甘肅省經(jīng)濟(jì)社會(huì)用水結(jié)構(gòu)及調(diào)整需求分析研究

張世彪，張德棟

(甘肅省水文水資源局，甘肅 蘭州 730000)

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甘肅省經(jīng)濟(jì)社會(huì)用水結(jié)構(gòu)及調(diào)整需求分析研究

張世彪，張德棟

(甘肅省水文水資源局，甘肅 蘭州 730000)

以《甘肅省地級(jí)行政區(qū)用水總量控制指標(biāo)》以及近10年甘肅省發(fā)布的《甘肅省水資源公報(bào)》等相關(guān)成果數(shù)據(jù)為分析研究對(duì)象，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析、信息熵理論，分析研究了甘肅省近10年用水總量及其結(jié)構(gòu)演變趨勢(shì)，提出2015、2020、2030年用水結(jié)構(gòu)調(diào)整需求。研究結(jié)論：近10 a，甘肅省用水總量比較穩(wěn)定，在120～124億 m3之間小幅振蕩波動(dòng)；各部門用水中農(nóng)業(yè)用水占用水總量比重較大，且變幅較?。还I(yè)、居民生活用水量有所減少；城鎮(zhèn)公共、生態(tài)用水量有所增加。按照省政府下發(fā)的用水總量指標(biāo)，在未來的水資源供給、管理等工作中，應(yīng)著重做好增加生活、工業(yè)、生態(tài)供用水量，減少農(nóng)業(yè)供用水量，從而達(dá)到省政府下發(fā)的用水總量指標(biāo)目標(biāo)，使我省用水分配結(jié)構(gòu)趨于合理，用水效率得到提高。

甘肅??；經(jīng)濟(jì)社會(huì)用水；結(jié)構(gòu)演變；需求分析

2011年中央1號(hào)文件和中央水利工作會(huì)議明確要求實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度；2012年1月，國(guó)務(wù)院發(fā)布了《關(guān)于實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度的意見》，明確全國(guó)用水總量控制指標(biāo)2030年控制在7 000億 m3以內(nèi)。甘肅省作為水利部最嚴(yán)格水資源管理制度省份，圍繞總量控制工作省政府出臺(tái)《甘肅省實(shí)行最嚴(yán)格的水資源管理制度辦法》，發(fā)文下發(fā)確認(rèn)了全省14個(gè)市(州)2015年、2020年、2030年用水總量指標(biāo)；編制完成《甘肅省地級(jí)行政區(qū)用水總量控制指標(biāo)》，重新修編《甘肅省水資源規(guī)劃》；完成黃河干流、疏勒河、黑河、石羊河等主要河流水量分配；制定了省內(nèi)黃河流域、長(zhǎng)江流域取水許可總量控制指標(biāo)細(xì)化方案，以及河西內(nèi)陸河重要河流初始水權(quán)分配方案，初步將我省允許開采水資源量按流域分解到地級(jí)行政區(qū)。在此背景下，以相關(guān)成果數(shù)據(jù)作為分析研究對(duì)象，分析甘肅省經(jīng)濟(jì)社會(huì)用水結(jié)構(gòu)演變趨勢(shì)及調(diào)整需求，可為甘肅省做好最嚴(yán)格水資源管理制度落實(shí)工作提供借鑒。

1　區(qū)域概況

1.1主要經(jīng)濟(jì)社會(huì)指標(biāo)

2013年，甘肅省耕地面積5 306.90萬(wàn)畝，農(nóng)田有效灌溉面積1 932.81萬(wàn)畝，農(nóng)田實(shí)灌面積1 703.59萬(wàn)畝，林牧漁用水面積281.94萬(wàn)畝；人口2 582.18萬(wàn)人，其中農(nóng)村人口1 545.95萬(wàn)人，城鎮(zhèn)人口1 036.23萬(wàn)人；工業(yè)增加值2 225.22億元，其中國(guó)有及規(guī)模以上一般工業(yè)增加值2 045.20億元，規(guī)模以下工業(yè)增加值158.25億元，火(核)電工業(yè)增加值21.77億元；糧食總產(chǎn)量1 138.90萬(wàn) t；國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值6 268.01億元[1]。與2003年相比較，影響經(jīng)濟(jì)社會(huì)用水的主要指標(biāo)：農(nóng)田有效灌溉面積增加128.66萬(wàn)畝，林牧漁用水面積增加57.09萬(wàn)畝，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值增加4913.36億元，糧食總產(chǎn)量增加370.87萬(wàn) t。

1.2水資源

甘肅省是全國(guó)水資源最為短缺的省份之一，全省多年平均降水量276.9 mm，多年平均自產(chǎn)地表水資源量282.14億 m3，純地下水資源量7.30億 m3，自產(chǎn)水資源總量為289.44億 m3，位居全國(guó)32個(gè)省(直轄市、自治區(qū))的第29位，人均水資源量1 150 m3，不到全國(guó)人均的二分之一，耕地畝均378 m3，不到全國(guó)平均水平的四分之一；河流入(省)境水資源量287.33億 m3，出境水資源量482.34億 m3[2]。

2　經(jīng)濟(jì)社會(huì)用水演變趨勢(shì)

2.1用水總量

通過對(duì)《甘肅省水資源公報(bào)》2003至2013年用水總量進(jìn)行分析，2013年用水總量較系列均值減少0.38億 m3，較2003年增加0.02億 m3。用水總量演變過程線見圖1。從圖中可看出用水總量比較穩(wěn)定，在120～124億 m3之間小幅振蕩波動(dòng)。

圖1　甘肅省用水總量演變過程線圖

2.2用水結(jié)構(gòu)

過去近10年，在甘肅省經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展及水資源供給、管理深化改革的背景下，經(jīng)濟(jì)社會(huì)用水結(jié)構(gòu)亦發(fā)生較大變化。為了揭示用水結(jié)構(gòu)演變趨勢(shì)，本文將2003至2013年將總用水量分解為：農(nóng)業(yè)、工業(yè)、城鎮(zhèn)公共、居民生活、生態(tài)環(huán)境等5類用水(農(nóng)業(yè)包括農(nóng)田灌溉、林牧漁畜用水；城鎮(zhèn)公共包括建筑業(yè)、服務(wù)業(yè)用水；居民生活、生態(tài)環(huán)境為農(nóng)村、城鎮(zhèn)全口徑用水。)進(jìn)行了分析計(jì)算。甘肅省經(jīng)濟(jì)社會(huì)用水分析成果見表1，各用水部門用水量近10 a用水量見表2。

從表1、表2可以看出用水結(jié)構(gòu)變化主要特征表現(xiàn)為：農(nóng)業(yè)用水在用水總量中比重較大，超過其他所有用水部門總和；從極差值及13年與03年用水量變幅分析可以看出，與其部門用水量相較農(nóng)業(yè)用水量變幅較小，工業(yè)用水量變幅較大，城鎮(zhèn)公共、居民生活、生態(tài)環(huán)境用水量變幅非常大。這與我省干旱半干旱地區(qū)顯著的供水灌溉農(nóng)業(yè)特點(diǎn)，以及快速的城鎮(zhèn)化進(jìn)程，服務(wù)業(yè)能力提高，節(jié)水工作全面推進(jìn)，生態(tài)環(huán)境保護(hù)加強(qiáng)等實(shí)際情況相一致。

表1　甘肅省經(jīng)濟(jì)社會(huì)用水分析成果

表2　甘肅省各用水部門用水量近10 a用水量

表3　現(xiàn)狀、規(guī)劃水平年用水用總量及各部門用水量表

注：為了將水資源源公報(bào)數(shù)據(jù)與下發(fā)用水指標(biāo)相銜接，本表中工業(yè)用水包括建筑業(yè)用水，城市生活用水包括服務(wù)業(yè)用水；部門用水按《甘肅省地級(jí)行政區(qū)用水總量控制指標(biāo)研究》比列將總量進(jìn)行分?jǐn)偂?/p>

3　經(jīng)濟(jì)社會(huì)用水總量及結(jié)構(gòu)調(diào)整需求分析

甘肅省作為水利部最嚴(yán)格水資源管理試點(diǎn)省份，甘肅省政府率先以文件形式下發(fā)確認(rèn)了全省14個(gè)市(州)2015年、2020年、2030年水資源管理控制指標(biāo)，其中明確了用水總量指標(biāo)。甘肅省水文水資源局為省政府指標(biāo)下發(fā)，開展了《甘肅省地級(jí)行政區(qū)用水總量控制指標(biāo)研究》項(xiàng)目。本文以2013年《甘肅省水資源公報(bào)》經(jīng)濟(jì)社會(huì)用水作為現(xiàn)狀年數(shù)據(jù)，分別以2015、2020、2030年《甘肅省地級(jí)行政區(qū)用水總量控制指標(biāo)研究》[3]項(xiàng)目確定的用水量指標(biāo)成果作為規(guī)劃水平年用水量需求，從而進(jìn)一步分析調(diào)整需求。

3.1用水總量

2013年甘肅省現(xiàn)狀用水總量為121.99億 m3，省政府下文確定的用水總量2015、2020、2030年指標(biāo)分別為：124.80 m3，114.15 m3，125.63 m3，各用水部門用水量見表3。

3.2用水結(jié)構(gòu)需求及調(diào)整分析

為了分析用水結(jié)構(gòu)調(diào)整需求，本文引入信息熵理論。信息熵由R.Clausisus于1865年引入熱力學(xué)中的一個(gè)物理概念，通常稱為熱力學(xué)熵，之后由L.Boltzmann賦予熵統(tǒng)計(jì)學(xué)上的解釋，稱為統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)熵。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在應(yīng)用信息論概念和方法解決水資源系統(tǒng)建模、優(yōu)化、模擬、預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)、決策等方面已做了大量工作，并取得了豐碩的成果。針對(duì)用水結(jié)構(gòu)的演變過程的階段性，即由以農(nóng)業(yè)用水為主的初級(jí)階段發(fā)展到農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活、生態(tài)環(huán)境用水趨于合理的高級(jí)階段，這一演變過程可近似設(shè)為系統(tǒng)的不可逆過程，故可將其納入信息熵的數(shù)學(xué)模型中。隨著認(rèn)識(shí)的深入，信息熵在反映區(qū)域用水結(jié)構(gòu)分析應(yīng)用中日益廣泛。

式中，H為用水結(jié)構(gòu)的信息熵，通過信息熵的計(jì)算反映工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活、生態(tài)環(huán)境等用水比例的分配狀態(tài)，可對(duì)用水結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)照分析。由于在不同時(shí)間尺度，用水戶類型有多有少。如假設(shè)處于極端狀態(tài)，整個(gè)用水系統(tǒng)只有一個(gè)用水戶，此時(shí)Hmin=0，相反，若w1=w2=w3=……wn=W/n，即用水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最無序時(shí)，Hmax=ln(n)。實(shí)際中這兩種極端情況不會(huì)出現(xiàn)，信息熵一般會(huì)介于二者之間，即Hmin≤H≤Hmax。因此，在Shannon公式引入均衡度E，定義如下：

式中：E為用水系統(tǒng)的均衡度，是用水系統(tǒng)信息熵H與最大信息熵Hmax的比值，取值范圍為E∈[0，1]，其值越大，表明用水系統(tǒng)中單一用水類型的優(yōu)勢(shì)度減弱，用水系統(tǒng)越復(fù)雜，用水系統(tǒng)的均衡度越強(qiáng)，系統(tǒng)越穩(wěn)定；當(dāng)E=0時(shí)，用水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度最低[4]。

根據(jù)以上理論計(jì)算的熵值和均衡度值分別見表4，從表3、4中可以看出以服務(wù)甘肅省經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，加速城鎮(zhèn)化進(jìn)程、工業(yè)強(qiáng)省、保護(hù)生態(tài)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)景國(guó)民經(jīng)濟(jì)規(guī)劃藍(lán)圖，在用水總量增加的前提下，應(yīng)著重增加生活、工業(yè)、生態(tài)供用水量，減少農(nóng)業(yè)供用水量。從運(yùn)用信息熵理論計(jì)算的規(guī)劃水平年用水量熵值、均衡度可以看出，遠(yuǎn)景規(guī)劃水平年的熵值、均衡度值穩(wěn)步升高，表明用水量?jī)?nèi)部分配均衡性加強(qiáng)，農(nóng)業(yè)用水的強(qiáng)勢(shì)地位有所減弱，其他用水部門用水得到提高，用水分配結(jié)構(gòu)趨于合理。為實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)，2015年熵值增大0.8，均衡度值增大0.5；2020年熵值增大0.9，均衡度值增大0.5；2030年熵值增大0.11，均衡度值增大0.7。

表4　現(xiàn)狀、規(guī)劃水平年用水用總量及

4　結(jié)語(yǔ)

通過以上分析，甘肅省經(jīng)濟(jì)社會(huì)用水結(jié)構(gòu)演變趨勢(shì)及調(diào)整需求的主要特點(diǎn)表現(xiàn)為：(1)近10年，用水總量比較穩(wěn)定，在120～124億 m3之間小幅振蕩波動(dòng)。各部門用水中農(nóng)業(yè)用水占用水總量比重較大，且變幅較??；工業(yè)、居民生活用水量有所減少；城鎮(zhèn)公共、生態(tài)用水量有所增加。(2)按照省政府下發(fā)的用水總量指標(biāo)，應(yīng)著重增加生活、工業(yè)、生態(tài)供用水量，減少農(nóng)業(yè)供用水量。(3)通過熵值、均衡度值計(jì)算，如省政府下發(fā)的用水總量指標(biāo)得到落實(shí)，用水分配結(jié)構(gòu)將趨于合理。

[1]甘肅省水利廳.甘肅省水資源公報(bào)[R]. 2013.

[2]甘肅省水利廳.甘肅省水資源綜合規(guī)劃[R].2012.

[3]甘肅省水文水資源局.甘肅省地級(jí)行政區(qū)用水總量控制指標(biāo)研究[M].蘭州：甘肅人民出版社. 2012.

[4]王小軍，等.區(qū)域用水結(jié)構(gòu)演變規(guī)律與調(diào)控對(duì)策研究[J].中國(guó)人口資源與環(huán)境.2011(02).21.

2016-03-08

張世彪(1976-)，男，甘肅臨洮人，工程師，主要從事水文水資源工作。

P334

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1004-1184(2016)04-0129-03