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雒 仪,王启优,王海燕,马 榕
(1.甘肃省平凉水文站，甘肃 平凉 744000；
2.甘肃省水文站，兰州 730030；
3.甘肃省定西水文站，甘肃 定西 743000)
华亭市位于甘肃省东部，隶属于甘肃省平凉市管辖，是陇东煤电化产业发展基地。华亭市自2018年撤县立市后经济快速发展，工业方面立足煤炭资源着力打造千亿级煤电化冶循环经济，推动工业向更高层次发展。但是华亭市水资源总量短缺，时空分布不均衡，地下水资源过度开发，水土流失严重，资源环境承载能力弱[1]。随着工业生产、生活和生态环境需水量的逐年增加，水资源供求关系日趋紧张，已严重影响到城市经济社会可持续发展，华亭市规划年需水总量预测研究显得十分重要[2]。
需水总量预测是水资源规划的重要组成部分，是区域水资源利用程度的体现，直接影响着一个地区的经济发展水平和人民生活质量[3]，其目的是针对水资源的实际承载能力，综合考虑时间、空间等多种因素，建立具有高效利用、节约、可持续性的水资源综合配置方案。近年来，已有学者对需水总量预测与水资源配置进行研究。如王德维等[4]以连云港市徐圩新区为例，采用分类计算法和实际用水量指标法预测规划年需水总量，预测结果合理，可提高规划编制的科学性与准确性。根据平凉市人民政府办公室关于水资源管理控制指标的通知，华亭市规划年用水总量控制目标为5 000万m3/a。本文采用分项定额法并参考以往学者的研究成果，根据华亭市发展现状，在反复论证的基础上，对华亭市水资源规划需水总量进行预测研究，为水资源综合规划提供科学合理的的数据支撑。
华亭市东西长为44.3 km，南北宽为39.5 km，总面积为1 183 km2。城市规划区面积为26.7 km2，城市建成区面积为15.4 km2。城市驻地东华镇，交通便利，北距平凉市55 km。属陇东温带半湿润区，大陆腹地季风性气候。根据华亭气象站资料统计，年平均气温为8.0℃，极端最高气温为35.0℃，多年平均降水量为621.0 mm，降水主要集中在7—9月，约占全年降水量的69.2%。境内河流主要有汭河干流及其支流策底河、北汭河、南汭河、南川河、石堡子河等[5-6]。
2.1 行政区划及人口
华亭市辖7镇、3乡、1个城市社区、1个省级工业园区。有汉、回、满等15个民族，2020年末，华亭市常住人口为19.16万人，其中城镇人口为9.73万人，占常住人口的50.8%。全年出生率为7.95‰，死亡率为2.76‰，人口自然增长率为5.18‰。
2.2 经济社会发展
2020年，华亭市地区生产总值为65.6亿元，比上年增长3%。其中，第一产业增加值为6.4亿元，增长5.8%；
第二产业增加值为37.5亿元，增长0.4%；
第3产业增加值为21.7亿元，增长8.3%；
3次产业结构比为9.63∶57.21∶33.16。城镇居民可支配收入为36 787.7元，农村居民人均可支配收入为 10 460.4元，城乡居民人均可支配收入比值为3.52。
2.3 水资源概况
华亭市位于黄河流域泾河水系，按照水资源分区，属于黄河流域泾河水系，水资源3级区为泾河张家山以上、渭河宝鸡峡至咸阳，境内水文站有华亭水文站、安口水文站，华亭市水系分布见图1。根据甘肃省第三次水资源调查评价1956—2016年水资源总量评价成果，华亭市多年平均水资源总量为1.65亿m3，水资源评价成果见表1[7]。
图1 华亭市水系分布位置示意
表1 甘肃省第三次水资源调查评价成果(华亭市部分)
根据华亭市水系分布特点，以安口水文站1956—2021年径流系列资料为基础，采用年径流量差积值分析丰枯情况，安口站年径流差积曲线见图2。分析图2可知,安口水文站年径流量差积曲线从1956—2021年出现了最丰、丰、平、枯、最枯各个不同的时段,说明系列代表性很好，按径流量差积曲线走势，2018—2021年为丰水年。
图2 安口水文站年径流量差积曲线示意
需水量预测研究就像传统的预测问题，有很多种方法可以用来预测区域用水量。预测的实质就是通过一些与结果相关的数据进行分析，这个过程通常都是基于现有资料而得出的结论，所以一种有效的预测方法，可以很好的模拟出未来的数据。通过对现有资料的分析，将其作为预测变量，可将预测方法归结为线性和非线性两大类，其中分项定额法属于线性预测方法[8-9]。
按照华亭市实际用水情况和用水行业分类，需水量预测应包括居民生活需水量、工业需水量、农业需水量和生态环境需水量，并进一步细化各行业的需水情况，使预测成果更加真实有效，计算表达式如下：
W=∑W生活+W工业+W农业+W生态
(1)
式中：
W——总需水量，万m3；
W生活——居民生活需水量，万m3；
W工业——工业需水量，万m3；
W农业——农业需水量，万m3；
W生态——生态环境需水量，万m3。
生活需水量应细化为城镇生活和农村居民生活分类预测，根据政府主管部门的经济社会发展及人口发展预测成果，经分析后确定城镇和农村人口指标；
工业需水量可采用万元工业增加值用水量指标，采用工业用水量趋势法计算规划年需水量[10-11]；
农业需水量包括农田灌溉和畜牧养殖，其中农田灌溉应考虑未来年份气候与来水的影响，以此计算不同保证率下的需水量[12]；
生态环境需水量应按照保护河湖生态环境的实际，结合本地水资源条件和水利开发程度，统筹考虑河道内外的需水量。现状年行业用水定额按照《甘肃省行业用水定额(2017)》的有关规定，查询对应数值，规划年行业用水定额以现状年为基础，依据历年社会经济与发展情况，确定增长率，推算规划年行业用水定额[13]。
按照华亭市国民经济和社会发展第十四个5 a规划和2035年远景目标纲要，结合国家和地方发展部署以及有关产业政策，考虑华亭市经济发展特点和水资源条件，通过预测规划水平年国内生产总值发展指标、人口与城镇化发展指标、工业发展指标、农业发展指标、畜牧业发展指标等结合各行业用水定额确定规划年需水量，现状年为2020年，规划年为2030年。
4.1 居民生活需水量计算
现状年华亭市常住人口为19.1万人，其中城镇人口为9.7万人，占常住人口的50.8%，农村人口为9.4万人，占常住人口的49.2%。根据《华亭市城乡统筹总体规划(2015—2030)》，预测规划年华亭市总人口为22.5万人，城镇化水平将达到74.2%，城镇人口为16.7万人，农村人口为5.8万人。城市人口的增长主要是考虑对周边人口的吸引，通过推进新型工业化、农业现代化、城乡一体化，发挥综合资源优势和区位优势，周围地区的人口会向华亭市集中，人口增长过程将会逐渐加快。
华亭市现状年城镇居民综合用水定额参考《甘肃省行业用水定额(2017)》，为80 L/(人·d)(含城镇公共用水)，城镇居民生活需水量为283.2万m3。华亭市撤县划市后社会经济快速发展，城镇化进程加快，市区水资源条件不断改善，城镇综合生活用水定额将有所提高。规划年城镇居民综合用水定额按100 L/(人·d)计(含城镇公共用水)，预测城镇居民生活需水量为609.6万m3。
华亭市现状年农村生活用水定额为50 L/(人·d)，农村居民生活需水量为171.6万m3。今后，随着华亭市经济社会发展和新农村建设的不断实施，农村居民生活需水定额将不断提高，预测到规划年，农村居民用水定额采用60 L/(人·d)，考虑城镇化率的提高，导致农村人口减少，和管网漏失水量，规划年农村居民生活需水量为127.0万m3。华亭市居民生活需水量计算成果见表2。
表2 华亭市居民生活需水量计算成果
4.2 工业需水量计算
近年来，华亭市经济社会保持较快发展，新型工业化进程加快，综合经济实力显著增强，产业发展水平进一步提升。现状年华亭市规模以上工业增加值为37.6亿元，比上年增长0.4%，规模以上工业增加值增长1.6%。根据《华亭市十四五规划和2035年远景目标纲要》，华亭市将大力发展“煤炭、煤电、煤化工”三大支柱产业，改造升级“陶瓷、建材、装备制造、高载能”四大传统产业。预测2020—2030年华亭市工业增加值年均增长率为7.0%～10.5%，规划年华亭市工业增加值达到64.0亿元。
华亭市现状年工业万元增加值用水量为 36.5 m3/万元，工业需水量为1 373.86万m3。随着节水技术的推广和深入、产业结构调整力度的加大，以及工业用水重复利用率的提高，预测到规划年，工业万元增加值用水量下降至30 m3/万元。据此预测规划年工业需水量为1 920.0万m3。华亭市工业需水量计算成果见表3。
表3 华亭市工业需水量计算成果
4.3 农业需水量计算
现状年华亭市规划基本农田2.78万hm2，占全市土地总面积的23.1%，全部为耕地。全市共有灌区7处，均为自流引水的灌区，设计灌溉面积0.41万hm2，有效灌溉面积为0.31万hm2，现状年实灌面积为0.15万hm2。华亭市灌区主要以渠灌为主，建设标准低，且因年久失修，管理不善等诸多方面原因，渠系不配套，工程设施完好率低，灌溉标准不高。根据华亭市土地资源、水资源条件，规划年维持有效灌溉面积0.31万hm2不变，同时加大农业节水力度，实施灌区高效节水灌溉工程，实灌面积增加至0.2万hm2，新增节水灌溉面积为0.07万hm2，综合灌溉水利用系数由现状的0.55提高到0.58。
农业需水量主要由农田灌溉需水量和畜牧养殖需水量组成，农田灌溉需水量按有效灌溉面积和实灌面积分别计算。经计算，现状年综合灌溉水利用系数为0.55，有效灌溉面积农田灌溉需水量为1 350.2万m3，实灌面积农田灌溉需水量为651.8万m3；
规划年综合灌溉水利用系数提高至0.58，有效灌溉面积农田灌溉需水量为1 299.2万m3，实灌面积农田灌溉需水量为840.0万m3，华亭市农田灌溉需水量计算成果见表4。
表4 华亭市农田灌溉需水量计算成果
畜牧养殖方面，现状年华亭市猪牛羊禽肉产量为0.84万t，比上年增长11.5%。年末大牲畜存栏为4.8万头，增长4.8%。牛存栏为4.8万头，增长5.1%；
出栏为3.9万头，增长8.6%。猪存栏为2.4万头，增长3.7%；
出栏为4.6万头，增长2.2%。羊存栏为1.8万只，增长3.3%；
出栏为2.9万只，增长7.5%。根据华亭市畜牧业发展现状以及畜牧产品的需求，预测规划年大牲畜栏量达12万头，猪存栏量达6.0万头，羊存栏量达4.6万头。
通过对现状年用水水平分析，结合《甘肃省行业用水定额(2017)》，确定大牲畜(牛)用水定额为60 L/(头·d)、猪35 L/(头·d)，羊9 L/(只·d)，现状年牲畜养殖需水量为141.26万m3。一般情况下牲畜养殖的需水定额变化不大，规划年牲畜养殖的需水定额维持现状水平，据此预测2030年牲畜需水量为354.34万m3。华亭市牲畜养殖需水量计算成果见表5。
表5 华亭市畜牧养殖需水量计算成果
4.4 生态需水量计算
2020年华亭市绿地及广场用地面积为262.98万m2，人均公园绿地面积11.00 m2，全市绿化覆盖率35.5%。根据《华亭市城乡统筹整体规划2015—2030》，华亭市规划年规划绿地与广场用地面积546.4万m2，占城市建设用地14.20%，城镇人均公园绿地面积12.7 m2，全市绿化覆盖率45%，达到国家生态园林城市标准。
依据《甘肃省行业用水定额(2017)》，园林绿化业1、4季度用水定额为1.0 L/(m2·d)，2、3季度用水定额为3.0 L/(m2·d)；
路面喷洒1、4季度用水定额为1.0 L/(m2·d)，2、3季度用水定额为2.0 L/(m2·d)。综合考虑华亭市气候及用水习惯，公共园林绿化按全年120 d计算，其中1、4季度30 d，2、3季度90 d；
道路及广场浇洒按全年180 d计，其中1、4季度60 d，2、3季度120 d。现状年城市绿化及环境卫生需水量为90.1万m3；
规划年城市绿化及环境卫生需水量为175.1万m3。华亭市生态需水计算成果见表6。
表6 华亭市生态需水量计算成果 万m3
4.5 总需水量计算
按式(1)计算，华亭市现状年总需水量为2 787.3万m3，其中工业占比为49.9%，农业占比为28.8%；
规划年，由于人口的增长以及经济的快速发展，华亭市需水量逐步增加。规划年总需水量为4 110.7万m3，其中工业占比为46.7%，农业占比为29.1%。各部门用水量中工业生产是用水大户，华亭市总需水量计算成果见表7，现状年与规划年需水结构见图3。
表7 华亭市总需水量计算成果 万m3
图3 华亭市现状年与规划年需水结构示意
依据《城市给水工程规划规范》(GB 50282—2016)，采用单位建设用地综合用水指标法分别计算华亭市现状年与规划年需水量，计算表达式如下：
(2)
式中：
V城——城市单位建设用地综合用水量，通过查表求得，m3/(km2·d)；
A——城市单位建设用地面积，km2；
D——天数，d；
η——日均用水量系数，无量纲。
根据《华亭市城乡统筹总体规划》，华亭市现状年和规划年城镇建设用地面积分别为19.6 km2、24.5 km2。现状年人口为19.1，属于小城市规模，日均用水量系数选取0.4。规划年预测人口为22.5，属于中等城市规模，日均用水量系数选取0.5。单位建设用地综合用水指标法需水量计算对比见表8。分析表8可知，采用单位建设用地综合用水指标法和分项定额法预测的需水量差额在5.2%～10.0%之间，两者计算结果接近，分项定额法预测需水量基本合理。同时单位建设用地综合用水指标法对η日均用水量系数较为敏感，其值的确定影响因素众多，较难精准确定。综合考虑，分项定额法对城市需水量的预测优于单位建设用地综合用水指标法。
表8 华亭市建设用地综合用水指标法需水量计算对比
本文根据华亭市发展现状和相关资料，以2020年为现状年，2030年为规划年，采用分项定额预测法对该市生活、农业、工业、生态等各项需水量进行预测。预测结果与城市单位建设用地综合用水指标法对比相差5.2%～10.0%，两者计算结果基本一致，预测需水量基本合理。规划年各行业需水总量增幅较大，由现状年2 711.9万m3增长至规划年4 026.0万m3，规划年与现状年各行业需水量所占需水总量比重基本一致，预测规划年需水量基本合理。综上所述，基于分项定额法的水资源需水总量研究结果可用于华亭市经济发展规划与水资源配置方案，实现以水定产、以水定城的可持续高质量发展之路，研究结果可供相关部门和机构参考。
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