才引進(jìn)，提高戰(zhàn)略合作，構(gòu)建新型現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系。實(shí)現(xiàn)新技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，實(shí)現(xiàn)龍頭企業(yè)和中小企業(yè)有機(jī)整合，制造型企業(yè)和服務(wù)型企業(yè)專業(yè)分工，價(jià)值鏈向中高端攀升。2019年，常州市區(qū)域生產(chǎn)總值約為7440億元，其中新興服務(wù)業(yè)約占50%，專業(yè)類工業(yè)約占48%。

(3)土地空間優(yōu)化

在遵循可持續(xù)發(fā)展原則基礎(chǔ)上，土地空間建設(shè)仍有一定優(yōu)化空間[15]。明確生態(tài)保留范圍，細(xì)化區(qū)塊功能，統(tǒng)籌海陸空開(kāi)發(fā)規(guī)劃，保證基本農(nóng)田等。2019年，常州市實(shí)現(xiàn)擴(kuò)建綠地約500萬(wàn)m2，市區(qū)綠化覆蓋率約為43%，同時(shí)保證約20%的生態(tài)范圍。未來(lái)城鎮(zhèn)化進(jìn)程進(jìn)一步擴(kuò)大，農(nóng)田灌溉面積會(huì)具有微量減少趨勢(shì)，但需要繼續(xù)保護(hù)基本耕地保有量。

2 基于分類指標(biāo)法的需水分析

2.1 生活需水預(yù)測(cè)

根據(jù)江蘇省中小城市的人口數(shù)量、各行業(yè)收入、當(dāng)?shù)赜盟闆r等，基于已制定現(xiàn)有城鎮(zhèn)用水標(biāo)準(zhǔn)、《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50013-2006)、《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》(SL310-2004)中相關(guān)用水定額，提出居民生活用水定額見(jiàn)表1。根據(jù)城鎮(zhèn)及農(nóng)村用水特點(diǎn)，以及常州市現(xiàn)狀與未來(lái)發(fā)展情況，提出按公式(1)進(jìn)行規(guī)劃年需水量分析(圖2)?？梢?jiàn)城鎮(zhèn)居民用水量逐年上升，30年上漲約為100%；農(nóng)村居民用水量逐年下降，30年下降約為90%。

(1)

式中：W生為城鎮(zhèn)或農(nóng)村居民生活用水量，m3；Q生為城鎮(zhèn)或農(nóng)村居民用水定額，L/(人·d)；N為城鎮(zhèn)或農(nóng)村居民人口總數(shù)，人；T為計(jì)量時(shí)間，d。

表1 常州市居民生活用水定額 單位：L/(人·d)

圖2 常州市居民生活需水量分析

2.2 農(nóng)業(yè)需水預(yù)測(cè)

農(nóng)業(yè)用水主要集中在灌溉和林牧漁畜業(yè)[16]，參考《江蘇省灌溉用水定額》(2015年版)，根據(jù)地域植被特色及灌溉習(xí)慣，其用水定額見(jiàn)表2，農(nóng)田灌溉及林牧漁業(yè)用水量預(yù)測(cè)采用公式(2)，牲畜用水量預(yù)測(cè)采用公式(3)?？紤]到基本農(nóng)田保護(hù)政策，農(nóng)田灌溉面積相對(duì)于植被比例分布較穩(wěn)定，故預(yù)測(cè)中植被比例假設(shè)與現(xiàn)狀比例相同，重點(diǎn)考慮灌溉節(jié)水工程對(duì)需水的影響，確定2020年、2035年、2050年農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)分別為0.68、0.71、0.72。漁業(yè)需水多為魚(yú)塘換水及補(bǔ)水措施，可通過(guò)養(yǎng)殖面積體現(xiàn)其需水量變化，具體預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖3?？芍?0年后非灌溉農(nóng)業(yè)用水量由10.25億m3減少至7.17億m3，農(nóng)田澆灌需水量由7.65億m3減少至6.49億m3，非灌溉農(nóng)業(yè)需水量降低較多，而農(nóng)田澆灌需水量變化相對(duì)較穩(wěn)定。

W=Q×A

(2)

式中：W為主要灌溉作物及苗木、花卉、林地等用水量，m3；Q為主要灌溉作物及苗木、花卉、林地等用水定額，m3/hm2；A為主要灌溉作物及苗木、花卉、林地等灌溉面積，hm2。

(3)

式中：W牲畜為牲畜用水量，m3；qi為某種牲畜用水定額，L/(只或頭·d)；ni為某種牲畜數(shù)量，只或頭；t為計(jì)算時(shí)間，d。

表2 常州市不同作物凈灌溉定額 單位：m3/hm2

圖3 常州市農(nóng)業(yè)需水量分析

2.3 工業(yè)需水預(yù)測(cè)

工業(yè)用水通常與生產(chǎn)產(chǎn)品種類、生產(chǎn)線、機(jī)械技術(shù)等相關(guān)。考慮到金壇區(qū)、溧陽(yáng)市火電工業(yè)較少，在各規(guī)劃年中取值均為0。本次工業(yè)需水預(yù)測(cè)主要為一般工業(yè)和電力工業(yè)用水量，具體按照式(4)計(jì)算，工業(yè)需水量預(yù)測(cè)值變化規(guī)律詳見(jiàn)圖4。

W工=Q工×M

(4)

式中：W工為一般工業(yè)用水量，m3；Q工為一般工業(yè)用水定額，m3/萬(wàn)元；M為一般工業(yè)增加值，萬(wàn)元。

圖4 常州市工業(yè)需水量分析圖

2.4 第三產(chǎn)業(yè)和生態(tài)需水預(yù)測(cè)

這里第三產(chǎn)業(yè)主要指服務(wù)業(yè)及其產(chǎn)品，需水預(yù)測(cè)同樣適用于式(1)?？傻玫?020年、2035年、2050年常州市第三產(chǎn)業(yè)需水量分別為1.52億m3、2.34億m3、2.67億m3。其逐年增加的變化規(guī)律，與城市發(fā)展規(guī)劃中服務(wù)業(yè)占比的逐年增加一致。生態(tài)用水主要是植被及市容養(yǎng)護(hù)所需用水，可通過(guò)澆灑城市道路廣場(chǎng)、綠化等用量體現(xiàn)。參考《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50013-2006)，城鎮(zhèn)綠化用水定額為1.0～3.0L/m2·d，綜合考慮常州市降雨日數(shù)、園林綠化頻次、季節(jié)等因素，擬定園林綠化用水定額：第一季度、第四季度為1.0L/m2·d，第二季度、第三季度為2.0L/m2·d。預(yù)測(cè)可得2020年、2035年、2050年，常州市城鎮(zhèn)生態(tài)需水量為0.71億m3、0.76億m3、0.79億m3。

2.5 分類指標(biāo)法需水預(yù)測(cè)小結(jié)

常州市河道內(nèi)生態(tài)需水由天然流量來(lái)補(bǔ)足，不參與供需平衡分析，故需水預(yù)測(cè)僅對(duì)河道外經(jīng)濟(jì)社會(huì)用水進(jìn)行匯總。可得預(yù)測(cè)到2020年、2035年、2050年，常州市多年平均需水總量為27.35億m3、28.44億m3、28.86億m3。因此，需水量是隨著人口和經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)而變化的，相關(guān)用水控制指標(biāo)也應(yīng)隨之動(dòng)態(tài)調(diào)整。

3 基于分項(xiàng)用地指標(biāo)法的需水分析

常州市2020年城市建設(shè)規(guī)劃用地約690 km2。其中產(chǎn)業(yè)用地約220 km2，居住用地約240 km2，服務(wù)、科創(chuàng)、綠地、物流等用地占比也有增加。綜合判斷常州市經(jīng)濟(jì)、規(guī)模、地理位置、發(fā)揮作用等因素，可確定常州市屬于一區(qū)中、小城市。其中常州市常武地區(qū)屬于大城市，金壇、溧陽(yáng)屬于中小城市，本次需水預(yù)測(cè)采用需水指標(biāo)最大值，并選取日變化系數(shù)分別為1.4，常州市用地指標(biāo)計(jì)算得出規(guī)劃用地需水總量如表3所示。考慮常州全市農(nóng)村生活及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地規(guī)劃相對(duì)穩(wěn)定，其需水量單獨(dú)采用分類指標(biāo)法計(jì)算為8.28億m3。綜上所述，統(tǒng)計(jì)得到2020年該市多年平均需水總量為28.51億m3。與采用分類指標(biāo)法所得27.35億m3較為接近，相對(duì)誤差率僅為4.1%。

表3 常州市規(guī)劃城市建設(shè)用地需水統(tǒng)計(jì)(2020年)

(續(xù)表3)

4 需水結(jié)構(gòu)合理性分析

分別統(tǒng)計(jì)各規(guī)劃年用水量占比可知(圖5)，常州市工業(yè)用水量占比高達(dá)40%以上，其次是城鎮(zhèn)生活用水與農(nóng)田灌溉用水，與重工業(yè)城市特點(diǎn)相一致。并隨著城鎮(zhèn)建設(shè)發(fā)展，相應(yīng)城鎮(zhèn)生活用水逐年增加，農(nóng)村生活用水逐年減少。這與國(guó)家提出“農(nóng)負(fù)、工增、生活適度”的用水調(diào)整方向基本一致，可見(jiàn)，常州市規(guī)劃年用水量及其需水結(jié)構(gòu)是較為合理的。

圖5 常州市各規(guī)劃年需水量結(jié)構(gòu)

5 結(jié) 語(yǔ)

(1)采用工業(yè)、城鎮(zhèn)生活、農(nóng)村生活、林牧漁畜、農(nóng)田灌溉等分類對(duì)中小城市用水量進(jìn)行分析是較為合理的。

(2)國(guó)家提出的“農(nóng)負(fù)、工增、生活適度”的用水調(diào)整方案，是適用于類似常州市及以重工業(yè)為主導(dǎo)的工業(yè)型城鎮(zhèn)的。隨著農(nóng)村人口的減少，用水由農(nóng)業(yè)向工業(yè)或其他產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型是合理可行的。與本次需水預(yù)測(cè)結(jié)果變化規(guī)律相一致。

(3)需水量預(yù)測(cè)與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、人口增長(zhǎng)速度、科技創(chuàng)新能力等相互影響，應(yīng)隨時(shí)根據(jù)城市發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)分析，使預(yù)測(cè)結(jié)果不斷完善。