城镇居民生活弹性用水测算与节水潜力分析_詹力炜.pdf

第 37 卷第 2 期干旱区资源与环境Vol 37No 22023 年 2 月Journal of Arid Land esources and EnvironmentFeb 2023文章编号:1003 7578(2023)02 069 07doi:1013448/j cnki jalre2023036城镇居民生活弹性用水测算与节水潜力分析*詹力炜，李海红，赵勇，朱永楠，师林蕊，王丽珍(中国水利水电科学研究院，流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 100038)提要:近年来随着城镇人口的快速增长和生活水平的提升，我国城镇居民生活用水呈现显著增加趋势。居民生活用水用户分散，又与居民生活品质保障密切相关，因此居民生活节水既是重点也是难点。文中基于4271 份居民生活用水调查问卷，分析了不同属性的影响要素对居民生活用水的影响，进而界定了居民生活弹性用水的概念，建立了弹性用水占比测算方法，测算了不同节水情境下的弹性用水占比。结果表明:在现状节水情境下，2020 年我国城镇居民生活用水的弹性占比为 17%，分用水环节来看，烹饪、洗浴、洗衣、冲厕用水弹性占比均在 20%以上;在用水器具实现级水效全覆盖的节水情境下，我国城镇居民生活用水弹性占比可降低到 9%，全国居民生活用水总量可减少 20 亿 m3。基于计算结果，文中进一步提出了居民生活节水关键环节与主要路径，研究结论可为新时期居民生活节水工作提供指导和依据。关键词:居民生活;刚性用水;弹性用水;用水行为;节水潜力;全国中图分类号:TV2134文献标识码:A近几年，全国经济社会用水总量基本保持平稳，而生活用水仍呈持续增加趋势，特别是城镇居民生活用水显著增加。据 城市建设统计年鉴 统计1 2，2010 年，全国居民家庭用水170 8 亿 m3，到了2020 年，居民家庭用水为 258 6 亿 m3，10 年内用水量增加了 87 8 亿 m3，增长 51 4%。居民生活用水与个人生活密切相关，未来随着城镇化率的提高，城镇居民生活用水将是我国经济社会用水的主要增长点，也是节水工作的重点。城镇居民生活用水环节多、用户分散，受到居民的生活习惯、家庭收入水平、用水习惯、用水器具水效等级、用水价格、节水意识等多重影响。因此，厘清居民生活用水主要结构及其影响因素，是实现科学节水的前提和基础。目前学者对居民生活用水的研究主要集中于其影响因素分析3 4 与节水措施作用5 7、节水潜力8 10 等方面。石红旺等11 基于天津市样本数据，分析出用水器具节水程度、每周洗浴和拖地次数等用水习惯是影响家庭用水的主要因素。穆泉等12 研究发现居民的节水意识、收入水平都具有重要影响因素，在用水需求管理政策设计中，节水意识培养是不能忽略的重要方面。赵卫华13 基于北京市样本数据，分析出用水行为对用水量影响显著，节水行为的培养对提高居民节约用水具有重要作用。赵勇等14 基于刚性、弹性、奢侈用水层次理论，采用概率密度区间统计方法，基于物理机制构建各用水行为的层次区间，建立居民生活刚性、弹性、奢侈用水层次评价方法。这些成果都为进一步深入研究居民生活用水影响因素提供了很好的借鉴。居民生活用水节约的难点在于如何界定不影响生活品质的可调控范围，即节水潜力，这在现有研究中仍未很精确的解答。基于此，文中对居民生活各环节用水的影响因素进行了系统分析，提出一种基于居民属性特征的居民生活弹性用水的评价方法，通过计划各用水环节的弹性用水占比，对居民生活用水可调控范围进行划定，可作为开展居民生活节水管理的依据。1材料与研究方法1 1数据来源*收稿日期:2022 7 1;修回日期:2022 8 22。基金项目:国家重点研发计划(2021YFC3200204);国家杰出青年科学基金项目(52025093);国家自然科学基金(52009141)资助。作者简介:詹力炜(1996 )，男，汉族，安徽马鞍山人，硕士研究生，主要从事城市综合节水研究。E mail:zlw15765571691163 com通讯作者:李海红(1978 )，女，汉族，北京人，教授级高级工程师，博士，主要从事城市综合节水研究。E mail:lihh iwhr com文中分析数据来源于居民生活用水调查问卷。调查内容主要涉及居民个人特征信息、用水行为习惯、节水意识评估、用水器具水效状况等四大类共 37 小项信息。其中，居民个人特征信息包括性别、年龄、居住地区、收入水平等信息;用水行为习惯包括饮用、烹饪、洗浴、洗衣、冲厕、个人卫生、清洁七类用水行为的用水频次、用水时长、用水流量参考值等信息;节水意识评估包括节水知识了解程度、是否了解自家用水、是否购买节水器具、是否采取节水措施等信息;用水器具水效状况包括用水器具规格信息。通过线下线上相结合的方式，在全国范围内发放调查问卷，收集时间为 2020 年 10 月到 2021 年 4 月。共计回收问卷 4351 份，其中有效问卷 4271 份，有效率 98 2%。有效问卷中华北地区 645 份，东北地区557 份，华东地区 702 份，华中地区 676 份，华南地区 535 份，西南地区 500 份，西北地区 656 份，为了确保问卷的有效性和代表性，与 2021 年中国统计年鉴15 进行对照检查，核对结果(图 1)，样本调查的居民年龄段为 15 到 70 岁，样本年龄特征与统计年鉴基本一致，可作为有效样本。1 2居民属性特征分类以往研究表明，城镇居民生活用水受到多个因素的影响。文中以居民属性要素为切入点，将居民属性要素按照是否容易改变划分为固定要素与可调要素。其中，固定要素是指不易改变的属性要素，包括居民自然属性和居民生活习惯等;可调要素是指在外界影响下较容易发生改变的属性要素，如居民用水习惯。具体划分(表 1)。表 1 居民属性特征分类Table 1 Classification of attribute characteristics of residents分类居民属性特征居民属性要素特点固定要素居民自然属性性别、年龄作为先天属性，不易变更居民生活习惯地区、收入水平受外界条件养成的不同用水频次与用水喜好，习惯较难改变可调要素居民用水习惯节水知识了解程度、节水措施受节水宣传教育、水价等影响，受外在因素改变1 3弹性用水评价方法弹性一词来源于物理学概念，指物体在受到外力作用之后发生形态变化，若除去作用力之后并能够恢复原来形状的特性。文中将其引入城镇居民生活用水研究中，定义居民生活用水总量中，在保证居民舒适生活的前提下，通过采用节水器具、优化用水行为等节约下来的那一部分水量，称为弹性用水。对应于弹性用水的是刚性用水，即如果这一部分用水被压缩，将会影响居民家庭的正常生活，因此称为刚性用水。换言之，刚性用水可调程度小，弹性用水可调程度大。为了定量评价刚性用水和弹性用水的大小，文中基于居民生活用水影响要素属性特征的不同，做了一个基本假定:1)固定要素是指不易改变的属性要素，决定生活用水正常需求的大小，即刚性用水的大小;2)可调要素是指在外界影响下较容易发生改变的属性要素，弹性调控范围大，决定居民生活弹性用水的大小。基于这样的假定，文中设计调查问卷收集到样本数据，获得城镇居民生活用水各环节用水量及其主要影响因素。建立多元线性回归模型，得到各类用水行为下居民属性要素的影响程度，按模型结果中系数显著性与标准化回归系数大小确定其影响程度占比。1)当某一用水行为受固定要素的影响程度更高，即居民的自然属性与生活习惯是主要影响因素，则认为该用水行为刚性用水占比更大，可调控空间小。2)当某一用水行为受可调要素的影响程度更高，则用水习惯的改变可较大改变用水量，即弹性用水占比更大，具有较大的节水潜力。文中城镇家庭生活用水层次划分方法流程(图 2)。1 4计算方法1 4 1影响因素回归分析文中采用多元线性回归方法，分析各类用水行为的居民属性影响因素。多元线性回归模型是指有多个解释变量的线性回归模型，用于揭示被解释变量与其他多个解释变量之间的线性关系16。多元线性回归的数学建模是:i=0+1x1+2x2+pxp+(1)式中:i(L/(人d)为因变量，是不同用水行为所用新鲜水的水量，i=1 7 分别表示饮用、烹饪、洗浴、洗衣、冲厕、个人卫生、清洁;x1、x2、xp为影响因素自变量即居民属性因素;、0、1、p都是模型中的未知参数，分别称为回归常数和偏回归系数。1 4 2刚性弹性比重计算刚性弹性占比计算采用回归模型中固定要素与可调要素的系数显著性 P 与标准化回归系数，系数07干旱区资源与环境第 37 卷显著性 P 用于判断自变量是否具有显著影响，标准化回归系数 由于消除了量纲、数量级等差异的影响，使不同自变量之间具有可比性，可作为调控程度的参考指标，计算公式:固定=自然属性+生活习惯=n|性别|+n|年龄|+n|地区|+n|收入水平|+(2)可调=用水习惯=n|节水知识|+n|节水措施|+(3)Z刚性=|固定|固定|+|可调|%(4)Z弹性=|可调|固定|+|可调|%(5)图 1统计资料与调查结果对比Figure 1 Comparison of study data between the statistics and survey results式中:固定为固定要素的标准化系数总和，可调为可调要素的标准化系数总和，自然属性为居民自然属性要素的标准化系数，生活习惯为居民生活习惯要素的标准化系数，用水习惯为居民用水习惯要素的标准化系数，n 表示自变量的系数显著性P(0/1 值，0 为 P 0 05，1 为 P 005)，性别、年龄、地区、收入水平、节水知识、节水措施为回归模型中自变量的标准化回归系数值，Z刚性为刚性用水占比，Z弹性为弹性用水占比。2计算结果与分析2 1用水样本分布统计 4271 个调查样本，其饮用、烹饪、洗浴、洗衣、冲厕、个人卫生、清洁七类用水行为用水量分布情况(图 3)。七类用水行为中，饮用、烹饪、个人卫生、清洁四类的用图 2城镇家庭生活用水层次划分方法流程图Figure 2 Flow of the classification of urban residential water use levels17第 2 期詹力炜等城镇居民生活弹性用水测算与节水潜力分析水量样本分布跨度小，用水量均值与中位数较为接近，四分差较小，分布形状曲线较为陡峭，峰度值大，初步判断其刚性用水需求空间占比较大。洗浴、洗衣、冲厕三类的用水量样本分布跨度较大，用水量均值与中位数有所差距，四分差较大，分布形状曲线较为平坦，峰度值小，初步判断其弹性用水需求空间存在更大的占比。其中，洗浴用水样本分布跨度最大，四分差为 38 L/(人d)，明显高于其他用水行为。图 3城镇居民不同用水行为的用水量分布Figure 3 Distribution of different water consumption behaviors of residents图 4居民属性对不同用水行为的影响程度Figure 4 Influence of resident attributes on different water consumption behaviors2 2影响因素回归分析在模型系数结果(表 2)中，显示七类用水行为的德宾 沃森均位于 1 8 2 2 之间，说明数据间相互独立，符合回归模型独立性条件;ANOVA 显著性 P 均小于 0 05，说明构建的回归模型均具有统计学意义。模型结果得到系数显著性 P 与标准化系数 Beta 值，其中，对用水行为用水量影响不显著的居民属性在图中不显示其标准化回归系数 Beta 值;具有显著影响的居民属性按不同影响程度关系进行表示并显示27干旱区资源与环境第 37 卷其标准化回归系数 Beta 值(图 4)。结果显示:1)在居民自然属性中，性别差异对个人卫生用水影响最大，年龄差异对清洁和烹饪用水行为影响大，同时年龄与洗浴、洗衣用水呈负相关关系，即年龄越大，洗浴、洗衣用水越少。2)在生活习惯属性中，居住地区的不同造成洗衣、洗浴、饮用、清洁用水行为出现显著差