1995—2016年深圳市用水量變化與節(jié)水潛力分析

曹士圯，胡慶芳，蔣思佳，王銀堂，朱曉慶，劉 勇

(1.南京水利科學研究院水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室，江蘇 南京 210029； 2.深圳市水務局，廣東 深圳 518036)

改革開放以來，我國城鎮(zhèn)化快速發(fā)展，然而全國面臨資源性或水質性缺水的城市高達273個，水資源短缺已成為制約我國城市可持續(xù)發(fā)展的重要因素[1-2]。因此，城市供用水指標變化和城市節(jié)水潛力的研究在近年引起了學術界的重視，如梁園等[3]研究了廣州市1981—2010年的用水總量與經濟增長、城市化的關系及其內在原因，發(fā)現目前廣州市用水總量仍處于隨經濟增長和城市化發(fā)展而增加的階段；Zhang等[4]為分析干旱區(qū)城市的用水特征及影響因素，以烏魯木齊為對象，分析了其用水量的變化特征，通過對數均值迪氏指數(LMDI)分解發(fā)現經濟增長和用水強度是用水量變化的主導因素；Habibi等[5]采用了基于數據包絡分析(DEA)的效率度量方法，對伊朗的大城市用水進行了分析，發(fā)現德黑蘭的用水效率評分最高，廢水處理與回用顯著提升了城市用水效率；宋國君等[6]構建了城市節(jié)水潛力系數的統(tǒng)計學模型，評估了我國地級以上城市的節(jié)水潛力，發(fā)現城市生活節(jié)水漸入瓶頸期，但工業(yè)節(jié)水仍存在一定的空間。對于用水特征和節(jié)水潛力，現有研究大多僅從一個角度進行分析。若將二者結合，在用水量和用水效率分析的基礎上對城市節(jié)水潛力做出合理估計，將對城市節(jié)水管理提供更科學的指導意見。

深圳位于珠三角地區(qū)，是我國第一個經濟特區(qū)。經過短短30余年，深圳由一個漁村發(fā)展成為我國最重要的經濟中心城市之一。2017年深圳市GDP達22 490.06億元，常住人口達1 252.83萬，人均GDP居我國內地非直轄市首位[7]。然而，深圳也是我國水資源嚴重短缺的城市之一，本地人均水資源量僅174 m3，且時程分布不均、可調控性差，故長期以來嚴重依賴境外調水來滿足用水需求，水資源短缺與水環(huán)境惡化已成為制約城市向更高階段發(fā)展的重要因素之一[8-11]。為此，本文分析了1995—2016年深圳市用水總量及分行業(yè)用水量的變化特征，解析了用水量變化的主要驅動因素，在此基礎上進一步評估了深圳市節(jié)水潛力，并提出了挖掘節(jié)水潛力的建議。

1 數據來源和研究方法

1.1 數據來源

本文所用資料主要有用水指標和社會經濟指標兩類。用水指標數據包括用水總量、行業(yè)用水量，來自深圳市歷年的水資源公報；社會經濟資料主要為人口、GDP、行業(yè)產值等，來自深圳市歷年的統(tǒng)計年鑒。收集的數據包括1995—2016年深圳市用水總量數據和同期的人口、GDP數據以及1998—2016年深圳市行業(yè)產值與用水量數據，并通過行業(yè)用水量和社會經濟指標計算得到1998—2016年深圳市行業(yè)用水效率指標。

1.2 研究方法

1.2.1用水量變化及成因分析方法

城市用水量變化的研究通常從用水總量和行業(yè)用水量兩個角度分析，分別反映一個城市的總體用水情況和用水結構特征。城市用水量與水資源條件、人口和經濟規(guī)模、產業(yè)結構、生產水平、用水習慣、水資源管理制度等一系列因素相關，不同城市的水資源開發(fā)利用條件、經濟社會發(fā)展模式不同，用水量變化的主導因素也不同[12-13]，可采用因素分解模型分析用水量變化的影響因素。因素分解模型多由經典IPAT等式[14]拓展而來，在能源領域已有廣泛運用，近年來開始應用于水資源相關研究[15-16]。常用的分解分析方法有結構分解分析(structural decomposition analysis，SDA)和指數分解分析(index decomposition analysis，IDA)兩種。考慮科學性和易解釋性，本文選用改進的結構分解分析法[17]。設G為GDP、S為產業(yè)結構向量(其元素為各部門增加值占GDP的比重)、E為用水效率向量(其元素為各部門單位增加值用水量)，則產業(yè)用水量可表示為三者內積。以下標0、t分別表示0時期與t時期，則0到t時期的產業(yè)用水量變化ΔW=GtSt·Et-G0S0·E0，并可分解為

ΔW=Gt(St-S0)·Et+GtS0·(Et-E0)+

(Gt-G0)S0·E0

(1)

式中：St-S0為產業(yè)結構的變化，其所在的右側第1項反映因產業(yè)結構變化而導致的用水量變化，稱之為結構效應，以t時期用水效率為基礎計算；Et-E0為各部門單位增加值用水量的變化，其所在的右側第2項反映因用水效率提升而導致的用水量變化，稱之為技術效應，以0時期的產業(yè)結構為基礎進行計算；Gt-G0為GDP的變化，其所在的右側第3項反映單純由經濟規(guī)模擴大而導致的用水量變化，稱之為規(guī)模效應。變換結構效應和技術效應的參考基礎，可得第2種分解：

ΔW=Gt(St-S0)·E0+GtSt·(Et-E0)+

(Gt-G0)S0·E0

(2)

式中結構效應以0時期的用水效率為基礎計算，技術效應以t時期的產業(yè)結構為基礎計算。綜合式(1)和式(2)可得：

(Et-E0)+(Gt-G0)S0·E0

(3)

式中右側3項分別對應結構效應、技術效應、規(guī)模效應。與式(1)和式(2)相比，式(3)含義更為明確，綜合考慮了0時期和t時期的產業(yè)結構和用水效率，使得分解結果更為合理。因調整方向不同，結構效應與技術效應可正可負，而經濟規(guī)模擴大導致用水量增加，故規(guī)模效應恒為正值。

1.2.2節(jié)水潛力估計方法

節(jié)水潛力是指城市各部門、各行業(yè)通過綜合節(jié)水措施所能達到的預期用水量與實際用水量的差值[18-22]。選定現狀年和目標年后，節(jié)水潛力估計的關鍵在于確定目標年的相關用水指標，通常有3種方法：一是參考城市發(fā)展規(guī)劃中相關指標的目標值，二是與國內外產業(yè)結構相仿或用水效率較高的城市和地區(qū)對比確定，三是結合近年來用水效率指標的變化趨勢來確定。本文主要分析深圳市在工業(yè)、城市公共服務業(yè)(建筑業(yè)及第三產業(yè)，下同)和居民生活三方面的節(jié)水潛力，具體方法如下：

a. 工業(yè)節(jié)水潛力。工業(yè)節(jié)水潛力主要考慮產業(yè)結構調整、生產技術升級及循環(huán)用水等因素導致的萬元工業(yè)增加值用水量降低，計算公式如下：

ΔWI=GI(I0-It)/10 000

(4)

式中：ΔWI為工業(yè)節(jié)水潛力，億m3；GI為目標年工業(yè)增加值，億元；I0、It分別為現狀年和目標年的萬元工業(yè)增加值用水量，m3。

b. 城市公共服務業(yè)節(jié)水潛力。城市公共服務業(yè)節(jié)水潛力考慮城市供用水管網改造、節(jié)水管理等因素帶來的建筑及服務業(yè)用水定額下調，可通過萬元城市公共服務業(yè)增加值計算：

ΔWD=GD(D0-Dt)/10 000

(5)

式中：ΔWD為城市公共服務業(yè)節(jié)水潛力，億m3；GD為目標年公共服務業(yè)增加值，億元；D0、Dt分別為現狀年和目標年的萬元城市公共服務業(yè)增加值用水量，m3。

c. 居民生活節(jié)水潛力。深圳市節(jié)水型器具普及率已達100%，因此居民生活節(jié)水潛力主要考慮供水管網漏損率降低、生活用水價格調整等帶來的人均居民生活用水量下降，計算公式如下：

ΔWC=P(C0-Ct)×366 d×10-7

(6)

式中：ΔWC為居民生活節(jié)水潛力，億m3；P為目標年人口，萬人；C0、Ct分別為現狀年和目標年的人均居民生活用水量，L/d。

總節(jié)水潛力ΔW即為各行業(yè)節(jié)水潛力之和：

ΔW=ΔWI+ΔWD+ΔWC

(7)

2 結果與分析

2.1 用水量變化

2.1.1用水總量變化

用水總量是反映一個城市或區(qū)域水資源開發(fā)利用最基本的指標之一，也是最嚴格水資源管理制度的控制性指標之一。圖1給出了1995—2016年深圳用水總量，可出看出，深圳市用水總量由1995年的7.1億m3增長到2016年的19.34億m3，增長幅度172%，年均增長率為5.04%。同時，深圳市用水總量的增長還呈現出一定的階段特征，可依據年均增速大小以2008年為界劃分為1995—2008年和2008—2016兩個階段，其趨勢線如圖1所示。1995—2008年用水總量持續(xù)增長，2008年相對于1995年的增長幅度達160%，用水總量增速約為0.87億m3/a；2008—2016年深圳市用水總量增速顯著減小，約為0.21億m3/a，全市用水總量表現出波動增長的態(tài)勢，大致維持在18億～20億m3之間。這說明，在深圳市快速發(fā)展的過程中，用水總量在經過一定階段的較快增長后逐步得以控制，增速已明顯放緩。

圖1 1995—2016年深圳市用水總量變化

2.1.2行業(yè)用水量變化

行業(yè)用水量是用水總量的組分，通常包括農業(yè)及生態(tài)用水、工業(yè)用水、居民生活用水、城市公共服務業(yè)用水等，不同行業(yè)用水量的相對比重能夠反映一個城市的用水結構特征。圖2和表1分別給出了深圳市1998—2016年行業(yè)用水量的變化及典型年份的用水結構。可見，深圳市不同行業(yè)的用水量表現出不同的變化趨勢。其中，居民生活用水量一直占比最高，在1998—2008年增長速度很快，由3.46億m3增加到7.14億m3，增幅達106%，但2009年后變化幅度減小，基本維持在7億m3左右；工業(yè)用水量占比低于居民生活用水量，在1998—2007年持續(xù)增長，但在2008之后總體上呈減少趨勢；城市公共服務業(yè)用水量在2001—2003年、2007—2009有一定幅度波動，但整體呈增長趨勢，且在2014年后超過工業(yè)用水量，占比僅次于居民生活用水量；農業(yè)及生態(tài)用水量在深圳市用水結構中占比最低，在1998—2007年顯著減少，2008—2016年則變化不大。

圖2 1998—2016年深圳市不同行業(yè)用水量變化

表1 典型年深圳市不同行業(yè)用水量比例 單位：%

年份工業(yè)城市公共服務業(yè)居民生活農業(yè)及生態(tài)19982322322320083319399201625293610

2.2 用水量變化成因

城市用水量的變化往往與社會經濟發(fā)展高度相關，一方面經濟增長與產業(yè)發(fā)展離不開水資源的支撐，人口增長也會促使居民生活用水需求的上漲；另一方面隨著產業(yè)結構調整、用水效率提升等，用水量又會得到控制甚至減少。為探究深圳市用水量變化的成因，首先分析深圳市社會經濟和用水效率指標，然后通過因素分解模型對深圳市產業(yè)用水量變化的驅動因素進行解析。

圖3給出了1995—2016年深圳市人口、GDP變化過程。由于大量外來人口涌入，1995年以來深圳市人口增長幅度達165%，年均增長率為4.8%；GDP則增長了23倍，年均增長率為16.0%。深圳市人口與GDP的增長也具有明顯階段性特征：人口以2000年、2010年、2014年為拐點呈現階梯式增長；GDP增長則可分為1995—2008年和2009—2016年兩個階段，后一階段增長速度更快。

圖3 1995—2016年深圳市人口及GDP變化

用水效率反映了不同部門水資源利用的集約化程度。根據深圳市用水特點計算了農業(yè)及生態(tài)、工業(yè)、城市公共服務業(yè)的萬元增加值用水量和人均居民生活用水量，結果如表2所示。1998—2016年深圳市萬元工業(yè)增加值用水量由39.0 m3下降至6.5 m3，相對下降幅度達83.3%。萬元城市公共服務業(yè)增加值用水量1998—2002年在26 m3左右，2003年之后顯著降低，2016年下降至4.7 m3，較1998年降低了82.8%。人均居民生活用水量在1998—2004年有所增長，2005年之后因統(tǒng)計口徑調整而降低，2005—2016年人均居民生活用水量整體呈下降趨勢，2016年已降至165.6 L/d。

針對包括農業(yè)及生態(tài)、工業(yè)、城市公共服務業(yè)用水在內的深圳市產業(yè)用水，用因素分解模型分析產業(yè)用水量變化的主要驅動因素。根據式(3)對1998—2016年及1998—2008年和2008—2016年兩個階段深圳市產業(yè)用水量的變化進行分解，結果如表3所示。

表2 1998—2016年深圳市用水效率指標

表3 不同階段深圳市用水量變化的分解

從表3可知，不同階段規(guī)模效應數值均為最大，表明經濟快速發(fā)展、產業(yè)規(guī)模擴張始終是驅動深圳市產業(yè)用水量增長的主導因素。而結構效應和技術效應均為負值，即產業(yè)結構調整與用水效率提升驅動深圳市產業(yè)用水量減少，與規(guī)模效應的作用相互抵消。1998—2008年，結構效應與技術效應比重僅相差3%，說明該階段產業(yè)結構調整和用水效率提升對產業(yè)用水量變化的負向驅動作用基本相當；2008—2016年，技術效應比重已顯著高于結構效應，體現出用水效率提升對產業(yè)用水量控制的作用越來越重要，而宏觀產業(yè)結構調整對用水總量的控制作用已退居其次。這與深圳市行業(yè)用水效率的變化特征相符，表明近年來行業(yè)用水效率的提高已能夠有效緩解經濟社會發(fā)展導致的用水量增長，也是深圳市在“十二五”期間以節(jié)水引導產業(yè)結構升級、加強再生水利用、推行節(jié)水管理及節(jié)水市場機制等的結果，反映了深圳在節(jié)水型社會建設工作中取得的顯著成效。

2.3 節(jié)水潛力估計

由前文可知，隨著產業(yè)結構調整和用水效率提升，近年來深圳市用水總量已得到有效控制，但在城市人口和GDP仍然快速增長的情況下，未來用水量仍有可能增長，故深圳仍需要通過合理調整生產方式和用水行為方式，提升用水效率效益，挖掘城市節(jié)水潛力，以保障城市用水安全。本文以2016年和2020年分別作為現狀年和目標年來計算深圳市節(jié)水潛力。

選取國內用水效率較高的蘇州、青島市及產業(yè)結構與深圳相近的香港、新加坡市來進行對比，結果如表4所示。由表4可知，深圳市2016年萬元GDP用水量僅為全國平均值(81.0 m3)的1/8，萬元工業(yè)增加值用水量亦遠低于全國平均值(52.8 m3)，但高于青島，而萬元城市公共服務業(yè)增加值用水量比蘇州、青島都高，說明深圳市綜合用水效率高于全國平均水平，但尚未達到國內領先水平。與產業(yè)結構相近的香港、新加坡市相比，深圳市萬元GDP用水量則明顯偏高，綜合用水效率及行業(yè)用水效率均存在相當的提升空間。

表4 不同城市2016年用水效率指標對比

綜合考慮深圳市近年來用水效率指標的變化趨勢和國內外典型城市及地區(qū)的用水效率指標，并參考城市相關規(guī)劃，可以給出各指標目標年的估計值，從而計算各行業(yè)的節(jié)水潛力。深圳市萬元工業(yè)增加值用水量持續(xù)下降，但近年降速有所放緩，預期2020年降至6.0 m3；人均居民生活用水量自2012年持續(xù)下降，2016年為165.6 L/d，年均降幅約4.6 L/d，參考新加坡市等地相應指標值，估計2020年深圳市人均居民生活用水量為148.0 L/d；人口、工業(yè)增加值、城市公共服務業(yè)增加值根據《深圳市國民經濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》確定，根據式(4)～(6)對各行業(yè)節(jié)水潛力做出估計，結果如表5所示。

綜合工業(yè)、城市公共服務業(yè)和居民生活，深圳市2020年總節(jié)水潛力為2.518億m3。節(jié)水潛力為現狀用水總量的13%，總量十分可觀。其中，城市公共服務業(yè)和居民生活的節(jié)水潛力很大，工業(yè)節(jié)水潛力相對較小，這與深圳市工業(yè)比重下降、服務業(yè)比重上升的產業(yè)結構發(fā)展趨勢相符。故深圳市應采取針對性措施，通過加強城鎮(zhèn)節(jié)水管理、完善節(jié)水支持政策、擴大節(jié)水社會監(jiān)督等，大力挖掘城市公共服務業(yè)和居民生活節(jié)水潛力。

3 結 語

水資源作為城市發(fā)展的戰(zhàn)略性經濟資源，在深圳市經濟社會發(fā)展中扮演了相當重要的角色。1995—2016年，深圳市用水總量在1995—2008年、2008—2016年兩階段分別呈現快速增長和波動緩升的不同特征，既在一定程度上體現了深圳市經濟發(fā)展過程中產業(yè)結構調整的規(guī)律，也反映出其強化用水總量控制、優(yōu)化水資源優(yōu)化配置、加強計劃用水與定額管理等節(jié)水型社會建設措施的作用。

通過對深圳市用水量變化進行因素分解，發(fā)現經濟規(guī)模的持續(xù)擴張一直是深圳市用水量增長的主導性因素，產業(yè)結構和用水效率因素則對深圳市產業(yè)用水量變化起負向驅動作用，且近年用水效率提升的影響已超過產業(yè)結構調整，對產業(yè)用水量的控制起到了更重要的作用。

深圳市綜合用水效率及行業(yè)用水效率均遠高于全國平均水平，但低于青島等城市，與香港、新加坡市相比仍存在明顯提升空間。經估算，目標年(2020年)深圳市工業(yè)、城市公共服務業(yè)、居民生活的節(jié)水潛力分別為0.455億m3、1.110億m3和0.953億m3，總節(jié)水潛力為2.518億m3。深圳市應進一步構建綠色生產生活方式，強化城市公共服務業(yè)用水和居民生活用水管理，持續(xù)優(yōu)化產業(yè)結構、升級節(jié)水減排技術，充分挖掘城市節(jié)水潛力。

表5 深圳市各行業(yè)節(jié)水潛力