第二节 需水量预测
需水预测是在充分考虑资源约束和节约用水等因素的条件下,研究各规划水平年按生活、生产和生态用水三类口径,区分城镇和农村、河道内与河道外、高用水与一般用水行业,分别进行毛需水与净需水量的预测。需水预测时需要考虑市场经济条件下对水需求的抑制,充分研究节水发展及其对需水的抑制效果。需水预测是一个动态预测过程,与节约用水及水资源配置不断循环反馈。需水量的变化与经济发展速度、国民经济结构、工农业生产布局、城乡建设规模等诸多因素有关。科学的需水预测是水资源规划和供水工程建设的重要依据。
一、需水预测原则
需水预测应以各地不同水平年的社会经济发展指标为依据,有条件时应以投入产出表为基础建立宏观经济模型。要加强对预测方法的研究,从人口与经济——驱动需水增长的两大内因——入手,结合具体的水资源条件和水工程条件,并结合过去20年来各部门需水增长的实际过程,分析其发展趋势,采用多种方法进行计算,并论证所采用的指标和数据的合理性。
需水预测主要分析工业、农业、生活和其他部门的需水要求。在需水预测中,要考虑科技进步对未来用水的影响,又要考虑水资源紧缺对社会经济发展的制约作用,使预测合乎当地实际发展情况。需水预测要着重分析评价各项用水定额的变化特点、用水结构和用水量变化趋势的合理性,并分析计算各耗水量指标。
预测中应遵循以下几条主要原则:
(1)以各规划水平年社会经济发展指标为依据,贯彻可持续发展的原则,统筹兼顾社会、经济、生态、环境等各部门发展对水的需求。
(2)考虑水资源紧缺对需水量增长的制约作用,全面贯彻节水的方针,分析研究节水措施的采用和推广等对需水的影响。
(3)考虑市场经济对需水增长的作用和科技进步对未来需水的影响,分析研究工业结构变化、生产工艺改革和农业种植结构变化等因素对需水的影响。
(4)重视现状基础资料调查,结合历史情况进行规律分析和合理的趋势外延,使需水预测符合各区域特点和用水习惯。
二、需水量预测分类
按用户或行业特点,需水可分为生活、生产、生态三部分。按用水特征,需水可分为河道内和河道外两类需水。见表2-1。
生活和生产需水又通称为社会经济需水。生活需水是指城镇生活与农村生活所需的水量。生产需水是指有经济产出的各类生产活动所需的水量,包括第一产业农业,农业指种植业和林牧渔业,第二产业工业,工业分为高用水工业、一般工业、火(核)电工业和建筑业,以及第三产业的商饮业、其他服务业等,见表2-2。
表2-1 用水户分类口径及其层次结构
表2-2 国民经济和生产用水行业分类表
续表
注 1997年国家颁布的40部门为投入产出表的分类口径,与统计年鉴分类口径略有不同,可参考投入产出口径统计。
生态环境需水是指为了维持生态环境系统一定功能所需要保留的自然水体或需要人工补充的水量。河道内生态环境需水指维持河流生态系统一定形态和一定功能所需要保留的水(流)量,按维持河道一定功能的需水量和河口生态环境需水量分别计算。河道外生态环境需水指保护、修复或建设给定区域的生态环境需要人为补充的水量,按城镇生态环境需水、湖泊沼泽湿地生态环境补水、林草植被建设需水和地下水回灌补水分别计算。
三、生活需水预测
生活需水主要是指城镇居民和农村居民生活需水。由于它的增长速度快,用水高度集中,与人们生活息息相关,关系到千家万户,因此必须给以高度重视,尤其在我国北方水资源供需矛盾突出,更需及时通过调查,摸清生活需水的现状和发展动向,统筹规划,早作安排,以满足人民生活需水的要求。
1.生活需水的分类
按用水户分布,分为城镇生活需水和农村生活需水。按供水系统,分为自来水供给的生活需水和自备水源供给的生活需水。按供水水源,分为地表水供给(不需调节的地表水与需要调节流量的地表水);地下水供给(泉水、浅层地下水与深层地下水);中水供给(经过处理的污水用于生活需水的那部分水)。
2.生活需水预测
生活需水可采用人均日用水量方法进行预测。
式中:W为某水平年生活需水量,m3;ni为某水平年城镇、农村居民人口数,人;p0i为现状年城镇、农村居民人口数,人;εi为城镇、农村居民人口增长率;mi为某水平年份的城镇、农村居民人均用水定额,L/(人·d);i为1、2,分别指城镇和农村两种情况;k为现状年与某水平年的时间间隔,年。
对总需水量的估算,考虑的因素是用水人口和用水定额。人口数可以用式(2-2)预测,也可以计划部门预测数为准。用水定额以现状调查数字为基础,根据经济社会发展水平、人均收入水平、水价水平、节水器具推广与普及情况,结合生活用水习惯,参照建设部门已制定的城市(镇)用水标准,参考国内外同类地区或城市生活用水定额,分别拟定各水平年城镇和农村居民生活用水定额,利用式(2-1)预测某水平年的生活需水量。根据供水预测成果以及供水系统的水利用系数,结合生活净需水量可进行生活毛需水量的预测。城市居民生活用水量标准见表2-3,村镇最高日居民生活用水定额见表2-4。
表2-3 城市居民生活用水量标准
表2-4 村镇最高日居民生活用水定额 单位:L/(人·d)
注 1.本表所列用水量包括了居民散养禽畜、散用汽车和拖拉机用水量、家庭小作坊生产用水量。
2.一区包括:新疆、西藏、青海、甘肃、宁夏、内蒙古西北部,陕西和山西两省黄土沟壑区、四川西部。二区包括:黑龙江、吉林、辽宁,内蒙古西北部以外的地区,河北北部。三区包括:北京、天津、山东、河南、河北北部的以外的地区,陕西和山西两省黄土沟壑以外的地区,安徽、江苏两省的北部。四区包括:重庆、贵州、云南、四川西部以外的地区,广西西北部,湖北、湖南两省的西部山区。五区包括:上海、浙江、福建、江西、广东、海南、台湾、安徽、江苏两省北部的以外地区,广西西北部,湖北、湖南两省西部山区的以外地区。
城镇和农村生活需水量年内相对比较均匀,可按年内月平均需水量确定其年内需水过程。对于年内用水量变幅较大的地区,可通过典型调查和用水量分析,确定生活需水月分配系数,进而确定生活需水的年内需水过程。
四、生产需水预测
(一)农业需水量预测
我国是农业大国,农业用水量占总用水量的70%以上。长期以来,由于技术和管理水平落后、灌溉设施老化失修等原因,目前我国灌溉水的利用率与发达国家相差甚远,农业节水潜力很大。
农业需水包括农田灌溉和林牧渔畜需水。其中农田灌溉需水所占的比重较大,是农业需水的主体。与工业、生活需水相比,具有面广量大、一次性消耗的特点,而且受气候影响较大。当水资源短缺,水量得不到保证时,一般可以改变作物组成,使需水量减少,压缩农业需水来满足工业和生活需水。因此,农业灌溉需水的保证率低于生活和工业需水的保证率。但菜田需水要求较高的供水保证率,可与工业和生活需水一样得到保证。
农田灌溉和林牧渔需水量的大小与降水有关。由于降水是随机事件,每年降水量的多少不确定,从而导致农田灌溉和林牧渔需水量每年有所不同。为了分析未来水平年农田灌溉和林牧渔需水量的变化规律,通常考虑P=50%、P=75%和P=90%等三个不同年型。
1.农田灌溉需水
农田灌溉需水是为满足作物生育期用水需求,除天然降水供给外,通过各种水利设施补送到农田的水量。农业需水中,主要是农田灌溉需水,占70%以上。
(1)作物需水量。作物需水量指作物正常生长条件下,植株蒸腾和株间蒸发所需水量。其大小与气象条件(温度、日照、湿度、风速等)、土壤性状及含水状况、作物种类及其生长发育阶段、农业技术措施和灌溉排水方法等有关,即受着大气—作物—土壤综合系统中众多因素的影响,且这些因素对需水量的影响又是互相关联的、错综复杂的。所以,目前尚难从理论上对作物田间需水量作出精确的计算。在生产实践中常采用两方面的途径来解决,一方面是通过田间试验的方法直接测定;另一方面是采取某些经验性公式或半理论性公式进行计算。下面简介几种常用的估算方法。
1)蒸发器法(α值法)。大量灌溉试验资料表明,水面蒸发量与作物田间需水量之间存在一定程度的相关关系,因此可以用水面蒸发量这一参数来衡量作物田间需水量的大小,计算公式为:
式中:ET为某时段(月、旬、生育阶段、全生育期)内的作物田间需水量,mm;E0为与ET同时段的水面蒸发量(一般指80cm口径蒸发皿的蒸发值),mm;a、b为经验常数,由实测资料分析确定。
α值法只需要水面蒸发量资料,而水面蒸发量资料又易于获得,所以此法在国内外都有广泛应用,适用于水稻及土壤水分充足的旱作物的田间需水量计算。
2)产量法(k值法)。农作物的产量是太阳能的累积与水、土、肥、热、气诸因素及农业措施综合作用的结果。在一定的气象条件下和一定的产量范围内,作物田间需水量随产量的提高而增加。但两者并不成直线比例关系,随着产量的提高,单位产量的需水量逐渐减少,当产量达到一定水平后,单位产量的需水量将趋于稳定。以产量为指标计算作物田间需水量的公式为:
式中:ET为作物全生育期的田间总需水量,m3/hm2;Y为作物单位面积产量,kg/hm2;k为需水系数,即单位产量所消耗的水量,m3/kg,根据试验资料确定,一般水稻k=0.50~1.15,小麦k=0.60~1.70,玉米k=0.50~1.50,棉花k=1.20~3.40;n为经验指数,根据试验确定,一般n=0.3~0.5;c为经验常数,根据试验确定,小麦一般c=11.3~16.0。
k值法简便易行,只要确定了作物计划产量即可计算出它的田间需水量,因此曾在我国得到广泛应用,这一方法主要适用于确定供水不充分的旱作物的田间需水量。
3)综合法(彭曼—蒙特斯法)。作物在腾发过程中需要克服一定的阻力,从而要消耗一定的能量。该法就是根据农田能量平衡原理、水汽扩散原理和空气导热定律,推导出半经验性公式,即彭曼公式。彭曼法由于一方面理论性强,计算误差较小;另一方面也对参考经验资料作了简化,只要具有一般的气象资料便可计算,因此国际上广泛应用,是联合国粮农组织(FAO)推荐的主要方法之一。具体计算时分两步来进行,先根据气象资料计算出参考作物腾发量(也称潜在腾发量),再根据作物需水特性乘以作物系数,得出作物需水量。计算公式有如下形式:
式中:ET0为参照作物蒸发蒸腾量,mm/d;Δ为平均气温时饱和水汽压随温度的变化率,kPa/℃;Rn为冠层表面净辐射,MJ/m2/d;G为土壤热通量,MJ/m2/d;γ为湿度表常数,kPa/℃;u2为2m高处的风速,m/s;ea为饱和水汽压,kPa;ed为实际水汽压,kPa;kw为土壤水分修正系数;kc为作物系数,反映作物的需水特性。
因篇幅所限,本教材对彭曼法不能详述,需进一步了解时可参考有关书籍。
(2)作物的灌溉制度。
农作物的灌溉制度是指作物播种前(或水稻插秧前)和整个生育期内合理地进行灌溉的一整套制度,包括灌水次数、每次灌水时间、灌水定额和灌溉定额。灌水定额是指一次灌水单位面积上的灌水量,灌溉定额是指播前和全生育期各次灌水定额之和,它们的单位常以m3/hm2或mm水层深表示。
灌溉制度随作物种类、品种、自然条件及农业技术措施的不同而变化,必须从当地、当年的具体条件出发进行分析研究,通常采用以下三种方法制定作物灌溉制度:总结群众丰产灌水经验、根据灌溉试验资料制定灌溉制度和按水量平衡原理分析制定灌溉制度。其中水量平衡原理根据设计典型年的气象资料和作物需水要求,通过水量平衡计算,拟定出灌溉制度。
1)旱作田水量平衡方程。在旱作物生育期中任何一个时段内,土壤计划湿润层内储水量的消长变化可用以下水量平衡方程式表示:
式中:W0为时段初土壤计划湿润层内的储水量;Wt为时段末土壤计划湿润层内的储水量;ΔW为由于计划湿润层加深而增加的水量;P0为时段内保存在计划湿润层内的有效雨量;K为时段内的地下水补给量;M为时段内的灌水量;E为时段内作物田间需水量。
2)水稻田水量平衡方程。在水稻生育期中任何一个时段内,稻田田面水层的消长变化可用以下水量平衡方程表示:
式中:h1为时段初田面水层深度;h2为时段末田面水层深度;P为时段内的降雨量;m为时段内的灌水量;E为时段内的田间耗水量;C为时段内的排水量。
根据上述水量平衡方程,在具备有各项计算参数的情况下,以各生育期田面适宜水层的上下限为限制条件(水稻田)或以土壤计划湿润层允许最大和最小储水量为限制条件(旱田),逐时段地进行水量平衡计算(列表法或图解法),便可求出作物的灌溉制度。从而可知作物的灌水定额和灌溉定额。
(3)灌溉用水量。
1)灌溉水的利用效率。为了对农田进行灌溉就需要修建一个灌溉系统,以便把灌溉水输送、分配到各田块。一般的灌溉系统主要由各级渠道连成的渠道网及渠道上的各类建筑物所组成。渠道的级数视灌区面积和地形等条件而定,常分为五级,即干渠、支渠、斗渠、农渠和毛渠。农渠为末级固定渠道,农渠以下的毛渠、输水沟和灌水沟、畦等为临时性工程,统称为田间工程。
一个灌溉系统由渠首将水引入后,在各级渠道的输水过程中有蒸发、渗漏等水量损失,水到田间后,也还有深层渗漏和田间流失等损失。为了反映灌溉水的利用效率,衡量灌区工程质量、管理水平和灌水技术水平,通常用灌溉水有效利用系数(η水)来表示。灌溉水有效利用系数是指灌区灌溉面积上田间所需要的净水量与渠首引进的总水量的比值。可用下式计算:
式中:η水为灌溉水有效利用系数;Ai为i种作物的灌溉面积,hm2;Mi为i种作物的灌水定额,m3/hm2;W为从水源的引水量,m3;i为灌溉作物的种类。
当缺少相关资料时,灌溉水有效利用系数也可通过式(2-11)计算:
式中:η系为整个渠道系统中各条末级固定渠道(农渠)放出的净流量与从渠首引进的毛流量的比值。渠系水利用系数反映了从渠首到农渠的各级渠道的输水损失情况,其数值等于各级渠道水利用系数的乘积,即:
η田田间水利用系数是指田间所需要的净水量与末级固定渠道(农渠)放进田间工程的水量之比,表示农渠以下(包括临时毛渠直至田间)的水的利用率。
2)灌溉用水量计算。灌溉用水量是灌区需要水源供给的灌溉水量,其数值与灌区各种作物的灌溉制度、灌溉面积以及渠系输水和田间灌水的水量损失等因素有关。一般将灌溉面积上实际需要供水到田间的水量称为净灌溉用水量,而将净灌溉用水量与损失水量之和,也就是从水源引入渠首的总水量,称为毛灌溉用水量。
灌溉用水量的计算公式为:
式中:W为灌溉用水量,m3;Mi为第i种作物的灌溉定额,m3/hm2;Ai为第i种作物的灌溉面积,hm2。
未来不同水平年的灌溉需水量估算,主要考虑以下几个因素:灌溉面积的发展速度,不同保证率情况下的不同灌溉方式,不同作物及组成的灌溉定额,灌溉水利用系数提高程度等。不同水平年不同保证率农业灌溉需水量预估,可按预测框图程序进行,如图2-2所示。
图2-2 农业灌溉需水量预测框图
2.林牧渔业用水量
林牧渔业用水量包括林果地灌溉、草场灌溉、鱼塘补水和牲畜用水等4类。林牧渔业用水的研究不像农作物那样系统全面,通常是通过调查或试验得出不同年型的林牧渔业的用水定额,再根据林牧渔业的规模确定不同年型的用水量。
(1)林果灌溉用水量。
根据调查或灌溉试验,分别确定不同年型的净灌溉定额;根据灌溉水源及灌溉方式,确定灌溉水利用系数;根据林果灌溉面积计算林果灌溉用水量。
(2)牧草灌溉用水量。
根据调查或灌溉试验,分别确定不同年型的牧草净灌溉定额;根据灌溉水源及灌溉方式,确定灌溉水利用系数;根据牧草的灌溉面积计算牧场灌溉用水量。
人工牧草的灌溉定额,也可以通过计算牧草的需水量,利用水量平衡原理来确定。
(3)鱼塘补水量。
鱼塘补水是为了维持鱼塘一定水面面积和相应水深所需要补充的水量,通常采用补水定额的方法计算。补水定额可根据鱼塘渗漏量及水面蒸发量与降水量,利用水量平衡原理来确定。
式中:m为鱼塘补水定额,mm;E为水面蒸发量,由水文气象部门蒸发器测得,mm;α为蒸发皿折算系数;P为年降雨量,mm;S为年渗漏量,mm。
根据灌溉水源及灌溉方式,确定灌溉水利用系数;根据鱼塘补水面积和补水定额计算鱼塘补水量。
(4)牲畜用水量。
将牲畜分为大牲畜(牛、马、驴等)、小牲畜(猪、羊、兔等)和禽类,分别调查其用水定额(该定额与年型关系不大,一般不分年型来统计);然后按牲畜的数量计算牲畜的用水量(表2-5)。
表2-5 饲养畜禽最高日用水定额表
(二)工业需水量预测
工业需水一般是指工、矿企业在生产过程中,用于制造、加工、冷却、空调、净化、洗涤等方面的需水量。目前,我国工业用水量约占全国总用水量的20%,随着工业经济的快速发展,工业用水量所占的比例还会逐渐上升。工业用水中冷却用水占60%~70%,其余是工艺和冲洗用水、锅炉用水、工厂职工生活用水。
目前,没有哪个工业部门在没有水的情况下会得到发展,因此,人们称“水是工业的血液”。一个城市工业需水的多少,不仅与工业发展的速度有关,而且还与工业的结构、工业生产的水平、节约用水的程度、用水管理水平、供水条件和水资源的多寡等因素有关。需水不仅随部门不同而不同,而且与生产工艺有关,同时还取决于气候条件等。
1.工业需水的特点
工业生产用水的特点可归纳为以下几点。
(1)数量较大。
工业用水在总用水量中占有相当大的比重。我国2002年,工业总用水量为1140亿m3,占全国总用水量的20.8%。工业发达国家,工业用水所占比重还要大得多,例如早在60年代中期,西德工业用水量占总用水量的70%,捷克为81%;60年代末英国为76%,法国为41%,苏联为36%;而70年代中期美国为44%。无疑,随着我国工业化水平的提高,工业用水量必然增加,它所占的比重将逐渐提高。
(2)增长速度快。
工业的高速发展,使工业用水量增长速度很快,大大超过农业和城市生活用水量的增长速度。有关资料表明,20世纪以来,全世界农业用水量增长了7倍,城市生活用水量增长了11.5倍,而工业用水量却增长了36倍。新中国成立以来我国工业高速发展带来工业用水量猛增,到1979年比新中国成立初期增加了18倍。由于近年来节约用水的大力开展,工业用水量的增长速率有所降低。
(3)用水集中。
由于大工业多集中于城市附近及某些工业基地,使取水集中,更加剧了局部地区水资源供求矛盾的严重程度,常常形成工业用水与城市生活和郊区农业争水的局面。
(4)用量差异大。
工业生产用水的数量,不仅因生产性质和产品的不同而相差悬殊,即使同一种产品,由于生产工艺、设备类型、管理水平以及地区条件等不同,其用水量差异也很大。电力、化工、造纸、冶金等工业是用水大户,如造纸、人造纤维每吨产品用水量均高达1000m3以上。这些行业的单位产品用水量大大超过其他工业部门。但同是钢铁工业,吨钢取水量首钢为25.7m3,宝钢为12m3,而美、英、德等国仅为4~5m3。
(5)节水潜力大。
正因为同样的产品生产用水量差异大,因此通过采用新技术、新工艺、提高管理水平,节水的潜力很大。例如一座装机容量100万kW的火电厂,采用直流式冷却,每年需水12亿~16亿m3,若采用循环式冷却则仅需水1.2亿m3,可节水90%以上。目前我国工业产品耗水量仍相当高,工业用水的重复利用率也低,与发达国家相比还有很大差距,水的浪费仍很严重,因此节水仍大有可为。
2.工业需水分类
尽管现代工业分类复杂、产品繁多、需水系统庞大,需水环节多,而且对供水水流、水压、水质等有不同的要求,但仍可按下述4种分类方法进行分类研究。
(1)按工业需水在生产中所起的作用分类。
按工业需水在生产中所起的作用可分为:①冷却需水,是指在工业生产过程中,用水带走生产设备的多余热量,以保证进行正常生产的那一部分需水量;②空调需水,是指通过空调设备用水来调节室内温度、湿度、空气洁度和气流速度的那一部分需水量;③产品需水(或工艺需水),是指在生产过程中与原料或产品掺混在一起,有的成为产品的组成部分,有的则为介质存在于生产过程中的那一部分需水量;④其他需水,如清洗场地需水等。
(2)按工业需水过程分类。
按工业需水过程可分为:①总需水,即工矿企业在生产过程中所需要的全部水量(Vt)。总需水量包括空调、冷却、工艺、洗涤和其他需水。在一定设备条件和生产工艺水平下,其总需水量基本是一个定值,可以测试计算确定。②取用水(或称补充水),即工矿企业取用不同水源(河水、地下水、自来水或海水)的总取水量(Vf)。③排放水,即经过工矿企业使用后,向外排放的水(Vd)。④耗用水,即工矿企业生产过程中耗用掉的水量(Vc),包括蒸发、渗漏、工艺消耗和生活消耗的水量。⑤重复用水,在工业生产过程中,二次以上的用水,称为重复用水。重复用水量(Vr)包括循环用水量和二次以上的用水量。
(3)按水源分类。
按水源可分为:①地表水,工矿企业直接从河流、湖泊、水库等水体中取水,一般水质达不到饮用水标准,可作工业生产需水;②地下水,工矿企业在厂区或邻近地区自备设施提取地下水,供生产或生活用的水,在我国北方城市,工业需水中取用地下水占相当大的比重;③海水,沿海城市将海水作为工业需水的水源,有的将海水直接用于冷却设备,有的海水淡化处理后再用于生产;④再生水,城市排出废污水经处理后再利用的水。
(4)按工业组成的行业分类。
在工业系统内部,各行业之间需水差异很大,由于我国历年的工业统计资料均按行业划分统计。因此,按行业分类有利于需水调查、分析和计算。一般可分为高用水工业、一般工业和火(核)电工业三类用户分别进行预测。
工业需水分类,其中按行业划分是基础,如再结合需水过程、需水性质和需水水源进行组合划分,将有助于工业需水调查、统计、分析、预测工作的开展。一般说,按行业划分越细,研究问题就越深入,精度就越高,但工作量增加;而分得太粗,往往掩盖了矛盾,需水特点不能体现,影响需水问题的研究和成果精度。
3.工业需水调查计算
研究城市工业需水必须掌握可靠的第一手资料。但由于过去长期对用水问题不够重视,用水缺少观测,缺乏资料。因此,工业用水调查是获得用水资料的重要手段,是研究城市需水极其重要的一项工作。
工业需水调查内容主要包括:①基本情况,包括人口、土地、职工人数、工业结构和布局,历年工业产值及主要工业产品、产量等。②供排水情况,包括供水水源、供水方式、排水出路和水质情况等。水源情况调查,除自来水用量可直接从自来水公司记载中取得外,各单位自取河水、地下水都要进行调查。③用水情况,包括地区的工业发展规划,城市建设发展规模,将来的工业结构及布局,工业产值、产量的计划,供排水工程设施规划等。
工业用水调查不仅提供了工业用水的一般情况,更重要的是:通过调查了解一个地区工业用水的水平,可以找出合理用水的途径和措施,挖掘工业用水的潜力,同时为工业需水量的计算奠定基础。工业需水分析计算方法可采用水平衡法。
一个地区,一个工厂,乃至一个车间的每台用水设备,在用水过程中水量收支保持平衡。即一个用水单元的总需水量,与消耗水量、排出水量和重复利用水量相平衡。
式中:Vt为总需水量,在设备和工艺流程不变时,为一定值;Vc为消耗水量,包括生产过程中蒸发、渗漏等损失水量和产品带走的水量;Vd为经工矿企业使用后向外排放的水量;Vr为重复用水量,包括二次以上用水量和循环水量。
4.工业用水考核指标及计算方法
参照《评价企业合理用水技术通则GB/T 7119—96》(General principles for evaluating the rational utilization of water in enterprises),工业用水中,共有3类9个指标,具体见图2-3。
图2-3 工业用水评价指标
(1)重复利用率。
重复利用率是工业用水中能够重复利用的水量的重复利用程度。它是考核工业用水水平的一个重要指标。是指在一定的计量时间(年)内,生产过程中使用的重复利用水量与总用水量之比,计算公式:
式中:R为重复利用率,%;Vr为重复利用水量,m3;Vt为生产过程中总用水量,m3。
由于火电业、矿业、盐业的用水特殊,为了便于城市间的比较,计算城市工业重复利用率时不包括这三个工业部门。当然,也可以同时计算出包括这三个工业部门的城市工业重复利用率。
(2)新水利用系数。
在一定的计量时间(年)内,生产过程中使用的新水量与外排水量之差同新水量之比。计算公式为:
式中:Kf为新水利用系数;Vf为生产过程中取用的新水量,m3;Vd为生产过程中,外排水量(包括外排废水、冷却水、漏、溢水量等),m3。
(3)用水定额指标。
用水定额指标只介绍万元增加值用水量。万元增加值用水量指每1万元工业增加值需要的用水量,计算公式:
式中:Vwt为万元工业增加值用水量,m3/万元;Vyf为年生产用新水量总和,m3;Vr为年重复利用水量,m3;Z为年工业增加值,万元。
5.工业需水预测
工业用水预测是一项比较复杂的工作,涉及的因素较多。一个城市或地区的工业用水的发展与国民经济发展计划和长远规划密切相关。通常采用的方法是:研究工业用水的发展史,分析工业用水的现状,考察未来工业发展的趋向和用水水平的变化,从中得出预测的规律。工业用水预测方法一般有以下几种。
(1)趋势法。
用历年工业用水增长率来推算将来工业需水量。用水量的递增率基本稳定时,预测不同水平年的需水量计算式为:
式中:Vi为预测的某一水平年工业需水量;V0为预测起始年份工业用水量;P为工业用水年平均增长率;n为从起始年份至预测某一水平年份所间隔时间。
用水量的递增率呈现递增或递减规律时,预测不同水平年的需水量计算式为:
式中:p1是第一年的用水量递增率;q是用水量递增率p的递变率,q为正值时,p逐年上涨,否则,下降。
一个城市工业用水的增长率与工业结构、用水水平、水源条件等有关。用趋势法预测关键是对未来用水量增长率的准确确定,需要找出与增长率紧密相连的因素,充分分析过去实际结构,合理确定未来不同水平年的平均用水增长率。一般来说,工业用水年平均增长率随用水水平提高、单耗降低、重复利用程度提高呈下降的趋势。
趋势法推算较简单易行,但是从历年调查资料中分析用水增长率时,必须是选取工业发展稳定阶段,该阶段是相当长的一个时段并具有准确度较高的用水量数值,便于观察历年用水增长趋向。对异常点要做合理性检查,才能把异常点省去,消除偶然因素的影响。如某一大型耗水性工厂经多年建设,在某一年正式投产使用,使某城市工业用水量骤增至某一个水平。又如,某年遇到连续干旱缺水年份,水源缺乏,供水量衰减,迫使工业用水减少等。当有一个较长系列的用水资料时,就可以作详细分析,避免偶然因素,删除异常点,对于特殊情况,应另作分析。
(2)重复利用率提高法。
万元增加值用水量和重复利用率,是衡量工业用水水平的两个综合指标。一般来说,一个地区或一个工矿企业单位,工业结构不发生根本变化时,万元增加值用水基本取决于重复利用率。随着重复利用率的不断提高,万元增加值用水将不断下降。
重复利用率提高法可采用下式计算:
式中:V2f为预测年的工业用水量,m3;η1、η2分别为现状年与预测年的重复利用率;q1为现状年的万元增加值用水量,m3/万元;Z2为预测年的工业增加值,万元。
重复利用率与万元增加值用水的关系可用水平衡式推导。因为重复利用率:
所以可进行下列推导:
由式(2-25)和式(2-26)可得:
对于同一行业,当生产设备、工艺流程和生产规模不变时,由万元增加值用水q=得:
V1f=Zq1V2f=Zq2
故得:
一个行业,如果已知现有用水重复利用率和万元增加值用水,根据该地水源条件、工业用水的水平,如能提出将来可达到的重复利用率,便可利用式(2-28)求出将来的万元增加值用水量。从而比较准确的推求将来的工业用水量。
【例2-1】已知某市1990年冶金工业用水重复利用率为76.3%,相应的万元增加值用水量为636m3。根据该市水资源条件和目前用水水平,参照国内外先进水平,提出2010年冶工业重复水利用率将达到90%,相应的万元增加值用水量可求出为:
q2=268m3/万元
各个行业用上述方法,都可推求出不同水平年的万元增加值用水量。
(3)需水量弹性系数法。
需水量弹性系数是指工业需水量增长率与工业年产值增长率的比值。该法是依据企业以往年的年需水量增长率和工业产值增长率,计算需水量弹性系数;而后根据企业发展规划确定今后的年产值增长率,进而求出需水量增长率,再根据趋势法计算工业用水量。
【例2-2】某企业2000~2010年工业总产值和年需水量见表2-6,“十二五”规划确定年工业产值增长率为15%,试用弹性系数法预测企业的2015年的需水量。
表2-6 某企业需水量及产值表
解:1)根据历年资料,计算工业产值与用水增长率(表2-7)。
表2-7 某企业工业产值与用水增长率表
经计算多年平均用水增长率为13.50%,工业产值增长率为20.61%。
2)计算需水弹性系数:
3)计算2010~2015年用水增长率:
4)按趋势法计算2015年用水量:
Vt=V0(1+d)n=4400×(1+9.9%)5=7054(万m3)
(4)相关法。
工业用水的统计参数(单耗、增长率等)与工业增加值有一定的相关关系,如把增加值作为横轴,描绘上实际值,进行回归分析,则适合这种相关分析的回归方程有以下形式:
式中:y为单位用水量或增长率;x为工业增加值;a、b为常数。
根据企业发展规划确定今后的年产值增长率,进而求出预测年的工业增加值。采用回归分析得到的经验公式,计算预测年的工业用水量。
(三)第三产业需水量预测
建筑业和第三产业需水量预测方法可参照工业需水量预测方法。建筑业需水预测可采用建筑业万元增加值用水量法,也可采用单位建筑面积用水量法。第三产业需水可采用万增加值用水量法进行预测,也可参考城市建设部门分类口径及其预测方法进行复核。根据这些产业发展规划成果,结合用水现状分析,预测各规划水平年的净需水定额和水利用水系数,进行净需水量和毛需水量的预测。
第三产业需水量年内分配相对比较均匀。对年内用水量变幅较大的地区,通过典型调查进行用水量分析,计算需水月分配系数,确定用水量的年内过程。
五、生态需水预测
(一)基本概念与内涵
生态与环境需水是指为了维持给定目标下生态与环境系统一定功能所需要保留的自然水体和需要人工补充的水量。要结合当地水资源开发利用状况、经济社会发展水平、水资源演变情势等,确定切实可行的生态与环境保护、修复和建设目标,分别进行河道外和河道内的生态与环境需水量的预测。
河道内生态与环境需水指维持河流生态系统一定形态和一定功能所需要保留的水(流)量,按维持河道一定功能的需水量和河口生态与环境需水量分别计算。河道内生态与环境需水量要以河流水系主要控制断面为计算节点,对上、下游不同计算节点的计算值经综合分析后确定成果。河道内生态与环境需水量与河道内非消耗性生产需水量之间有重复的,计算时应予以注明。
河道外生态与环境需水指保护、修复或建设给定区域的生态与环境需要人为补充的水量,按城镇生态与环境需水、湖泊沼泽湿地生态与环境补水、林草植被建设需水和地下水回灌补水分别计算。
(二)河道内生态与环境需水
河流在自然本质上是一个完整的连续体,自古以来河流两岸就是人类繁衍生息之地。人类活动对河流的开发利用与社会经济发展程度密切相关,河流水体生态退化主要受自然和人类双重活动的控制。河流资源利用方式的演变大致可以分为4个阶段:初级开发阶段、平衡利用阶段、掠夺开发阶段、协调发展阶段。
初级开发阶段:人类自发对河流资源进行利用,河流资源基本上受自然规律支配,主要是洪涝灾害的影响,河流的连通性和宽度构成了河流生态系统的重要结构特征,具有河流所有的天然生态功能,包括维持水循环的连续性、生物完整性、自净过滤作用、通道作用和水沙输送等。
平衡利用阶段:社会经济的发展,使得人们对河流资源的本质有了一定了解,利用能力不断提高。早期为了生存对渔业资源进行开发,开发航运功能并进行贸易往来,上游引水、中游筑坝以及泛洪平原的垦殖,在满足规模农业发展和初级工业化和人口、经济的发展需求的基础上,河流基本能够维持自然水文规律,河流的生物完整性和多样性没有遭到破坏,河流水资源的承载能力还没有得到充分体现和发挥。
掠夺开发阶段:工业化程度高,对河流的开发利用主要着眼于经济的发展,对河流的控制能力极大地加强,以水库、水力发电等为代表的利用方式强化了对河流资源的利用,局部水循环的基本格局大都被打破,农业面源污染和大规模工业化造成的污染层出不穷,甚至出现“有河皆干,有水皆污”的局面。河流生物种大部分灭绝,河道断流频发。出现了世界性的河流环境污染和生态破坏,经济结构不合理,对生态系统的认识不足。河流水资源利用方式的不当对人类的生存和发展逐渐构成了现实威胁。
协调发展阶段:城市化和工业化进程中对水资源的竞争,形成城市和工业用水挤占农业用水,农业用水挤占生态环境用水的不合理循环格局。河流有限水资源在量和质上的不足造成的生态环境恶化现状,使人类认识到人与自然实现和谐共处的必要性,人类对生态用水问题开始高度重视。河流生态系统作为流域生态系统的子系统,它的最基本的特征就是参与自然界的水分循环,通过水体介质不断地跟周围环境进行物质和能量交换,与周边环境相互影响和制约。
国外对河道生态用水问题关心较早。20世纪40年代,随着水库的建设和水资源开发利用程度的提高,美国的资源管理部门开始注意和关心渔场的减少问题。60年代初期,工业化国家开始出现水资源对国民经济的制约作用,这种影响在枯水期尤为显著。由于径流迅速减小,对水力发电、航运、供水的限制越来越大,常常造成巨大经济损失,更造成生态恶化。于是各工业化国家对枯水期径流开展了大规模研究。20世纪70年代以来,法国、澳大利亚、南非等国都开展了许多关于鱼类生长繁殖与河流流量关系等方面的研究,从而提出了河流生态流量的概念,并产生了许多计算和评价方法。20世纪90年代以前河流流量的研究主要集中在所关心的鱼类、无脊椎动物等对流量的需求。20世纪90年代后的研究,不仅研究维持河道的流量,而且还考虑了河流流量在纵向上、横向上的连接。从总体上讲,考虑了河流生态系统的完整性,考虑了生态系统可以接受的流量变化。
由于我国的自然条件复杂、人口众多,造成的生态用水问题极为复杂。研究生态系统某种临界状态下的水分条件,以此作为生态用水衡量标准,既是该领域理论和技术上的探索,也是生产实践中急需解决的问题。
1.维持河道一定功能的需水量
维持河道一定功能的需水量包括生态基流、输沙需水量和水生生物需水量等。根据各地河流水系实际情况,选择不同方法计算,经比较选取合理结果。
(1)湿周法。
湿周法是根据河道的水力特性参数,如湿周、水力半径、平均水深等,由实测的河道断面湿周与断面流量之间的对应关系,绘制流量—湿周关系图,由图中找出突变点或影响点(point of effection),与该点对应的流量值即为河道生态流量推荐值。它是基于满足临界区域水生生物栖息地的思想提出来的。
湿周法主要适用于:①小型河流或者是流量很小且相对稳定的河流;②泥沙含量少,水环境污染不明显的河流;③推荐的流量是主要为了满足某些大型无脊椎动物以及特殊物种保护的要求。
从关系图中直接判断突变点有时比较困难,甚至无法判断,尤其对于山区河流,变化点多数不明显,需要借助数学方法来加以判别。通常,该法较适用于平原地区河道。
(2)Tennant法。
Tennant在对美国11条河流的断面数据进行分析后,依据流量对应的流速、水深等增幅大小,认为年均流量的10%是河流生态与环境得以维持的最小流量,并以预先确定的年平均流量百分比将河流生态与环境划分为不同的等级。
Tennant法将全年分为两个计算时段,根据多年平均流量百分比和河道内生态与环境状况的对应关系,直接计算维持河道一定功能的生态与环境需水量。Tennant法中,河道内不同流量百分比和与之相对应的生态与环境状况见表2-8。
表2-8 Tennant法中不同流量百分比对应的河道内生态环境状况
根据Tennant法,维持河道一定功能需水量计算式如下:
式中:WR为多年平均条件下维持河道一定功能的需水量,m3;Mi为第i月天数,d;Qi为第i月多年平均流量,m3/s;Pi为第i月生态与环境需水百分比。
Tennant法将一年分为2个计算时段,4~9月为多水期,10月至次年3月为少水期,不同时期流量百分比有所不同。各流域计算时年内时段可按如下方法划分:将天然情况下多年平均月径流量从小到大排序,前6个月为少水期,后6个月为多水期。
用Tennant法计算维持河道一定功能的生态与环境需水量关键在于选取合理的流量百分比。不同的河流水系其河道内生态与环境功能不同,同一河流的不同河段也有差异,因此要根据实际情况选取合理的河流生态与环境目标来确定流量百分比。一些研究中,少水期通常选取多年平均流量的10%~20%作为河道生态与环境需水量,多水期选取多年平均流量的30%~40%,但要根据各河流水系的实际情况而定。
特殊河流(河段),如泥沙含量较高或有国家级保护物种的河流(河段),维持河道一定功能的需水应分单项计算,并对成果进行合理性分析检查。
(3)分项计算方法。
1)生态基流。生态基流指为维持河床基本形态、防止河道断流、保持能力和避免河流水体生物群落遭到无法恢复的破坏而保留在河道中的最小水面,给出3种计算方法。
方法一:最小月流量平均法。
计算式为:
式中:WEb为河道生态基流,m3;Qmi为最近10年中第i年最小月平均流量,m3/s。
方法二:典型年最小月流量法。
选择满足河道一定功能、未出现较大生态环境问题的某一年作为典型年,将典型年最小月平均流量作为满足年生态环境需水的平均流量。典型年最小月流量法计算公式为:
式中:Qsm为典型年最小月平均流量,m3/s。
方法三:Q95法。
指将95%频率下的最小月平均流量作为河道内生态基流。该法主要是用来计算河流纳污容量的。
不同河流水系,用以上3种方法计算得到不同的结果,综合分析后作为河道内生态基流。
2)输沙需水量。河道输沙需水量指保持河道水流泥沙冲淤平衡所需水量,主要与河道上游来水来沙条件、泥沙颗粒组成、河流类型及河道形态等有关。
对北方多沙河流而言,河道泥沙输送主要集中在汛期,汛期水流含沙量高,通常处于饱和输沙状态,因此可根据汛期输送单位泥沙所需的水量来计算输沙需水量。汛期输送单位泥沙所需的水量可近似用汛期多年平均含沙量的倒数来代替。输沙需水量可用下式计算:
式中:Ws为年输沙需水量,m3;Sl为多年平均输沙量,kg;Scw为多年平均汛期含沙量,kg/m3。
基岩河床的河流或河床比降较大的山区河流,一般情况下水流处于非饱和输沙状态,可用多年最大月平均含沙量代表水流对泥沙的输送能力,输沙需水量计算式为:
式中:Sl为多年平均输沙量,kg;Scmax为多年最大月平均含沙量,kg/m3。
有资料的河段,可根据模型计算水流挟沙力,由水流挟沙力和输沙量计算河道输沙需水量,计算模型可参见河流泥沙有关论著。
3)水生生物需水量。水生生物需水量是指维持河道内水生生物群落的稳定性和保护生物多样性所需要的水量。为保证河流系统水生生物及其栖息地处于良好状态,河道内需要保持一定的水量;对有国家级保护生物的河段,应充分保证其生长栖息地良好的水生态环境。
水生生物需水量可按下式计算:
式中:Wc为水生生物年需水量,m3;Wcij为第i月第j种生物需水量,根据具体生物物种生活习性确定,m3。
依据生物资料与河流流量资料,建立河道流量与生物量或种群变化关系,以生物为主要因子,考虑生态与环境对河流流量的季节性变化要求。对湿地,可建立水量与高等大型植物的关系等。在生态需水计算过程中,要考虑对特定生物的保护要求。
资料缺乏地区,可按多年平均流量的百分比估算河道内水生生物的需水量,一般河流少水期可取多年平均径流量的10%~20%,多水期可取多年平均径流量的20%~30%,有国家级保护生物的河流(河段)可适当提高百分比。
4)河道内生态基流、输沙需水量和水生生物保护需水量分月取最大值(外包),得到维持河道一定功能的年需水量。
此外,在某些情形下,为保持河流一定的水环境容量,根据水质保护标准和特定的环境要求,进行所需水量或流量的推求,作为河道环境需水量。
2.河口生态与环境需水量
河口生态与环境需水量指防止咸潮上溯、维持河口生态系统平衡所需的水量,主要包括河口冲沙需水量、防潮压咸需水量、河口生物需水量。各需水量之间有一定重复,各计算单项需水量的最大值为河口生态与环境需水量。
(1)河口冲沙需水量。
河口冲沙需水量指为了保持河口泥沙冲淤平衡所需要水量。冲沙需水量计算需分析历年入海水量的变化特点及河口生态环境、泥沙冲淤平衡状况,丰水年和平水年可利用汛期的排水及灌溉回归水冲淤,枯水年份需要保持一定的入海水量,满足河口冲沙的需要。河口泥沙受到河道水流与潮流的相互作用,水动力条件复杂,可用河口多年入海水量、含沙量、泥沙淤积量等进行估算。
(2)防潮压咸需水量。
防潮压咸需水量是为了避免咸潮上溯对河口地区生态环境和生活生产用水带来不利影响所需要的水量。咸潮河流为防止潮水上溯,保持河口地区不受咸潮影响,必须保持河道一定的防潮压咸需水量。有资料地区可根据河口流量与咸水位关系计算相应的入海压咸需水量。无资料地区可以河口处多年平均月最大潮水位和设计潮水位来计算防潮压咸所需水量。
(3)河口生物需水量。
河口生物需水指为了保持河口水生生物及其栖息地所需要的水量。河口生物栖息地受河道水流和海洋潮流的共同影响,情况比较复杂。河口生物栖息地保护主要是维持河口入海水量与咸潮及泥沙的动态平衡,一般通过典型年入海水量的分析,确定其需水量。
3.河道内生态与环境需水量
河道内生态与环境需水量应在河流水系主要控制节点(包括河口)计算成果的基础上,综合分析河流水系不同河段河道内生态与环境保护、修复或建设目标,提出合理成果。
(三)河道外生态与环境需水
1.城镇生态与环境需水量
城镇生态与环境需水量指为保持城镇良好的生态与环境所需要的水量,主要包括城镇河湖需水量、城镇绿地建设需水量和城镇环境卫生需水量。
(1)城镇绿地生态需水量。
采用定额法,即按下式计算:
式中:WG为绿地生态需水量,m3;SG为绿地面积,hm2;qG为绿地灌溉定额,m3/hm2。计算时要注意公式中单位转换系数(下同)。
(2)城镇河湖补水量。
按照水量平衡法或定额法计算城镇河湖生态环境补水量。
1)水量平衡法。根据水量平衡原理,城镇河湖补水量计算公式如下:
式中:Wcl为河湖年补水量,m3;F为水体渗漏量,m3;V为城镇河湖水体体积,m3;f为换水周期,次/a;S为水面面积,m2;P、E分别为降水和水面蒸发量,mm。
2)定额法。按照现状水面面积和现状城镇河湖补水量估算单位水面的河湖补水量,根据对不同规划水平年河湖面积的预测计算所需水量。也可以采用人均水面面积的现状定额为基础,结合未来城镇人口预测,采用适当的人均水面面积(根据城镇总体规划等)进行预测。
(3)城镇环境卫生需水量。
按照定额法计算:
式中:Wch为环境卫生需水量,m3;Sc为城市市区面积,m2;qc为单位面积的环境卫生需水定额(采用历史资料和现状调查法确定),m3/m2。
2.林草植被建设需水量
林草植被建设需水指为建设、修复和保护生态系统,对林草植被进行灌溉所需要的水量,林草植被主要包括防风固沙林草等。
林草植被生态需水量采用面积定额法计算:
式中:Wp为植被生态需水量,m3;Spi为第i种植被面积,hm2;qpi为第i种植被灌水定额,可参照农作物灌水定额的计算方法,无资料地区可参考条件相似地区确定,m3/hm3。
3.湖泊沼泽湿地生态与环境补水量
湖泊沼泽湿地生态与环境补水量指为维持湖泊一定的水面面积或沼泽湿地面积需要人工补充的水量。
(1)湖泊生态与环境补水量。
湖泊生态与环境补水量可根据湖泊水面蒸发量、渗漏量、入湖径流量等按水量平衡法估算,计算公式如下:
式中:WL为湖泊生态与环境补水量,m3;S为需要保持的湖泊水面面积,hm2;P为降水量,mm;E为水面蒸发量,mm;F为渗漏量,m3;参考达西公式计算,一般情况下可忽略不计;RL为入湖径流量,m3。
此外,我国部分湖泊污染严重,还要考虑换水以改善水质,这部分水量要求可另行计算。
(2)沼泽湿地生态与环境补水量。
沼泽湿地生态与环境补水量可用水量平衡法进行估算,其公式为:
式中:Ww为沼泽湿地生态环境需水量,m3;S为需要恢复或保持的沼泽湿地面积,hm2;P为降水量,mm;Ew为沼泽湿地蒸发量,mm;F为渗漏量,m3,对于底层为冰冻或者泥炭层的沼泽湿地,可近似认为渗漏量为0;Rw为进入沼泽湿地的径流量,m3。
4.地下水回灌补水量
地下水回灌补水指为了防治地下水超采,需要通过工程措施对地下水超采区进行回灌所需要的水量。通常情况下,如果开采量小于补给量,地下水超采区可逐步恢复。如确需通过工程措施对地下水超采区进行回灌,可根据地下水保护规划,结合地下水超采量、地下水采补平衡目标、地下水回灌系数和地下水回灌年数,确定合理的地下水回灌量。
六、综合需水分析与计算
对一个区域来说,有生活、生产和生态环境三类用水部门。生活需水量主要取决于人口数量和用水定额两个因素,生活需水量预测一般采用定额法,关键在于确定不同水平年的人口数量和相应的生活用水定额,其中人口数量以计划部门预测为主;生活用水定额受国民经济、生活水平和基础设施完善程度等因素的影响,在现状用水定额的基础上考虑经济的发展和人民生活水平的提高来确定。生产需水量又分为工业需水量和农业需水量。工业需水量与工业发展的速度、工业结构、工业生产的水平、节约用水的程度、用水管理水平、供水条件和水资源的多寡等因素有关。可采用趋势法、相关法和重复利用率提高等方法进行预测。农业需水包括农田灌溉和林牧渔畜需水。无论是农作物的灌溉用水,还是林、牧、渔业用水量的大小,主要都取决于灌溉定额与灌溉面积两个因素。农业用水量的预测采用灌溉定额法,关键在于拟定不同水平年可能发展扩大的灌溉面积,并要合理确定相应的灌溉定额和渠系水的利用系数。灌溉定额与降水频率有关,一般选取降水频率为50%、75%和90%的三个不同年型(代表年)确定相应的灌溉定额。因此预测的农业需水量具有频率的概念。生态环境需水量,要结合当地水资源开发利用状况、经济社会发展水平、水资源演变情势等,确定切实可行的生态与环境保护、修复和建设目标,分别进行河道外和河道内的生态与环境需水量的预测。
在生活、生产和生态(环境)三类需水预测基础上,进行河道内和河道外、城镇和农村需水预测成果的综合分析与计算。综合时应注意,某些需水项之间有一定重复,应综合考虑。
1.河道外需水量
河道外需水量要参与区域或流域水资源的供需平衡分析。应分别提出不同代表年,如降水频率为P=50%、P=75%和P=90%,按城镇和农村分类汇总的需水量预测成果。
【例2-3】某市地处湘北,面积为2177.02km2,其中平原面积1857.22 km2,丘区岗地面积为319.8 km2。全市多年平均气温17.0℃,多年平均无霜期276天,多年平均日照时数1720h,多年平均蒸发量1332.6mm,多年平均降水量1326mm,汛期4~9月降水量占全年降水量的65.7%。以2000年为现状年,社会经济基本情况见表2-9。
表2-9 现状年基本情况统计表
2010年为近期规划年,2020年为远期规划年。按上述方法分别预测近期、远期不同水平的生活、生产(工业、农业)需水量,而后进行汇总,结果见表2-10。
表2-10 某市不同水平年各部门需水汇总表
2.河道内需水量
河道内需水包括河道内生产需水和河道内生态与环境需水。河道内生产用水一般不消耗水量,可以“一水多用”。但要通过在河道中预留一定的水量给予保证。河道内生产需水量主要包括航运、水力发电、旅游等生产部门的用水。
(1)航运需水量。
航运需要通航河段保持一定的水位和流量,以维持航道必要的深度和宽度。在设计航运基流时,根据治理以后的航道等级标准及航道条件,计算确定相应设计最低通航水深保证率的流量,以此作为通航河段河道内航运用水的控制流量。
(2)水力发电需水量。
水力发电用水一般指为保持梯级电站、年调节及调峰等电站的正常运行,需要向下游下泄并在河道中保持一定的水量。水力发电一般不消耗水量,但要满足在特定时间和河段内保持一定水量的要求。在统筹协调发电用水与其他各项用水的基础上,计算确定水力发电需水量。
(3)其他生产用水量。
其他生产用水可根据各地实际情况,如漂木用水、旅游用水等。
分项生态环境用水量之间有重复,计算河道内生态与环境需水量时取外包线。河道内需水量超过河道内生态环境需水量的部分,要与河道外需水量统筹协调,参与区域或流域水资源的供需平衡分析。
为了保障预测成果具有合理性,要对经济社会发展指标、用水定额以及需水量进行合理性分析。主要分析内容包括:各类预测指标发展变化趋势的合理性分析,区域间和各类用水间的数据协调性分析及国内外其他地区的指标比较等。