南水北调东线江苏境内受水区节水潜力分析

方国华，赵文萃，李 鑫，陆轶群

(1.河海大学水利水电学院，江苏 南京 210098； 2.南水北调东线江苏水源有限责任公司，江苏 南京 210009)

我国是一个水资源短缺的国家，且具有水资源时空分布不均、水环境不断恶化等特点。南水北调东线工程江苏段是我国跨流域调水的重大工程之一[1]，是有效缓解京津冀地区和山东半岛水资源供需不平衡问题的基础建设工程。习近平总书记强调，为确保南水北调后续工程的高质量发展，要坚持和落实节水优先方针，长期深入做好节水工作[2]。南水北调东线工程江苏段作为调水工程的起始段，其水资源现状及发展趋势对于能否保证持续调水十分关键。目前，南水北调东线江苏境内受水区本地水资源量不足，保障受水区水资源供给主要依赖工程调用过境水。国民经济的持续发展需要更高的水资源保障能力，水资源不足仍然是制约江苏省持续高质量发展的瓶颈[3]，而节水是实现水资源优化配置与可持续利用的前提和关键[4]。因此，研究南水北调东线江苏境内受水区的节水潜力，对于提高区域水资源优化配置能力，加快推进受水区节水型社会建设和提高用水效率具有重要的参考价值和现实意义。

近年来，许多学者针对特定用水户节水潜力以及区域整体节水潜力开展了相关研究。针对特定用水户的节水潜力，Yue等[5]考虑地下水均衡，提出了基于优化的多尺度农业潜力计算方法，并以西北干旱区石羊河流域民勤县为例进行了计算；唐晓灵等[6]提出了在灰色预测法基础上结合定额比较法，应用网络SBM-DEA模型计算出工业用水效率并估算关中城市未来工业节水潜力；吴迪等[7]结合多种节水方式下的再生水利用，建立SWAT模型分析相应灌溉节水潜力的变化规律。针对区域整体节水潜力，刘昌明等[8]考虑5种用水户确定了城市节水潜力计算模型，对南水北调中线城市2030年节水潜力进行计算；向龙等[9]提出了“供需动态平衡”双向水资源配置方法，计算了节水约束指标下的需水量和节水潜力，进行了基于节水优先的玉环县水资源配置；吕灿翔等[10]提出了在节水的基础上进行需水预测，并对引江补汉工程范围区域进行了节水潜力及需水计算，为确定工程规模提供科学依据。

由已有的相关研究可知，关于节水潜力的概念和节水潜力分析计算已取得了较好的进展，但还存在节水指标概念不够明晰、节水潜力计算考虑不够全面等问题。此外，对调水工程来说，受水区的节水潜力和节水的程度，直接影响调水工程的调水规模和调水量的大小。为此，本文结合南水北调东线江苏境内受水区实际情况，从生活、工业、农业3方面探讨和改进节水潜力分析计算方法，分析计算节水潜力，根据“先节水后调水”的原则确定南水北调东线工程江苏段调水量，并对节水经济效益和社会生态效益进行分析。

1 南水北调东线江苏境内受水区节水现状

1.1 南水北调东线江苏境内受水区划分

南水北调东线工程江苏段地处长江与淮河的下游区域。南起长江下游扬州，北至南四湖下级湖，东濒黄海，西连安徽。工程输水干线长达404 km，将洪泽湖、骆马湖与下级湖相串联，并且与苏北灌溉总渠、淮沭河等骨干河道相贯通。受水区包括扬州的高邮、江都与宝应县，盐城的阜宁县以及淮安、宿迁、徐州、连云港的所有辖区。根据南水北调东线工程江苏境内沿线各部门用水户位置，结合江苏省江水北调系统供水范围，将研究区域划分为3个一级区间并细化为12个二级区间，见表1。

表1 南水北调东线江苏境内受水区分区

南水北调东线工程江苏境内受水区多年平均年降水量为914.6 mm，当地地表水资源量为85.7亿m3，且基本来源于大气降水。受水区地表径流深空间分布差异较大，趋势为由南向北、西北方向减少。同时，在时间上径流分配不均，年内汛期(5—9月)径流量大，约占全年的90%。

1.2 节水现状分析

近年来，南水北调东线江苏境内受水区积极推进节水型社会建设，采取了多种工程及非工程节水措施。实施水资源总量和强度双控管理，积极落实《江苏省节约用水条例》，开展节水型工业园区建设；科学制定区域年度用水计划，对重点领域、行业、产品等用水节水工作进行全过程监管；全面落实国家节水行动，在最严格水资源监管体制中增加对节水建设目标的考察，将万元国内生产总值用水量列为高质量发展的考察标准。

根据中国水资源公报、南水北调东线江苏境内受水区各市级水资源公报以及淮河流域水资源公报，选取8个具有代表性且数据易于获取的用水指标，进行研究区域节水现状分析，并将受水区用水指标与江苏省和全国用水指标进行对比(表2)。

由表2可见，与江苏省、全国现状年用水指标相比，受水区范围内人均用水量略高于江苏省人均用水水平，且超过全国人均用水量的34.5%，万元国内生产总值用水量高于江苏省、全国水平的22.3%、19.1%。在生活用水方面，城镇生活人均用水量略高于江苏省且高于全国水平的19.32%。受水区用水存在城镇供水管网漏损高、居民对节约用水的认识不深刻[11]等问题。持续发展的国民经济水平和不断提高的人民生活水平需要更高的水资源保障能力，仍需进一步挖掘南水北调东线江苏境内受水区节水潜力。

2 节水潜力分析计算方法

本文研究的受水区节水潜力是指通过采取各种工程以及非工程的节水措施，预测未来节水技术发展情况，在预期可达到的节水目标下，根据现状发展水平下的用水情况可挖掘的研究区域未来可能节约的最大水量[12-13]，包括城镇生活、农业和工业3类用水户，不包括新增用水户。

节水潜力计算最为广泛认可和使用的是水利部提出的节水潜力计算公式[14]，该公式针对城镇生活、农业和工业节水潜力分别提出计算公式，具有适用范围广、数据易于获取等优点。但水利部计算公式中未考虑节水管理水平提高、水循环系统改造等方面的节水潜力，故本文引入城镇生活用水定额、工业用水重复利用率对水利部节水潜力计算公式进行改进。

2.1 城镇生活节水潜力分析

表2 南水北调东线江苏境内受水区现状年主要用水指标及对比

城镇生活用水包括城镇家庭生活用水和公共用水，受到人民生活水平进步以及城镇化进程加快的影响[15]。本文提出在考虑推广节水型器具、推进供水管网改造等工程节水设施建设的基础上，引入城镇生活用水定额变量Q，用来反映用水计量加强、开展节约用水宣传等非工程节水措施对节水潜力的影响。城镇生活节水潜力的计算公式为

(1)

式中：Ws,q为研究区域年城镇生活节水潜力，万m3；Ws0为现状年城镇生活用水量(包括第三产业用水量及建筑业用水量)，万m3；L0、L1分别为现状年、规划年预期可达到的管网漏损率，%；R0为研究区域现状年城镇人口数量，万人；J为节水器具可节约水量，取30L/(人·d)；P0、P1分别为现状年、规划年预期可达到的节水器具普及率，%；Qc0、Qc1分别为现状年、规划年预期可达到的城镇生活用水定额(不重复考虑推广节水型器具、推进供水管网改造等工程节水设施建设的节水量)，L/(人·d)。

2.2 农业节水潜力分析

农业节水潜力主要体现在农田灌溉用水节水潜力，一方面可通过调整种植结构、加强农业用水管理等降低灌溉定额，另一方面可通过推广高效节水灌溉技术、培育农业节水品种等技术措施以及改造渠道防渗等工程措施使灌溉水利用系数提高[16]。

这块宝石花手表，水老师戴过多年，又从手上摘下，亲自给蒋海峰戴上。蒋海峰扬起手腕，想唤起沉睡的记忆：“这是伯父当年送给我的，我一直戴在手上。唉，我辜负了他的期望！”

考虑到南水北调东线江苏境内受水区地处温带气候与亚热带气候的过渡区，受水区范围内农作物的灌溉定额差异较大，本文提出将农作物分为以水稻为主的水田农作物和小麦、玉米、棉花等旱田农作物分别考虑其灌溉定额。农业用水节水潜力采用以下公式计算：

(2)

式中：Wn,q为农业节水潜力，万m3；As0、Ah0分别为现状年水田和旱地的灌溉面积，万hm2；Qs0、Qh0分别为现状年水田和旱地灌溉定额，m3/hm2；Qs1、Qh1分别为规划年预期可达到的水田和旱地灌溉定额，m3/hm2；μ0、μ1分别为现状年、规划年预期可达到的农业灌溉水利用系数。

2.3 工业节水潜力分析

在保障工业正常发展的前提条件下，本文在考虑推广节水技术、优化产业布局、改造高耗水工业等降低万元工业增加值取水量[17]的基础上，引入工业用水重复利用率η，反映水循环系统改造、加强工业再生水利用等节水措施对工业节水潜力的影响，计算公式如下：

(3)

式中：Wg,q为工业节水潜力，万m3；Zg为现状年年工业增加值，亿元；Qg0、Qg1分别为现状年、规划年万元工业增加值用水量，m3；Wg0为现状年工业用水量，万m3；η0、η1分别为现状年、规划年预期可达到的工业用水重复利用率，%。

3 南水北调东线江苏境内受水区节水潜力计算

3.1 预期可达节水目标

本文基于南水北调东线江苏境内受水区2020年实际用水水平及节水现状，结合南水北调东线江苏境内社会经济发展情况，参照江苏省水利发展规划、建设节约用水型社会的目标体系以及国内国际先进地区节水水平，提出规划年2030年南水北调东线江苏境内受水区预期可达的节水目标。到2030年，南水北调东线江苏境内受水区万元工业增加值用水量预计为11.5 m3，农业灌溉水利用率达0.634，城市公共供水管网漏损率9%，城镇节水器普及率100%。节水目标与《江苏省国家节水行动实施方案》《江苏省“十四五”水利发展规划》等互相印证，与南水北调东线江苏境内受水区实际相符合。南水北调东线江苏境内受水区现状年用水指标与规划年节水目标，见表3。

3.2 节水潜力计算及结果分析

基于规划年节水目标，计算得到南水北调东线江苏境内受水区2030年节水潜力为15.91亿m3，节水潜力较大，可达现状年南水北调东线江苏境内受水区用水总量的9.58%。其中，农业、工业和城镇生活节水潜力分别为11.05亿m3、3.44亿m3和1.41亿m3。各二级受水区中，连云港受水区节水潜力最大，达2.59亿m3，洪泽湖周边、三河、中运河、徐洪河受水区节水潜力较小，均不足1.0亿m3。受水区各二级区间各行业节水潜力计算结果见表4。

表3 南水北调东线江苏境内现状年用水指标与规划年节水目标

表4 各二级区间各行业节水潜力计算结果 单位：万m3

受水区生活、工业和农业节水潜力占比分别为69.48%、21.63%和8.89%，受水区农业节水潜力最大，工业节水潜力占比次之，生活节水潜力占比最少。未来受水区节水工作仍以农业节水为主要任务，优化农田灌溉模式，促进农业节水工艺发展，以实现农业节水增效。

图1 各一级区间用水户节水潜力对比(单位：亿m3)

4 节水效益分析

南水北调东线江苏境内受水区通过采取优化产业结构、提高灌溉水利用系数等节水措施可达到的预期节水潜力为15.91亿m3，可带来跨流域工程调水量降低、受水区用水保证率增加和水环境改善等[18]一系列节水效益，现对节水带来的经济效益和社会生态效益进行分析。

4.1 经济效益

4.1.1工程经济效益

传统节水潜力的分析限于现状发展实物量指标下的分析预测，本文根据“先节水后调水”的原则，通过分析未来节水措施挖掘预期可达的节水目标，确定南水北调东线工程江苏段调水量，分析节水潜力带来的工程经济效益。

采用指数法和灰色系统法预测规划年的人口、工业生产总值等社会发展实物量指标，2030年受水区总人口3 085.93万人，工业增加值9 473.26亿元，农业有效灌溉面积2 824.16万hm2。基于2030年预期可达的节水目标，预测多年平均来水下受水区总需水量，扣除当地可利用水量，作为南水北调工程江苏段供水任务。

梳理南水北调东线工程江苏段主要泵站、湖泊以及骨干河渠间的连接关系，在考虑湖泊调蓄能力约束、泵站工作能力约束、北调控制水位约束等约束条件的基础上，以受水区总缺水量最小和泵站总能耗最小为目标，建立南水北调东线江苏段调度模型并求解，得到基于节水潜力挖掘的优化调度方案(以下简称节水方案)。

将节水方案调度结果与现状水资源利用水平下常规调度结果对比，见表5。与常规方案相比，节水方案泵站总抽水量减少28.31亿m3，可降低泵站能耗5 427.74万kW·h，根据南水北调东线一期可研报告[20]，电价采用0.5元/kW·h计算，可减少电费2 713.87万元。

表5 节水方案和基本方案调度结果对比

4.1.2供水经济效益

将节水总量近似按受水区用水比例分配，分别计算生活、工业和农业相应的节水经济效益。参考江苏省和淮河流域水资源公报，受水区生活、工业和农业用水占比分别为11%、17%和72%，相应节约水量为1.75亿m3、2.70亿m3和11.46亿m3。其中，生活节水效益采用水价法计算[21]，工业节水效益按分摊系数法计算[22]，农业节水效益按单方水效益计算。计算得总节水经济效益可达27.59亿元。具体分析如下：

a.城镇生活用水节约水量1.75亿m3，参考国家发改委2014年确定的南水北调水单方水水价，江苏境内受水区所属的南四湖以南地区的供水价格为0.36元/m3，计算得到产生的生活节水效益为0.63亿元。

b.工业用水节约水量2.70亿m3，参考南水北调东线工程规划以及相关研究成果[21]，受水区工业用水分摊系数取0.01，2030年受水区万元工业增加值用水量预估为11.5m3，计算得工业节水效益为23.52亿元。

c.农业用水节约水量11.46亿m3，根据《江苏省南水北调配套工程规划报告》，江苏省北调灌区农业灌溉单方水效益综合平均为0.3元，计算得出农业节水效益为3.44亿元。

4.2 社会效益

节水潜力的挖掘提高了受水区用水保障程度，改善水资源供需不平衡的状况，各二级区间节水方案与常规方案供水量与需水满足度对比见表6。节水方案下受水区缺水量减少，整体需水满足度提升5%，且各区间缺水率更为均衡，满足了“共担缺水风险”的调度原则，提升沿线居民生活质量，有利于缩小地区发展差距，促进受水区经济社会协调发展。

表6 各二级区间节水方案与常规方案供水量与需水满足度对比

4.3 生态效益

南水北调东线江苏境内受水区污水来源主要为工业和生活污水，节水潜力的挖掘可减少受水区污水排放，降低化学需氧量(COD)对水体的污染。参考《污水综合排放标准》《城市排水工程规划规范》等规定，确定受水区生活、工业用水污水排放系数为0.80 和0.25，处理后COD质量浓度分别为150 mg/L和120 mg/L，计算得到受水区可减少COD排放量3 702.5 t，提升受水区水环境承载能力，维护河流生态平衡。若将节约水量用于增加生态环境用水会带来明显的环境效益，有助于地表径流和地下水的恢复，维持城市绿地，有效涵养水源，提高水资源承载能力，促进沿线城市走生态型、现代化、健康发展的道路。

5 结 论

a.结合南水北调东线江苏境内受水区社会经济情况、节水现状和未来发展趋势，综合确定受水区2030年预期可达的节水目标。预计受水区万元工业增加值用水量降低为11.5 m3，农业灌溉水利用率达0.634，城市公共供水管网漏损率9%，城镇节水器普及率100%。

b.在考虑推广节水型器具、推进供水管网改造等节水措施的基础上，本文引入城镇生活用水定额Q和工业用水重复利用率η对水利部节水潜力计算公式进行改进，计算得到受水区2030年节水潜力为15.91亿m3，占现状年用水总量的9.58%。其中，农业节水潜力占节水潜力总量的69.48%，表明农业节水仍是未来节水工作的重点。

c.对节水产生的经济效益和社会生态效益进行分析。与常规方案相比，节水方案下工程总抽水量减少28.31亿m3，可降低泵站能耗5 427.74万kW·h，节水经济效益达27.59亿元。节水潜力的挖掘使受水区需水满足度提升5%，减少COD排放量3702.5t，提高受水区用水保障程度，改善水资源供需不平衡的状况，提升水环境承载能力，促进受水区经济社会协调发展。