水资源供需平衡（精选10篇）
水资源供需平衡 篇1
1 问题重述
造成水缺乏的因素除了物质性和经济性的缺乏外, 气候的变化、人口的增长、个人消耗率、工业消耗率以及日益严重的污染等都是造成水资源短缺的原因。本文将从影响水供需平衡的因素判断水资源供需平衡能力。
2 问题分析
构建WRSDB评价体系[1], 把上述10个因子作为WRSDB体系的指标, 再根据指标属性将WRSDB体系分为4个领域, 接着采用层次分析法[2]计算各领域的权重, 最终带入评价值公式得出评价值随时间变化图像, 根据图像确定水资源供需平衡能力。
3 模型的假设
(一) 假设气象条件对供水量的影响如降水量最终全部进入地表水资源;
(二) 假设地下水资源总量不会因为渗透而减少, 且在运输的过程中不损失;
(三) 假设不考虑自然灾害对水资源分布的影响;
4 符号说明
A1:水资源总量;A2:地表水资源总量;A3:地下水资源总量;A4:人口总数;Bi:领域;Ci:指标变量;Si:标准化指标变量;R:相关系数矩阵;Wi:各领域权重;wi:各指标权重;N:行为因子;:评价值。
5 模型的建立与求解
模型建立:首先应找寻影响水供需平衡的因素, 由于造成水短缺的因素很多, 所以建立多种因素的作用下能够判断水供需是否平衡的WRSDB评价体系。
步骤1:将上述所选指标分:a.当地水资源状况;b.供水能力:c.人口增长;d.用水总量, 删除上述无法量化和获取数据的指标, 构建出WRSDB评价指标体系。
步骤2:由于各指标及评价目标间关系不同, 指标值必须标准化.把有利于WRSDB的指标作为数值越大越优型指标, 用主成分分析法[3]对数据建立模型步骤:
模型求解:若WRSDB指数上升说明该指标体系具有科学性.若WRSDB指数与加权之前的水资源丰度指数的相关度极低且同一年份不同评价单元之间水资源丰度指数差别不大, 那么WRSDBD程度主要取决于供水能力、用水效率、需水增长趋势。经考虑将缺水程度划分如下:
评价值:0.998~0.799缺水程度低;评价值:0.799~0.599缺水程度较低;评价值:0.599~0.399中等缺水;评价值:0.399~0.199缺水程度较高;评价值:0.199~0.001缺水程度较高。
6 模型评价
优点:运用层次分析法对系统中的各种指标综合分析, 从而对WRSDB评价系统的建立更为精确。
缺点:由于数据的采集不够全面, 模型的计算结果和模型的分析与实际情况存在偏差。
摘要：水是人们生活中不可缺少的物质资源之一, 为了判断某地区水资源供需状况是否平衡, 本文将利用层次分析法和主成分分析法来对影响水资源缺乏的因素进行处理, 最后建立判断水资源供需是否平衡的WRSDB评价体系.
关键词：WRSDB评价体系,层次分析法,主成分分析法,MATLAB
参考文献
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供需形势有望平衡偏紧 篇2
面积、产量双双下滑。预计2016年玉米种植面积、产量分别为3695万公顷和21517万吨，同比分别下降3.1%和4.2%；“十三五”期间玉米种植面积和产量将大幅度缩减，到2020年面积降为3441万公顷，产量降到20567万吨，年均减幅分别为1.8%和1.1%；展望期后5年，受消费拉动，玉米生产有所恢复，预计2025年面积、产量分别为3455万公顷和21229万吨，年均增速分别为0.09%和0.64%。展望期内，面积、产量总体下降，年均减幅分别为0.07%和0.15%。
消费稳中略增。2016年玉米消费量达到19751万吨，到2020年增加到22192万吨，2025年将进一步增加到22699万吨，年均增速为1.6%。其中，受人口增长和收入增加的双重影响，饲用消费增幅较大，年均增速达到2.7%；食用消费稳定增加，保持0.3%的增速；工业消费先增后降，种子用量和损耗呈下降趋势，年均分别减少0.1%、0.7%、2.8%。
价格前后分化。“十三五”期间，玉米价格将呈明显下跌态势。预计2016年玉米价格明显回落，2020年前后达到企稳回升的拐点，到2025年与国际价格的关联将更加紧密。
秦安县水资源供需平衡分析 篇3
一、水资源总量与可供水资源总量概况
㈠水资源总量及可利用资源量经分析秦安县年均当地水资源总量、可利用资源量、当地地表水、地下水资源分别为11700万立方米、19464万立方米、7600万立方米、4100万立方米;水资源总量由当地水资源量与入境客水组成, 年均为38700万立方米, 其中当地11700万立方米, 入境水27000万立方米。山丘区为梁峁沟壑区, 面积1537.26平方公里, 以地表水资源为主, 年均总量7307.7万立方米, 而地下水为黄土孔隙裂隙水, 呈线条状分布, 量小而分散, 年均总量为1045.9万立方米。河谷盆地区位于葫芦河干流及其主要支流的中下游, 面积63.64平方公里, 是全县政治、经济发展的中心地带, 以储存于第四系冲洪积砂砾卵石层中的地下潜水为主, 年均总量3874.1万立方米, 扣除两区重复计算量820万立方米后为3054.1万立方米。另外根据山丘区和河谷区水资源开发利用条件分析, 山丘区以雨水资源 (水窖利用) 和地表水资源为主构成可利用资源量为5610万立方米, 而河谷区以地下水、入境客水为主构成可利用资源13854.1万立方米。具体如表1所示。
㈡可供水资源总量预测根据秦安县“十一五”水利发展改革规划及水利工程建设相关规划, 对全县各分区不同规划水平年不同保证率的可供水量进行分析预测的结果如表2所示。
二、水资源利用现状及需求预测
㈠水资源利用现状经调查全县及各分区水资源利用现状如表3所示。
注:其它指林、牧、渔等需水量。
㈡水资源需求预测根据秦安县经济社会“十一五”规划及相关专项规划, 对不同规划水平年农业、工业和生活发展的预测, 分别分析计算各行业在不同规划水平年的需水量, 结果如表4所示。
三、水资源供需平衡分析与评价
㈠水资源供需平衡分析根据不同规划水平年可供水量和需水量预测结果进行全县水资源平衡分析计算的结果如表5所示。
㈡水资源供需评价由水资源供需平衡分析结果 (表5) 可以得出:在不同规划水平年, 保证率50%时水资源不但可以满足各行业需水要求而且有剩余, 保证率75%时基本平衡并略有剩余, 保证率95%时缺水较为严重;水资源开发潜力有限, 开发难度越来越大, 大部分地区已无进一步开发的潜力, 部分地区已超过其合理开发利用的极限, 必须依靠节水才能满足经济社会发展的需要;各行业的用水需求随着经济社会的发展而不断提高, 这与有限的水资源之间的矛盾会日益突出, 因此加快节水型社会建设, 积极推广各类节水措施, 以节余补不足是未来水利工程发展的必由之路。
摘要：通过调查分析秦安县水资源总量、可利用资源量和各行业用水需求量的预测, 经供需平衡分析得出秦安县水资源量极为匮乏, 必须加快节水型社会建设、依靠节水才能满足经济社会发展的需要, 积极推广各类节水措施、以节余补不足则是未来水利工程发展的必由之路。
水资源供需平衡 篇4
[摘要] 以长沙市为例，运用2010-2015年的数据，一方面从需求角度基于ELES模型测算了城乡居保的养老金适度下限水平，并作出未来15年的动态预测；另一方面从供给角度基于精算模型模拟出养老金供给水平。将二者比较，发现：2010-2030年长沙市城乡居保制度在理论上不能达到“保基本”的制度目标。改革模拟结果表明：在引入个人缴费增长率和缴费补贴增长率参数，逐步调高基金收益率和基础养老金调整系数的假定下，到2030年可实现不同层次的“保基本”目标。因此，可建立与收入水平挂钩的费率机制、提高基金收益率、建立合理的基础养老金调整机制、完善缴费补贴机制来提高城乡居保的保障水平。
[关键词] 城乡居保；养老金适度水平；养老金供给水平；ELES模型
[中图分类号] F842.0[文献标识码] A[文章编号] 1008—1763（2016）04—0119—07
Abstract：This paper taking Changsha for example and using data from 2010 to 2013， on one hand measures the moderate pension lower limit of urban and rural residents endowment Insurance system （URREIS） based on ELES model from demand perspective and forecast it for the next 15 years， on the other hand measures pension supply level on actuarial mode from supply perspective. By comparing the two pension benefits， we find that the pension level that URREISprovides theoretically cant guarantee the elders basic living from 2013 to 2030. Reform simulation result shows that under the condition of introducing payment growth rate and payment subsidy growth rate parameter， and increasing fund returns and basis pension adjustment coefficient progressively， the URREIS can achieve the goal of guaranteeing the elders basic living at different levels in 2030. This paper suggests establishing payment rate mechanism linked income level， increasing fund returns， building a reasonable basis pension adjustment mechanism and improving the payment subsidy mechanism to improve security level of URREIS.
Key words：urban and rural residents endowment insurance system； moderate level of pension； supply level of pension； ELES model
一引言
2014年2月21日，国务院颁布了《关于建立统一的城乡居民基本养老保险制度的意见》，将“新农保”和“城居保”正式合并，并统称为城乡居民基本养老保险制度（简称“城乡居保”）。而早在2010年7月1日，长沙市就开始全面实行统一的城乡居保制度，且制度框架与国家城乡居保制度基本一致。自2010年制度实施以来，长沙先后两次调整了缴费档次，由2010年的100-500元调整至2013年的100-1500元15个档次（每100元增加一个档次），之后又增加至100-3000元30个档次。基础养老金标准也从最早的每人每月60元增加到现在的每人每月130元。长沙市城乡居保实行缴费和基础养老金双向补贴，具体补贴方案见表1。从长沙市社保局获取并整理出2010-2015年长沙市城乡居保实施情况的相关指标值，形成表2。从表2可看出：尽管基础养老金水平6年翻了一番，但城乡居保人均养老金水平
人均养老金水平是由养老基金总支出除以领取待遇人数得到。由于2010年部分老年人从7月才开始领取养老金，所以先根据老年人实际的领取月数与养老金总支出计算出月均养老金水平，再乘以12可将其折算成视同的年平均养老金。仍然非常低。2010年，长沙城乡居保人均月养老金为60.06元，2015年，人均月养老金为125.48元，与日益增长的消费开支比较，长沙市城乡居保的实际养老金水平无法满足老年人的基本生活需求。那么，多高的待遇水平才能够达到保基本的目标，在现有制度基础上该如何提高城乡居保的保障水平以达到“保基本”的目标？本文从养老金需求和供给两个角度展开分析，对城乡居保制度的完善进行了精算模拟。
二文献综述
衡量养老保险保障水平最直接的指标就是养老金水平，从不同视角来看，可分为养老金需求水平和养老金供给水平。养老金需求水平，是指能满足老年人基本生活需求的养老金适度水平，而适度水平应该是个区间值[1]。养老金供给水平可分为养老金供给实际水平和养老金供给理论水平，前者是指老年人实际领取到的养老金待遇，后者而是指基于精算原理城乡居保制度所能提供的养老金水平。
目前学者关于养老保险适度水平的界定方法看法不一，主要分为两种。一是基于修正恩格尔系数的测算方法：边恕、穆怀中[2]以修正恩格尔系数模型测量了我国农村养老保险的适度下限。沈毅[3]从保证老年人最低生存需求的层次，将城乡居民养老保险的适度下限界定为城乡居民平均恩格尔系数与居民平均生活消费支出的乘积。二是基于扩展线性支出模型（简称“ELES”模型）的测算方法。张思峰等[4]、穆怀中[5]、邓大松[6]和薛惠元、仙蜜花[7]都运用了ELES模型从居民生活消费总支出中分离出基本消费需求，作为测算养老保险的适度水平。比较二者看出：基于恩格尔系数的养老金水平反映的是最低生存需求，而基于ELES模型测出的是基本生活需求。因此，笔者认为ELES模型方法更能体现出“保基本”的制度目标。关于养老金供给理论水平的研究，有学者以养老金替代率相对指标来衡量保障水平，并通过构建精算模型，来分析影响养老金供给水平的因素[8]。也有学者将精算模拟出的养老金供给水平与养老金适度水平进行比较，得出现行新农保或城乡居保制度不能实现“保基本”的结论[9]。可以看出，现有研究基本认同城乡居保现行制度下的保障水平偏低，而对于如何改革提高保障水平，特别是改革方案的量化研究涉及较少。
本文以长沙市城乡居保为例，从供需平衡的视角，按照“养老金供给理论水平是否达到养老金适度下限”这一思路，来探讨长沙市保障水平偏低是否存在制度原因，然后以实现“保基本”为目标，进行改革方案模拟，为提高城乡居保保障水平提供制度完善建议。
三需求角度的城乡居保养
老金适度下限水平
（一）模型构建
根据城乡居保“保基本”的制度目标，城乡居保制度提供的养老金水平应该满足老年人的基本生活需求。本文借鉴穆怀中[5]的研究成果，利用ELES模型从总消费支出中分离出基本生活需求，以达到测算适度下限的目的。ELES模型是Liuch于1973年提出的一种需求函数模型。该模型将人们对商品的需求分为基本需求和非基本需求两部分，认为基本需求与收入无关，人们在满足基本需求后，会在剩下的收入中根据各类商品的边际消费倾向来分配非基本需求的支出。ELES模型的表达式为：
（二）数据选取与下限水平测算
本文采用《长沙统计年鉴》中的按照收入五等分的城镇居民可支配收入与其对应的八大商品（食品、衣着、生活用品及服务、医疗保健交通与通讯、教育文化娱乐、居住、其他服务）消费支出数据为截面样本数据，根据ELES模型，测算出八大商品的总基本需求，即可作为城镇居民养老保险的下限水平。由于统计年鉴没有对农村居民的消费支出按照收入层次分别统计，其下限水平用城镇居民总基本需求剔除“教育文化娱乐”和“其他服务”这两项的基本需求来参考得到。考虑的原因有两点：一是通常农村居民的消费层次比城镇居民的要低些，而“教育文化娱乐”和“其他服务”对于农村老年人不是必需品，可以不考虑。二是随着城乡一体化的推进，长沙市农村居民对其他六项商品的基本需求将逐步接近城镇居民。下面采用2011-2014年《长沙统计年鉴》的相关数据，利用Stata软件，运用OLS法，估计参数i和i，回归结果表明
对参数初始估计的过程和具体数值省略。：各方程总体回归显著，参数bi全部显著，个别方程的常数ai不显著，需进行修正。修正方法：首先利用WLS法对于存在异方差的方程进行异方差处理；然后对于ai仍未通过检验的方程，令ai=0，假设前m种商品对应的ai不显著，重新估计方程，则前m种商品各自的基本需求变为：piqi=bi·∑ni=m+1ai/（1-∑ni=1bi）（式6），总基本需求可表示为：∑ni=1piqi=1-∑ni=1bi/（∑nj=m+1aj）（式7），经过修正后的模型估计结果见表3。
表3结果表明：经修正后的模型参数显著性水平高，t值通过检验。根据估计出的i和i，可求出每一项商品的基本需求，进而得到城乡居保养老金适度下限，同时整理出实际人均养老金水平，见表4。比较表4 中的结果，可知：2010-2013年长沙市城乡居保的养老金实际水平在逐年递增，但仍远低于农村或城镇养老保险的适度下限值，这说明长沙市城乡居保保障水平严重偏低。
四供给角度的城乡居保养老金水平
（一）养老金供给的精算模型
根据城乡居保的制度政策，养老金由个人账户养老金与基础账户养老金两部分组成。个人账户养老金是由参保人的个人缴费、集体缴费以及政府缴费补贴这三方筹资共同积累形成。基础养老金是由中央政府与各级地方政府共同补贴得到。根据国发[2009]32号文件的相关规定，做出以下精算假设：
（1）参保人的缴费档次在其缴费期间内保持不变，且缴费不中断，直到领取养老金的年龄。
（2）由于“中人”补缴部分不享受政府补贴，补缴积极性低，所以假定不考虑45岁以上的参保人一次性补缴至15年的情况。
（3）由于长沙市当前集体补助很有限，所以不考虑集体补助的情况。
（4）参保人到达领取养老金年龄后，每年年初领取养老金。
（5）基础养老金按照调整系数每年递增。
根据个人账户精算平衡原理，在开始领取养老金时个人账户缴费的精算积累值等于个人账户养老金领取总额的精算现值，从而得到个人账户养老金P1的精算表达式为：
P1=∑b-1i=a（Cp+Ct）·（1+r）b-i/∑m-1j=0vj
基础账户养老金P2的精算表达式为：
P2=P0·（1+f）b-a
故养老金总账户精算模型为：
P=∑b-1i=a（Cp+Ct）·（1+r）b-i/∑m-1j=0vj+
P0·（1+f）b-a
其中，Cp为缴费水平；Ct为政府缴费补贴；a为参保年龄；b为开始领取养老金的年龄；r为基金收益率；v为收益率贴现因子；m为养老金领取年限；P0为参保人参保首年的基础养老金；f为基础养老金调整系数。
（二）养老金供给理论水平测算
根据长沙市城乡居保制度政策，本研究对模型参数做出如下假设：
（1）政府缴费补贴Ct。假定缴费补贴按照长沙市现行制度保持不变，即补贴标准为每人每年30元，每提高一个缴费档次，缴费补贴增加5元，500元及以上的缴费档次按照500元缴费来补贴。
（2）基础养老金P0。2010-2015年基础养老金按照长沙市实际给付标准具体标准见表1.计算， 2016年开始，假定按基础养老金调整系数每年递增。
（3）基础养老金调整系数f。城乡居保制度规定，基础养老金可根据经济发展和物价情况做出适当的动态调整，但根据长沙市历年的实际调整情况，平均增长率达到了10%多，而随着我国进入经济发展新常态，按照长沙市现行制度设计，基础养老金调整速度会降低，本文假定现行制度下基础养老金调整系数为8%较为合理。
（4）养老金的领取年限m。根据国发[2009]32号文件规定，个人账户养老金的月计发标准为个人账户基金积累额除以139，即得出计发年限等于139/12，约11.58年。
（5）参保年龄a与领取时间b。参保年龄范围为16-59岁，60岁时开始领取养老金，假设参保人均从2010年开始参保，则养老金领取时间t为2011年至2054年。
（6）缴费水平Cp。目前长沙市城乡居保的缴费水平分为从100-3000元共30个档次。假定选取100元、1000元、2000元、3000元共4个高低不同有代表性的缴费档次。
（7）基金收益率r。目前我国的城乡居保个人账户基金收益率均是参照银行同期的一年定期存款利率。近年来，我国一年定期存款利率保持在3%左右，且基于养老金即将入市的考虑，本研究选取基金收益率为3%与4%这两种情况。
将假定的相关参数值代入公式5中，利用excel软件可分别测算出在不同缴费水平、参保年龄与基金收益率下的养老金水平，考虑到篇幅，本文只列出2030年以前领取养老金的情况，见表6，为了更直观地看出这三个参数对养老金供给水平的影响，将表6的结果描述在曲线图中，见图1。
（三）养老金供给理论水平与适度水平的比较
根据表6和表7的结果比较可知：2010-2013年长沙市城乡居保的养老金理论供给水平低于适度下限，以2013年为例，基金收益率为4%，缴费档次为3000元的条件下，参保人到60岁时领取到养老金才2681元，比2013年的农村养老金下限值还要低出4150元，这说明目前长沙市城乡居保在理论上还不能实现“保基本”。为了进一步探讨2014-2030年长沙市城乡居保能否达到“保基本”，现需对适度下限做出动态预测。以农村养老保险为例， 2010-2013年适度下限值的平均增长率达到了10.4%，显然这不太符合未来的长期增长趋势。随着我国进入经济发展新常态，养老金适度水平的增速也将放缓。参考张思峰张思峰、张园、何江平将2012-2028年农村居民基本生活需求占人均纯收入的比例假定保持不变，即假定基本生活需求增长率与人均纯收入增长率相等。、穆怀中穆怀中动态预测了2011-2020年我国农村养老保险适度下限，得出增长率为4.5%。等研究结论，结合经济发展趋势，本文假定2014-2030年长沙市城乡居保的适度下限增长率为5%，预测结果见表8。
比较表8与表6的结果，可知：在基础养老金调整系数为5%，基金收益率分别为3%与4%的假设下，2014-2030年长沙市城乡居保的养老金理论供给水平均低于农村和城镇养老保险适度下限值，这说明到2030年长沙市城乡居保制度仍无法实现“保基本”的目标。
五实现长沙市城乡居保“保基本”
目标的改革情景模拟
（一）模拟思路
本文以到2030年时，能为不同缴费档次参保人实现“保基本”作为不同层次的改革目标，对长沙市城乡居保制度进行模拟改革，并以缴费档次3000元、2500元及以上、2000元及以上参保人的“保基本”依次作为改革的较低目标、中级目标和较高目标。根据前文的精算分析，可从缴费档次、基金收益率、政府缴费补贴和基础养老金这四个方面入手，通过引入或调整对应的精算参数来提高养老金供给水平，以达到“保基本”的目的。考虑到改革方案的效果与可行性，本文先引入缴费增长率这一关键参数，调高基金收益率参数，在此基础上再引入缴费补贴率参数，调高基础养老金调整系数等各参数，以期为逐步提高保障水平提供科学的建议。
（二）参数调整与结果预测
根据上述改革目的和思路，本研究提出可逐步推进的三种改革方案。
方案1（较低目标的改革方案）：引入缴费增长率参数g，建立个人缴费与城乡居民收入联动的缴费机制，同时提高基金收益率r。假定个人缴费在初始年缴费的基础上每年增加g，参考经济增长率来设置参数g。
方案2（中等目标的改革方案）：在方案1的基础上，引入缴费补贴率参数k，建立缴费补贴与个人缴费联动的政府补贴机制，同时提高基础养老金调整系数f。本文假定缴费补贴按照与个人缴费水平成一定比例实行“多缴多补”的政策。
方案3（较高目标的改革方案）：在方案2的基础上，提高参数r、g、f和k。
按照由低到高的改革目标，具体改革方案依次为：（1）r=5%，g=5%，f=8%；（2）r=5%，g=5%，f=10%， k=5%；（3）r=5.5 %，f=12%，g=5.5%，k=5.5%。
（三）结果预测
按照上文提出的三种改革方案，可预测出2014-2030年改革模拟下的养老金供给水平，为了方便分析，这里只选取2026-2030年与缴费档次分别为2000元、2500元、3000元情况下的模拟结果，见表9。
表9 结果表明：上述三种改革模拟方案都依次实现了本文所设定的三种不同层次的改革目标。以方案2为例，在r=5%，f=10%，g=5%，k=5%的假定下，初始缴费为2500元的参保人，到2030年时领取的养老金水平为18658元，刚好高于适度下限水平，这说明在方案2的条件下，到2030年时，长沙市城乡居保能实现为缴费为2500元及以上的参保人“保基本”的目标。
六结论与建议
通过前文对长沙市城乡居保供需平衡视角下养老金水平的比较分析，得出结论：2010年至2014年长沙市城乡居保实际保障水平严重偏低；在现行制度的合理假设下，目前直至2030年，长沙市城乡居保制度提供的养老金水平均不能达到“保基本”，这也说明了实际保障水平偏低不仅是参保人缴费水平低、缴费年限短等个人因素造成的，也有制度设计的原因。基于对影响养老金供给水平的精算因子分析，本研究通过逐步调整和引入相关精算参数，以达到在2030年能实现不同层次的“保基本”改革目标。改革方案的模拟结果表明：在方案1中，基础养老金系数为8%，引入个人缴费增长率为5%，提高基金收益率为5%的假定下，到2030年，初始缴费为3000元的参保人能够实现“保基本”。方案2在方案1的基础上，引入缴费补贴率为5%，提高基础养老金调整系数为10%时，到2030年，初始缴费为2500元及以上的参保人能够实现“保基本”。方案3在方案2的基础上，提高参数为：r=5.5 %，f=12%，g=5.5%，k=5.5%时，到2030年，初始缴费为2000元及以上的参保人能够实现“保基本”。
据此，本文建议从以下四个方面来提高长沙市城乡居保的保障水平，即：建立与收入水平联动的缴费机制、提高基金收益率、建立合理的基础养老金调整机制、完善与个人缴费联动的缴费补贴机制。其中，建立缴费水平调整机制是实现“保基本”的关键，提高基金收益率和基础养老金调整系数是重要措施，同时实行缴费补贴与个人缴费水平成一定比例的“多缴多补”政策可作为一种补充措施。以上四个方面所对应的参数值，可结合实际的政策改革目标，并参考本文改革模拟方案中的假设值来设定。如为了能在更低的缴费档次范围内或更短的时间里达到“保基本”，可以考虑在政府财政能力与个人缴费能力允许的范围内，进一步提高本文中四个参数的假设值。
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鸡东县水资源供需平衡分析 篇5
水资源供需平衡的计算方法是:利用实际灌溉面积积对对已已有有灌灌溉溉渠渠道道 ( (或或提提水水、、蓄水工程) 在各个镇县的灌溉面积进行修正, 因为图上所显示的面积大于实际面积 (所显示的面积中可能有公路、草地、林地所占用的面积, 而图上全部圈定) , 因此需要根据所测得的提水、蓄水、引水工程在各个乡镇的灌溉面积比例, 将各个大工程的供水总量分配到各个乡镇, 然后加上已知的地下水可开采资源量, 得到最终的供水量。对于计算后得到的灌溉面积以镇县和流域为分配得到表1和表2。
2水资源供需平衡分析
根据预测鸡东县水资源供需状况可知:近期水平年 (2010年) 规划需水量29597.1×104m3/a, 可供水量30748.1×104m3/a, 剩余水量1151.0×104m3/a。远期水平年 (2020年) 规划需水量30636.2×104m3/a, 剩余水量111.9×104m3/a。
由水资源供需平衡分析结果可知, 鸡东县部分乡镇存在着用水紧张问题, 主要是鸡东县城区, 由于城镇发展迅速, 鸡东县的取水工程不能满足城镇发展的需要, 鸡东镇又是菜田的重要基地, 也是用水量增大的原因。因此鸡东县城需要增加提水、供水工程来缓解供水不足。此外, 需要改善产业结构增加服务业、旅游业等低耗水产业来促进经济增长的同时, 减少用水量。兴农镇和哈达镇也需要相应增加供水工程, 兴农镇位于山区, 取水工程缺乏, 哈达镇供水工程也不足, 需要引起足够的重视。其它乡镇供水量相对可以满足需求, 但并非一劳永逸, 仍然需要对当地水资源进行保护性的利用。
从流域的角度来水, 锅盔河、哈达河、黄泥河和大石河流域比较缺水, 用水量比较大, 虽然穆棱河地区的水资源相对充足, 但是开发利用程度不够, 为了满足鸡东县的用水, 则需要兴建相应的水利工程。
3、鸡东县水政水资管理委员会办公室, 黑龙江鸡东154200)
鸡东县到近期规划水平年2010年, 地表水开采资源量不足, 需要修建水利工程以增加地表水供水量, 采用机电井抽取地下水灌溉部分水田, 减缓地表水灌溉压力。纵观未来20年, 鸡东县水资源缺乏程度会有所升高, 但幅度不大, 其主要原因是节水措施的改进, 使得用水定额降低;其主要在于农田灌溉技术的提高, 使得农业单位用水量降低, 进而影响到总需水量;但是部分乡镇缺水程度加大, 主要是因为供水条件满足不了经济发展的需求, 为了适应发展, 鸡东县急需上马一些项目, 改善当前情况。总之, 鸡东地区比较富水, 部分地区水资源量比较丰富, 但是在鸡东县城区内出现用水不足, 需增加取水工程改进状况。
摘要：结合实际, 通过列表分析了鸡东县水资源供需平衡。
水资源供需平衡 篇6
合肥是安徽省会城市,也是皖江城市带承接产业转移示范区的核心区域,近年来随着城镇化、工业化、农业现代化加快推进,城市空间格局不断扩展,区域用水需求增长较快。合肥市地处江淮丘陵区,地下水资源极为匮乏,其当地水资源主要为降水产生的地表径流,多年平均水资源总量为39.01亿m3,人均水资源量523m3,仅为人均1 000 m3的国际水资源紧缺标准的约1/2,属资源型缺水城市。经分析,现状2010水平年(基准年)合肥市域一般年份(50%保证率)可基本达到水资源供需平衡;遇中等干旱年份(75%保证率)出现供需缺口,缺水量为5.77亿m3;特殊干旱年份(95%保证率),缺水量激增至15.48亿m3,供需矛盾尖锐[1]。由于需承载快速增长的区域用水,现状合肥市域当地地表水资源利用率已达60%,河道生态用水逐步被挤占,市域河流、湖泊水生态环境状况堪忧。
根据区域中长期发展战略,至2030年,合肥市将成为安徽省经济增长的核心,市域人口达到1 300~1 500万人,以占全省约8%的国土面积,承载全省约20%的人口和30%的经济总量,担负引领全省发展的重要任务。区域发展要求和相对薄弱的水资源条件,成为合肥市可持续发展过程中的主要矛盾。
2 基于三次平衡理论的水资源供需平衡分析方法
为充分揭示2030水平年合肥市水资源供需态势,采用基于三次平衡理论的供需平衡分析方法,重点研究区域节流与开源的关系,当地水资源与境外调水的合理利用关系,常规水源与非常规水源的利用关系,识别各类水资源配置工程和措施对区域缺水的缓解作用与程度[2,3,4]。
(1)以现状供水能力为基础的一次供需平衡。一次供需平衡分析是基于现状用水水平和供水能力,不考虑新增节水措施的前提下,对未来区域水资源的供需特征进行分析,其目的是充分暴露在外延式发展模式下,区域水资源供需中可能发生的最大缺口,为合理配置节水、防污、挖潜及新增供水措施提供基础。一次平衡分析的可供水量中,包括利用现有工程调入的境外水量。
(2)以当地水资源承载能力为基础的二次供需平衡。二次供需平衡分析是在一次供需平衡的基础上,从需求端通过技术经济可行的各项强化节水措施,抑制不合理的用水增长;从供给端通过现有供水工程的进一步挖潜改造和优化布局,提高非常规水资源特别是再生水利用程度,使一次供需平衡中出现的缺口有所下降,区域水资源供需矛盾得到缓解,同时可适当退减部分挤占的河道生态用水。
(3)以境外调水补充当地水为基础的三次供需平衡。在水资源二次供需平衡分析的基础上,对仍然存在的供需缺口,近一步考虑加大对境外水(包括跨区域和跨流域调水)的利用,对当地水和境外水进行统一配置。在三次供需平衡中,境外调水量的确定充分考虑调出区经济发展和生态环境用水基本需求,与相关调水工程规划布局相衔接。
3 分析实例
3.1 一次供需平衡分析
(1)外延式发展模式需水量[5]分析。①生活需水量。生活需水量采用人均日用水量方法进行预测。外延式发展模式下,生活用水定额根据合肥市经济社会发展水平、居民生活水平,在不考虑进一步采取节水措施的情况下,分别拟定各水平年城镇综合生活和农村居民生活用水定额,结合人口预测成果,进行生活需水量预测。预测2030年合肥市生活需水量为13.10亿m3,其中城镇生活12.26亿m3,农村生活0.84亿m3。②工业需水量。一般工业需水量采用万元增加值用水量法进行预测,火电工业采用单位装机容量(万kW)用水量法进行预测。外延式发展模式下,一般工业用水定额根据未来10~20a合肥市工业产业发展规划布局、工业结构调整,在基准年基础上不考虑进一步采取节水措施综合确定规划水平年工业定额。预测2030年,合肥市工业需水量为23.50亿m3,其中一般工业22.07亿m3,火电1.43亿m3。③农业需水量。农田灌溉需水量根据农田灌溉发展面积和市域各灌区长系列调节计算不同年型的综合灌溉定额确定。林牧渔畜需水包括林果地灌溉、牲畜需水和鱼塘补水。分别依据林果地灌溉面积、牲畜头数和鱼塘补水面积和相应需水定额确定。林果地灌溉采用多年平均定额,鱼塘亩均补水定额根据鱼塘渗漏量及水面蒸发量与降水量的差值加以确定。预测2030年,合肥市多年平均、平水年、中等干旱年份和特殊干旱年份农业需水量分别为21.54、19.37、26.58和37.72亿m3,其中多年平均、平水年、中等干旱年份和特殊干旱年份农田灌溉需水量分别为20.69、18.52、25.73和36.87亿m3,多年平均林牧渔畜需水量0.85亿m3。④河道外生态需水量。规划水平年河道外生态需水量中,城镇绿化等以植被需水为主体的生态环境需水量,采用定额预测方法;湖泊、湿地、城镇河湖补水等,以规划水面面积的水面蒸发量与降水量之差为其生态环境需水量。预测2020年,合肥市河道外生态需水量为1.66亿m3,2030年河道外生态需水量为2.02亿m3。⑤需水总量。外延式需水模式下,预测至2030年,合肥市多年平均、一般年份、中等干旱年份和特殊干旱年份总需水量分别为60.15、57.98、65.19和76.33亿m3。
(2)一次供需平衡可供水量分析。根据一次供需平衡分析原则,在不考虑对现有工程挖潜和新建供水工程的条件下,至2030年市域多年平均、一般年份、中等干旱年份和特殊干旱年份可供水量分别为36.22、38.75、38.73和37.58亿m3。规划水平年一次供需平衡可供水量分析成果见表1。需要说明的是,在一次供需平衡情景下,可供水量计算未考虑对挤占的河道内生态用水的退还。
(3)一次供需平衡分析结论。在外延式发展模式下,即使不考虑河道内生态用水需求,以现状供水能力去应对持续增长的用水需求,合肥市2020、2030水平年多年平均缺水量分别为13.61和23.93亿m3。中等干旱年份,缺水量分别增加到16.07和26.46亿m3。在特殊干旱年份,用水缺口进一步增加,至2020年缺水量达到28.12亿m3,2030年达到38.75亿m3。一次供需平衡分析成果见表1。
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3.2 二次供需平衡分析
(1)强化节水模式下的需水量分析。强化节水模式下的需水分析,即是在充分考虑未来一段时期合肥市居民生活水平提高、产业结构调整以及国民经济各部门节水技术推广与普及情况,按照经济合理、技术可行的原则,在现状用水水平基础上,通过强化节水,压减用水指标,分析支撑合肥市经济社会发展所必需的合理用水量。预测强化节水模式下,2030水平年合肥市一般年份、中等干旱年份和特殊干旱年份总需水量分别为42.82、40.24、45.18和57.77亿m3。在强化节水的发展模式下,合肥市2030水平年多年平均需水量可较外延式发展模式减少20%以上,干旱年份可减少约25%~30%。
(2)二次供需平衡可供水量。通过现有供水工程的进一步挖潜改造和优化布局,特别是对非常规水源的增加利用,在保障河道内生态用水的基础上,分析至2030年市域多年平均、一般年份、中等干旱年份和特殊干旱年份可供水量分别为31.64、30.77、34.34和36.55亿m3。非常规水源利用量由基准年的0.67亿m3提高至2.61亿m3,净增加1.94亿m3。在二次供需平衡中,考虑到改善区域河流及湖泊水生态环境的要求,多年平均退还河道内生态用水量4.58亿m3。
(3)二次供需平衡分析结论。通过强化节水措施的实施以及对当地水源特别是非常规水源利用的挖潜,2030水平年合肥市域多年平均缺水量降低至11.18亿m3,缺水率由一次供需平衡的39.8%降低至26.1%,缺水程度有所缓解,但中等干旱年份、特殊干旱年份供需仍有较大缺口,未根本解决区域的供需矛盾。二次供需平衡分析成果见表2。
通过二次供需平衡,分析得出在充分考虑节水治污和挖潜当地水源条件下,可承载人口956.96万人、工业增加值6 331.10亿元、农业灌溉面积33.65万hm2,相较区域经济社会发展目标,超载人口443.04万人、超载工业增加值1 511.90亿元、超载农业灌溉面积6.25万hm2,需由域外调水予以补充,以满足经济社会可持续发展和维护良性生态环境需求。
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3.3 三次供需平衡分析
(1)境外调水工程总体布局。二次供需平衡分析成果显示,仅依靠节水和当地水源挖潜,无法根本解决干旱年份合肥市缺水问题,必须依靠境外调水工程补源。根据安徽省水资源配置工程规划布局[6]及淠史杭灌区水量分配方案[7],合肥市域可利用的境外调水工程包括引江济淮工程、驷马山引江工程等,依托这两项引江工程,可自长江引水入合肥市。此外,规划利用位于相邻六安市淠史杭灌区的龙河口水库向合肥市跨区域调水。
(2)新增调水工程增供水量。①引江工程。2030年依托引江济淮、驷马山引江等工程建设,合肥市多年平均增加供水量6.53亿m3,一般年份、中等干旱年份和特殊干旱年份分别增加供水量5.20、6.73和11.57亿m3。为实现优水优用,保障未来城市用水需求,依托引江工程建设,利用巢湖水源及长江水源置换淠史杭灌区农业用水,释放优质水源供给城市,将农业用水转化为城市用水,2030年可增加供水量2.85亿m3。②龙河口水库供水工程。2030年龙河口水库多年平均调入合肥市的水量为1.2亿m3,一般年份、中等干旱年份和特殊干旱年份调入合肥市的水量分别为1.4、0.8和0.6亿m3。
(3)三次供需平衡可供水量。在二次供需平衡分析的基础上,通过新建境外调水工程,至2030年市域多年平均、一般年份、中等干旱年份和特殊干旱年份可供水量分别为42.21、40.21、44.70和51.56亿m3。
(4)三次供需平衡分析结论。在二次供需平衡的基础上,通过调水工程建设,至2030年多年平均将新增供水量10.57亿m3,50%、75%和95%保证率新增供水量9.44、10.37和15.01亿m3。预测至2030年,平水年份和中等干旱年份,合肥市可基本实现供需平衡。特殊干旱年份,缺水量也由二次供需平衡情景下的21.22亿m3降低至6.20亿m3,缺水率由36.7%下降至10.7%。合肥市不同水平年供需平衡成果分别见表3。
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4 结语
研究表明,三次平衡分析法可以较好地识别区域节水、非常规水源利用、境外调水工程等在缓解区域缺水情势中所起的作用与程度。对于水资源紧缺地区,在当地供水水源受限,开发利用达到一定程度时,节水和非常规水源利用将成为必然选择,在一次供需平衡的基础上,通过节水和计入非常规水源利用量,可分析立足当地水资源,通过压缩需求、治污和挖潜非常规水源供水,所能解决的供需缺口。而二次供需平衡分析得出的缺水量,则反映了当地水资源承载力条件所不能解决的供需缺口,该缺口仅依靠区域内合理、可行的经济技术手段无法解决,必须寻求境外水源[8]。需要说明的是,三次供需平衡分析中,所参与分析的境外调水水源,需依赖更大尺度的流域或区域的水资源优化配置成果,综合考虑确定。
参考文献
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[3]王浩,王建华,秦大庸.流域水资源合理配置的研究进展与发展方向[J].水科学进展,2004,15(1):123-128.
[4]谢新民,甘泓,李洪尧,等.基于三次平衡配置的水资源承载能力分析[J].中国水利水电科学研究院学报,2006,4(3):191-195.
[5]谢新民,张庆海,尹明万,等.水资源评价及可持续利用规划理论与实践[M].郑州:黄河水利出版社,2003.
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[7]陈昌才,洪倩,王万,等.安徽省中西部重点区域及淠史杭灌区水量分配方案[R].合肥:安徽省水利水电勘测设计院,2011.
隆德县水资源评价及供需平衡分析 篇7
隆德县位于宁夏南部山区，地处六盘山西麓丘陵地带，地理位置在东经105°48′～105°15′，北纬35°21′～35°47′之间。东西宽41km，南北长47km，国土总面积985km2，人口密度184人/km2。全县共有13个乡镇，127个行政村，624个自然村，2009年总人口18.05万人，其中非农业人口2.09万人，回族人口1.76万人。隆德县经济以农业为主，地区生产总值80307万元(现价，下同)，人均GDP4451元，相当于全区平均水平的1/4，全年地方财政收入只有2400万元，相当于宁夏平均水平的7%，全县土地资源总面积147.75万亩，农耕地总面积58.2万亩，灌区面积11.18万亩，人均占有耕地面积3.15亩，人均占有水浇地面积0.62亩。
1 水资源及其特征
水资源主要来自大气降水，无过境客水，隆德县多年平均降水量为5.191亿m3，折合降雨深527mm。地表水资源总量0.721亿m3，地下水动储量为0.421亿m3（地下水资源量是河川基流量，也是与地表水资源量之间的重复计算量）。由于地处内陆深处，受大陆性气候影响，降水较多，但季节性分配不均，地域性差异大，年际变率大，据资料统计，3～4月份降水量为39mm，占年降水量的7.6%，7～9月份三个月降水量302.9mm，占年降水量的58.8%，且多以暴雨形式出现，形成洪水量大，径流集中，水土流失严重，春季和初夏季节性干旱突出。各流域水资源量见下表。
2 水资源可利用量
考虑现状各水库采用“空库迎汛”、“蓄清排浑”的运行方式，经分析计算隆德县当地地表水资源可利用量为0.39亿m3。各流域当地地表水资源可利用量见下表。
在未来水利工程建设中，随着新建水源工程、除险加固水库等水利工程的逐步实施，通过加强汛期水情监测、改变水库现状运行方式，充分利用洪水资源后，水资源可利用量将逐步增加。但从初始水权角度考虑，隆德县可利用量不能超出初始水权分配指标0.31亿m3。
3 水资源开发利用现状
隆德县水资源主要通过小型水库、水保骨干坝拦蓄及河道截潜的方式进行利用。人饮工程取水以截潜为主，灌溉工程取水以水库、水保骨干坝拦蓄为主。水利工程多年平均可提供水量2984.73万m3，占水资源总量的41.4%，全部用于农田灌溉、人饮及工业用水，其中农田灌溉用水量占总用水量的82%以上，生活用水占11%，工业用水量占7%。各水利工程现状可供水量详见附下表。
近年来，随着全球气候变暖，天气干旱情况日益严重。2009年全县水利工程供水量仅为1650万m3，其中灌溉用水1200万m3，实际灌溉面积5.58万亩，生活及工业用水350万m3，工、农业生产及生活均出现了严重缺水问题。尤其是城区，人口集中，缺水影响更为严重。
4 水资源供需平衡分析
至2015年，隆德县工农业生产及群众生产生活用水需水总量为2627.65万m3，其中唐家河流域需水量为1.30万m3，什字河流域需水量为244.41万m3，好水河流域需水量为235.36万m3，渝河流域需水量为1661.8万m3，甘渭河流域需水量为355.19万m3，庄浪河流域需水量为129.6万m3。
随着十二五规划水源工程建设、水库除险加固、灌区节水改造、人饮工程改造、跨流域引水工程等一系列水利工程的实施以及改变库坝运行方式，有效利用洪水资源，提高中水回用能力等各项措施的落实，隆德县水利工程多年平均、75%可供水量分别将达到4207.43m3、2734.83m3。多年平均保证率下，均能满足县域内工农业生产及群众生产生活用水；75%保证率下，除好水河流域略有欠缺外，其他流域均能满足县域内工农业生产及群众生产生活用水；95%、97%保证率下，除水洛河及唐家河流域外，其他五大流域用水均大于水资源可利用量，难以实现县内供需平衡，当这种特殊年份出现时，应启动特枯年份供水应急预案，即控制农业及工业用水，首先确保城乡居民生活用水，剩余水量按照轻重缓急程度适当用于工农业生产需要。
5 规划的总体思路
以科学发展观为指导，坚持以人为本、协调可持续发展理念，统筹兼顾，加快水利设施建设步伐，强化水利设施管理能力，提高防洪减灾能力，着力改善水环境，保障水资源，确保防洪安全、供水安全、生态安全，为经济社会可持续发展提供有力的水利支撑和保障。
根据全县水资源分布情况，在水利工程建设中，立足县境内水资源，节水优先，治污为本，科学开源，战略调水，统筹协调，综合利用。以水源工程建设为突破口，以灌区节水改造、生态环境建设、防洪安全、饮水安全为主线，开源与节流并举，治污与保护结合，工程措施与非工程措施共进，构建南水北用，东水西用，南北互通，丰枯互济的县域水资源统一调配体系，实现县内水资源的优化配置，大力推进民生水利为全县经济社会的可持续发展提供坚实保障。
摘要：隆德县属于严重缺水地区,水资源供需矛盾严重影响县域经济社会发展,如何达到供需平衡、高效利用水资源,将成为今后隆德县水利发展的重要课题。本文从隆德县水资源的特征、开发利用现状及供需平衡等方面入手,评价和分析了该县水资源及供需平衡情况。
关键词：节水灌溉,水资源,经验
参考文献
[1]刘东兰.水资源评价方法及其应用[J].国土与自然资源研究,2000(02).
[2]向锋.我国水资源保护研究概况[J].农村生态环境,1985(03).
水资源供需平衡 篇8
1 国内外研究进展
国外最早关于水资源承载力( Water ResourcesCarrying Capacity,WRCC) 的研究是北美湖泊协会定义了湖泊承载力的概念[2],其后美国URS公司对佛罗里达州Keys流域的承载力进行了研究[3,4];1999年Harris等对农业生产区域水资源农业承载力进行研究[5,6]; Rijiberman. J等以承载力作为城市水资源安全保障的衡量标准[7]。在我国,1985年新疆水资源软科学课题研究组认为水资源承载力是水资源可开发利用量,即在满足维护生态环境用水要求后,所能支撑的工农业最大产值和人口数量[8]。杨大庆等[9,10,11,12,13,14]运用常规趋势法、模糊综合评价法、主成分分析法、系统动力学方法对水资源承载力进行了评价。从汉江流域本身来看[15],刘年丰等[16]根据气候资料计算得出汉江中游襄樊市水资源短缺的人为风险度为22. 8% ,说明南水北调中线工程可能影响襄樊水资源安全。沈大军等[17]分析了丹江口水库不同调水方案对汉江中下游水位、流量及灌溉和航运的影响,并提出补偿工程措施。张明波等[18,19,20,21]运用多种手段对汉江流域局部区域水资源承载力情况进行了评价。上述研究对汉江流域水资源可利用量、水量分配及中下游水资源承载力进行了分析,而对于考虑生态环境需水的全流域水资源承载力研究较少。本文在分析2020年南水北调中线一期工程及引汉济渭工程的实施后汉江流域水资源的可供给量、需求量分析的基础上,从水资源条件、生态环境、社会经济等方面选取多个指标,采用距离指数法对汉江流域水资源承载能力进行分析,以期为汉江流域水资源的开发利用综合治理提供数据支撑。
2 研究方法
层次分析法是一种定性与定量相结合的方法,通过将问题分解成递阶层次结构,然后将上下层次的因素进行两两判断,构造判断矩阵。通过对判断矩阵的计算,进行层次排序和一致性检验,最后进行层次总排序,得到各因素的组合权重[22]。层次分析法所确定的量化指标是相对差距即距离指数,可通过相对差距来评估水资源承载力,这种方法被称为距离指数—层次分析法,如式( 1) 、( 2) 所示。
其中
式中: xij表示第i个子系统内第j项指标在参照年的状态值表示第i个子系统内第j项指标在参照年的参照值; GIi表示第i个子系统的综合距离; bij表示第i个子系统内第j项指标权重; GI表示区域的综合距离; βi表示第i个子系统的权重。
3 水资源供需平衡分析
汉江流域2000年水资源量513×108m3,上游干流已建石泉、安康大型水利枢纽,支流上建成了石门枢纽和黄龙滩电站,上述总库容52. 3×108m3。此外,上游建有1 026座中小型水库,总库容15. 2×108m3。汉江中下游现有大型水库7座、中型水库32座、小型水库563座,总引提水能力约为1 630 m3/ s,一般年份可供水量约为56×108m3[23]。近年来,国家加大对大江大河水资源的统一调度,2014年将建成汉江上游引汉济渭工程( 年调水量15亿m3) 和南水北调中线工程( 一期工程年调水量95亿m3) 。汉江流域多年平均水资源量呈逐渐下降的趋势,而调水工程将对汉江流域水资源产生更大的影响。
水资源量及水资源供给量: 汉江流域水资源量主要包括地表水资源量、地下水资源量。地表水资源是该区域最重要的水资源之一,汉江流域2020年平均地表水资源量约为508×108m3; 汉江流域浅层地下水天然资源量71. 84×108m3,其中可开采量6. 54×108m3。汉江流域水资源供给量包括地表水可供给量和地下水可供给量。2020年南水北调中线一期工程及引汉济渭工程调水后,汉江流域水资源的理论水资源量为404. 54×108m3。
水资源需求量: 汉江流域的水资源主要用于工业用水、农业灌溉用水、城镇生活用水、农村人畜饮水、生态环境需水等,其中绝大部分用水由地表水供给,少部分由地下水资源支出。1) 农业灌溉需水量: 按照农业灌溉发展规划,汉江流域2000年及更远水平年的灌溉面积约66. 5×108m2,农业灌溉需水量2020年为75. 73×108m3。2) 工业用水量: 依据工业预测产值及用水定额预测2020年工业用水量约为47. 49×108m3。3) 城镇生活用水量: 根据城镇生活用水定额估算所需用水量。4) 农村人畜饮水量: 根据人畜数量及其用水定额预测2020年水平年人畜生活需水量。5) 生态环境需水量: 汉江流域生态环境需水量由维护河流生态所需最小水量、河流渗漏需水量及河流蒸发需水量组成[24],根据胡安焱等[25]的计算结果,汉江中下游河流生态环境需水量为184. 51×108m3。
为了满足社会经济发展的用水要求,提高汉江流域水资源的利用效率,对汉江流域水资源供需平衡进行分析显得尤为必要。在现有的水资源条件下,按照以需定供的原则,合理确定工农业发展规模并进行结构调整。在上游流域可供水量( 150. 84×108m3/ a) 保持不变的条件下,通过计算得出各个方案下汉江流域水资源供需平衡结果,如表1所示。
× 108m3/ a
由表1可知,2020年调水后,南水北调中线工程及引汉济渭工程调水实施后,汉江流域上游供水可以满足需 水要求; 但汉江流 域中下游 缺水54. 81×108m3; 全流域缺水10. 41×108m3。说明南水北调中线工程及引汉济渭工程对汉江流域汉江中下游甚至整个流域会产生缺水性影响。
4 汉江流域水资源承载力分析
4. 1 汉江流域水资源承载力指标体系
以流域内社会经济、生态环境以及水资源之间的协调发展状况来构建汉江流域水资源承载力指标体系。根据马瑶瑶[20]所确立的评价指标体系,汉江流域水资源承载力评价指标及采用层次分析法计算的相应指标权重值如表2所示。
距离指数的值( 处于[0,1]的范围) 决定了系统距离参照年的目标差距。距离指数数值越接近0则差距越小,越接近于1差距越大。其相对的水资源承载力状态如表3所示。
4. 2 汉江流域水资源承载力分析
4. 2. 1 指标值的确定
汉江流域上游主要包括陕西省汉中、安康、商洛和湖北省十堰市,中游主要包括湖北省襄阳、河南省南阳等市,下游主要包括湖北省的荆门、潜江、天门、随县、汉川、仙桃和武汉市蔡甸区、硚口区、东西湖区等地。以南水北调中线工程、引汉济渭工程调水后的2020年作为评估年,2010年作为参照年。参照年数据为当年实际数据,评估年数据为区域发展目标数据或者国际通用数据。汉江流域水资源承载力指标值见表4。
4. 2. 2 指标值的标准化处理
将上述指标分为9个级别,将绝对值转换为对应的等级值。具体评价时,根据给定数据确定评价等级( 1,2,3,4,5,6,7,8,9) ,其评价意义介于相应等级之间的某个位置( 见表5) 。
4. 2. 3 计算距离指数
将表5中评估年2020年和参照年2010年的指标值转化为相应的数量等级,借助表2中层次分析法得出的指标赋值,运用公式( 1) 和公式( 2) ,对汉江流域水资源承载力进行评估,结果如表6所示。
由表6可知,汉江流域水资源承载力系统的相对距离指数为0. 501,水资源条件系统则为0. 814,水资源总量和总供水量相对距离较大,污水处理达标率和水资源利用率相对距离较小。社会经济系统的相对距离指数为0. 422,人均水资源占有量相对距离最大为0. 611,万元GDP水耗、人均GDP和人口自然增长率其次,恩格尔系数和经济增长速度的相对距离指数较小。生态环境系统在流域水资源承载力系统中距离指数最小为0. 296,水土流失率相对距离指数最大,其次为生态环境用水率,森林覆盖率和单位GDP废水排放量的相对距离指数较小。
根据水资源承载力状态等级参考表,可知2020年实施了南水北调中线一期工程、引汉济渭工程、引江济汉工程、引江补汉工程后,汉江流域水资源承载力状态等级如表7所示。
由表7可知,从水资源条件方面看,汉江流域2020年水资源总量在下降。但在水资源利用率和污水处理达标率2个指标,汉江流域2010年相对于2020年的距离指数较大,因此汉江流域水资源开发潜力有限。从流域经济状况分析,该区域人均水资源量相对于中部地区平均水平较低,万元GDP水耗、人均GDP和人口自然增长率这3个指标2010年相对于2020年的距离指数偏大。该区域恩格尔系数和经济增长速度则差距较小,其综合距离指数显示汉江流域经济状况处于基本可承载状态,并较接近初步可承载状态。汉江流域水土流失率及生态环境用水率两指标值的相对距离指数偏大,森林覆盖率和单位GDP废水排放量距离指数较小,接近可承载状态。
综上所述: 汉江流域2010年相对于2020年水资源承载力等级状态为初步可承载。在汉江流域各子系统中,水资源子系统承载力状态相对其他系统为最差,生态环境子系统距离可承载的范围最近。
5 结论
( 1) 2020年南水北调中线工程及引汉济渭工程调水实施后,汉江流域上游供水可以满足需水要求,但全流域将缺水10. 41×108m3,对流域中下游的影响尤其剧烈。建议尽快实施汉江中下游引江补汉、引江济汉等其他补偿工程,并暂停南水北调中线二期工程调水。
( 2) 目前汉江流域水资源处于临界状态。根据对水资源安全等级状态的界定,计算得出汉江流域各系统2010年相对于2020年总综合距离为0. 501,其中水资源条件的距离指数为0. 814,已处于不可承载状态,说明该地区水资源开发利用明显过度。
牧马河灌区水资源供需简析 篇9
关键词：水资源；灌区；平衡分析
中图分类号：TV211.1 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）27－0137－03
1 灌区概况
牧马河灌区位于山西省北中部的忻定盆地，受益范围包括忻府区、定襄县两县区13个乡镇，74个自然村，总人口21.06万人，灌区内共有耕地31.1万亩，其中设计灌溉面积15.3万亩，有效灌溉面积15.29万亩。属忻州市四大自流灌区之一。
牧马河上游现有刚刚续建完毕的西岁兴水库，中游有上世纪五、六十年代兴建的豆罗溢流坝和西曲大坝，这三处引水枢纽控制着团结、联合、国庆、红旗、五一五大输水干渠渠系。灌区共有干、支、斗、农四级固定渠道643条，总长820 km；闸、桥、涵洞、渡槽等建筑物2 637座。目前，渠道及建筑物已运行50多年，工程老化、破损、毁坏严重，截止目前全灌区骨干建筑物完好率仅为35%。
西岁兴水库总库容为2 903万m3，可提供农业灌溉水量1 103万m3，工业供水量504万m3。豆罗溢流坝枢纽到西曲拦河坝枢纽区间6.12 km引水灌溉靠天然河道输水，输水损失严重，高达16%。随着工业发展和生态建设及生活用水的不断增长以及水资源量的逐年减少，农业灌溉用水也在逐年减少。
2 灌区水量供需分析
2.1 灌区现状来水量分析
2.1.1 地表水来水量分析计算
牧马河流域面积1 498 km2。整个流域内分布有11个雨量站和1个豆罗水文观测站。其中西岁兴水库控制流域面积496 km2。建有三交、北冯、牛尾、下马圈、上寺、六固（现已撤站）六个雨量站，有自1980年以后的径流实测资料。水库控制流域内主要由石山区和土石山区组成。林区仅占总面积的4.2%。是牧马河清水的主要来源地。豆罗水文站位于岁兴水库以下18 km，该站始建于1956年，控制流域面积751 km2，有较完整的水文实测资料。水库至豆罗区间主要为变质岩构造土石山区丘陵区，植被较差的此段冲沟较多，最大的支流为葫芦河，有部分清洪水。水文站下游至灌区西曲拦河闸坝，区间流域面积72 km2，有自1971年以来的灌溉放水实测资料。区间地貌主要为冲积平原区，较大的支流为班庄河。
虽然牧马河下游设有豆罗水文站，但从西岁兴水库以下进入深厚河谷冲积层，河道渗漏损失严重，无法直接由水文站实测资料计算水库径流量，只能采用相邻或相似流域实测径流资料，结合西岁兴水库部分水情观测资料，通过建立降雨径流关系推求西岁兴水库径流量。
西岁兴水库控制牧马河流域面积496 km2，其中变质岩石山区290 km2，片麻岩石山区138 km2，黄土丘陵区及林地68 km2。故选取了下垫面条件相近的峪口河流域王家会水文站作为参证站，同时为了进行对比分析，又选取了云中河流域米家寨水文站以及文峪河流域中西河岔口水文站资料。各参证流域下垫面特征见表1。
为了减小下垫面变化对径流量的影响，本次各站均采用1980年以后径流系列。通过对各流域降雨量及径流量以水文年（当年6月至翌年5月）进行统计和计算后得知：以岔口（有部分森林区）和米家寨两水文站为代表的石山区的径流系数明显比以王家会和西岁兴为代表的土石山区偏大，符合径流形成的一般规律。
对已经确定的西岁兴水库年径流系列进行频率分析计算，线型采用P－Ⅲ型，由适线法适线，计算结果：西岁兴水库多年平均年径流量为2 490万m3，50%及95%的年径流量分别为1 910万m3和538万m3。
2.1.2 地下水水量分析计算
牧马河灌区的地下水资源量计算，是以牧马河灌区边界线控制范围为全部计算区，在考虑了地下水的补排条件和含水岩层的水文地质特征的基础上以《忻州市地下水资源评价》为依据，共分为潜力区、超采区、平衡区。
地下水补给项包括：降雨入渗补给量（Q降）、侧向补给量（Q侧补）、河道渗漏补给量（Q河）、渠道渗漏补给量（Q渠）、灌溉入渗补给（渠灌）量Q灌和灌区内井灌回归量（Q井）。计算结果见表2。
2.1.3 工程现状供水能力
牧马河灌区水利工程主要有西曲拦河闸坝、豆罗溢流坝和西岁兴水库三处水源工程。西曲大坝位于牧马河干流西曲村东。控制灌溉面积14.5万亩，控制流域面积815 km2。主要建筑物有拦河大坝、拦河闸、东西冲砂闸、非常溢洪道和红旗、国庆、五一三条干渠的进水闸，工程建设于二十世纪六十年代，主要以引洪灌溉为主，基本无调蓄能力。豆罗溢流坝位于牧马河干流豆罗村。控制灌溉面积0.9万亩，为团结干渠和联合干渠的渠首。西岁兴水库位于牧马河干流岁兴村南，控制流域面积496 km2。总库容2 903万m3，其中兴利库容1 560万m3。由于近年来人类活动影响，豆罗以下牧马河支流已断流，50%年份汛期部分洪水已回补地下水。因此，西曲拦河闸坝、豆罗溢流坝的主要作用为分配西岁兴水库的来水量。灌区范围内水井星罗棋布，配套完好，可最大限度的提取地下水资源。
综上所述，灌区现状水利工程年供水能力5 279.55万m3，其中地表水1 560万m3，地下水3 719.55万m3。
2.1.4 灌区农业用水分析
牧马河灌区用水主要为农业灌溉，其次为工业、乡镇企业、村镇人畜吃水、灌区林树用水。
（1）灌溉制度拟定：根据灌区气候、土壤、群众生活习惯以及水资源利用等具体情况，在对近年来灌区种植比例情况全面调查的基础上，进行了远期分析、预测，经研究特拟定种植比例见表3。
（4）有效降雨：根据灌区不同作物不同生长期在1951年至1995年共计45年的降雨资料作了系统的频率分析，同时就各种作物播前和生育期分别按保证率P＝50%和75%两个典型年做了有效降雨量分析计算。其降雨量有效利用系数取值及主要作物播前和生育期有效降雨见表5、表6。
（5）灌溉定额：灌溉定额经计算后结果见表7。
（6）灌水定额确定：灌水定额通常不得超过土壤最大持水率，考虑上限含水量按最大持水率的90%计，下限含水量取最大持水率的60%，则理论计算灌水定额结果为42.9 m3/亩。
然而，根据调查测算灌区现行灌水定额远大于理论计算数值，其原因主要有两点：第一，田面工程尚未完全配套，畦块较大，且由于水源调蓄能力极低，供水没有保证，群众习惯仍多数采用大水漫灌；第二，水源短缺，不能适时适量浇灌，导致灌区轮灌期较长。所以考虑到灌区的实际情况，采用播前灌水定额为65 m3/亩，作物生育期40～45 m3/亩。
（7）灌溉制度拟定：灌水定额和灌溉定额均是在理论计算的基础上，结合灌区实际情况而确定，灌水时间及次数则是根据灌区作物生育阶段以及当地群众的丰产灌水经验，50%保证率情况下各作物的灌溉定额为：冬小麦240 m3/亩，高粱145 m3/亩，玉米145 m3/亩，经济作物225 m3/亩，瓜薯类105 m3/亩，复播160 m3/亩。
（8）灌溉水有效利用系数：灌溉水有效利用系数，包括渠系水有效利用系数和田面水有效利用系数，具体见表8。
（9）万亩农田需水量：根据以上制定的灌溉制度，求得保证率为P＝50%时，万亩农田净需水量201.25万m3。
2.1.5 灌区现状水供需平衡分析
牧马河灌区有效灌溉面积15.29万亩，为河井双灌区。现状15.29万亩农田需水量为7 326.46万m3，项目区总人口21万，年生活用水250万m3，工业用水按200万m3考虑，年需水量 7 776.46万m3，而可引用水量为5 279.55万m3，缺水2 496.91万m3。
2.2 结论
通过对牧马河灌区现状水资源的平衡分析可知：在现有的工程设施和水源条件下不足以对灌区内15.29万亩进行实时灌溉。忻府区作为国家商品粮基地，而牧马河灌区内的耕地又是该区的粮食主产区，灌区的正常运行对促进基地区工农业发展有很大作用。随着忻府区国民经济的快速发展和人口的不断增长，各行各业的需水量也越来越大，区内地下水的持续超采致使降水漏斗区域不断扩大，地下水储备出现危机。只有通过对灌区现有的灌溉渠道进行防渗处理、启闭设施配套改造，灌溉水利用系数就可由目前的0.42提高到0.685，而几年后农田需水量为4 492.20万m3，项目区总人口21万，年生活用水300万m3，工业用水按400万m3考虑，年需水量5 192.20万m3，而可引用水量为5 279.55万m3，余水87.35万m3。这样就会使灌区走上良性循环的轨道，更好的发挥其效益，不仅可使灌区水资源利用趋于科学化、合理化，而且节约的水资源可以改变下游区域内的生态环境，从而使水资源的可持续利用促进国民经济的可持续发展。
Analysis of Water Resources Supply and
Demand in Wrangler River Irrigation District
Kong Xiaojin
Abstract: Through the analysis of the existing water resources calculation, the existing engineering water supply capacity and agricultural water within Wrangler river irrigation district, the article shows that only to have seepage treatment and open and close facilities renovation on the existing irrigation channels, will the irrigation district enter the sound operation track.
水资源供需平衡 篇10
随着经济社会的快速发展,以及人口增长对水资源的巨大需求,我国正在进入中度缺水国家行列,尤其北京市作为北方地区严重缺水的大中型城市,对水资源具有更加紧迫的需求[1,2]。在此形势下,我国已着力实行最严格的水资源管理制度,将水资源、水环境工程总量控制作为我国治水的基本战略,确保水资源的可持续发展。
近年来,随着水资源可持续利用的重要性不断突出,水资源综合管理的方法与策略成为研究热点。国外水资源可持续利用评价研究主要包括国家、地区、流域三种研究尺度。2006年,Andreo B等[3]采用水资源多时间尺度分析方法对伊比利亚半岛南部水资源进行了研究,结果认为降水对水资源的供给量影响较大。2010年,Rebecca L等[4]从生态系统角度的不同方面入手,研究提出了全球性水资源可持续利用管理的策略,但均没有从整个流域的角度出发,建立较为全面的评价体系对流域内水资源综合管理策略进行研究。
国内水资源可持续利用评价研究方法较多,多采用建立水资源可持续利用指标体系的方法,2007年,陈守煜等[5]采用可变模糊评价法对西安市水资源可持续利用情况进行了综合评价,结果具有较好的适用性,但未能定量化的从宏观层面开展评价。2010年,杜超等[6]采用Bossel可持续评价的理论框架筛选出36个评价指标,对双城市地下水资源可持续利用状况进行了评价,这些评价方法所采用的评价指标的数据资料来源较困难,数据分析过程较为复杂。总结目前国内外研究资料发现,大部分研究集中于对水资源供给或水资源需求单一方面的研究,并未从水资源需求、供给双向调节的角度,选定合适指标对区域水资源动态平衡开展分析,且不同区域的指标体系也存在差异,难以形成可推广使用的评价方法。
以系统工程理论为科学基础,吴季松教授创建了水资源总量控制工程管理动平衡态模型[7]。本文以该水资源总量控制工程管理动平衡态模型为理论基础,基于总量管理策略,以北京市水资源可持续发展能力为研究对象,开展北京市水资源动态供需平衡应用研究。通过对北京市水资源开发利用数据的分析,定量化地描述北京市水资源需求与供给之间的动态供需矛盾关系,并进行定量分析预测与评价。根据对形势的发展预测,提出了解决北京市水资源供给与需求矛盾的对策建议。
2 基于总量管理的水资源供需关系模型
根据系统工程的理论方法,开展水资源动平衡态供需关系研究,应当从系统总体出发,综合考虑自然、技术、经济和社会等因素的相互关系,明确发展目标,建立数学模型,采用合理的优化计算方法,并对合理的开发利用方案进行定量分析和综合评价,从而提出系统化的管理方案。因此,本文应用吴季松教授提出的水资源总量控制工程管理动平衡态模型[7],从总量管理的角度开展北京市水资源动态供需平衡应用研究。该模型的理论结构如下所述。
根据水资源循环的规律,总量控制以年为时间单元,水资源动态平衡有如下模型,见式(1):
其中,水资源总供给WS包括地表水Wg、地下水Wu和再生水Wr,它们之间的关系如式(2)所示:
水资源总需求WD包括生活用水Dl、生产用水Dp和生态用水De,它们之间的关系如式(3)所示:
根据以上公式可知,所建立的水资源动态平衡模型即为供给总量与需求总量之间存在的动态平衡关系,需求量要符合供给量才能够保证年度内水资源的利用达到平衡,才能保证水环境状况在正常状态下,动态平衡模型如式(4)所示:
在定量化描述动态供需关系时,需要综合考虑影响水资源动态平衡的因素,该模型中涉及因素的符号及意义见表1所示。本文所用数据均来自于2002~2012年《北京市水资源公报》《北京市统计年鉴》《北京市国民经济和社会发展统计公报》中公布的有关水资源的开发利用的官方数据。
3 北京市水资源用水需水形势分析
根据水资源的用途需求,可以将水资源需求从总体上分为三类:生活用水、生产用水和生态用水。
3.1 生活用水需求
生活用水需水量包括居民的生活用水(包括第三产业(服务业)等的用水),还包含居民用于生活环境所使用的水量。生活用水量Dl由居民总人口数X和居民人均生活用水水量AD决定,之间存在正相关关系,计算关系如式(5)所示:
在模型计算中,居民人口总数量是指该城市的年末统计的常住人口。同时,实际计算中因第三产业用水和生活用水难以区分,故将第三产业用水统一划入生活用水的计算中。
从表2中所列的北京市生活用水总量统计数据可以看出,人均用水量相对基本稳定,人均用水量在82.67m3.而随着经济社会的发展,人口数量也在持续增加,2011年已经突破了两千万人,AD已从2001年的86.6m3/人·年降到2011年的77.3m3/人·年。如果人口继续增加,人均供水还会下降,可能降到68m3/人·年的满足舒适生活的需水线以下。
人口数的增加直接导致了生活用水总量的增加。以2012年北京市常住人口为基点,采用Leslie预测模型和灰色系统GM(1,1)模型,对2011~2050年北京市常住人口的自然增长结果进行预测,结果发现常住人口的自然发展结果呈现先增加后降低的趋势,至2025年,北京市常住人口的数量达到最大,为2102.1万人。假定人均用水量不随时间发生较大变动,可以发现在2025年前北京市生活用水量将呈现持续增加的形势,对水资源的需求量将不断增加。在2025年后2050年前,由于人口老龄化问题,人口总量将会呈现下降趋势,生活用水需求量将会呈现下降趋势。
3.2 生产用水需求
我国将三大产业分为第一产业———农业、第二产业———工业和第三产业———服务业。为方便实际计算,第三产业用水已统一划入生活用水中,因此,生产用水Dp的计算由两部分组成:第一产业用水Dp1和第二产业用水Dp2,计算关系如式(6)所示:
其中,第一产业用水Dp1=万元GDP产值用水量AG×第一产业产值G1(万元);第二产业用水Dp2=万元GDP产值用水量AG×第二产业产值G2(万元)。
根据表3中万元GDP水耗统计数据可知,每年万元GDP耗水量在逐年降低。在前一阶段的发展过程中,北京市工业和农业生产用水量呈现下降趋势。农业用水量的降低与开展农业节水措施有很大的关系。
根据历年数据,对万元GDP水耗的变化规律进行指数模拟,并用于预测今后时期生产用水量的变化规律。研究认为,在国家相关规划方案的指引下,随着经济的发展和科学技术的进步,北京市的万元GDP的水耗将会持续降低,但是由于GDP的增长速度大于万元GDP水耗的降低速度,因此在短期内,工业生产用水仍将增加,预计到到2020年左右达到峰值,需求量约为11.43亿m3,但随着北京非首都核心功能的疏解、产业结构的不断调整和科技水平的快速发展,万元GDP耗水量的降低幅度会逐步大于GDP增长幅度,到2050年左右,生产过程的耗水量将会大幅降低,将导致生产用水总量开始减少,这将有利于后期北京市水资源的有效利用和环境的可持续发展。
3.3 生态用水需求
生态用水量是针对具体的生态系统,在保持其生态系统功能的前提下,以地带性理论、水文循环、水量平衡、水力学理论、遥感等高新技术为基础所计算出来的,在一定范围内存在和变化的构成生态系统的各项需水量的广义和[8,9]。生态用水De主要用于维持地下水埋深。
从表4中历年生态用水数据可以看出,北京市的生态用水自2002年的0.8亿m3,仅用于公园和绿地用水,到2012年的生态用水增至5.7亿m3,使北京从河道基本无水到水系初成,对修复北京生态系统起了重要作用,还远远不能满足需要。从多年平均降雨量来看,北京市在2002~2012年处于降水偏枯年,水资源总量折合地表径流深仅为138mm,达不到维系北京现有较好植被的200mm最低标准。由此可见,北京市对生态需水仍然具有较大需求。
为了维护北京市生态系统的可持续发展,假设生态用水补给地下水的需求仍然持续增加,恢复到北京历史上“河湖纵横、清泉四溢”的水乡景象,通过对北京市生态用水的预测分析发现,依据现在增长速度,北京市对生态系统用水具有较大的需求量,在改善城市水系、绿化及相关市政工程的应用等方面对生态水的需求量巨大,预计到2050年将达到26.54亿m3,是目前生态用水量的5倍左右。
4 北京市水资源供水状况与能力分析
依据水资源分布的地理位置与来源途径,水资源的供给可分为三个方面:地表水,地下水和再生水。分析三类供给途径的开发现状,可明确水资源供给中的主要来源,并为今后的合理化开发利用提供数据支持。
4.1 地表水供给
地表水主要来自于降雨,地表水供水量受流域降雨量、流域入境水量、流域出境水量、地表水下渗水量和地表面挥发量等相关因素的影响。从数学关系方面分析,可以认为地表水资源量与降雨量具有较高的正相关性。一般的计算方法是,地表水资源量Wtg=降水总量×(1-水的蒸发系数)=(年降雨量Y×江水流域面积)×(1-水的蒸发系数),从这个计算数量关系可以看出,地表水资源量Wtg与降雨量Y的关系是线性的,通过对历年数据的分析可以获得更为详细的数量关系。
而地表水供给量Wg与地表水资源量具有复杂的计算关系,与降与量、入境水量、出境水量、地表水下渗水量和水挥发量相关。为维系生态系统,对地表水的利用必须加以控制。表5所示为北京市历年地表水供给数据统计表。
将北京市历年地表水资源量与历年的年平均降雨量数据进行线性回归分析发现,地表水资源量与降雨量呈现了较好的线性关系,得到地表水资源量Wt与年降雨量Y存在的线性关系如式(7)所示,线性方程的回归系数R2=0.913。
通过建立的线性模拟模型,可以有效地预测北京市今后时期的地表水资源量。通过预测发现,在今后一段时间内北京市的地表水供水总量持续缓慢下降,到2020年之后地表水供给量将低于3.5亿m3,若不加以控制,到2050年,地表水供给量更是将降低到2亿m3左右,都会对北京市的水资源开发利用造成严重影响。
4.2 地下水供给
地下水补给的直接来源是地表水的渗流,间接来源就是降雨。而地表水渗流的多少与地表水资源量Wg成正相关关系,因此地下水供给量Wu与降雨量Y也呈现正相关关系。在地表水下渗漏的过程中与地质结构、地表水量大小、降雨量大小等诸多因素有关,呈现出多因素影响下的非线性关系。表6中为北京市地下水供给数据统计表,从表中数据可以看出,降雨量的增多有利于地下水资源量的提高,进而提高了地下水供给量。
通过对历年地下水资源量Wtu与降雨量Y的数据进行分析发现,Wtu与Y的关系不是简单的线性或指数的关系,而是呈现多项式的关系,得到的地下水资源量与降雨量的关系如式(8)所示。分析原因认为是由于地下水资沾的总量还有地质特点等诸多因素有关。
资料表明,北京市由于地下水的过度开采,地下水位下降极为严重,已经导致了很多湖泊干涸、河流断流的情形[10]。根据表6中的官方数据,从目前趋势来看,地下水供给量正呈现逐年降低的趋势。通过预测分析发现,若以现有的速度无序超采,地下水资源持续降低,到2040~2050年期间,北京市地下水资源将消耗殆尽,那时的生态系统将遭到毁灭性的破坏。为了保持生态系统的可持续发展,对地下水的开采必须加以合理控制。
4.3 再生水供给
再生水资源作为现在北京市生态用水的主要供给方,保障了北京市的生态绿化环境用水。再生水是解决目前北京市水资源短缺的一个重要途径。再生水主要是指将生活污水、工业废水和污水处理厂出水等丧失原有使用价值的非传统水源回收之后,经过特定的处理过程使水质达到一定的标准,并在与标准相适应的范围内重复使用的水[11]。再生水的使用量Wr由三个因素决定,即污水排放总量Q、城镇污水的处理率p以及城镇再生水的利用率q.根据再生水的定义知,再生水量的计算公式如式(9)所示:
通过以上假定,分析得到水资源供给量的计算公式如式(10)所示:
表7所列的是北京市历年来再生水资源利用量统计,通过表7中数据可以看出,为了保证北京市水资源供给满足需求,北京市几年来一直加大对再生水资源的开发利用,保障在城市绿化、工业冷却水、农田灌溉等方面的用水需求。
根据历年来污废水的排放数据,假定今后各年的污废水排放量均以每年3%左右持续增加,同时结合国家目前有关污废水处理的相关政策文件,假定北京市污水处理率p年均上涨1%,最终上涨到95%,大量的再生水资源得到利用,将成为水资源供给的作要来源。预测发现北京市再生水量将持续增加。污水再生利用是目前国内外研究的热点,针对于污水中存在的难降解有机物、病菌、重金属等的处理已经成为污水处理行业的重点研究方向[12,13,14,15]。处理后的污水在经过深度净化达到相关更加严格的处理标准后,再生水就可以用作农业用水或生活用水[16,17]。因此,随着污水净化技术的发展,再生水资源供水量将会逐年增加,将对水资源的供给将产生更大的作用。
5 北京市水资源供水均衡与控制
根据北京市水资源历年数据,对北京市今后时期水资源需求与供给的发展形势进行了预测,在不考虑从流域外调水情况下,预测结果如图1所示。从图1中的数据关系可见,北京市的水资源供需矛盾在今后一个时期将更为严峻,2015年以后,水资源总量动平衡态关系将被打破,水资源供给将不能满足水资源需求量。水资源的短缺将会对经济社会发展产生重大影响,一方面,由于水资源短缺,工农业生产将会受到较大限制,生活用水供给将受到制约,同时,水环境系统也会因为资源短缺而受到破坏,另一方面,由于水资源短缺会减弱水生态系统的自净能力,水质恶化,导致可利用的水资源量进一步减少,形成恶性循环,生态系统的可持续发展将受到严重影响。
图2所示为北京市历年水资源供给总量的占比关系,从图中可以看出,地下水供给是目前北京市水资源的主要来源,但是随着地下水的过度开采,所占比重呈现整体下降趋势。地表水资源受降雨量的影响较大,从图中可以看出,地表水资源供给量也呈现整体下降趋势,而随着污废水处理及再生利用程度的加大,再生水资源所占比重呈现快速增加的趋势。综合目前发展形势,认为地下水供给仍将是水资源供给的主要方面,再生水资源供给量将超过地表水供给,成为水资源供给的第二大来源。根据前面对水资源需求的论述,从双向调节的角度考虑,生态用水需求量的增加,主要用于提高地下水资源量,保障今后水资源的供给,另一方面,生态需水量的增加,将会提高对地表水和再生水供给的需求,因此,加大地表水供给和再生水供给对于实现水资源动平衡态关系具有重要意义。
2014年,南水北调中线工程将全面通水,根据规划,平均每年向北京市供水约10亿m3,不仅能明显增加北京的地表水供给总量,而且能减少对地下水的超采,使地下水得到补充和涵养,多方位缓解北京工农业生产、人民生活和生态系统用水需求。
渤海是距离北京最近的海域,曹妃甸等海域的海水水质常年稳定,目前净化后的水质达到国家饮用水标准。实施渤海水淡化调水入京工程,在成本方面,由于净化、调水成本的不断降低,加上政府补贴及阶梯水价等价格调节,成本可逐渐为市民接受。在调水效果方面,如日产100万吨淡化海水,每年可为北京供水超过3亿m3,未来还可根据情况实施日产300万吨的海水淡化项目,每年为北京供水超过10亿m3,达到南水北调中线工程调水规模。从长远发展来看,随着海水淡化技术与设备的不断发展,渤海水淡化调水入京也将成为北京市水资源供给的一个重要途径。
6 对策建议
(1)严格控制人口增长速度,维持人口总量合理化发展。在城市发展中“量水而行”,合理规划人口布局,促进区域协调发展。充分考虑水资源、水环境承载能力,严格控制人口增长速度,维持人口总量合理化发展,避免人口总量过快增长对北京市水资源系统造成严重影响。
(2)加强南水北调水资源管理,实施渤海水淡化调水入京工程。对南水北调水资源进行合理规划,将水源用于关系到经济、社会发展的重要领域,首先保障居民生活用水。抓住国家京津冀一体化发展战略契机,打破行政分割,优化水资源配置,有效提高水资源利用率和水资源承载力,并实施渤海水淡化调水入京工程,进一步增加对北京市的水资源供给。同时,北京市应实行最严格的水资源管理制度,保护水利工程,加强水环境保护和综合治理,进一步提高节约用水水平,从根本上保证水资源的可持续利用。