基于供需平衡分析的玉林市水資源承載力研究

王 菲，彭 湘，王麗影，馬卓犖

(1.中水珠江規劃勘測設計有限公司，廣州 510610；2.水利部珠江水利委員會水生態工程中心，廣州 510610)

1 概述

玉林市地處廣西壯族自治區東南部，粵桂兩省區交界處，是廣西中部出海大通道和通往廣東省和海南省的門戶之一，是承東啟西、對接溝通粵港澳大灣區和廣西北部灣經濟區的關鍵節點城市，同時還是中國—東盟自由貿易區的重要城市。玉林市總面積為12 838 km2，2018年全市總人口為584.97萬人，地區生產總值為1 615.46萬元，在廣西14個地級市中排名第4，但人均水資源量僅為1 998 m3，處于較低水平。水仍然是玉林市經濟社會發展的最大制約因素，水資源承載力分析對區域可持續發展戰略的制定具有重要意義。

目前，關于水資源承載力的方法主要有模糊綜合評價法、主成分分析法、系統動力學法、綜合指標法、常規趨勢法、投影尋蹤法等，王暄、金菊良、楊平、張禮兵、趙壁奎等分別運用此類方法對不同區域水資源承載力進行了深入研究[1-5]。針對廣西水資源承載力的相關研究中，莫崇勛等采用物元評價法對南寧市水資源承載力進行了評價[6]；甘富萬等采用多層次模糊綜合評判法對南寧市各縣區水資源承載力進行了分析[7]；杜懿等運用主成分分析法對南寧市水資源承載力的年際變化情況進行了研究[8]。在水資源承載力預測方面，尚沒有較多的研究。本文從供需平衡分析的角度出發，對玉林市規劃水平年的需水和供水情況進行預測分析，采用供需平衡指數、水資源負載指數進行水資源承載力預測，旨在為玉林市水資源優化配置及可持續發展提供基礎。

2 區域水資源現狀

2.1 水資源量

玉林市水資源總量為116.89億m3，其中地下水資源量為25.28億m3(全部為重復計算量)，地表水資源量為116.89億m3。水資源年內分布不均勻，全市年徑流主要集中在汛期4—9月，占全年的80%左右；徑流年際變化大，最大最小年徑流量的極值比在2.04～7.23之間。從人均水資源量分析，2018年玉林市人均水資源量為1 998 m3，僅占廣西區人均水資源量的34%，占世界人均水資源量的22%，屬于中度缺水地區。其中，玉林市轄區位于玉州區，處于南流江上游，河流集水面積小，人口密度大，區域人均水資源量不足600 m3，為全市水資源量最缺乏的區域。玉林市各縣(市、區)的水資源量見表1。

表1 玉林市水資源量特質指標

2.2 供用水情況

2018年玉林市河道外總用水量為25.16億m3，其中生活用水量為4.46億m3，占總用水量17.7%；農業用水量為17.71億m3，占總用水量70.4%；工業用水量為2.96億m3，占總用水量11.8%；生態環境用水量為0.03億m3，占總用水量0.10%。玉林市各縣(市、區)用水情況如圖1所示。

圖1 玉林市各縣(市、區)用水情況示意

從供水來源看，玉林市供水以蓄水、引水工程為主，2018年，全市總供水量為25.16億m3，其中蓄水工程供水量占比為51.9%，引水工程供水量占比為11.3%，提水工程供水量占比為33.5%，地下水源工程供水量占比為3.3%，非常規水源供水量為3萬m3，占比極小(見圖2～圖3)。

圖2 玉林市供水結構示意

圖3 玉林市各縣(市、區)供水情況示意

2.3 水資源承載現狀評價

根據水利部2016年印發的《全國水資源承載能力監測預警機制技術大綱》的方法[9]，對玉林市現狀水資源承載能力進行初評。選取用水總量、地下水開采量、水功能區水質達標率、污染物入河量4個指標，其中用水總量控制指標、水功能區水質達標控制率采用玉林市最嚴格水資源管理“三條紅線”的指標成果，地下水開采量指標采用《玉林市地下水利用與保護規劃》的成果，污染物限排量控制指標根據《玉林市中小河流水功能區納污能力核定和分階段限制排污總量控制方案》確定。以現狀年指標實際值與控制值的比值，按照標準劃分為嚴重超載、超載、臨界狀態、不超載4個區間(見表2)。

表2 水資源承載能力評價標準(水利部技術大綱)

根據上述評價標準，玉林市2018年用水總量評價結果為0.93，處于臨界狀態；地下水開采量評價結果為0.49，處于不超載狀態；水功能區水質達標率評價結果為0.95，處于不超載狀態；污染物入河量評價結果中COD和氨氮超排程度都不超過1.1，處于不超載狀態。按照“短板法”綜合評價，玉林市現狀水資源承載能力整體呈臨界狀態。其中玉州區現狀地下水開采情況處于嚴重超載狀態，一方面由于規劃控制指標值較低，另一方面現狀玉州區的確存在水資源量嚴重短缺的情況，預計在未來實施一系列供水和調水工程后，地下水開采量將逐步控制在限制指標以內(見表3所示)。

表3 玉林市現狀水資源承載能力評價結果

2.4 存在的問題

從水資源稟賦、供用水結構、用水效率等方面分析，玉林市的現狀水資源承載問題主要體現在以下幾個方面。

1) 水資源稟賦不足且時空分布不均

玉林市人均水資源量僅為1 998 m3，且位于南流江、北流河、九洲江上游，水資源以出境為主，基本無過境水資源量，地表水資源較為匱乏，且主要集中在4—9月，占全年徑流量的70%以上，年內時間分布不均。流域內水資源最豐沛的地區為容縣，人均水資源量為3 292 m3；玉州區位于流域內源頭，人均水資源量僅為501 m3；水資源呈現出空間分布不均的特征。

2) 水資源分布與區域經濟發展水平不匹配

玉林市轄區生產總值占玉林市生產總值的25%，但當地水資源量僅占玉林市總量的3.2%，單位GDP水資源占有量不足區域的13%，而博白縣單位GDP水資源占有量為區域的2倍，隨著玉林市的建設發展，水資源與經濟發展水平不匹配的問題將更加凸顯。

3) 合理的供用水結合尚未形成

玉林市蓄水工程供水量占比為51.9%，其中大中型水庫供水能力占總蓄水工程供水能力的比例僅為34%，可供水量受天然來水不均等問題影響較大，供水保證率較低，尚缺乏大中型水資源調配工程，現狀年存在擠占河流生態環境用水情況，供水結構體系仍需建設完善。此外，玉林市農業用水占總用水的70%以上，用水結構失衡嚴重。

4) 用水效率和效益不高

玉林市農業用水量大，但農田灌溉水有效利用系數僅為0.486，低于廣西區平均水平。農田灌溉用水量現狀為748 m3/畝，高于全國平均水平365 m3/畝。從單方水GDP產值來看，玉林市轄區是容縣、北流市、陸川縣的2倍，是博白縣的3.7倍，出現水資源豐沛地區用水浪費，水資源緊缺地區節水不足的現象，不利于水資源的可持續利用。

3 水資源供需平衡分析

3.1 需水量預測

根據數據掌握情況，采用定額法進行需水預測，對生活、工業、農業和生態環境需水分別進行測算[10]，計算公式為：

W=Wc+Wr+Wi+Wa+We

(1)

式中：

Wc、Wr、Wi、Wa、We——分別為城鎮生活需水、農村生活需水、工業需水、農業需水和生態環境需水。

1) 生活需水預測

生活需水主要包括城鎮生活和農村生活兩方面，采用人均日用水定額進行計算。

城鎮生活需水：

Wc=Pc×Lc×365/1 000/(1-η)

(2)

農村生活需水：

Wr=Pr×Lr×365/1 000

(3)

式中：

Lc、Lr——城鎮生活定額和農村生活定額;

Pc、Pr——城鎮居民人口、農村居民人口;

η——城鎮管網漏損率。

現狀年玉林市城鎮生活定額和農村生活定額分別為265 L/(人·d)、122 L/(人·d)，根據廣西壯族自治區地方標準《廣西城鎮生活用水定額》(DB45/T 679—2017)和《廣西農林牧漁業及農村居民用水定額》(DB45/T 804—2019)，考慮實際用水、居民用水習慣等因素，在適度節水的情況下，2025年、2035年城鎮生活定額控制在277 L/(人·d)、288 L/(人·d)，農村生活定額控制在130 L/(人·d)、135 L/(人·d)，城鎮管網漏損率由現狀的11%，逐步提高到10%、9%。2025年、2035年玉林市生活需水量分別為5.29億m3、6.49億m3。

2) 工業需水預測

根據玉林市工業發展水平及工業需水定額，進行工業需水預測。

工業需水：

Wi=IVA×Li

(4)

式中：

Li——萬元工業增加值用水量；

IVA——工業增加值。

玉林市現狀無火核電，現狀年工業用水指標為80 m3/萬元，隨著科學技術的進步、產業結構的調整，考慮節水型社會建設和最嚴格水資源管理要求，結合《廣西水安全保障“十四五”規劃》的目標要求，預測玉林市2025年、2035年工業用水定額分別為64 m3/萬元、47 m3/萬元，需水量分別為3.81億m3、5.01億m3。

3) 農業需水預測

農業需水：

(5)

式中：

Laj、Aj——分別為農田灌溉、林果地灌溉、草場灌溉、魚塘補水的定額和面積；

Sa——牲畜數量；

La5——牲畜用水定額。

玉林市農業是用水大戶，其中農田灌溉用水占比最大規劃水平年需要考慮采取各項節水措施，預計2025年、2035年灌溉水利用系數提高至0.55、0.61，農業需水分別為17.42億m3、15.86億m3。

4) 河道外生態需水預測

河道外生態環境需水采用人均定額法，與城鎮居民人口計算確定。

生態環境需水：

We=Pc×Le×365/1 000

(6)

式中：

Pc——城鎮居民人口；

Le——生態環境需水定額。

考慮城鎮綠化、環境衛生及河湖濕地補水等實際情況，確定適度節水情況下的生態環境需水定額，計算2025年、2035年的河道外生態環境需水分別為0.07億m3、0.1億m3。

5) 需水量預測匯總

根據各行業的需水預測，玉林市2025年、2035年需水總量分別為26.59億m3、27.46億m3，預測成果見表4，可見隨著經濟社會的發展，總需水量呈增長趨勢。

表4 玉林市2025年、2035年需水預測成果 億m3

3.2 可供水量預測

可供水量主要包括當地地表水、地下水、外流域調水和非常規水源的可供水量[11]。

W=W地表水+W地下水+W調水工程+W非常規水源

(7)

W地表水=W蓄+W引+W提

(8)

式中：

W地表水、W地下水、W調水工程、W非常規水源——分別代表地表水、地下水、調水工程和非常規水源工程的可供水量;

W蓄、W引、W提——分別代表蓄水工程、引水工程、提水工程的可供水量。

外流域調水工程可供水量根據有關調水工程規劃得出；非常規水根據非常規水源分布、可利用范圍及需求的調查分析，并結合當地的非常規水源規劃確定。

現狀供水量為25.16億m3，規劃水平年供水量預測需要考慮預留河道內生態用水，不足部分再通過新建供水工程或外調水等措施供給，并適度考慮再生水回用，規劃水平年逐步退減保證率較低的引提水、小水窖等供水工程，進一步優化供水結構。根據玉林市地下水開采規劃和節約用水規劃，規劃水平年地下水開采量控制在1.21億m3以內，非常規水源利用量占總供水量的2%左右。根據《環北部灣水資源配置工程總體方案》，2035年引水入玉二期調水工程為玉林市供水2.21億m3。2025年、2035年玉林市可供水量分別達到24.71億m3、27.98億m3。可供水量預測結果見表5。

表5 玉林市規劃水平年可供水量預測 億m3

3.3 供需平衡分析

根據供需平衡計算，2025年玉林市缺水量為 1.88億m3，2035年通過實施蓄引提調工程后，余水量為0.52億m3。其中玉州區、福綿區、北流市、陸川縣、博白縣在引水入玉工程實施后，缺水率大幅下降。可見玉林市本地水資源配置能力不足，需要外調水源以滿足經濟社會發展的用水需求。供需平衡分析計算成果見表6。

表6 供需平衡分析 億m3

4 水資源承載力預測

4.1 研究方法

引入水資源平衡指數和水資源負載指數進行分析。水資源平衡指數反映水資源供需平衡的關系[12]，水資源負載指數反映水資源的利用程度和未來水資源開發的難易程度[13]。計算公式分別為：

(9)

式中：

WD——需水量；

WS——供水量。

當I>0時，供水量可以支撐經濟社會發展；當I<0時，供水量不足以支撐當前的經濟社會規模[14]。

(10)

式中：

C——水資源負載指數；

K——與降水有關的系數；

P——人口，萬人；

G——國內生產總值，億元；

W——水資源總量，億m3。

C值越大，說明水資源繼續開發潛力越小，當C>10時，說明需要通過外部調水來解決當地的用水需求[15]，水資源負載指數分級見表7。

表7 水資源負載指數分級

4.2 預測結果

按上述方法，計算得出2025年、2035年玉林市水資源平衡指數和水資源負載指數(見表8)。由表8可知，2025年，玉林市各縣市區的水資源平衡指數均小于0，說明水資源無法支撐玉林市的經濟發展規；2035年水資源平衡指數恢復為正值，而水資源負載指數則逐年增加，表明玉林市水資源的開發潛力越來越小、開發難度越來越大。

表8 水資源平衡指數和水資源負載指數分析

4.3 結果分析

通過對玉林市現狀水資源承載力的分析發現，水資源量是制約玉林市水資源承載力的關鍵因素。從供需平衡角度出發，在僅有本地水資源支撐的情況，2025年玉林市水資源將不能再保持平衡，其中玉州區水資源負載指數大于10，必須依靠外調水以保障區域的供水安全。2035年，玉林市在繼續挖潛本地水資源量的基礎上，實施了引水入玉二期調水工程，緩解了水資源緊張局面，水資源平衡指數恢復為正值，而水資源負載指數則進一步升高，特別是玉州區，作為玉林市轄區所在地，人口、經濟進一步聚集，造成水資源壓力進一步增大。說明在適度節水的情況下，仍不能有效解決區域內部水資源短缺的問題，應當進一步加大節水力度，特別是加強農業節水。若能進一步推廣高效節水灌溉，提高灌溉水利用系數至0.75，則可以減少農業用水約3億m3，水資源平衡指數將提高至0.14，水資源對未來經濟社會支撐作用可有效增強。此外，區域產業布局也應進一步優化，規劃優勢互補的經濟和產業分工體系，進一步提高區域發展協調性，使水資源分布與區域經濟發展合理匹配，以提升區域整體的水資源承載能力。

5 結語

本文通過對玉林市現狀年和規劃水平年的水資源承載力計算和分析，得出以下結論：

1) 玉林市現狀水資源承載力較低，呈臨界狀態，主要外部制約因素為水資源量不足，供用水結構不合理、水資源利用效率不高是導致用水量趨緊的重要內因。

2) 隨著經濟社會發展，水資源承載力面臨的壓力日趨嚴峻，本地水資源量已不能滿足用水需求，2025年水資源平衡指數達到負值，玉林市轄區的水資源負載指數達到31.71，必須實施外調水工程以緩解區域水資源供需矛盾。

3) 調水后玉林市水資源承載力有所提升，但水資源平衡指數也趨近于0，即僅僅剛好能夠支撐預測的經濟規模，水資源負載指數則進一步變大，水資源承載力可能無法滿足地區發展更高要求，需從加強節水、提高用水效率和效益、優化產業格局等方面著手，進一步提升水資源承載力。