黄河中游城市居民生活用水区域差异及效率评估.pdf

DOI:1016616/jcnki10-1326/TV20230811黄河中游城市居民生活用水区域差异及效率评估王小双(广东省第一建筑工程有限公司,广东 广州 510145)【摘 要】识别城市居民生活用水区域差异及评估用水效率,对于强化水资源刚性约束,落实最严格水资源管理制度具有一定意义。本文以黄河中游地区城市为例,采用泰尔系数法分析城市居民生活用水区域差异,并定量评估城市居民生活用水效率。评估结果表明,20112018 年黄河中游城市居民生活用水量总体差距先减小后增大,呈形变化趋势,总体差距主要来源于群组内差距;城市居民生活用水效率评估值为正的城市从 2012 年的 5 个增加到 2018 年的 9 个,越来越多的城市有逐渐超出生活用水定额的趋势。该研究可为黄河中游地区城市居民生活用水规划与管理提供借鉴。【关键词】黄河中游;城市居民;生活用水区域差异;生活用水效率评估中图分类号:TV213 4 文献标志码:B 文章编号:2096-0131(2023)08-060-05Regional Differences and Efficiency Evaluation of Urban ResidentialWater Use in the Middle Reaches of the Yellow RiverWANG Xiaoshuang(Guangdong No 1 Construction Engineering Co,Ltd,Guangzhou 510145,China)收稿日期:2023-01-13网络首发地址:http:/ regional differences in urban residential water consumption and evaluating water use efficiency is ofsignificance for strengthening rigid constraints on water resources and implementing the strictest water resource managementsystems.Taking cities in the middle reaches of the Yellow River as an example,the Theil coefficient method is used toanalyze the regional differences in urban residential water consumption and quantitatively evaluate water use efficiency.Theresults indicate that from 2011 to 2018,the overall disparity in urban residential water consumption in the middle reaches ofthe Yellow River initially decreased and then increased,showing a V-shaped trend.The main source of overall disparitywas found within groups.The number of cities with positive water use efficiency evaluation values increased from 5 in 2012to 9 in 2018,indicating a growing trend of cities gradually exceeding the water consumption quota for residential purposes.This research can provide reference for the planning and management of urban residential water consumption in the middlereaches of the Yellow River.Key words:middle reaches of the Yellow River;urban resident;regional differences of residential water use;efficiencyevaluation of residential water use06 随着我国城市经济社会的发展,居民生活水平的不断提高,城市居民生活用水刚性需求将持续增长。不同城市受社会经济发展、水资源禀赋、用水政策的影响,导致居民生活用水在时间和空间上存在差异1。据统计,2018 年黄河中游各城市居民生活用水量为 70200L/d,城市居民生活用水差异明显。人均生活用水量乘以常住人口即为城市生活用水总量,各城市间人均生活用水量差异性也直接影响到城市的用水总量。因此,城市水资源管理应当致力于减少城际间人均生活用水量的差异性,有效降低城市人均生活用水量,才能从总体上降低各城市的生活用水总量2-3。目前,针对水资源利用区域差异以及用水效率评估这一科学问题,研究主要集中在工业、农业用水方面,而生活用水的相关研究较少,定量评估生活用水区域差异及用水效率是当前研究的重点和难点4。探究城市居民生活用水的变化规律,定量评估城市居民生活用水效率,对于强化水资源刚性约束,落实最严格水资源管理制度具有一定意义。本文以黄河中游城市为例,首先利用泰尔系数法对城市居民生活用水量区域差异进行分析;然后基于城市居民生活用水定额,定量评估城市居民生活用水效率,研究可为区域水资源管理与高效利用提供借鉴。1 研究区概况与数据来源1 1 研究区概况黄河中游指内蒙古河口镇至河南郑州桃花峪段,流经内蒙古、陕西、山西、河南 4 省(自治区)。2018 年黄河中游地区人口为 7723 6 万人,占黄河流域总人口的 23 03%;GDP 为 47205 5 亿 元,占 黄 河 流 域 的25 62%;人均 GDP 为 55830 7 元,约为全国平均水平的 85 14%5-6。本研究以黄河中游流域内 31 个地级市的市辖区居民生活用水为研究对象,见表 1。1 2 数据来源20112018 年黄河中游城市居民生活用水总量、城市人口数据来源于 中国城市建设统计年鉴(20112018)。居民人均生活用水量是将城市居民生活用水总量除以城市人口得到。表 1 研究区城市概况省(自治区)城 市内蒙古自治区 呼和浩特市、包头市、乌海市、鄂尔多斯市、巴彦淖尔市、乌兰察布市陕西省 西安市、延安市、榆林市、渭南市、铜川市、宝鸡市、咸阳市、商洛市山西省 太原市、长治市、晋城市、朔州市、晋中市、运城市、忻州市、临汾市、吕梁市河南省 郑州市、开封市、洛阳市、安阳市、新乡市、焦作市、濮阳市、三门峡市 黄河中游各城市居民生活用水量定额来自行业用水定额(DB61/T 9432020)、山西省用水定额(DB14/T 10492021)、工业与城镇生活用水定额(DB41/T 3852020)、行 业 用 水 定 额(DB15/T3852020)等定额标准中。2 研究方法2 1 泰尔系数法水资源区域间差异常采用基尼系数、变异系数、泰尔系数等方法评价7-8。泰尔系数是衡量区域某一要素差异的重要指标,与其他方法相比,泰尔系数的优势在于可将区域整体差异分解为群组间差异和群组内差异,可准确得出区域整体差异的来源9-10。泰尔系数法的一般计算公式为11T=1nni=1yiylgyi()y(1)y=1nni=1yi(i=1,2,n)式中:T 为泰尔指数;n 为研究单元的个数;yi为 i 城市某项指标值;y 为该项指标的平均值。将 n 个城市划分为 k 个区域,第 k 组区域 gk中包含 nk个城市,即kk=1nk=n,通过对泰尔系数进行二阶段嵌套分解,得到城市生活用水量群组间和群组内差距的计算公式如下:16王小双/黄河中游城市居民生活用水区域差异及效率评估 Tb=kk=1YklgYknk()/n(2)Tw=kk=1YkigkYiYklgYi/Yk1/n()k(3)T=Tb+Tw(4)Yi=yini=1yiYk=nki=1ykni=1yi式中:Tb为群组间差距;Tw为群组内差距;Yi为 i 城市居民生活用水量占 n 个城市居民生活用水量总和的比重;Yk为第 k 组城市居民生活用水量的和占 n 个城市居民生活用水量总和的比重。泰尔系数取值范围为0,1,其值越大,说明地区间差距越大,反之则越小。2 2 生活用水效率定量评估方法用水定额是指在一定的技术条件和管理水平下,为合理利用水资源而核定的水消耗标准。对于用水定额的定义,侧重点不同,其内涵也不同12。从政府管理者的角度分析,用水定额表示在一定的时期内,用水单位从事某项活动所遵守的用水数量标准,是以数量表示的一种限额;从技术条件和管理水平上分析,用水定额表示在一定技术条件和管理水平下,为合理利用水资源而制定的用水量标准;从时间的角度定义,用水定额指的是在一定的时间内,各行业根据相应的核算单元所核定的合理用水量,是某个固定时空下不浪费水资源情况下的用水量13-15。定量判断各城市之间用水效率的大小,合理选定居民用水标准是关键。基于上述对用水定额定义的不同角度分析可见,用水定额是管理部门进行统筹规划和用水管理的一项重要指标,也是衡量节水、用水成效的重要依据,可在一定技术条件和管理水平下,作为衡量用水是否合理的重要标准。人均生活用水量乘以城市人口为城市生活用水总量,人均生活用水量的大小,会影响到城市的用水总量。虽然人均生活用水量并非越低越好,但在同等经济社会发展水平的区域,保证相似生活舒适度的用水需求应基本一致。所以,人均生活用水量还是体现了生活用水效率的相对高低。基于以上分析,研究将人均日生活用水量作为效率评估的指标 Qi,use,将各城市居民生活用水定额作为该城市生活用水标准值 Qi,standard,构建的居民生活用水效率定量评估值的公式如下:i=Qi,use-Qi,standardQi,standard(5)式中:Qi,use为 i 城市人均生活用水量,L;Qi,standard为 i 城市居民人均生活用水定额,L。生活用水效率定量评估计算值为正值,则表明城市居民生活用水量偏大,生活用水超出定额,用水效率较低;反之,若生活用水效率定量评估计算值为负值,则表明生活用水效率较高。3 结果与分析3 1 人均生活用水量变化20112018 年黄河中游各城市人均生活用水量箱线图见图 1。在内蒙古自治区中,各城市人均生活用水量均值低于区域用水量均值;在陕西省中,西安市、宝鸡市、咸阳市和商洛市人均生活用水量均值高于区域用水量均值,其中西安市最大,为 180L/d;在山西省中,太原市、长治市和晋城市人均生活用水量均值高于区域用水量均值,其中长治市最大,为 147L/d;在河南省中,安阳市、新乡市、濮阳市和三门峡市人均生活用水量均值高于区域用水量均值,其中新乡市最大,为123L/d。3 2 生活用水量区域差异定量分析20112018 年生活用水量泰尔系数年际间变化见图 2。可以看出,总体差距先减小后增大,呈形变化趋势,群组内差距和群组间差距与总体差距变化趋势基本一致。其中 20112014 年区域总体差距呈下降趋势,2014 年总体差距达到最小。20142018 年区域总体差距整体呈上升趋势,群组内和群组间差距整体上也呈增加的趋势。20112018 年群组间差距始终小于群组内差距,总体差距主要来源于群组内差距,群组间差距较小。26图 1 20112018 年黄河中游各城市人均生活用水量箱线图图 2 20112018 年生活用水量泰尔系数年际间变化3 3 生活用水效率定量评估研究选取2012 年、2014 年、2016 年和2018 年为典型年,基于城市居民生活用水效率定量评估方法,典型年黄河中游各城市生活用水效率定量评估结果见图3。可以看出,在 2012 年中,除商洛市、西安市、三门峡市、巴彦淖尔市和长治市等 5 个城市生活用水效率评估值为正外,其余城市均为负值。各城市中,呼和浩特市用水效率评估值最小,为-0 69;商洛市用水效率评估值最大,为 0 36。在 2014 年中,延安市、西安市、三门峡市、新乡市、长治市等 5 个城市生活用水效率评估值为正,其余城市均为负值。各城市中,呼和浩特市用水效率评估值最小,为-0 64;西安市用水效率评估值最大,为 0 31。在 2016 年中,宝鸡市、西安市、濮阳市、新乡市、安阳市和长治市等 6 个城市生活用水效率评估值为正,其余城市均为负值。各城市中,呼和浩特市用水效率评估值最小,为-0 62;濮阳市用水效率评估值最大,为0 45。在 2018 年中,渭南市、咸阳市、西安市、濮阳市、新乡市、安阳市、乌兰察布市、长治市和太原市等 9 个城市生活用水效率评估值为正,其余城市均为负值。各城市中,呼和浩特市用水效率评估值最小,为-0 59;咸阳市用水效率评估值最大,为 0 50。综上,生活用水效率评估值为正的城市从 2012 年的 5 个增加到 2018 年的 9 个,有逐渐扩大的趋势,表明城市居民生活用水量逐渐变大,越来越多的城市有逐渐超出生活用水定额的趋势。此外,典型年中呼和浩特市生活用水效率评估值均为最小,表明呼和浩特市生活用水效率较高。但同时需要指出的是,呼和浩特市生活用水效率评估值从-0 69 变化到-0 59,表明其生活用水量也在36王小双/黄河中游城市居民生活用水区域差异及效率评估 变大。图 3 典型年黄河中游各城市生活用水效率定量评估结果4 结 论a 生活用水量的区域差异中,20112018 年黄河中游城市居民生活用水量总体差距先减小后增大,呈形变化趋势,群组内差距和群组间差距与总体差距变化趋势基本一致。群组间差距始终小于群组内差距,总体差距主要来源于群组内差距,群组间差距较小。b 从城市居民生活用水效率评估结果来看,城市生活用水效率评估值为正的城市从 2012 年的 5 个增加到 2018 年的 9 个,有逐渐扩大的趋势。表明城市居民生活用水量逐渐变大,越来越多的城市有逐渐超出生活用水定额的趋势。典型年中呼和浩特市生活用水效率评估值均为最小,呼和浩特市生活用水效率较高。但典型年中呼和浩特市生活用水效率评估值从-0 69变化到-0 59,其生活用水量也在变大。c 研究基于城市居民生活用水定额,初步构建了居民生活用水效率定量评估值的计算方法。但居民生活用水受多种因素影响,未来可进一步构建考虑用水效率影响因子的评估模型,进一步定量分析各影响因素对居民生活用水效率的影响,对城市水资源精细化管理提供更加有力的支撑。参考文献1 党丽娟.黄河流域水资源开发利用分析与评价J.水资源开发与管理,2020(7):33-40.2 刘家宏,王建华,李海红,等.城市生活用水指标计算模型J.水利学报,2013,44(10):1158-1164.(下转第 71 页)46率和确定性系数均达到甲等。故三水源新安江模型应用于三河口水库流域的预报方案精度达到了甲等。4 结 语通过 20102021 年期间 34 场历史洪水的率定与检验分析,新安江模型在三河口水库流域洪水预报中精度达到甲等,该模型预报结果可为三河口水库防洪调度提供技术支撑。在模型建立过程中,历史资料采用大河坝水文站的流量资料,大河坝水文站 20102015 年属正常河道测流,20162019 年因围堰调蓄,20202021 年因大坝调蓄,调蓄阶段洪水资料是根据水库水位和出库实测流量反推计算得到的,与天然洪水过程有一定的差别,对模型的参数率定和检验有一定影响。因此,在实时预报中,发现出库流量信息和坝上水位信息有较大偏差时需及时修正,以避免较大的预报误差出现。该模型的建立,是基于有限的历史资料,经过分析计算确定的一般规律。在后期实际应用中,在积累更多洪水资料后,将进一步对预报方案进行验证,不断优化完善预报模型,提高其可靠性。参考文献1 包为民.水文预报M.4 版.北京:中国水利水电出版社,2009.2 李致家,张珂,王栋,等.现代水文模拟与预报技术M.南京:河海大学出版社.2021,12:39-52.3 王佩兰.三水源新安江流域模型的应用经验J.水文,1982(5):24-31.4 TOPMODEL B K.A critique J.Hydrological processes,1997,11(9):1069-1085.5 徐杰.湿润半湿润流域实时洪水预报研究D.南京:河海大学,2020.6 杨海霞.新安江模型中初始土壤含水量分布研究D.徐州:中国矿业大学,2019.7 韩伟一.单纯形法检验数的新计算方法J.大学数学,2021,37(1):102-107.8 张超,姜景山.新安江模型参数自动优化率定的 SCE-UA算法应用研究J.三峡大学学报(自然科学版),2020,42(6):18-23.(上接第 64 页)3 潘颖,曹积宏.城市居民生活用水指标分析J.净水技术,2020,39(8):147-153.4 范群芳,董增川,杜芙蓉.农业用水和生活用水效率研究与探讨J.水利学报,2007(S1):465-469.5 张建云,王国庆,贺瑞敏,等.黄河中游水文变化趋势及其对气候变化的响应J.水科学进展,2009,20(2):153-158.6 赵雪雁,杜昱璇,李花,等.黄河中游城镇化与生态系统服务耦合关系的时空变化J.自然资源学报,2021,36(1):131-147.7 金菊良,郦建强,吴成国,等.水资源空间均衡研究进展J.华北水利水电大学学报(自然科学版),2019,40(6):47-60.8 胡德秀,刘子晨,刘铁龙,等.陕西省渭河流域用水效率时空差异性分析J.人民黄河,2020,42(8):56-61.9 尹庆民,朱康宁.基于 EBM 模型的长江经济带工业用水效率时空差异及影响因素分析J.中国环境管理,2020,12(6):103-109.10 李玲,周玉玺.水资源非农化的区域差异及收敛性研究J.水资源与水工程学报,2019,30(6):235-241,249.11 刘雯昱,陈晓宏.华南地区省际用水效率时空差异及驱动因子研究J.灌溉排水学报,2021,40(11):122-128.12 王婧潇,杨枫楠,汪长征,等.城镇居民生活用水定额现状分析及展望J.市政技术,2018,36(5):139-143.13 崔冬梅,周华,徐秀丽.泰州市工业用水定额修订探析J.水资源开发与管理,2022,8(9):18-21,33.14 孙婷,张雨,邵芳,等.我国工业用水定额理论与应用初探J.中国水利,2015(23):46-48.15 蔡琢,赵金辉,蒋军成,等.城市宾馆业用水定额制定探讨J.水资源与水工程学报,2007(4):96-98.17吴 锐等/基于三水源新安江模型的三河口水库洪水预报