1.以往预测回顾
长期以来,我国在用水需求的预测上一直过于“超前”,过去许多部门的预测结果都已经或即将被证明是明显偏大的。
对于全国用水需求总量,20世纪80年代初水利部门预测2000年为7096亿m3,国土部门预测2020年为10000亿m3;1994年,《中国21世纪人口、环境与发展白皮书》预测2000年为6000亿m3,2010年为7200亿m3。而1997年全国实际用水量为5566亿m3。表明上述预测,特别是80年代的预测明显偏高。
对于区域用水需求量的预测,可以山西省为例:“七五”期间,当时山西省的缺水现象确实很严重,水利部门根据多次预测得出1990年的需水量为72亿~76亿m3,2000年为90亿~100亿m3,而实际1990年和1994年的用水量仅分别为54亿m3和63亿m3。
对于城市的用水需求,尤其是工业用水需求量,以往的许多预测也是明显偏大的。如建设部“城市缺水问题研究”报告中以1993年为预测基准年,预测2000年全国城市的工业需水量将达到406亿m3,年均增长率为4.9%;而实际情况是:1993~1997年我国城市的工业用水量不但没有增长,反而由291.5亿m3降至不足260亿m3。又如北京市,曾预测1995~2000年市区工业需水量将以年均6%的速度递增,而实际上从1989~1997年,北京市区的工业用水量非但没有增长,还减少了12.5%。
预测偏高的情况在国外也曾发生。美国国家水资源委员会在1968年的报告中,预测2000年、2020年全国总取水量将在1965年3725亿m3的基础上分别增加200%和407%,达到11116亿m3和18900亿m3。但到1975年他们意识到如此高的用水量将无法实现水资源的可持续利用,于是作了第二次评价。这次预测综合考虑了水污染、水资源量等多种环境因素,决定大力推行节水措施,预测2000年总取水量为4569亿m3,与1975年4511亿m3的实际取水量基本持平。这个预测结果和美国目前的实际取水量十分接近。
实践证明,在缺水的情况下,往往对缺水量的估计和预测偏高。对山西省需水量的过高预测,曾使万家寨引黄工程的近期规模偏大。拟议中的其他引水工程应引以为戒。
2.预测方法评述
造成需水量预测偏高的基本原因是:主观上对经济发展和用水需求的客观规律没有认识清楚,误以为随着经济发展,用水量也必然不断增加。实际上,随着科技水平的提高,经济结构的变化,以及防治污染和水价等各种因素的影响,用水定额会不断降低。一些发达国家在国民经济增长的情况下,用水量出现零增长甚至负增长的事实,就说明了上述观念的错误。客观上,许多预测方法本身也存在明显的局限性。现将主要方法概述如下。
(1)万元产值需水量定额法。这是过去常用来预测工业需水量的主要方法,但万元产值需水量指标的确定却非常困难。因为不同行业,或同一行业的不同企业,或同一企业的不同产品,或同类产品的不同工艺之间,其万元产值耗水量可相差几倍、几十倍甚至几百倍,而这些具体数据又难以系统、完整地获得,处理不当极易导致预测失误。另外,产值的弹性或不确定性也很大,不便于横向或纵向比较,难以反映用水的效率和水平。
(2)单位产品需水量定额法。这是根据单位产品的需水量和该产品的生产量计算工业需水量的一种方法。从理论上讲,这是较为科学和准确的预测方法,但由于目前我国还没有建立该项指标的统计体系,统计工作也不健全,该方法暂时还难以在全国范围内使用。
(3)用水增长趋势分析法。这是根据历史资料变化趋势来推测未来需水量的一种较为简便、快捷的预测方法。该方法要求有系列资料作为预测的基础,预测结果的精度在很大程度上取决于资料系列的长短及其代表性。但该方法不能反映因经济的结构性调整而带来的变化,因此很难加以普遍采用。
(4)人均综合用水定额法。这是预测总需水量的一种重要而有效的综合方法。对全国城市过去12年人均综合用水量变化特征的分析表明,人均综合用水指标具有很好的稳定性,采用此法可大大提高预测精度。如1987年在制定“北方缺水七省市长期供求计划”时,曾以此方法预测2000年全国需水量为5500亿m3,这一预测结果与现状的实际用水量非常接近。
(5)人均生活用水定额法。这是预测生活需水量的一种常见方法。尽管人均生活用水与居民生活水平、卫生设施条件、生活习惯、气候因素、环境条件、城市规模、城市性质等诸多因素有关,但根据历史资料分析并参照发达国家的用水水平,是能够合理确定的。
(6)关键因子相关分析法。这是预测城市需水量的有效方法之一。它以实际统计数据为基础,通过分析影响客观事物发展的有关因子的相互关系,可以揭示事物发展的内在规律。通过对我国城市过去12年用水量与用水人口的相关分析发现,不仅生活用水量(Q生)与城市用水人口(X)高度相关(Q生=93.8X-42.9,r=0.99),而且总用水量(Q总)也与城市用水人口(X)有很好的相关性。
3.预测结果及其说明(www.daowen.com)
基于上述分析和过去10多年我国城市用水量与用水人口之间存在稳定而密切的相关性,采用人均综合用水量定额法对城市需水量进行预测,并辅以相关分析和趋势预测法进行校核。现对全国城市及各区域城市需水量的预测结果(表5、表6)说明如下。
表5 全国城市需水量预测结果
① 表中预测的工业需水量仅指城市(包括建制市和建制镇)规划区范围内的,不包括区外的乡镇工业和电力工业需水量。
(1)加速城市化进程是我国实现第三步战略目标的重要内容之一,因此,21世纪中叶以前,我国的城市化水平将以较快的速度发展。但由于工业的结构调整和科学技术的进步,人均综合需水指标将呈稳中有降态势,人均工业需水指标将明显下降。而随着城市居民生活水平的提高,人均生活需水指标将呈适度上升趋势。
表6 2010~2050年全国城市需水量分区预测结果
(2)由于城市用水量与城市用水人口有着高度的相关性,因而至2050年前后,城市人口达到高峰时,城市的需水量也应同时达到高峰,其后需水量将随人口变化而逐渐减少。
(3)随着城市化进程的加快,将有大量农村人口和乡镇人口转入城市。到2050年,城市人口将达到9.6亿左右,城市需水总量的增长主要取决于城市用水人口的增加,但年均1.7%的递增率明显低于过去12年的平均水平(4.7%)。
(4)城市生活需水量的递增率(2.3%)略高于城市人口的递增率(1.8%),体现出在城市化进程中,市民的居住条件、用水设施和生活环境将会得到明显改善。
(5)工业需水量的年均递增率(1.1%)明显低于过去12年的平均水平(2.7%),而且增长幅度逐渐趋缓:1998~2010年为1.5%,2010~2030年为1.1%,2030~2050年仅为0.8%。在用水结构中,工业用水比例逐步下降,而生活用水比例则稳步上升。
(6)全国城市人均综合需水量总体上稳定在160m3/a左右,即440L/d。随着工业用水重复利用率的提高,若污水排放系数平均以0.7计,人均排放污水量为310L/d,低于多数发达国家目前的人均水平,说明预测结果是节水型的。但要实现这一目标,需要付出巨大的努力。
(7)北方城市人均综合需水量还将继续增长,至2010年以后基本稳定在155m3/a。而南方城市人均综合需水量将在190m3/a的现状基础上持续下降,到21世纪中叶将稳定在165m3/a左右。
(8)东部和中部地区城市需水量的递增率分别为1.6%和1.5%,而西部地区城市需水量的递增率为2.3%。这主要是考虑到实施西部大开发战略后,西部地区城市的用水条件将有较大改善,城市人民生活水平也将继续提高。
(9)随着现有城市规划区的扩大和大量乡镇升格为新的建制市和建制镇,预测的城市新增水量中有相当一部分并非真正增加的量,而只是在统计口径上从农村或乡镇“转移”到城市而已,这部分水量的多少与转移的人口数量直接相关。
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