城市用水量估算

1.3　城市用水量估算

城市水资源和城市用水量之间应保持平衡，以确保城市可持续发展。在几个城市共享同一水源或水源在城市规划区以外时，应进行市域或区域、流域范围的水资源供需平衡分析。因此，合理地确定城市用水量是给水工程规划的首要任务。

城市总用水量是由城市给水工程统一供给的水量和由城市给水工程统一供给以外的所有用水水量的总和两部分组成。由城市给水工程统一供给的水量包括居民生活用水、工业用水、公共设施用水及其他用水水量(交通设施、仓储、市政设施、浇洒道路、绿化、消防、特殊用水等)的总和;由城市给水工程统一供给以外的所有用水水量的总和包括工业和公共设施自备水源供给的用水、河湖环境用水和航道用水、农业灌溉和养殖及畜牧业用水、农村居民和乡镇企业用水等，这部分用水量应根据有关部门的相应规划计算，并纳入城市用水量统一规划。

1.3.1　城市用水量指标

1．综合用水量指标

在《城市给水工程规划规范》(GB50282)中，城市给水工程统一供给的用水量预测宜采用表1－1和表1－2中的指标。综合指标是预测城市给水工程统一供给的用水量和确定给水工程规模的依据。

表1－1　城市单位人口综合用水量指标　　万m³/(万人·d)

注:1．特大城市指市区和近郊区非农业人口100万及以上的城市;大城市指市区和近郊区非农业人口50万及以上不满100万的城市;中等城市指市区和近郊区非农业人口20万及以上不满50万的城市;小城市指市区和近郊区非农业人口不满20万的城市。

2．一区包括贵州、四川、湖北、湖南、江西、浙江、福建、广东、广西、海南、上海、云南、江苏、安徽、重庆;二区包括黑龙江、吉林、辽宁、北京、天津、河北、山西、河南、山东、宁夏、陕西、内蒙古河套以东和甘肃黄河以东的地区;三区包括新疆、青海、西藏、内蒙古河套以西和甘肃黄河以西的地区。

3．经济特区及其他有特殊情况的城市，应根据用水实际情况，用水指标可酌情增减(下同)。

4．用水人口为城市总体规划确定的规划人口数(下同)。

5．本表指标为规划期最高日用水量指标(下同)。

6．本表指标已包括管网漏失水量。

表1－2　城市单位建设用地综合用水量指标　　万m³/(km²·d)

注:本表指标已包括管网漏失水量。

2．综合生活用水量指标

城市给水工程统一供给的综合生活用水量的预测，应根据城市特点、居民生活水平、居住水平等因素确定。人均综合生活用水量宜采用表1－3中的指标。

表1－3　人均综合生活用水量指标　　L/(人·d)

注:综合生活用水为城市居民日常生活用水和公共建筑用水之和，不包括浇洒道路、绿地、市政用水和管网漏失水量。

3．不同性质用地的用水量指标

(1)城市居住用地用水量应根据城市特点、居民生活水平等因素确定。单位居住用地用水量可采用表1－4中的指标。

表1－4　单位居住用地用水量指标　　万m³/(km²·d)

注:1．本表指标已包括管网漏失水量。

2．用地代号引用现行国家标准《城市用地分类与规划建设用地标准》(GBJ137)(下同)。

(2)城市公共设施用地用水量应根据城市规模、经济发展状况和商贸繁荣程度以及公共设施的类别、规模等因素确定。单位公共设施用地用水量可采用表1－5中的指标。

表1－5　单位公共设施用地用水量指标　　万m³/(km²·d)

注:本表指标已包括管网漏失水量。

(3)城市工业用地用水量应根据产业结构、主体产业、生产规模及技术先进程度等因素确定。单位工业用地用水量见表1－6。

表1－6　单位工业用地用水量指标　　万m³/(km²·d)

注:本表指标包括了工业用地中职工生活用水及管网漏失水量。

(4)城市其他用地用水量指标可采用表1－7中的指标。

表1－7　城市其他用地用水量指标　　万m³/(km²·d)

注:本表指标已包括管网漏失水量。

4．工业企业用水标准

1)生活用水标准

工业企业管理人员的生活用水定额可取30～50L/(人·班)，车间工人的生活用水定额应根据车间性质确定，宜采用30～50L/(人·班);用水时间宜取8h，小时变化系数宜取2.5～1.5。

2)淋浴用水定额

工业企业淋浴用水定额应根据现行国家标准《工业企业设计卫生标准》GBZ1中车间的卫生特征分级确定，可采用40～60L/(人·次)，延续供水时间宜取1h。

3)生产用水量标准

各种工业生产用水量差异很大，即使同一种工业，由于工艺不同，用水量标准也不一样，用水量标准应由工艺提供，并参考有关资料确定。

5．消防用水量标准

消防用水量、水压及火灾延续时间等应按国家现行标准《建筑设计防火规范》GB50016及《高层民用建筑设计防火规范》GB50045等设计防火规范执行。城镇、居住区室外消防用水量见表1－8;工厂、仓库和民用建筑在同一时间内的火灾次数见表1－9;低层建筑室外消火栓用水量见表1－10。

表1－8　城镇、居住区室外消防用水量

注:城镇的室外消防用水量应包括居住区、工厂、仓库(含堆场、贮罐)和民用建筑的室外消火栓用水量。

表1－9　工厂、仓库和民用建筑在同一时间内的火灾次数

注:采矿、选矿等工业企业，如各分散基地有单独的消防给水系统时，可分别计算。

表1－10　低层建筑室外消火栓用水量　　L·s^－1

注:1．室外消火栓用水量应按消防用水量最大的一座建筑物或一个防火分区计算。成组布置的建筑物应按消防需水量较大的相邻两座计算。2．火车站、码头和机场的中转库房，其室外消火栓用水量应按相应耐火等级的丙类物品库房确定。3．国家级文物保护单位的重点砖木、木结构建筑物的室外消防用水量，按三级耐火等级民用建筑物消防用水量确定。

6．其他用水标准

浇洒道路和绿化用水量标准应根据路面种类、气候和土壤等条件确定。浇洒道路用水量一般为1～1.5L/(m²·次)，大面积绿化用水量可采用1.5～2.0L/(m²·d)。

1.3.2　用水量变化

估算城市用水量时，除了解各种用水量指标外，还要了解用水量逐日、逐时的变化，用以确定城市给水系统设计用水量和各单项工程的设计用水量。

生活用水量随生活习惯、气候和人们生活节奏等而变化，如夏季日用水量比冬季多，节假日用水量较平日多，白天用水较夜晚多等。工业企业生产用水量的变化一般比生活用水量的变化小，但也是有变化的，而且在少数情况下变化还很大。

城市用水量的变化规律用日变化系数、时变化系数或时变化曲线来表示。

1．日变化系数

在一年中，每天用水量的变化可以用日变化系数表示，即最高日用水量与平均日用水量的比值，用公式表示为:

式中　K_d————日变化系数;

　Q_d————最高日用水量，m³/d;

　Q_ad————平均日用水量，m³/d。

我国各类城市的日变化系数可采用表1－11中的数值。

表1－11　日变化系数

在给水排水工程规划时，一般先计算最高日用水量，然后确定日变化系数，由式(1－1)可求得平均日用水量:

也可求得全年用水量:

2．时变化系数

在一天内，每小时用水量的变化可以用时变化系数表示，即最高时用水量与平均时用水量的比值，用公式表示为:

式中　K_h————时变化系数;

　Q_h————最高时用水量，m³/h;

　Q_ah————平均时用水量，m³/h。

通常时变化系数为1.3～2.5。

由式(1－3)可求得最高时用水量:

3．用水量时变化曲线

当设计城市给水管网、选择水厂二级泵站水泵工作级数以及确定水塔或清水池容积时，需按城市各种用水量求出城市最高日、最高时用水量和逐时用水量变化，以便使设计的给水系统能较合理地适应城市用水量变化的需要。用水量变化系数只能表示一段时间内的用水量变化情况，而要表示更详细的用水量变化情况，就需要用到用水量时变化曲线。

用水量时变化曲线中，纵坐标表示逐时用水量，按全日用水量的百分数计，横坐标表示全日小时数。这种相对表示法便于相近城镇或系统相互参考。图1－12为某城市的用水量变化曲线。

图1－12　用水量变化曲线

1.3.3　用水量计算

城市给水工程规划中主要涉及用水量概念的包括最高日用水量、年用水量和最高时用水量。最高日用水量是给水工程中取水和水处理工程规划的依据，也是计算另两个用水量的基础;年用水量是城市水资源供需平衡分析的依据;最高时用水量一般则作为给水管网系统规划的依据。

城市用水量预测有多种方法，在给水工程规划时，需根据具体情况，选择合理可行的方法。必要时，可以采用多种方法计算，然后比较确定。常用预测方法有人均综合指标法、单位面积法、分类估算法、年递增率法、线性回归法及生长曲线法。

1．人均综合指标法

城市总用水量与城市人口具有密切的关系，城市人口平均总用水量称为综合用水量指标。《城市给水工程规划规范》推荐了我国城市单位人口综合用水量指标，见表1－1。城市给水工程统一供给的最高日用水量可按下式预测:

Q_d=城市单位人口综合用水量指标×规划人口数(m³/d)　　(1－6)

2．单位面积法

单位面积法根据城市用水区域面积估算用水量。《城市给水工程规划规范》给出了城市单位建设用地综合用水量指标，见表1－2。根据该指标可计算出城市最高日用水量，即

Q_d=城市单位建设用地综合用水指标×建设用地面积(km²)　(万m³/d)　(1－7)

在城市总体规划阶段，估算城市给水工程统一供水的给水干管管径或预测分区的用水量时，也可按不同性质用地的单位面积用水量指标确定。《城市给水工程规划规范》给出了不同性质用地的单位面积用水量指标，见表1－4、1－5、1－6、1－7。

Q_d=∑某一性质用地用水量指标×相应的建设用地面积(km²)　(万m³/d)(1－8)

3．分类估算法

分类估算法先按照用水的性质对用水进行分类，然后分析各类用水的特点，确定它们的用水量标准并按用水量标准计算各类用水量，最后累计出总用水量。该方法比较细致，因而可以求得比较准确的用水量，但也因此增加了分析计算工作量。

城市最高日设计用水量计算时，包括设计年限内该给水系统所供应的全部用水:居住区综合生活用水、工业企业生产用水和职工生活用水、消防用水、浇洒道路和绿地用水以及管网漏失水量和未预见水量，但不包括工业自备水源所供应的水量。

1)城市最高日综合生活用水量(包括公共设施生活用水量)

式中　N————设计期限内城市各用水分区的规划用水人口数，人;

　q————城市人均综合生活用水量标准，L/(人·d)，见表1－3;

　f————自来水普及率，%。

2)工业企业生产用水量

式中　N_2i————各工业企业产值，万元/d(或产量，产品单位/d，或生产设备数量，生产设备单位);

　q_2i————各工业企业最高日生产用水量标准，m³/万元(或m³/产量单位、m³/(生产设备单位·d));

　f_i————各工业企业生产用水重复利用率。

3)工业企业职工日生活用水和淋浴用水量

式中　q_3ai————各工业企业车间职工生活用水量标准，L/(人·班);

　q_3bi————各工业企业车间职工淋浴用水量标准，L/(人·班);

　N_3ai————各工业企业车间最高日职工生活用水总人数，人;

　N_3bi————各工业企业车间最高日职工淋浴用水总人数，人。

4)浇洒道路和大面积绿化用水量

式中　q_4a————城市浇洒道路用水量标准，L/(m²·次);

　q_4b————城市大面积绿化用水量标准，L/(m²·d);

　N_4a————城市最高日浇洒道路面积，m²;

　N_4b————城市最高日大面积绿化用水面积，m²;

　f₄————城市最高日浇洒道路次数。

5)管网漏失水量和未预见水量

管网漏失水量宜按综合生活用水、工业企业用水以及浇洒道路和绿地用水水量之和的10%～12%计算。

城市的未预见水量应根据水量预测时难以预见因素(如规划的变化及流动人口的用水等)的程度确定，宜采用综合生活用水、工业企业用水、浇洒道路和绿地用水及管网漏失水量之和的8%～12%计算。

6)最高日设计用水量

7)消防用水量

式中　q₇————消防用水量标准，L/s;

　f₇————同时火灾次数。

4．年递增率法

城市发展进程中，供水量一般呈现逐年递增的趋势，每年用水量可能保持相近的递增比率，可以用下式表示:

式中　Q_ad————起始年份后第t年的平均日用水量，m³/d;

　Q₀————起始年份平均日用水量，m³/d;

　δ————用水量年平均增长率，%;

　t ————年数，a。

此式实际上是一种指数曲线的外推模型，可用来预测计算未来年份的规划总用水量。在具有规律性的发展过程中，运用该式预测计算城市总用水量是可行的。

5．线性回归法

用一元线性回归模型对城市的平均日用水量进行预测计算，公式可写为:

式中　ΔQ————平均日用水量的年平均增量，(m³/d)/a，根据历史数据回归计算求得;

　其余符号意义同式(1－17)。

6．生长曲线法

城市用水量受到多种因素的影响，诸如人口增长、生活条件、用水习惯、资源价值观念、科学用水和节约用水、水价及水资源丰富和紧缺程度等。用水量的变化随城市发展规律，初始阶段呈快速递增趋势，而增长到一定程度后将会达到一个稳定水平，甚至出现负增长趋势。生长曲线可用下式表达:

式中　a、b————待定参数;

　Q————预测用水量，m³/d;

　L————预测用水量的上限值，m³/d。

【例1－1】某市地处华北地区，城市人口30万，是一座中等城市。供水普及率为100%。城市内有两家用水量较大的工厂。浇洒道路面积为160000m²，浇洒绿地总面积为25.600m²。工厂规划情况如表1－12所示。

表1－12　工厂规划情况

【解】采用分类估算法计算该城市用水量。

1)综合生活用水量

由表1－3知，最高日综合生活用水量定额采用260L/(人·d)。

2)工业企业用水量

生产用水量　　Q2=24000+400=24400(m3/d)

职工生活用水量:职工生活用水量定额采用35L/(人·班)，淋浴用水量定额采用50L/(人·班)。

3)浇洒道路和绿地用水量

浇洒道路用水量定额采用1.5L/(m²·次)，每天浇洒1次;大面积绿化用水量定额采用2.0L/(m²·d)。

4)管网漏失水量

5)未预见水量

6)消防用水量

由表1－8知，城市人口≤30万，消防用水量标准为55L/s，同一时间内火灾次数为2，则消防用水量为:

Q₇=q₇f₇=55×2=110　　(L/s)

7)最高日设计用水量