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    常州經驗:城鄉一體化供水中需水量這樣預測
    發布時間:2020-09-28 16:51:30 | 瀏覽數:493


    導讀

    城鄉一體化供水是適應新時期城市發展和社會經濟發展的現實需要,如何做到需水量的精確、合理預測對于能否實現“以水定城、以水定地、以水定人、以水定產”具有決定性意義。系統分析常規計算方法在進行區域需水量預測時的局限性,結合常州市區域統籌供水需水量預測,研究和建立了城鄉一體化供水中的分區域、分類型需水量預測方法,在充分調查歷史用水數據、研究用水特征變化趨勢的基礎上,優化和確定了用水指標,并有效提高了預測的準確性和可靠度,以期為其他同類地區和項目提供參考和借鑒價值。


    0


    引言

    傳統的需水量預測方法主要包括分類用水預測法、單位用地面積法、人均綜合指標法、年遞增率法、城市發展增量法、線性回歸法、生長曲線法等。在編制城市供水相關規劃時,通常會選擇2~3種方法進行計算,并取其平均值作為預測結果。


    改革開放以來,城鎮化率由17.9%增長到60.6%,城市發展由最初多點開花的小城鎮建設上升到集聚化程度更高的城市群和都市圈建設,人口和經濟愈益向大城市群集聚。與此同時,黨的十九大提出實施鄉村振興戰略,鄉村地區發展迎來重大歷史機遇。城鎮供水作為民生工程,是社會賴以生存和發展的基本條件。面臨城市集聚發展與鄉村振興戰略的雙重背景,實施城鄉(區域)供水一體化成為促進城鄉統籌發展、經濟和社會可持續發展的當務之急。


    城鄉一體化供水的用戶及用途相對于傳統城市供水系統更為復雜,鄉村地區與城市地區的用水指標、用水特征和變化趨勢均存在較大的差異。因此,加強城鄉一體化供水中需水量預測方面的研究十分必要。


    01


    城鄉一體化供水中需水量準確預測的重點

    1.1 判斷用水變化趨勢

    在編制城鄉一體化供水相關規劃時,準確的判斷和掌握該區域用水變化趨勢是需水量準確預測的前提。通常情況下,隨著用水設備的完善程度逐漸提高,單位人口用水量呈現先增加后降低的趨勢。在第一階段,用水設備從簡易到逐步完善,單位人口用水量會逐漸增加。在第二階段,隨著節水技術和設備的推廣,單位人口用水量會逐漸下降。


    根據中國城鄉建設統計年鑒的統計數據,2000年以來,我國的城市地區單位人口用水量呈現下降趨勢,日生活用水量從2000年的220.2 L/(人·d)下降至2017年的178.9 L/(人·d),下降了18.8%。同期的鄉村地區單位人口用水量呈現上升趨勢,日生活用水量從2000年的69.2 L/(人·d)上升至2017年的104.3 L/(人·d),提高了50.7%??h城地區的單位人口用水量則較為平穩,2000年為122.7 L/(人·d),2017年略微下降至120.2 L/(人·d)??梢钥闯?,我國大部分的城市的用水變化趨勢多處于第二階段,而大部分鄉村地區的用水變化趨勢還處于第一階段,城市和鄉村地區的用水變化趨勢特征相反(見圖1)。


     

    圖1 2000~2017年生活用水變化趨勢分析

    注:數據來源于《中國城鄉建設統計年鑒》


    因此,在進行某區域的需水量用測時,需要充分研究該地區城市、縣城、鄉村等不同區域的經濟發展水平、用水設備完善程度等,準確判斷該區域的用水變化趨勢,為需水量預測奠定基礎。


    1.2 選擇合理的預測方法

    在傳統的需水量預測方法中,單位用地面積法、人均綜合指標法等的準確程度受用水指標的選擇是否合理影響較大,年遞增率法、城市發展增量法、線性回歸法、生長曲線法等的準確程度主要取決于該地區是否有足夠的歷史用水數據,分類用水預測法則是按照生活、生產、生態等類型進行分類預測,很難兼顧到區域的差異。


    鑒于城鄉一體化供水系統的復雜性,充分考慮到鄉村地區與城市地區的用水指標、用水特征和變化趨勢的差異性,以及鄉村地區多缺乏歷史用水數據等客觀因素,在編制城鄉一體化供水相關規劃時,區域需水量預測不能機械的采用某一種預測方法或多種方法求平均值,宜采取分區域分類型的模式進行預測,分別預測城市、縣城、鄉村等不同區域的不同類型的需水量,并求和得出城鄉一體化供水范圍的需水量。在進行不同類型的需水量預測時,應根據該類型用水的特征、以及是否具有足夠的歷史用水數據情況,采取最適宜的預測方法。


    1.3 選取準確的用水指標

    用水指標選擇的是否合理直接影響需水量預測的準確程度,供水規劃中的用水指標選擇主要依據是《城市給水工程規劃規范》(GB 50282-98)中的主要用水指標明顯偏大,在2016修訂版《城市給水工程規劃范》(GB 50282-2016)中對主要用水指標進行了優化和調整。但隨著節水技術的推廣和節水型城市的創建,多數城市的單位人口綜合用水指標、人均綜合生活用水指標、人均居民生活用水指標、單位建設用地用水指標等呈現連續下降趨勢,部分城市已突破《城市給水工程規劃規范》(GB 50282-2016)中的指標下限。


    根據南方某市的水資源公報的相關統計數據,2000年以來,其用水指標呈現連續下降趨勢,至2017年,人均綜合用水量下降42.9%,人均綜合生活用水量下降35.3%,人均居民生活用水量下降40.1%。2017年的人均綜合用水量為444 L/(人·d),已經低于《城市給水工程規劃規范》(GB 50282-2016)中500~800 L/(人·d)的下限(見圖2)。


     

    圖2 某城市2000~2017年生活用水指標變化


    該城市的萬元國內生產總值用水量和萬元工業增加值用水量同樣呈現大幅下降趨勢,2000~2017年,萬元國內生產總值用水量下降了83.9%,萬元工業增加值用水量下降了81.6%(見圖3)。


     

    圖3 某城市2000~2017年生產用水指標變化


    因此,在編制城鄉一體化供水相關規劃時,需重點研究如何科學合理的選擇用水指標,以使需水量預測更加符合實際情況。生活用水量指標在參考規范取值的基礎上,若可獲得歷史用水數據,應通過分析多年的用水數據予以確定。生產用水量指標宜根據當地的產業結構、工業用水水平等,結合歷史用水數據或調研其他城市同類產業的用水情況予以確定。


    02


    常州市用水情況變化特征分析

    2.1 時間變化特征

    (1)長序列變化趨勢。

    分別統計2009~2018年常州市單位人口綜合用水量數據,其變化趨勢如圖4所示,可以看出,隨著節水器具的推廣和節水城市的創建,常州市的單位人口綜合用水量呈現連續下降趨勢,平均每年約下降0.02萬m3/(萬人·d)?,F狀的單位人口綜合用水量為0.73萬m3/(萬人·d),符合《城市給水工程規劃規范》(GB 50282-2016)中對于一區大Ⅰ型城市0.45萬~0.75萬m3/(萬人·d)的規定??紤]到整體為下降趨勢,且未來節水技術仍有待繼續進步,在本次需水量預測時,單位人口綜合用水量取0.6萬m3/(萬人·d)。


     

    圖4 常州市近10年單位人口綜合用水量變化


    (2)年內日變化特征。

    分別統計2009~2018年常州市供水日變化系數,如圖5所示??梢钥闯?,2009年以來常州市供水日變化系數均符合《城市給水工程規劃規范》(GB 50282-2016)的相關規定,近年來,日變化系數略有下降趨勢,并逐步穩定在1.2左右。因此,在本次需水量預測時,日變化系數取1.2。


     

    圖5 常州市近10年供水日變化系數變化



    2.2 空間分布特征

    (1)城市地區生活用水。

    分別統計常州、其周邊城市以及國內典型城市的城市人均綜合生活用水量數據,如圖6所示,可以看出,常州市的城市人均綜合用水量約為160 L/(人·d),低于《城市給水工程規劃規范》(GB 50282-2016)中對于一區大Ⅰ型城市230~420 L/(人·d)的下限。其他城市也多數低于200 L/(人·d),低于規范中的下限。因此,可以認定,人均綜合生活用水指標有待根據城市用水發展情況進行適當修正,在本次需水量預測時,人均綜合生活用水量取160 L/(人·d)。


    圖6 常州市及其他城市人均綜合生活用水量對比


    分別統計常州市中心城區典型小區的人均居民生活用水量,如下表1所示,可以看出,常州市典型小區的人均日用水量基本為105~170 L/(人·d),部分小區的人均日用水量已經低于《室外給水設計標準》(GB 50013-2018)中對于一區大Ⅰ型城市120~220 L/(人·d)的規定。綜合考慮上述因素,在本次需水量預測時,城市地區的人均居民生活用水量取120 L/(人·d)。


    表1 常州市典型小區人均居民生活用水量


    (2)鄉村地區生活用水。

    分別統計常州市鄉村地區配備不同給水設備類型小區的最高日用水量情況,如表2所示??梢钥闯?,不同地區由于給水設備完善程度的差異,用水量指標區別極大。


    表2 常州市典型區域農村生活用水定額

     


    因此,在本次需水量預測時,鄉村地區的生活用水指標根據該區域的給水設備類型,參考規范中給出的相關數值,并結合常州市實際情況,進行差異化選取。其中,戶內有給水排水衛生設備和淋浴設備的地區最高日用水量取140 L/(人·d),戶內有給水排水衛生設備無淋浴設備的地區最高日用水量取80 L/(人·d),戶內有給水龍頭無衛生設備的地區最高日用水量取45 L/(人·d)。


    (3)工業用水。

    分別統計常州市不同區域的工業增加值、工業售水量、萬元工業增加值用水量數據,如表3所示,可以看出,不同區域由于工業類型不同,其萬元工業增加值用水量數據差異較大,很難有統一的標準。因此,在本次需水量預測時,萬元工業增加值用水量指標需要根據不同區域的工業類型進行分類型預測。


    表3 常州市典型區域萬元工業增加值用水量


    03


    常州市需水量預測方法與實踐

    3.1 預測方法

    參考常規需水量預測方法的原理,結合常州市城鄉一體化供水的特征,采取分區域、分類型的預測方法。


    常州市的用水需求主要包括生活、工業、農業、生態等類型。其中,生活用水量采用指標法進行預測,城市地區和鄉村地區分別采用不同的用水指標;工業用水采用萬元GDP用水指標進行分區域預測,各區域的指標選取充分參考現狀調研結果;農業用水量和生態環境用水量,結合歷年用水總量以趨勢法預測需水量。


    3.2 指標選擇

    根據第2節對于常州市用水情況變化特征的分析,在進行需水量預測時采用的指標如下:

    • ①城市地區:人均綜合生活用水量指標取160 L/(人·d),人均居民生活用水量取120 L/(人·d);

    • ②鄉村地區:戶內有給水排水衛生設備和淋浴設備的地區最高日用水量取140 L/(人·d),戶內有給水排水衛生設備無淋浴設備的地區最高日用水量取80 L/(人·d),戶內有給水龍頭無衛生設備的地區最高日用水量取45 L/(人·d);

    • ③工業用水:萬元工業增加值用水量指標取10~30 m3/萬元,具體根據各區域產業類型選取。其中,日變化系數取1.2。


    3.3 預測結果

    按照上述需水量預測方法,按照分區域、分類型進行預測,計算結果為常州市平均日需水量為131.2萬m3/d,日變化系數為1.2,則最高日需水量為157.44萬m3/d,見表4。


    表4 常州市平均日需水量


    3.4 基于水資源量的城市發展規模計算

    根據《常州市水資源綜合規劃(報批稿)》,常州市多年平均水資源總量為30.4億m3,扣除工業用水量、農業用水量、生態用水量、不可利用水資源量等,可分配于生活用水量為5.56億m3,根據前述常州市城市地區、鄉村地區的生活用水量指標,結合城市化率發展目標進行計算,常州市可供水資源量支撐下的人口規模為680萬人。


    04


    結論

    (1)在編制城鄉一體化供水相關規劃時,需水量預測不能簡單的采用某一種預測方法或多種方法求平均值,宜采取分區域、分類型的計算模式,分別預測城市、縣城、鄉村等不同區域的不同類型的需水量,并求和得出城鄉一體化供水范圍的需水量。在進行不同類型的需水量預測時,應根據該類型用水的特征、以及是否具有足夠的歷史用水數據情況,采取最適宜的預測方法。通常情況下,生活用水量宜采用指標法進行預測,并在城市、縣城和鄉村地區分別采用不同的用水指標;工業用水宜采用萬元GDP用水指標進行分區域預測,各區域的用水指標應根據產業類型予以確定;農業用水量和生態環境用水量,宜結合歷年用水總量以趨勢法進行預測。


    (2)城市、縣城和鄉村地區的近、遠期生活用水指標的選擇應充分考慮其用水量的變化趨勢。目前,我國多數城市地區的單位人口用水量呈現逐步下降趨勢,縣城地區的單位人口用量較為平穩,而鄉村地區的單位人口用水量則呈現逐漸增長的趨勢。


    (3)隨著節水技術的推廣和節水型城市的創建,城市地區的單位人口綜合用水指標、人均綜合生活用水指標、人均居民生活用水指標、單位建設用地用水指標等呈現連續下降趨勢,部分城市已突破《城市給水工程規劃規范》(GB 50282-2016)中的指標下限。城市地區的需水量預測時,不宜直接套用規范中的用水指標,而應該在充分調查歷史用水數據、研究用水變化趨勢的基礎上,結合城市發展需求,合理的確定近、遠期用水指標,以使需水量預測更加符合實際情況。


    (4)鄉村地區的給水設備完善程序差異較大,用水量指標區別極大。在城鄉一體化供水相關規劃中需水量預測時,鄉村地區的需水量宜按照有給水排水衛生設備和淋浴設備、有給水排水衛生設備無淋浴設備、有給水龍頭無衛生設備等類型分別進行計算,以提高預測結果的準確程度。


    原文標題:常州市城鄉一體化供水中需水量預測的研究與思考;作者:周飛祥、閆一、劉廣奇;作者單位:中國城市規劃設計研究院、中規院(北京)規劃設計公司??窃凇督o水排水》2020年第6期。


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