城市工業(yè)用水總量核算方法探討

通信作者:束龍倉,教授。E-mail:lcshu@hhu.edu.cn

城市工業(yè)用水總量核算方法探討

阿依古麗·艾科拜爾1,束龍倉1,魯程鵬1,張剛1,李偉2

(1.河海大學(xué)水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京210098;

2.南京水利科學(xué)研究院水文與水資源研究所, 江蘇 南京210029)

摘要：針對(duì)我國最嚴(yán)格水資源管理制度下用水總量考核中存在的問題,在分析濟(jì)寧市工業(yè)用水規(guī)律的基礎(chǔ)上,探索核算工業(yè)用水總量的方法。針對(duì)大樣本工業(yè)用水戶的情況,基于聚類分析的結(jié)果選取典型樣本企業(yè),以典型樣本企業(yè)的用水指標(biāo)推算工業(yè)用水總量。通過核算數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比,給出核算結(jié)果,評(píng)價(jià)核算方法的適用性。結(jié)果表明:2011年濟(jì)寧市工業(yè)用水總量核算值與實(shí)際值相對(duì)誤差為4.66%，以典型樣本企業(yè)核算工業(yè)用水總量的過程更符合實(shí)際情況。

關(guān)鍵詞：工業(yè)用水總量;核算方法;典型樣本;濟(jì)寧市

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金(20120094120019);中國博士后科學(xué)基金面上資助項(xiàng)目(2013M540410)

作者簡介:阿依古麗·艾科拜爾(1988—),女(維吾爾族),碩士研究生,研究方向?yàn)樗Y源規(guī)劃與管理。E-mail:ay2012hhu@163.com

中圖分類號(hào)：TV213.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

收稿日期：(2014-09-01編輯：徐娟)

Study on city gross industrial water consumption accounting method

Ayiguli·Aikebaier1, SHU Longcang1, LU Chengpeng1, ZHANG Gang1, LI Wei2

(1.StateKeyLaboratoryofHydrology-WaterResourcesandHydraulicEngineering,

HohaiUniversity,Nanjing210098,China;

2.NanjingHydraulicResearchInstitute,Nanjing210029,China)

Abstract：To solve the problems which is found during the water consumption account assess under the strictest Chinese water resource management standard, we explored suitable ways of gross industrial water comsumption accounting method, based on analyzing industrial water consumption of Jining City. We took typical enterprises, which are selected according to the result of cluster analysis, as the example to reckon the gross industrial water consumption. By comparing the accounting data with measured data, we evaluated the applicability of the accounting method. The result shows that the relative error between the acconnting value and the actual value of the gross industrial water consumption of Jining City is 4.66%, and using typical enterprise as an example to account industrial gross water consumption is reasonable.

Key words： gross industrial water consumption; accounting method; typical sample; Jining City

2013年1月,國務(wù)院辦公廳發(fā)布了《實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度考核辦法》,明確了實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理的責(zé)任主體與考核對(duì)象,標(biāo)志著我國最嚴(yán)格水資源管理責(zé)任與考核制度的正式確立[1]。用水總量作為最嚴(yán)格水資源管理制度考核工作的4項(xiàng)考核指標(biāo)之一,農(nóng)業(yè)、工業(yè)等不同用水部門用水量數(shù)據(jù)的核算技術(shù)是支撐用水總量考核工作順利、有效開展的關(guān)鍵。

我國工業(yè)用水量從2000年的1 139.1億m3增長至2011年的1 461.8億m3,2011年工業(yè)用水量占總用水量的23%,其中高用水行業(yè)取水量占工業(yè)總?cè)∷康?0%左右[2-3],工業(yè)用水效率偏低[4]。我國城市用水行業(yè)眾多，工業(yè)用水量呈現(xiàn)復(fù)雜的變化過程?，F(xiàn)階段,由于支撐水資源管理考核工作的監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)技術(shù)體系尚不完善[5],針對(duì)用水量考核指標(biāo)的核算、校核技術(shù)方法缺乏統(tǒng)一要求,導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)上報(bào)數(shù)據(jù)難以核查,難以實(shí)現(xiàn)最嚴(yán)格水資源管理制度應(yīng)有的效果[6]。因此,工業(yè)用水量核算方法的研究極其重要。

目前,各省工業(yè)用水量核算主要采用的方法有定額法和抽樣法。采用定額法核算工業(yè)用水總量是指以用水定額指標(biāo)推算工業(yè)用水總量,并與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)校核的過程。我國已制定很多省級(jí)工業(yè)用水定額標(biāo)準(zhǔn),城市行業(yè)用水定額并沒有細(xì)化到每個(gè)用水行業(yè)或每種工業(yè)產(chǎn)品[7-8],給用水量的核算工作帶來很大的不確定性。對(duì)于工業(yè)用水戶數(shù)目龐大、用水量差別較大的問題,選樣本進(jìn)行核算的方法能夠簡化工作,也能較準(zhǔn)確地反映實(shí)際用水情況。筆者以濟(jì)寧市為例,分析2011年度該市所有企業(yè)的用水規(guī)律,以選典型樣本的方法,通過單位工業(yè)產(chǎn)值用水量推算出行業(yè)用水總量的核算值,對(duì)用水量核算值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比分析,評(píng)價(jià)核算效果。

1典型樣本法核算步驟

以典型樣本核算用水量主要依據(jù)典型樣本企業(yè)的用水指標(biāo),因此,對(duì)所選取的典型企業(yè)要求較高,要求體現(xiàn)所屬行業(yè)的總體用水水平。針對(duì)工業(yè)用水行業(yè)間用水規(guī)律千差萬別、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題,樣本的選取和合理分配是關(guān)鍵[9],采用簡單隨機(jī)抽樣的方法不能夠準(zhǔn)確反映整體企業(yè)的用水水平。有序抽樣法[10]適用于總體樣本容量較大的情形,但該法由主觀經(jīng)驗(yàn)判斷樣本容量大小,具有一定的隨機(jī)性。城市用水行業(yè)眾多且各企業(yè)用水量差距較大,呈現(xiàn)一定層次結(jié)構(gòu)。因此,采用層次聚類分析法選出典型樣本的方案能夠選出代表性高、接近平均水平的樣本,更適合于較全面且精確地核算城市工業(yè)用水總量。

1.1用水行業(yè)層次聚類分析

在每類行業(yè)中選取典型樣本企業(yè)之前,對(duì)該類行業(yè)的所有企業(yè)進(jìn)行層次分類。用統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS對(duì)每一類行業(yè)進(jìn)行層次聚類分析,按工業(yè)總產(chǎn)值與總?cè)∷績身?xiàng)指標(biāo)將每類行業(yè)中的所有企業(yè)分1～3個(gè)小組(圖1)。

圖1　層次聚類分析過程

聚類結(jié)果“Ⅰ”表示某一類行業(yè)中工業(yè)總產(chǎn)值與用水量均較低的一些企業(yè),“Ⅱ”則表示工業(yè)總產(chǎn)值與總用水量在中間水平的企業(yè),“Ⅲ”表示以上兩項(xiàng)指標(biāo)均較高的企業(yè)。將每類行業(yè)中的企業(yè)層次分類完成后,從每組聚類中心選出典型樣本企業(yè)。

1.2用水總量的測(cè)算

(1)

1.3核算效果評(píng)價(jià)

以典型企業(yè)用水指標(biāo)與相應(yīng)的單位工業(yè)產(chǎn)值用水量計(jì)算每小組企業(yè)的用水量核算值,以用水量核算值與實(shí)測(cè)值的相對(duì)誤差作為評(píng)價(jià)核算效果的標(biāo)準(zhǔn),一般誤差在合理范圍內(nèi),說明核算效果較為理想,所選用的核算方法合理。用水量核算值與實(shí)測(cè)值的相對(duì)誤差ξ為

(2)

式中，Q為小組企業(yè)用水總量實(shí)測(cè)值。

2實(shí)例

2.1濟(jì)寧市工業(yè)用水現(xiàn)狀

濟(jì)寧市是山東省重要的煤炭能源和農(nóng)副產(chǎn)品生產(chǎn)基地,工業(yè)發(fā)展較快。據(jù)統(tǒng)計(jì),2011年濟(jì)寧市規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)1411家,大小用水企業(yè)種類繁多。按照國民經(jīng)濟(jì)行業(yè)分類標(biāo)準(zhǔn),對(duì)濟(jì)寧市用水行業(yè)進(jìn)行行業(yè)分類,共分為36類,分類結(jié)果顯示,不同行業(yè)之間的用水差異很大,有些行業(yè)之間用水量與產(chǎn)值的比值相差2～4個(gè)數(shù)量級(jí)(表1)。

表1　不同行業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值與用水量

由圖2可見,同類企業(yè)之間也存在用水水平差異,在煤炭開采和選洗業(yè)之間用水量的最大值與最小值相差達(dá)到1000倍,而工業(yè)總產(chǎn)值最大與最小值相差幾百倍。

圖2　煤炭開采和選洗業(yè)中四家企業(yè)產(chǎn)值與用水量對(duì)比

根據(jù)企業(yè)用水特點(diǎn),選取樣本企業(yè)時(shí)既要考慮不同行業(yè)的分類,在同一行業(yè)中也應(yīng)考慮不同用水水平企業(yè)所占比例及其代表性。因此,選典型樣本企業(yè)核算濟(jì)寧市用水總量的方法較符合實(shí)際情況。

2.2典型樣本企業(yè)的選取

對(duì)濟(jì)寧市每類行業(yè)進(jìn)行聚類分析后,在每一組聚類中選擇一家企業(yè)作為典型樣本企業(yè),分別代表企業(yè)規(guī)模與用水水平的高、中、低3類。典型企業(yè)的選取對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響很大,因此,選典型樣本企業(yè)時(shí)要保證所選企業(yè)能代表該小組中所有企業(yè)的總體用水水平。經(jīng)過分析每小組中企業(yè)單位耗水、工藝流程、節(jié)水措施等因素,根據(jù)樣本之間親疏程度,從中選擇總用水量與平均值最相近的企業(yè)作為典型樣本企業(yè)。本研究采用類間平均鏈鎖法計(jì)算樣本間距離,并選出接近均值的典型樣本。從煤炭開采與選洗業(yè)中選出聚類結(jié)果為“Ⅲ”的企業(yè)中一家代表性較好的企業(yè)——兗州煤業(yè)股份有限公司鮑店煤礦,詳見表2。

表2　煤炭開采與選洗業(yè)典型企業(yè)的選取

按此方法,再從聚類結(jié)果為“Ⅱ”和“Ⅰ”的小組中各選出一家典型企業(yè),每類行業(yè)中選2～3家典型企業(yè),則樣本容量從原來一千多家企業(yè)減少到一百多家企業(yè),有效減少了企業(yè)樣本個(gè)數(shù)。

2.3小組企業(yè)用水總量的計(jì)算

以式(1)中的計(jì)算方法,以單位工業(yè)產(chǎn)值用水量推算每小組企業(yè)用水總量(表3)。

根據(jù)以上計(jì)算,累計(jì)每組企業(yè)用水總量核算值即可獲得所有企業(yè)用水總量核算值。

2.4核算結(jié)果及分析

根據(jù)式(2),分別對(duì)已選出的36類行業(yè)用水量實(shí)測(cè)值與核算值進(jìn)行誤差分析。多數(shù)行業(yè)的用水量核算值接近實(shí)測(cè)值,兩者相對(duì)誤差在6% 以下,表4為2011年濟(jì)寧市用水企業(yè)的工業(yè)用水量實(shí)測(cè)值與核算值對(duì)比。計(jì)算結(jié)果表明,濟(jì)寧市2011年度所有企業(yè)的工業(yè)用水總量核算值為21358.87萬m3,實(shí)際用水總量為22353.16萬m3,相對(duì)誤差為4.66%,證明選用的典型樣本及折算系數(shù)符合實(shí)際情況。

表3　部分行業(yè)單位工業(yè)產(chǎn)值用水量及工業(yè)用水量核算值

圖3　2012年濟(jì)寧市部分企業(yè)用水量核算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比

從濟(jì)寧市用水企業(yè)整體變化情況來看,隨著企業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,用水水平提高和技術(shù)、管理水平不斷改善,工業(yè)生產(chǎn)和用水效率有所提高,企業(yè)用水和管理水平繼續(xù)完善,用水量趨于穩(wěn)定水平。對(duì)濟(jì)寧市2012年的用水行業(yè)進(jìn)行層次聚類分析,選取的典型樣本企業(yè)與2011年的典型樣本企業(yè)基本一致。由于部分企業(yè)暫停或結(jié)構(gòu)調(diào)整等原因,只有少數(shù)典型樣本企業(yè)與上年有所不同。圖3為濟(jì)寧市2012年典型樣本企業(yè)推算的行業(yè)用水總量核算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比。

濟(jì)寧市2012年工業(yè)用水總量的核算結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證選典型樣本企業(yè)的方法能夠簡化工作,費(fèi)用低且效率也較高,可快速便捷地核算工業(yè)用水總量。

表4　濟(jì)寧市用水企業(yè)用水量實(shí)測(cè)值與核算值 　萬m 3

3結(jié)語

用水總量核算是最嚴(yán)格水資源管理制度考核工作的一項(xiàng)內(nèi)容,目前還沒形成統(tǒng)一的工業(yè)用水總量核算方法。筆者在分析濟(jì)寧市行業(yè)用水規(guī)律的基礎(chǔ)上,提出選典型樣本核算工業(yè)用水總量的方法,分別對(duì)濟(jì)寧市2011年和2012年的工業(yè)用水量進(jìn)行核算。結(jié)果表明:針對(duì)工業(yè)用水戶數(shù)目眾多、用水量差異較大的情況,基于層次聚類分析的選典型樣本的方案能選出代表性高的樣本;基于典型樣本的用水總量核算值接近于實(shí)測(cè)值,核算誤差在合理范圍內(nèi)。提出的實(shí)用的工業(yè)用水量檢查校核方法,對(duì)開展用水總量核算工作具有重要意義。

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