青島市用水量變化趨勢及驅動因子分析

廖榮明

（安徽國禎環保節能科技股份有限公司,安徽 合肥 230000）

隨著人口增長和城市化進程的加快，2018 年青島市常住人口為939.48 萬人，常住人口城鎮化率達73.67%，對水資源的需求也不斷增加。作為重要的自然資源，水資源對青島市經濟社會發展的影響作用日益凸顯，對青島市用水量變化趨勢及驅動因子進行分析，探究青島市用水量的主要影響因素。

1 青島市用水量變化趨勢分析

1.1 自然概況

青島地處山東半島東南部，下轄市南、市北、黃島、嶗山等7 個區和膠州、平度、萊西3 個縣級市，總面積 11282 km2。2018 年全市常住總人口939.48 萬人，全市常住人口城鎮化率達到73.67%，國民生產總值12001.5 億元，較上年增長7.4%。2018 年全市平均降水量741.6 mm，全市水資源總量為16.02 億m3，比多年平均值偏少25.4%，全市總用水量9.33 億m3，較2017 年減少 0.11 億 m3。

由青島市國民經濟和社會發展統計公報、青島統計年鑒、青島市水資源公報，收集青島社會經濟、水資源指標數據，對青島市用水量變化趨勢進行分析。青島市2011 年～2018 年總人口和水資源總量變化趨勢見圖1。

圖1 總人口與水資源總量變化趨勢

圖1 顯示，2011 年～2018 年青島市總人口持續增長，年平均增長率為0.032%，增長幅度不大。2011 年～2018 年青島市水資源總量波動較大，2011 年最大值為 20.925 億 m3，2015 年最小值僅為6.849 億m3，年際變化較大。

1.2 用水量變化趨勢

青島市各區市2011 年～2018 年用水總量變化趨勢見圖2。其中市區：2011 年～2012 年為市南、市北、四方、黃島四區，2013 年 ～2018 年為市南、市北、黃島三區。

圖2 各區市用水總量

圖2 顯示，2011 年～2018 年市區、嶗山區和城陽區用水量總體呈增長趨勢，其他區市用水總量總體呈降低趨勢。其中，市區2017 年較2011 年增加0.987 億m3，年平均增長率為0.072%；黃島區 2015 年較 2011 年減少 0.618 億 m3，年平均增長率為0.089%，萊西市2016 年較2011 年減少0.553 億m3，年平均增長率為0.092%。

1.3 用水結構分析

青島市用水量包括農業用水、工業用水、生活用水和生態環境用水，2011 年～2018 年青島市用水結構見圖3。

圖3 青島市用水結構示意圖

圖3 顯示，2011 年～2018 年青島市農業用水比例不斷降低，生活用水比例不斷增長，工業用水和生態環境用水比例變化不大。可見，隨著人口城鎮化進程的加快和居民生活方式的改變，農業用水比例持續降低，生活用水比例不斷增大。

2 用水量驅動因子分析

2.1 影響因子選取

參考已有研究成果[1-5]，結合青島市實際情況，通過對可能影響工農業生產、居民生活、生態環境用水的驅動因子進行分析，依據科學性、合理性和可操作性原則，選取青島市用水量主要影響因子，見表1。

表1 用水量主要影響因子

2.2 用水量驅動因子分析方法

采用集對分析系統分析方法進行驅動因子分析，基本步驟如下。

步驟1：建立集對關系。用水量是基于用水影響因子而產生的，構建用水量集合A={y1，y2，K，yn}與主要影響因子集合Bi={xi1，xi2，K，xin}，建立集對H＝(A，Bi）。分析集對H 所包含的特征，構建研究對象的同異反關系。

步驟2：指標標準化。對用水量和主要影響因子指標數據進行標準化：

步驟3：確定聯系數表達式。分析用水量和主要影響因子組成的集對H＝（A，B）的同一性、差異性和對立性，建立集對H 的聯系數表達式為[6-7]：

式中：a、b、c∈[0，1]且 a+b+c=1；a 表示同一度；b 表示差異度；c 表示對立度；I 為差異度系數，取值區間為[-1,1]，有時僅起差異標記作用；J 為對立度系數，取值規定為-1，有時僅起對立標記作用。

聯系數表達式的確定方法如下：

①對用水量和影響因子指標標準化數據等級劃分：[0，0.3)，[0.3，0.7)，[0.7，1.0]分別為 I，II，III 級；

②根據等級標準判別用水量和影響因子指標等級；

③對應樣本年的指標等級相同的數目所占比例為同一度，等級相鄰的數目所占比例為差異度，等級相隔的數目所占比例為對立度，確定集對H 的聯系數表達式。

步驟4：計算聯系數。差異度系數取值I=0[7]，對立度系數J取值為-1，獲得集對H 的聯系數。

步驟5：確定用水量驅動因子。依據用水量與用水影響因子集對H 的聯系數u 的大小確定用水量的驅動因子，用水影響因子聯系數u 越大，對用水量的影響越大，因此，將聯系數u＞0 的指標確定為用水量驅動因子。

2.3 青島市用水量驅動因子分析

按照基于集對分析的用水量驅動因子分析方法的基本步驟對青島市2011 年～2018 年用水量驅動因子進行分析，結果見表2。

表2 青島市用水量驅動因子分析結果

由表2，依據用水量驅動因子判定方法，青島市用水量驅動因子主要為農業單位產值用水量（C3），林牧漁業單位產值用水量（C4），有效灌溉面積比（C5），工業增加值用水量（C7），建成區排水管道密度（C10）和建成區綠化覆蓋率（C11）。

3 結果分析

（1）青島市用水量驅動因子根據影響程度由高到低依次為林牧漁業單位產值用水量（C4）、農業單位產值用水量（C3）、工業增加值用水量（C7）、建成區排水管道密度（C10）、建成區綠化覆蓋率（C11）和有效灌溉面積比（C5）。從驅動因子指標變化率進行分析：對應驅動因子指標變化率依次為60.817%（C4）、58.418%（C3）、25.661%（C7）、36.555%（C10）、13.647%（C11）和27.075%（C5），與青島市用水量驅動因子的影響基本一致。

（2）其他主要影響因子：總人口、GDP、節水灌溉面積比、工業用水重復利用率和城鎮人均生活用水量等，其影響程度相對較低，主要因為指標變化率較小，如總人口、城鎮人均生活用水量等；或指標值已經處于較高值，再提高空間有限，如節水灌溉面積比、工業用水重復利用率等。

4 結論及建議

（1）收集青島市2011 年～2018 年青島市用水量基礎數據，對青島市的用水量情況及變化趨勢進行分析，表明近年來青島市農業用水比例持續降低，生活用水比例不斷增大；

（2）利用基于集對分析的用水量驅動因子分析方法，識別分析青島市用水量的驅動因子主要包括：農業單位產值用水量、林牧漁業單位產值用水量、有效灌溉面積比、工業增加值用水量、建成區排水管道密度和建成區綠化覆蓋率等；

（3）根據分析結果，建議提高農業現代化，擴大有效灌溉面積比例；進一步調整產業結構，持續壓縮高耗水產業比例，提高工業用水效率，降低工業增加值用水量；不斷優化城鄉規劃，提高建成區綠化覆蓋率；不斷促進水資源可持續利用和經濟社會可持續發展。