基于供需平衡和用水效率模型的節(jié)水效益分析

李永戰(zhàn)LI Yong-zhan

（河北省桃林口水庫管理局，秦皇島066000）

0 引言

節(jié)約用水是在不降低經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展能力和人民生活質(zhì)量的前提下，還要確保合理用水的情況下，以提高水資源利用率，減少無謂的損耗為目的，所根據(jù)一些具體的功能、技術(shù)和管理等各項(xiàng)綜合措施的行為。在目前水資源短缺和水污染日趨嚴(yán)重的條件下，節(jié)約用水作為水資源開發(fā)利用的一項(xiàng)戰(zhàn)略性基礎(chǔ)工程，是解決水資源供需矛盾的根本出路，也是實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要條件。[1]

1 供需平衡-用水效率模型[4，5]

本模型主要涵蓋水資源的可持續(xù)利用和使用效率主要包括：自然水資源量和用水量之間需求的矛盾如何解決；供水子系統(tǒng)和用水子系統(tǒng)之間的矛盾如何解決；農(nóng)業(yè)用水率的程度以及工業(yè)用水率的產(chǎn)值；水資源重復(fù)利用狀況；城市供水漏失狀況以及農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的影響等等。

2 水資源供需比（R1）

供需比主要反映節(jié)水系統(tǒng)基本問題解決程度，包括水資源供需矛盾兩方面的內(nèi)容。若使節(jié)水得到可持續(xù)利用，水資源在評(píng)價(jià)期的最大允許取水量應(yīng)大于開采量，而有效供水量應(yīng)等于實(shí)際需水量。由于水資源的稀缺程度不同，兩方面代表的節(jié)水水平也不盡相同。

考慮上述因素，可建立如下模型：

式中：①Rw=[D理論/V允許]а為水資源稀缺性參數(shù)。

式中：D理論—理論需水量（萬m3），指評(píng)價(jià)部門依據(jù)一般用水標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)被評(píng)價(jià)水平年實(shí)際發(fā)展情況而求得的取水量；V開采—評(píng)價(jià)水平年水資源的最大允許取水量（萬m3），包括地表水（地表徑流）和地下水（動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量）兩部分。

對(duì)節(jié)水而言：D理論=Dt1+Dt2+Dt3

中共中央國(guó)務(wù)院印發(fā)的《關(guān)于加強(qiáng)和改進(jìn)新形勢(shì)下高校思想政治工作的意見》指出：“一要堅(jiān)持全員全過程全方位育人；二要充分發(fā)揮思想政治理論課的主渠道作用；三要加強(qiáng)高校馬克思主義學(xué)院建設(shè)，打造馬克思主義理論教學(xué)、研究、宣傳和人才培養(yǎng)的堅(jiān)強(qiáng)陣地?！盵2]

Dt1為理論生活需水量（萬m3），依據(jù)評(píng)價(jià)水平年被評(píng)人口和同類人均大生活用水定額求得，即：

Dt1=P用水·VUE大·365/1000

式中：P用水—用水總?cè)丝冢ㄈf人）；VUE大—人均日大生活用水量（L/人·d）。

Dt2為理論工業(yè)需水量（萬m3），依據(jù)行業(yè)國(guó)內(nèi)產(chǎn)值及行業(yè)平均萬元產(chǎn)值取水量先求得行業(yè)取水需求，而后用迭加方法得出工業(yè)取水需求，即：Dt2—1/1000Σ（VNPi·GPi）

式中：VNpi—第i行業(yè)萬元產(chǎn)值取水量（m3/萬元）；GPi—第i行業(yè)總產(chǎn)值（萬元）

Dt3為其他需水量（萬m3），應(yīng)根據(jù)發(fā)展規(guī)模求出，其份額較小，可直接采用其實(shí)際用水量。當(dāng)用水由生活及工業(yè)用水覆蓋時(shí)，可不考慮該值。

а為RW的權(quán)重系數(shù)，0≤а≤1?？紤]目前的缺水現(xiàn)狀，а可取0.9。

RW反映水資源緊張狀況不同，單位節(jié)水價(jià)值不同?？赏ㄟ^調(diào)整а來改變RW所起的作用。當(dāng)由0向1變化時(shí)，RW由不起作用變?yōu)橥耆鹱饔茫雌渲档娜魏巫兓紝⒌玫椒从场?/p>

②R取=[V允許/V開采]β為取水供需平衡量度參數(shù)

式中：V允許—評(píng)價(jià)水平年水資源開采總量（萬m3），應(yīng)包括供水系統(tǒng)開采總量（公用自來水與單位自備水）及直接開采量；β—R取的權(quán)重系數(shù)，0≤β≤1，β≠а。將第一項(xiàng)乘入消掉V允許后，其值接近于下述R2，這樣就難以反映該項(xiàng)平衡參數(shù)。因此，除非目的是想要忽略此項(xiàng)，β一般都不等于а。β可取0.5。

R取反映水資源與供水系統(tǒng)之間存在的供需矛盾被解決的程度。由于我國(guó)南方和北方水資源自然分布的差異，南北方不同該值存在明顯的不同。為客觀評(píng)價(jià)，采取權(quán)重系數(shù)β來進(jìn)行調(diào)整。目前可取為0.5，既不使該值完全作用，又不使該值得不到充分反映。在應(yīng)用中可以逐步確立更為合適的值β。

③R2=EXP〔-（1-S有效/D實(shí)際）〕2為用水供需平衡量度指標(biāo)。

其中：S有效—評(píng)價(jià)水平年有效供水總量（萬m3），為當(dāng)年供水總量減去漏水量所得值，即S有效=S總·（1-P漏）；S總—當(dāng)年供水總量（萬 m3）；P漏—管網(wǎng)漏失率（%）；D實(shí)際—實(shí)際需水量（萬m3），根據(jù)其自身的用水特點(diǎn)，在評(píng)價(jià)期實(shí)際所需用水量。與D理論相比，它主要體現(xiàn)自身的節(jié)水特點(diǎn)；與S有效相比，它反映的是當(dāng)年供水無制約因素時(shí)的取水需求。當(dāng)缺乏此參數(shù)時(shí)，其值可用于計(jì)劃取水參數(shù)VP全市近似代替。

由于S有效＞D實(shí)際時(shí)，將造成水資源浪費(fèi)，S有效＜D實(shí)際時(shí)，造成用水緊張；因此，這兩種情況都應(yīng)避免。水資源浪費(fèi)嚴(yán)重，盡管通過節(jié)水使得S有效/D實(shí)際有所降低。但是，鑒于水資源短缺狀況，仍需進(jìn)一步加大節(jié)水力度。

3 節(jié)水效益比（R2）

效益比反映總體節(jié)水效率的高低。該值越大，說明節(jié)水效果越好。采用下述模型：

式中：S總—評(píng)價(jià)水平年供水總量（萬m3），主要包括用于生活（VU生活）、工業(yè)（VU工業(yè)）、其他用途（VU其他）以及漏失量（V漏）的供水總量。數(shù)量上等于供水系統(tǒng)開采量減去自身消耗后的水量。這就覆蓋了節(jié)水大部分方面，具體為：

①該值具有用水總量特征，反映用水各方面的綜合效率，包含工業(yè)用水復(fù)用率、萬元產(chǎn)值取水量、中水回用率、漏失率、新水利用系數(shù)等各種因素的作用，而不是僅僅反映某一方面的內(nèi)容。

②由于計(jì)算D理論時(shí)，可有評(píng)價(jià)部門按一定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，這為采用其他方法提供了接口機(jī)會(huì)。在應(yīng)用時(shí)可直接采用“節(jié)水型標(biāo)準(zhǔn)”中的指標(biāo)作為標(biāo)準(zhǔn)。

③分子分母都采用和的形式，強(qiáng)調(diào)取水大戶的用水效率。假設(shè)某取水平評(píng)價(jià)用戶，其用水組成為生活取水30%，工業(yè)取水70%。由于節(jié)水工作導(dǎo)致取水量下降一半，通過以下分析：

1）如工業(yè)取水量不變，生活用水下降一半時(shí)：

采用均值法：R2=（Dt1/VU生活+Dt2/VU工業(yè)）/2=（0.3/0.15+0.7/0.7）/2=1.5；

采用本法：R2=（Dt1+Dt2）/（VU生活+VU工業(yè)）=（0.3+0.7）/（0.15+0.7）=1.18。

2）如生活取水量不變，工業(yè)取水量下降一半時(shí)：

采用均值法：R2=（Dt1/VU生活+Dt2/VU工業(yè)）/2=（0.3/0.3+0.7/0.35）/2=1.5；

采用本法：R2=（Dt1+Dt2）/（VU生活+VU工業(yè)）=（0.3+0.7）/（0.3+0.35）=1.54

顯然，采用這種方法更切合實(shí)際情況。

④將分子分母同時(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)化，可以得到不同項(xiàng)目的效率比，用于考慮不同項(xiàng)目時(shí)的效率，進(jìn)而對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)價(jià)。如當(dāng)其他用水所占比例較小時(shí)，可將Dt3及VU其他忽略，得R2=（Dt1+Dt2）/（VU生活+VU工業(yè)+V漏）只用于評(píng)價(jià)生活與工業(yè)用水效率。

⑤對(duì)于工業(yè)用水，使用此方法可有效反映不同工業(yè)結(jié)構(gòu)所造成的影響。如生活用水和漏失率忽略后，得R2=Dt2/VU工業(yè)其中R2有各行業(yè)理論需水量求和所得，可以反映由于工業(yè)結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致的用水變化。實(shí)際上，此時(shí)R2即為取水比差的倒數(shù)。

應(yīng)用此方法進(jìn)行城市用水效果評(píng)價(jià)時(shí)需要注意以下兩點(diǎn)：一是由于兩者均為獨(dú)立參數(shù)，不利于應(yīng)用的對(duì)比，因此就需要結(jié)合兩者為整體；二是由于城市缺水嚴(yán)重，有可能因苛求水資源供需（R1）而打擊節(jié)水效益R2的積極性，就需要我們根據(jù)不同的對(duì)象做出不同的方針，加強(qiáng)關(guān)鍵的側(cè)重點(diǎn)。可采用兩者結(jié)合，來共同反映不同城市在不同的發(fā)展階段的不同的側(cè)重點(diǎn)：R=W1R1+W2R2；W1，W2分別為R1，R2的權(quán)重系數(shù)，0＜W1，W2≤1，W1+W2=1。

4 結(jié)論及建議

通過運(yùn)用用水效率和供需平衡模型對(duì)用水進(jìn)行分析可知，運(yùn)用此方法可以得到節(jié)約用水的水平值，兩者為獨(dú)立參數(shù)，能夠給決策者一個(gè)直觀的印象，若我們只考慮增加水源對(duì)節(jié)水系統(tǒng)的影響，就必須要讓實(shí)際取水量小于允許的取水量，利用模型評(píng)價(jià)來增強(qiáng)具有較高的參考價(jià)值的數(shù)據(jù)。[3]

[1]宋序彤.中國(guó)供水排水發(fā)展特征及對(duì)策[J].中國(guó)給水排水，2000，16(1)：21-25.

[2]顧國(guó)維等.水資源合理利用和節(jié)約用水的對(duì)策研究.

[3]國(guó)家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)科學(xué)研究所，中國(guó)可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)體系課題研究報(bào)告，內(nèi)部資料，1998，3.

[4]侯捷.中國(guó)城市節(jié)水2010年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃[M].上海：文匯出版社，1998.4.

[5]劉俊良.城市節(jié)制用水規(guī)劃原理及技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.4.