基于WEAP模型的河北省水资源供需分析.pdf

人民黄河YELLOWRIVER第45卷S12023年6月Vol.45，Sup.1Jun.，2023收稿日期：2022-12-17基金项目：中央高校基本科研业务费项目（2021YJSDC10）作者简介：任文颖（1997），女，河北沧州人，硕士研究生，研究方向为水资源与水环境通信作者：杨柳（1978），女，辽宁铁岭人，教授，博士生导师，博士，研究方向为水资源与水生态基于WEAP模型的河北省水资源供需分析任文颖1，黄斯妍2，杨柳3，谢濮聲4（1.北京市水利规划设计研究院，北京 100048；2.北控水务集团有限公司，北京 100102；3.中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院，北京 100083；4.北京市北运河管理处，北京 101100）摘要：水资源是制约社会经济发展和生态环境的重要因素。基于统计数据，采用WEAP模型构建河北省水供需平衡模型，预测了20222030年河北省各市水资源情况，并对用水结构进行了详细分析。结果表明：在参考预案和综合预案下，2030年全省缺水量分别为78.27亿m3和44.12亿m3；在降水量的影响下，2030年全省缺水量为52.13亿m3，各市缺水量变化趋势不同，唐山市将不存在缺水现象，保定市缺水量增长幅度最大；降水量的变化会直接影响地表和地下径流，从而影响水资源可供水量。关键词：水资源；WEAP模型；供需平衡；河北省中图分类号：TV213.4文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.1000-1379.2023.S1.016社会经济的发展增加了人类对水资源的需求，致使供水压力加强。WEAP模型作为新一代水资源管理与规划软件，可以对具体水资源问题进行评估，从而较好地模拟水系统情况。河北省作为“首都圈”的地区之一，是国家区域发展规划的重要一环，具有十分重要的枢纽作用，但全省多年人均水资源量占有量仅307 m3，仅占全国的1/7，是严重缺水地区。河北省以农业用水为主，但近年来农业节水政策的实施使用水量不断下降。此外，随着新工艺和技术的推广，工业用水量有所下降。近年来随着对生态系统的重视及绿地面积的增加，环境用水量逐年上升，20112020 年生态用水量由 3.60 亿 m3上升到 29.92 亿m3。随着社会化进程的加快，人们的生产生活对水环境的影响越来越大，主要表现为水资源总量减少、需水量增加以及水质恶化等问题。本文在建立WEAP模型的基础上，对降水量、人口、灌溉面积等要素进行预测，并建立设置预案分析对水资源供需平衡的影响，以期为河北省水资源开发与利用等提供参考。1数据来源与处理本文数据类型主要包含矢量数据、水文气象数据、供水数据以及社会经济数据等。其中：矢量数据主要来源于地理空间数据云（http：/ 河北省人口发展规划（20182035年）国家人口发展规划（20162030 年）等，设定河北省人口自然增长率为4；参考河北省“十四五”经济社会发展主要指标及京津冀近年的经济发展状况，设定工业增加值增长率为6%；居民用水定额60 L/（人 d），万元工业增加值用水量8 m3；灌溉水有效利用系数0.747，工业用水利用重复率98%，供水管网漏损率8%，绿地用水定额0.5 m3/（m2 a）。3.2模型预案分析用水定额的变化、水资源利用效率的提高等节水措施，相比参考预案，综合预案下河北省要求的水量（需求点包括输水损失、节水能力的水量）、需水量（用水户实际需求的水量，不计输水过程中的损失量）、缺水量（没有满足需水点的水资源量）30人 民 黄 河2023年S1均呈减少趋势。参考预案中要求的水量由2025年的256.72亿m3增至2030年的261.62亿m3。相比参考预案，综合预案分别减少了48.38亿m3和50.69亿m3。河北省各市需水量和缺水量随时间变化各不相同，各市需水量增长速度有所差异，其中：廊坊市需水量变化最慢、唐山市增长较快；廊坊和石家庄等市缺水量整体呈下降趋势，沧州市缺水量增长最明显。2025年河北省农业需水量占总需水量的79.87%，到2030年下降到77.48%。生活需水量占总量的10.03%，2030年下降到9.99%，但2025年生活缺水量仅占总量的8.8%，到2030年已经上升到 9.04%。2025 和 2030 年工业需水量分别占总量的7.6%和9.8%，但缺水量较少，仅占0.05%和0.07%。3.3降水量变化对水供需平衡的影响为了研究供水变化对水资源供需平衡的影响，在综合预案基础上加入了降水量变化的影响。由于仅改变了供水端的变化，因此20222030年河北省需水量及要求的水量与综合预案模拟结果一致。相比综合预案，多数地区降雨量减少导致全省供到的水量减少，缺水量增加。到 2030 年，供到的水量为158.81亿m3，缺水量为52.13亿m3。节水措施的实施使降水量影响下的缺水量仍小于参考预案下的缺水量。在降水量影响下，各市缺水量变化趋势不同。与组合预案不同，唐山市将达到水资源供需平衡；保定市缺水量增加幅度最大（2025年、2030年分别增加5.85亿m3和5.82亿m3），其次是邢台市。农业部门缺水量占比最大，与组合预案模拟结果一致。工业用水重复利用率较高，工业部门几乎不存在缺水问题。陆地储水量与降水之间存在显著正相关，降水不足会减少地下水的补给，进一步加剧地下储量的枯竭。城市化加快和降水量的减少使河北省大部分地区陆地储水和地下储水显著下降。相比综合预案，在降水量的影响下，全省供到的水量逐渐下降，缺水量逐渐增加，降水量的减少会进一步增加水短缺问题。在综合预案下考虑降水量的影响，分析城市化进程及气候变化两者因素共同作用下河北省水资源供需平衡问题。Chen等1认为河北省的节水能力与降水量的大小有关。本文模拟结果表明，未来河北省大部分地区缺水量会进一步加剧，但由于采用了节水措施，因此仍低于参考预案下的缺水量，唐山市将不存在缺水现象。Fan等2量化了京津冀气候与缺水之间的关系，用水资源开发指数评估缺水状态，干旱情况越严重水资源开发指数越大，缺水问题越严重。随着气候和人类活动的变化，河北省水资源量将呈下降趋势，大气降水量的减少是导致河北省水资源短缺的根本原因。河北省农业部门缺水量最多。到2030年，农业用水量和生活用水量的比例逐渐下降，工业用水量和生态用水量增加。因此，要实现水资源供需平衡，需要不断调整产业结构。4结语在人口、经济增长和节水措施综合作用下，到2030年，河北省水资源短缺现状将有较大改善，但还存在44.12亿m3的缺水量，主要是农业用水量短缺，因此仍需要进一步提高农业节水效率。同时，需合理规划水资源利用模式，建立完善的农田灌溉体系并改良农业种植结构、降低农业用水量占比和总体规模。到2030年，河北省水资源缺水量为52.13亿m3。但有效节水措施使缺水量仍小于参考预案结果。降水量的变化影响水资源量，但降水量分布不均，各市水资源短缺量有所差异，2030年唐山市将不存在缺水现象，保定市缺水量由1.06亿m3增加至6.88亿m3，不同地区降水量的变化对径流产生不同影响，因此会导致水资源利用量变化趋势不同。参考文献：1 CHEN J H，WANG D C，LI G D，et al.Spatial and TemporalHeterogeneityAnalysisofWaterConservationinBeijing-Tianjin-HebeiUrbanAgglomerationBasedontheGeodetectorandSpatialElasticCoefficientTrajectoryModelsJ.GeoHealth，2020，340（32）：130710.2FANLL，WANGHR，LIUZP，etal.QuantifyingtheRelationshipBetweenDroughtandWaterScarcityUsingCopulas：CaseStudyofBeijing-Tianjin-HebeiMetropolitanAreas in China J.Water，2018，10（11）：1622.【责任编辑张华兴】变更声明人民黄河 2022年增刊1第137-138+141页刊出的 基于智能观测机器人的老旧混凝土大坝变形监测设计研究 一文，全体作者及单位 徐金英1，潘利坦2（1.浙江广川工程咨询有限公司，浙江 杭州 310020；2.华电电力科学研究院有限公司，浙江 杭州310030）一致要求把其顺序变更为“潘利坦1，徐金英2（1.华电电力科学研究院有限公司，浙江 杭州310030；2.浙江广川工程咨询有限公司，浙江 杭州310020）”，特此声明。31