黃河中游城市居民生活用水區域差異及效率評估

王小雙

(廣東省第一建筑工程有限公司, 廣東 廣州 510145)

隨著我國城市經濟社會的發展,居民生活水平的不斷提高,城市居民生活用水剛性需求將持續增長。不同城市受社會經濟發展、水資源稟賦、用水政策的影響,導致居民生活用水在時間和空間上存在差異[1]。據統計,2018年黃河中游各城市居民生活用水量為70～200L/d,城市居民生活用水差異明顯。

人均生活用水量乘以常住人口即為城市生活用水總量,各城市間人均生活用水量差異性也直接影響到城市的用水總量。因此,城市水資源管理應當致力于減少城際間人均生活用水量的差異性,有效降低城市人均生活用水量,才能從總體上降低各城市的生活用水總量[2-3]。目前,針對水資源利用區域差異以及用水效率評估這一科學問題,研究主要集中在工業、農業用水方面,而生活用水的相關研究較少,定量評估生活用水區域差異及用水效率是當前研究的重點和難點[4]。探究城市居民生活用水的變化規律,定量評估城市居民生活用水效率,對于強化水資源剛性約束,落實最嚴格水資源管理制度具有一定意義。

本文以黃河中游城市為例,首先利用泰爾系數法對城市居民生活用水量區域差異進行分析;然后基于城市居民生活用水定額,定量評估城市居民生活用水效率,研究可為區域水資源管理與高效利用提供借鑒。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

黃河中游指內蒙古河口鎮至河南鄭州桃花峪段,流經內蒙古、陜西、山西、河南4省(自治區)。2018年黃河中游地區人口為7723.6萬人,占黃河流域總人口的23.03%;GDP為47205.5億元,占黃河流域的25.62%;人均GDP為55830.7元,約為全國平均水平的85.14%[5-6]。本研究以黃河中游流域內31個地級市的市轄區居民生活用水為研究對象,見表1。

1.2 數據來源

2011—2018年黃河中游城市居民生活用水總量、城市人口數據來源于《中國城市建設統計年鑒》(2011—2018)。居民人均生活用水量是將城市居民生活用水總量除以城市人口得到。

黃河中游各城市居民生活用水量定額來自《行業用水定額》(DB61/T 943—2020)、《山西省用水定額》(DB14/T 1049—2021)、《工業與城鎮生活用水定額》(DB41/T 385—2020)、《行業用水定額》(DB15/T 385—2020)等定額標準中。

2 研究方法

2.1 泰爾系數法

水資源區域間差異常采用基尼系數、變異系數、泰爾系數等方法評價[7-8]。泰爾系數是衡量區域某一要素差異的重要指標,與其他方法相比,泰爾系數的優勢在于可將區域整體差異分解為群組間差異和群組內差異,可準確得出區域整體差異的來源[9-10]。

泰爾系數法的一般計算公式為[11]

(1)

(2)

(3)

T=Tb+Tw

(4)

式中:Tb為群組間差距;Tw為群組內差距;Yi為i城市居民生活用水量占n個城市居民生活用水量總和的比重;Yk為第k組城市居民生活用水量的和占n個城市居民生活用水量總和的比重。泰爾系數取值范圍為[0,1],其值越大,說明地區間差距越大,反之則越小。

2.2 生活用水效率定量評估方法

用水定額是指在一定的技術條件和管理水平下,為合理利用水資源而核定的水消耗標準。對于用水定額的定義,側重點不同,其內涵也不同[12]。從政府管理者的角度分析,用水定額表示在一定的時期內,用水單位從事某項活動所遵守的用水數量標準,是以數量表示的一種限額;從技術條件和管理水平上分析,用水定額表示在一定技術條件和管理水平下,為合理利用水資源而制定的用水量標準;從時間的角度定義,用水定額指的是在一定的時間內,各行業根據相應的核算單元所核定的合理用水量,是某個固定時空下不浪費水資源情況下的用水量[13-15]。

定量判斷各城市之間用水效率的大小,合理選定居民用水標準是關鍵。基于上述對用水定額定義的不同角度分析可見,用水定額是管理部門進行統籌規劃和用水管理的一項重要指標,也是衡量節水、用水成效的重要依據,可在一定技術條件和管理水平下,作為衡量用水是否合理的重要標準。

CPU子系統工作分為主程序運行于響應FPGA發來的外部中斷的中斷服務程序。主程序的運行過程：系統初始化后，接收用戶輸入指令，該指令用來模擬正常、異常等各種工作狀態，若是正常的工作狀態指令，發送正常指令給FPGA后結束；如果是異常的工作狀態指令，判斷是瞬時失效還是永久失效指令，若是瞬時失效指令，停止計數，一段時間后恢復計數，運行結束；若是永久失效，停止計數后結束。

人均生活用水量乘以城市人口為城市生活用水總量,人均生活用水量的大小,會影響到城市的用水總量。雖然人均生活用水量并非越低越好,但在同等經濟社會發展水平的區域,保證相似生活舒適度的用水需求應基本一致。所以,人均生活用水量還是體現了生活用水效率的相對高低。

基于以上分析,研究將人均日生活用水量作為效率評估的指標Qi,use,將各城市居民生活用水定額作為該城市生活用水標準值Qi,standard,構建的居民生活用水效率定量評估值的公式如下:

(5)

式中:Qi,use為i城市人均生活用水量,L;Qi,standard為i城市居民人均生活用水定額,L。

生活用水效率定量評估計算值為正值,則表明城市居民生活用水量偏大,生活用水超出定額,用水效率較低;反之,若生活用水效率定量評估計算值為負值,則表明生活用水效率較高。

3 結果與分析

3.1 人均生活用水量變化

2011—2018年黃河中游各城市人均生活用水量箱線圖見圖1。在內蒙古自治區中,各城市人均生活用水量均值低于區域用水量均值;在陜西省中,西安市、寶雞市、咸陽市和商洛市人均生活用水量均值高于區域用水量均值,其中西安市最大,為180L/d;在山西省中,太原市、長治市和晉城市人均生活用水量均值高于區域用水量均值,其中長治市最大,為147L/d;在河南省中,安陽市、新鄉市、濮陽市和三門峽市人均生活用水量均值高于區域用水量均值,其中新鄉市最大,為123L/d。

圖1 2011—2018年黃河中游各城市人均生活用水量箱線圖

3.2 生活用水量區域差異定量分析

2011—2018年生活用水量泰爾系數年際間變化見圖2。可以看出,總體差距先減小后增大,呈Ⅴ形變化趨勢,群組內差距和群組間差距與總體差距變化趨勢基本一致。其中2011—2014年區域總體差距呈下降趨勢,2014年總體差距達到最小。2014—2018年區域總體差距整體呈上升趨勢,群組內和群組間差距整體上也呈增加的趨勢。2011—2018年群組間差距始終小于群組內差距,總體差距主要來源于群組內差距,群組間差距較小。

圖2 2011—2018年生活用水量泰爾系數年際間變化

3.3 生活用水效率定量評估

研究選取2012年、2014年、2016年和2018年為典型年,基于城市居民生活用水效率定量評估方法,典型年黃河中游各城市生活用水效率定量評估結果見圖3。可以看出,在2012年中,除商洛市、西安市、三門峽市、巴彥淖爾市和長治市等5個城市生活用水效率評估值為正外,其余城市均為負值。各城市中,呼和浩特市用水效率評估值最小,為-0.69;商洛市用水效率評估值最大,為0.36。

圖3 典型年黃河中游各城市生活用水效率定量評估結果

在2016年中,寶雞市、西安市、濮陽市、新鄉市、安陽市和長治市等6個城市生活用水效率評估值為正,其余城市均為負值。各城市中,呼和浩特市用水效率評估值最小,為-0.62;濮陽市用水效率評估值最大,為0.45。

在2018年中,渭南市、咸陽市、西安市、濮陽市、新鄉市、安陽市、烏蘭察布市、長治市和太原市等9個城市生活用水效率評估值為正,其余城市均為負值。各城市中,呼和浩特市用水效率評估值最小,為-0.59;咸陽市用水效率評估值最大,為0.50。

綜上,生活用水效率評估值為正的城市從2012年的5個增加到2018年的9個,有逐漸擴大的趨勢,表明城市居民生活用水量逐漸變大,越來越多的城市有逐漸超出生活用水定額的趨勢。

此外,典型年中呼和浩特市生活用水效率評估值均為最小,表明呼和浩特市生活用水效率較高。但同時需要指出的是,呼和浩特市生活用水效率評估值從-0.69 變化到-0.59,表明其生活用水量也在變大。

4 結 論

a.生活用水量的區域差異中,2011—2018年黃河中游城市居民生活用水量總體差距先減小后增大,呈Ⅴ形變化趨勢,群組內差距和群組間差距與總體差距變化趨勢基本一致。群組間差距始終小于群組內差距,總體差距主要來源于群組內差距,群組間差距較小。

b.從城市居民生活用水效率評估結果來看,城市生活用水效率評估值為正的城市從2012年的5個增加到2018年的9個,有逐漸擴大的趨勢。表明城市居民生活用水量逐漸變大,越來越多的城市有逐漸超出生活用水定額的趨勢。典型年中呼和浩特市生活用水效率評估值均為最小,呼和浩特市生活用水效率較高。但典型年中呼和浩特市生活用水效率評估值從-0.69變化到-0.59,其生活用水量也在變大。

c.研究基于城市居民生活用水定額,初步構建了居民生活用水效率定量評估值的計算方法。但居民生活用水受多種因素影響,未來可進一步構建考慮用水效率影響因子的評估模型,進一步定量分析各影響因素對居民生活用水效率的影響,對城市水資源精細化管理提供更加有力的支撐。