水資源緊缺約束下義烏市人口承載力研究

鮑倩倩，謝 磊，周楊軍，趙 祥

(中國城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院上海分院，上海 200335)

水資源是城市發(fā)展重要的自然資源，是影響一座城市人口規(guī)模的重要因素之一，而隨著城市的發(fā)展和人口規(guī)模的擴(kuò)增，日益增長(zhǎng)的用水需求與有限的水源供給能力間的矛盾日益突出[1- 3]。為維持城市的可持續(xù)發(fā)展，優(yōu)化城市水資源配置[4- 6]、合理評(píng)價(jià)其水資源承載力[7- 8]已成為研究的焦點(diǎn)。對(duì)于水資源人口承載力研究，目前主流研究方法有參變量較多的常規(guī)趨勢(shì)法[9]、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法[10- 12]、多目標(biāo)綜合分析法[13]和相對(duì)簡(jiǎn)化的模糊評(píng)價(jià)法[14]、主成分分析法[15- 16]等。黨麗娟等[17]指明參變量較多的計(jì)算模型過程復(fù)雜而不宜掌握，相對(duì)簡(jiǎn)單的計(jì)算模型可綜合評(píng)價(jià)水資源，可作為對(duì)城市發(fā)展規(guī)模的支撐依據(jù)。由于城市水資源相關(guān)數(shù)據(jù)有限，需要大量參變量的水資源人口承載力計(jì)算模型不具有實(shí)用性，為評(píng)價(jià)一座城市的水資源與可承載人口規(guī)模，需采用較為簡(jiǎn)單的定量方法。

本文以義烏市為例，采用基于主成分分析法的簡(jiǎn)單量化模型進(jìn)行定量分析，旨在探討水資源緊缺模式下未來義烏市可承載的城市人口規(guī)模，為義烏市國土空間規(guī)劃編制中人口規(guī)模的確定提供參考依據(jù)，保障義烏市經(jīng)濟(jì)、資源、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

1 義烏市水資源概述

義烏市多年平均徑流深為665mm[18]，年均水資源總量為8.25億m3，其中地表徑流量7.35億m3，地下水資源量1.28億m3，灌溉回歸水量0.38億m3；年均水資源可利用總量為4.73億m3，人均年水資源占有量為432.7m3，低于金華市平均水平(1248.3m3[19])、浙江省平均水平(1521.0m3[20])以及全國平均水平(1968.6m3[21])，屬于水資源重度缺水地區(qū)，用水緊張。為緩解本地水資源緊缺，義烏市向境外引水，境外引水總規(guī)模為9500萬m3/a，主要為東陽橫錦水庫引水工程和浦江引水工程，分為向義烏供水8000萬m3/a和1500萬m3/a。

義烏市多年平均供水量高達(dá)2.8億m3[19]，供水水源以地表水源為主，其供水量占比高達(dá)90%以上。由于以地表水為主的水資源年際年內(nèi)變化幅度大，供水系統(tǒng)保障能力差，2011—2017年間最大水資源量(14.55億m3，2016年)與最小年水資源量(7.71億m3，2017年)變化幅度高達(dá)6.84億m3，高達(dá)義烏市年均水資源總量的82%，如圖1所示。

圖1 2011—2017年義烏市水資源總量波動(dòng)圖

義烏市節(jié)水水平偏低。農(nóng)業(yè)節(jié)水方面，截止2017年高效節(jié)水灌溉工程面積僅占全市灌溉面積的3.71%[18]，明顯低于浙江省平均水平(9.24%)；工業(yè)節(jié)水方面，工業(yè)用水量占總用水量最高為39%，8大支柱產(chǎn)業(yè)中紡織業(yè)、紡織服裝服飾業(yè)、化學(xué)纖維業(yè)以及金屬制品業(yè)均為高用水行業(yè)，工業(yè)用水重復(fù)利用率僅約50%，低于浙江省工業(yè)用水重復(fù)利用率目標(biāo)(65%)和發(fā)達(dá)國家工業(yè)用水重復(fù)率(80%～85%[22])；非常規(guī)水利用方面，截止2018年中水回用量?jī)H365萬m3，污水回用率和雨水利用率之和低于5%，總利用規(guī)模偏小。

整體而言，義烏市水資源緊缺問題日益嚴(yán)重。一方面，目前義烏市水資源利用率已高達(dá)34%[18]，逼近國際公認(rèn)的40%水資源開發(fā)利用紅線，境內(nèi)水資源進(jìn)一步挖潛增量空間有限。另一方面，境外引水工程因協(xié)調(diào)難度大、距離遠(yuǎn)、投資規(guī)模大等因素而難以實(shí)施。義烏市作為世界小商品之都，未來城市規(guī)模將進(jìn)一步擴(kuò)張，故研究日益增長(zhǎng)的用水需求和水資源可承載人口規(guī)模十分必要。

基于義烏市國土空間規(guī)劃編制背景，本研究以2019年為基準(zhǔn)年，預(yù)測(cè)年限至2035年。

2 研究方法

2.1 研究方法構(gòu)建

參照相關(guān)的研究成果[23]建立基于主成分分析法的最大支撐人口水資源承載力概念模型。城市可利用的水資源主要用于生活用水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水以及生態(tài)環(huán)境用水4個(gè)方面。以城市可持續(xù)發(fā)展為前提，計(jì)算出城市水資源可利用量，扣除工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水、生態(tài)環(huán)境用水，即可算出城市可提供的最大生活用水量。根據(jù)城市的發(fā)展水平、現(xiàn)狀用水情況、節(jié)水情況等，推出合理的人均綜合生活用水量，可得出城市可承載的最大人口規(guī)模，計(jì)算公式如下。

式中，c—研究對(duì)象的水資源人口承載力；σ—城市可提供的生活用水量；Wp—該地區(qū)人均綜合生活用水量標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 分類用水占比分析

工業(yè)用水量多年用水保持約1.1億m3[18]，較用水總量占比高達(dá)39%，如圖2所示。義烏市工業(yè)以高耗水企業(yè)為主，全市亟需進(jìn)行工業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型以減輕水資源緊缺問題，故需逐步減少工業(yè)用水占比。根據(jù)浙江省2018年水資源公報(bào)，浙江省各市區(qū)(縣)工業(yè)用水量整體不高于其用水總量的30%，僅舟山市工業(yè)用水量達(dá)到35.2%，如圖3所示。故預(yù)測(cè)未來義烏市工業(yè)用水量占比較現(xiàn)有占比降至32%～35%。

圖2 2011—2017年義烏市工業(yè)用水、生活用水、農(nóng)業(yè)用水、生態(tài)環(huán)境用水占比變化圖

圖3 2018年浙江省各市工業(yè)用水量占比分析

農(nóng)業(yè)用水量多年用水保持約0.7億m3，占用水總量的24%，如圖2所示。一方面，根據(jù)國家要求永久基本農(nóng)田保持面積不減、質(zhì)量提升、布局穩(wěn)定且將達(dá)到質(zhì)量要求的耕地依法劃入，推測(cè)義烏市未來農(nóng)業(yè)用地面積將不減少或稍有增加；另一方面，義烏市推行農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)可降低農(nóng)業(yè)用水量，故推測(cè)義烏市未來農(nóng)業(yè)用水量基本不變，為0.7億m3。

生態(tài)環(huán)境用水量由0.05億m3(2011年)增至0.18億m3(2017年)，用水占比提升至6.3%，且其增速逐漸放緩，2015—2017年間年平均增長(zhǎng)率約4.2%，如圖2所示。結(jié)合義烏市將繼續(xù)響應(yīng)國家建設(shè)生態(tài)文明城市的要求，生態(tài)環(huán)境用水量將繼續(xù)增加且增速將逐漸放緩，預(yù)測(cè)至2035年年平均增長(zhǎng)率為2%，故推測(cè)至2035年生態(tài)環(huán)境用水量占比較現(xiàn)有占比升至約13%。

生活用水量現(xiàn)狀占比約為29%，如圖2所示。結(jié)合以上分析，最大化考慮城市可提供的生活用水量，預(yù)計(jì)未來義烏市生活用水量占比在現(xiàn)有占比的基礎(chǔ)上有所提升，生活用水占比29%～32%。

綜合以上分析，預(yù)計(jì)未來農(nóng)業(yè)用水量保持約0.7億m3，工業(yè)用水量占比有所降低，生態(tài)環(huán)境用水量占比和生活用水量占比有所提升，最終確定工業(yè)用水量、生態(tài)環(huán)境用水量、生活用水量百分占比關(guān)系為(42- 46)∶17∶(37- 41)。

2.3 用水指標(biāo)分析

義烏市現(xiàn)狀人均綜合用水指標(biāo)為629L/d[18]，人均綜合生活用水量約300L/d，如圖4所示。依據(jù)SL366—2006《中華人民共和國城市用水量標(biāo)準(zhǔn)》，義烏市屬于Ⅸ區(qū)城市，且屬于人口特大城市范圍，人均綜合用水指標(biāo)應(yīng)控制在145～200m3/a，即397～548L/d；依據(jù)GB50282—2016《城市給水工程規(guī)劃規(guī)范》，義烏市綜合生活用水量指標(biāo)為220～400L/(人·d)。根據(jù)義烏市正大力推進(jìn)節(jié)水措施建設(shè)，預(yù)測(cè)未來義烏市人均綜合生活用水量將持續(xù)降低，故預(yù)測(cè)人均綜合用水指標(biāo)控制在500～550L/d，人均生活用水量為260～290L/d。

3 水資源配置策略

3.1 技術(shù)路線

確定以“內(nèi)部挖潛為主，外調(diào)為輔”的水資源供應(yīng)體系保障城市水資源供給安全與城市發(fā)展需求。內(nèi)部水源主要包括義烏市本地水庫水源、義烏江水源和非常規(guī)水源，外調(diào)水源以境外引水為主。以“優(yōu)水優(yōu)用，分質(zhì)供水”用水策略提升水資源的利用效率，依據(jù)不同水源的水質(zhì)特征合理分配，建立城市生活、工業(yè)分開的分質(zhì)供水系統(tǒng)。其中，優(yōu)質(zhì)水源供給居民生活用水保障居民用水安全；一般水源供給工業(yè)用水以降低水處理成本和水資源開采成本，如圖5所示。

圖5 技術(shù)路線

3.2 內(nèi)部挖潛研究

水庫水源挖潛方面，義烏市已經(jīng)形成水庫連通、主要水源相互備用、相互應(yīng)急的供水格局。可進(jìn)一步挖潛的工程為幸福水庫引水工程、八都水庫除險(xiǎn)加固工程、窄塘水庫除險(xiǎn)加固工程、衛(wèi)星水庫引水工程、柏峰水庫引水工程以及南山坑水庫除險(xiǎn)加固工程等6項(xiàng)工程，可為義烏市增加優(yōu)質(zhì)水約2000萬m3/a。

義烏江挖潛方面，規(guī)劃開展雙江湖水利工程和義駕山水廠改造工程兩項(xiàng)工程，合計(jì)可增加一般用水量13870萬m3/a。

非常規(guī)水源利用方面，污水廠污水處理量的50%用作回用處理?xiàng)l件下義烏市可提供的非常規(guī)水資源量為1.7億m3/a[18]。

地下水利用方面，可開采量有限，且由于義烏市前期存在大量私下開采地下水用戶已導(dǎo)致地下水位持續(xù)下降和部分地區(qū)地下水受嚴(yán)重污染。因此，根據(jù)義烏市目前水資源利用結(jié)構(gòu)和國家對(duì)地下水的保護(hù)，建議義烏市地下水采取“以保護(hù)為主、限制開采為輔”的策略，地下水僅在市政供水管網(wǎng)無法覆蓋的農(nóng)村地區(qū)使用，隨著未來供水管網(wǎng)普及可逐步關(guān)停農(nóng)村地下水的開采。

境內(nèi)水資源挖潛統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 義烏市內(nèi)部挖潛可增加水量統(tǒng)計(jì)表 單位：萬m3

3.3 外調(diào)水源研究

根據(jù)與義烏市相關(guān)部門對(duì)接情況，存在引水可能性的境外引水工程主要包括金華安地水廠引水工程、九峰-安地水廠聯(lián)合引水工程以及烏溪江引水工程等3項(xiàng)工程，預(yù)計(jì)可供水量約13000萬m3/a，境外引水工程統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 義烏市境外引水工程可增加水量統(tǒng)計(jì)表 單位：萬m3

4 人口承載力預(yù)測(cè)

4.1 內(nèi)部挖潛人口承載力預(yù)測(cè)

目前義烏市中水回用措施處于起步階段，老舊城區(qū)中水管網(wǎng)改造投資大且實(shí)施緩慢，中水回用措施推廣以新建區(qū)域?yàn)橹鳌＝Y(jié)合義烏市實(shí)際中水回用措施建設(shè)進(jìn)展，采用以下4種情景對(duì)內(nèi)部挖潛下人口承載力進(jìn)行分析預(yù)測(cè)：①情景1，水庫挖潛+義烏江挖潛；②情景2，水庫挖潛+義烏江挖潛+中水回用(回用率10%)；③情景3，水庫挖潛+義烏江挖潛+中水回用(回用率20%)；④情景4，水庫挖潛+義烏江挖潛+中水回用(回用率50%)。

情景1分析：由3.2節(jié)可知，義烏市現(xiàn)狀可供水資源量為3.74億m3/a。基于內(nèi)部挖潛下新增水庫挖潛2000萬m3/a和義烏江挖潛13870萬m3/a，故義烏市可供水資源總量為5.33億m3/a。結(jié)合2.2節(jié)分析，農(nóng)業(yè)用水量約0.7億m3/a，工業(yè)用水量：生態(tài)環(huán)境用水量：生活用水量占比關(guān)系(42- 46)∶17∶(37- 41)，故此情景下最大可供生活用水量為1.71億～1.90億m3/a；依據(jù)2.3節(jié)分析結(jié)果義烏市人均綜合生活用水指標(biāo)為260～290L/d，故情景1可承載的人口規(guī)模為185萬～200萬人。

情景2分析：若中水回用率達(dá)到10%，義烏市非常規(guī)水資源量可達(dá)0.34億m3/a，此情景下可供水資源量為5.67億m3/a，參照情景1計(jì)算方法可承載的人口規(guī)模為200萬～215萬人。

參照情景2分析方法，推測(cè)出情景3可承載的人口規(guī)模為215萬～230萬人，情景4可承載的人口規(guī)模為255萬～270萬人。

4.2 內(nèi)部挖潛與外調(diào)水源聯(lián)合人口承載力預(yù)測(cè)

根據(jù)3.3節(jié)的分析，義烏市境外引水可增加水資源量可達(dá)1.3億m3/a。此時(shí)義烏市可供水資源總量為8.33億m3/a，故可承載的人口規(guī)模為310萬～330萬人。此情景最大化考慮義烏市可利用的水資源量，推測(cè)出的人口為義烏市可承載的極限人口。

4.3 預(yù)測(cè)結(jié)論

基于內(nèi)部挖潛且不考慮中水回用情景下，義烏市可承載人口規(guī)模為185萬～200萬人；基于內(nèi)部挖潛和中水回用率達(dá)到50%的情景下，義烏市可承載人口規(guī)模為255萬～270萬人；內(nèi)部挖潛與境外引水聯(lián)合情景下，義烏市可承載人口規(guī)模可達(dá)到330萬人。

由于義烏市當(dāng)前節(jié)水措施普及率低、節(jié)水系統(tǒng)建設(shè)周期長(zhǎng)、境外引水難度大等，義烏市可供水量增長(zhǎng)過程緩慢；且義烏市水資源以境內(nèi)地表水為主要水源，其年際年內(nèi)分配不均且波動(dòng)較大，若遇到連續(xù)枯水年，極易出現(xiàn)斷水情形，水資源安全保障能力不足，故應(yīng)適當(dāng)控制人口規(guī)模，為保障義烏市安全用水和城市的可持續(xù)發(fā)展，建議義烏市可承載的極限人口規(guī)模不超過情景3預(yù)測(cè)的230萬人。

5 保障措施

5.1 大力推進(jìn)分質(zhì)供水，優(yōu)水優(yōu)用

積極推進(jìn)再生水廠和再生管網(wǎng)建設(shè)。依托義烏市城市建設(shè)和城市更新，建議分時(shí)序建設(shè)再生水管網(wǎng)系統(tǒng)。優(yōu)先在新開發(fā)的區(qū)域進(jìn)行分質(zhì)供水試點(diǎn)，結(jié)合區(qū)域發(fā)展建設(shè)再生水廠，逐步推進(jìn)分質(zhì)供水工程。調(diào)整用水結(jié)構(gòu)，提高工業(yè)非常規(guī)水利用比例，結(jié)合工業(yè)區(qū)塊建設(shè)，形成水廠效益充分發(fā)揮、管網(wǎng)建設(shè)投資省的“水廠為心，工廠為環(huán)”的用水格局。

5.2 加強(qiáng)節(jié)水規(guī)劃，政府積極引導(dǎo)

從農(nóng)業(yè)節(jié)水、工業(yè)節(jié)水、城鎮(zhèn)居民生活節(jié)水、開展節(jié)水宣傳等四個(gè)著力點(diǎn)加快義烏節(jié)水型社會(huì)建設(shè)。政府部門積極引導(dǎo)，高位推動(dòng)分質(zhì)供水的實(shí)施，制定如以獎(jiǎng)代補(bǔ)、保證中水低價(jià)、限制工業(yè)企業(yè)優(yōu)質(zhì)水使用比例等政策積極推著再生水利用。

5.3 積極尋求境外引水，提升水資源保障能力

充分利用周邊地區(qū)優(yōu)越的水資源稟賦條件，積極尋求境外引水，保障義烏境內(nèi)脆弱的水資源保障體系在枯水期時(shí)的供水需求，提升本地水資源保障能力。

6 結(jié)語

通過對(duì)定量化模型分5種情景對(duì)義烏市水資源人口承載力進(jìn)行分析，為義烏市國土空間規(guī)劃編制中科學(xué)合理預(yù)測(cè)人口規(guī)模提供依據(jù)，預(yù)測(cè)出義烏市可承載的極限人口規(guī)模為330萬人，結(jié)合義烏市水資源利用現(xiàn)狀和節(jié)水措施開展情況，建議義烏市可承載的人口規(guī)模不超出230萬人。研究選取的參變量較少，僅作為一種人口規(guī)模預(yù)測(cè)的參考。義烏市未來的人口規(guī)模確定的最終結(jié)果，還需要采用多種方法進(jìn)行預(yù)測(cè)，相互校正。