我國供水用水的時(shí)空特征研究及政策建議

張曉麗，楊高升

(河海大學(xué) 商學(xué)院，江蘇 南京 211100)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)，工業(yè)、生活、生態(tài)用水不斷增加，總體用水需求大幅度增長。但我國水資源總量有限，有限水資源的高效利用對(duì)促進(jìn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要[1]。因此，分析我國供水用水的時(shí)空特征，促進(jìn)有限水資源在全國范圍內(nèi)的合理利用，是政府和水利主管部門亟需重視的問題。

近年來，國內(nèi)學(xué)者有關(guān)供水用水的研究，主要集中在用水模式和總量確定方法、供水水源優(yōu)化配置方案、供水用水協(xié)同度、水足跡時(shí)空特征等方面。如曹偉等[2]探討合理滴灌用水模式的選擇，為喀什噶爾河流域農(nóng)業(yè)用水提供了有效的規(guī)劃方案。彭岳津等[3]根據(jù)我國1980—2015年的用水總量數(shù)據(jù)，建立中國用水總量預(yù)測(cè)模型，并對(duì)中國用水總量極值進(jìn)行預(yù)測(cè)。SVE-S?DERBERGH等[4]使用傳統(tǒng)的電話訪談、網(wǎng)絡(luò)問卷和新穎的短信服務(wù)、SMS問卷等方法，分析得出適合不同人群的最佳用水消耗量。王勇[5]針對(duì)川東北山區(qū)農(nóng)村居民的生活用水供水落后問題，提出多種供水方案。姜立暉[6]基于對(duì)哈爾濱城市供水水源分析，提出了城市供水水源的合理優(yōu)化配置方案。羅巍等[7]通過構(gòu)建我國供水-用水復(fù)合系統(tǒng)協(xié)同度模型，測(cè)量供水-用水復(fù)合系統(tǒng)的協(xié)同度，并提出相關(guān)建議。程先等[8]運(yùn)用自下而上的方法，計(jì)算京津冀地區(qū)水足跡并分析其時(shí)空變化特征。

也有少數(shù)學(xué)者對(duì)水資源利用的時(shí)空特征進(jìn)行研究，如周素萍等[9]利用EOF展開方法，分析了我國31個(gè)省2003—2012年水資源利用的時(shí)空特征。鮑超等[10]通過泰爾系數(shù)和空間分級(jí)分類分析等方法，基于2000—2014年的數(shù)據(jù)分析，揭示了京津冀城市群用水的時(shí)空特征。已有研究多集中在水資源開發(fā)利用的時(shí)空演變特征，缺少組成部分對(duì)總量的影響程度及其空間上的分類分析。結(jié)合實(shí)際，水資源組成部分對(duì)供水用水的影響與水資源的高效利用密切相關(guān)，因此從水資源組成部分角度研究供水用水的時(shí)空特征具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。故筆者采用回歸分析、聚類分析、分布圖系分析法研究我國近幾年供水用水的時(shí)空特征，以期為提高我國供水用水效率與促進(jìn)社會(huì)可持續(xù)化發(fā)展提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源

我國供水?dāng)?shù)據(jù)包括供水總量、地表水、地下水及其他用水，用水?dāng)?shù)據(jù)包括農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活、生態(tài)用水及人均用水量。在時(shí)間維度上，研究時(shí)段為2005—2017年，供水用水情況如表1所示；在空間維度上，由于我國地幅遼闊，研究集中在我國的29個(gè)主要地區(qū)，各地區(qū)2018年供水用水情況如表2所示。所需數(shù)據(jù)主要來源于《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》及統(tǒng)計(jì)公報(bào)。

表1 我國2005—2017年供水用水情況

表2 2018年我國29個(gè)主要地區(qū)的供水用水情況

2 供水用水時(shí)間特征

供水總量包括地表水、地下水及其他供水，用水總量主要由農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、生活用水和生態(tài)用水組成。由表1可知，供水總量各組成部分對(duì)供水總量的影響程度不同，在供水總量的約束作用下，用水結(jié)構(gòu)差異較大。

2.1 供水回歸分析

利用SPSS中的多元回歸分析可得供水總量與其組成部分的回歸分析結(jié)果：模型總體參數(shù)如表3所示，方差分析結(jié)果如表4所示，回歸系數(shù)與顯著性檢驗(yàn)如表5所示。

表3 模型總體參數(shù)表

表4 方差分析表

表5 回歸系數(shù)與顯著性檢驗(yàn)表

由表3可看出,調(diào)整后R2值為1.000，即擬合優(yōu)度為1.000。由表4可看出，F(xiàn)值為71 128 384.039，對(duì)應(yīng)的P值為0.000<0.05，平方和說明方程的總體線性關(guān)系顯著；殘差平方和為0.013，說明回歸誤差平方和極小。從表5可知，常數(shù)項(xiàng)T檢驗(yàn)對(duì)應(yīng)的P值為0.944，大于0.05，表明其與0沒有顯著性差異。因此供水總量與地表水、地下水及其他供水符合標(biāo)準(zhǔn)回歸方程：

供水總量=0.801×地表水+0.220×

地下水+0.122×其他供水

(1)

式中：地表水的回歸系數(shù)最大，為0.801，地下水和其他供水回歸系數(shù)相近，分別為0.220和0.122，可知地表水對(duì)供水總量的影響程度最大，地表水的供水含量幾乎決定了我國供水總量，而地下水及其他用水的影響程度較小。相關(guān)部門在調(diào)整供水總量時(shí)，可參考各組成部分的影響程度大小。

2.2 用水回歸分析

同理可得用水總量與其組成部分(農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、生活用水、生態(tài)用水)的回歸結(jié)果為：R2值為1，對(duì)應(yīng)的P值為0，殘差平方和為0.047 9，表明方程回歸關(guān)系顯著，誤差?。挥蒚檢驗(yàn)可知，常數(shù)項(xiàng)與0沒有顯著性差異。由此可得用水總量與其組成部分的標(biāo)準(zhǔn)回歸方程：

用水總量=0.700×農(nóng)業(yè)用水+0.363×工業(yè)

用水+0.301×生活用水+0.123×生態(tài)用水

(2)

由回歸方程式(2)可知，農(nóng)業(yè)用水對(duì)用水總量的影響最大，工業(yè)用水與生活用水的影響程度次之，生態(tài)用水的回歸系數(shù)為0.123，影響程度最小。農(nóng)業(yè)作為我國的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，水利是農(nóng)業(yè)發(fā)展的命脈，但是一直以來存在著耗水量高、用水效率低等問題，因此農(nóng)業(yè)是第一用水大戶。城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快不但能推動(dòng)工業(yè)的發(fā)展，而且能促進(jìn)生活質(zhì)量的提高，這必然使工業(yè)用水、生活用水成為影響用水總量的第二大影響因素。結(jié)合實(shí)際，社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)難以全方位考慮周邊生態(tài)環(huán)境的優(yōu)化，進(jìn)而生態(tài)用水對(duì)用水總量的影響程度最小。

3 供水用水空間特征

3.1 供水空間特征

由表1與表2可知，供水總量與用水總量始終保持相等，為準(zhǔn)確反映出我國供水用水在空間上的分類特征，對(duì)其各組成部分進(jìn)行聚類分析。用組間連接法對(duì)我國2018年29個(gè)主要地區(qū)的供水組成部分進(jìn)行層次聚類分析，結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，29個(gè)地區(qū)可分為3類：

圖1 供水聚類分析結(jié)果

(1)第一類主要包括北京、天津、河北、山西、內(nèi)蒙古、遼寧、吉林、青海、海南、重慶、貴州、甘肅、寧夏、陜西、山東、河南16個(gè)地區(qū)。這些地區(qū)的地表水、地下水及其他供水含量少且較為均衡，供水總量最少。

(2)第二類主要包括浙江、安徽、福建、江西、云南、湖北、廣西、四川、湖南、黑龍江10個(gè)地區(qū)。這些地區(qū)主要由地表水供水，供水總量多于第一類，其中黑龍江主要由地表水和地下水供水，且兩者供水含量相近。

(3)第三類主包括由江蘇、廣東、新疆3個(gè)地區(qū)。這些地區(qū)的供水含量最多，且地表水供水含量明顯多于地下水和其他供水。

為進(jìn)一步分析我國供水的空間分布情況，運(yùn)用分布圖系分析法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。結(jié)果表明，第一類地區(qū)主要位于我國北方，自古以來北方降水較少，淡水資源少，地表水含量少，為滿足用水需求需開采部分地下水，在水資源稀缺情況下，會(huì)尋求其他方式供水，因此供水方式均衡。第二類地區(qū)主要集中在我國南方，南方降雨頻繁，河流頗多，地表水豐富，能夠滿足用水需求；地處最北方的黑龍江較為特殊，天氣寒冷，常年積雪，雪的融化為其提供了地表水，但仍需開采地下水以調(diào)控地下水位。第三類地區(qū)分布不集中，廣東為南方沿海城市，降水量豐富；江蘇位于我國沿海東部，在秦嶺-淮河分界線上，河流湖泊面積大；新疆深居內(nèi)陸，地處我國西部，河流縱橫交錯(cuò)，湖泊廣闊，地表水含量豐富，但水資源分配不均勻，部分地區(qū)需要開采地下水，所以該類地區(qū)供水總量最多。

3.2 用水空間特征

筆者對(duì)我國農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、生活用水、生態(tài)用水進(jìn)行層次聚類分析，結(jié)果如圖2所示，將29個(gè)主要地區(qū)分為以下4類，用水總量隨分類依次遞增。

圖2 用水聚類分析結(jié)果

(1)第一類主要包括北京、天津、河北、山西、內(nèi)蒙古、遼寧、吉林、貴州、云南、陜西、甘肅、青海、寧夏 、山東、河南、浙江、福建、海南、重慶19個(gè)地區(qū)。該類別地區(qū)存在少數(shù)地區(qū)農(nóng)業(yè)用水略多于其他方式用水，總體用水均衡且總量最少。

(2)第二類主要包括湖南、廣東、廣西、安徽、江西、湖北、四川7個(gè)地區(qū)。該類別地區(qū)主要是農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水和生活用水，但農(nóng)業(yè)用水占比最大，幾乎不存在生態(tài)用水。

(3)第三類主要包括黑龍江、新疆2個(gè)地區(qū)。該類別地區(qū)主要是農(nóng)業(yè)用水，幾乎不存在其他形式用水。

(4)第四類包括江蘇1個(gè)地區(qū)。該地區(qū)用水總量最多，工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水占比大且?guī)缀跸嗟龋钣盟急刃?，幾乎不存在生態(tài)用水。

筆者利用分布圖系分析法得到農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、生活用水、生態(tài)用水的空間分布情況。結(jié)果表明，第一類地區(qū)分布不均勻，遍布全國，該類別地區(qū)降水稀少，水資源短缺，不太適合農(nóng)業(yè)種植，因此用水方式均衡。第二類地區(qū)位于我國南方，降水充沛，水源充足，適宜農(nóng)業(yè)種植，因此農(nóng)業(yè)用水顯著多于其他形式用水。第三類地區(qū)位于我國最北方，不利于發(fā)展工業(yè)。其中，新疆地廣人稀，氣候干旱，是典型的純灌溉農(nóng)業(yè)[11]；黑龍江具有肥沃的土地，適宜農(nóng)業(yè)種植，所以農(nóng)業(yè)用水占比最大。第四類地區(qū)位于我國南北分界線的東部，工業(yè)發(fā)達(dá)，且適合農(nóng)業(yè)種植，因而農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水均較多，且呈均衡態(tài)勢(shì)。

此外，還利用分布圖系分析法對(duì)我國用水總量及人均用水量進(jìn)行空間特征分析。結(jié)果表明，不同區(qū)域的用水總量分布差異較大，南北差異尤其懸殊，總體呈現(xiàn)出南多北少的趨勢(shì)。南方的多數(shù)地區(qū)如廣東、廣西、湖南、湖北等的用水總量大；北方的絕大多數(shù)地區(qū)用水總量少，水資源稀缺，但新疆和黑龍江較為特殊，用水總量多于南方的大多數(shù)地區(qū)。

我國人均用水量空間分布不均勻，總體呈由西北向東南遞減的趨勢(shì)。究其原因，這與我國每個(gè)地區(qū)的供水總量及人口密度分布情況緊密相關(guān)。而供水總量與用水總量空間分布一致，自改革開放以來，我國人口具有向盆地、平原、河流及沿海等自然條件較好地區(qū)聚集的趨勢(shì)，隨著時(shí)間變化這種聚集趨勢(shì)不斷加強(qiáng)，總體上人口分布密度由西北向東南方向逐步由稀疏趨于稠密[12]。

在人均用水量空間分布圖中，新疆最為特殊，用水總量僅次于江蘇，但是人均用水量卻位居全國第一。新疆水資源豐富，但擁有全國2/3的沙漠，人口稀少，人口空間分布受到綠洲分布的影響，呈現(xiàn)出分散分布的特征，具有干旱區(qū)人口分布的典型性[13-14]，所以新疆人均用水量最多。江蘇供水總量最多，但是人均用水量卻不及新疆的一半，原因在于江蘇地處東部沿海區(qū)域，交通便利、經(jīng)濟(jì)繁榮，人口分布密集。

4 結(jié)論及建議

4.1 主要結(jié)論

筆者基于收集的供水、用水?dāng)?shù)據(jù)，運(yùn)用回歸分析、聚類分析和分布圖系分析方法分析了我國供水用水的時(shí)空特征，得到如下主要結(jié)論：

(1)在時(shí)間上，我國供水、用水總量分別與其組成部分顯著正相關(guān)，地表水供水顯著影響供水總量，而用水總量各組成部分對(duì)用水總量的影響程度由大到小依次為農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、生活用水、生態(tài)用水。

(2)在空間上，通過層次聚類分析和分布圖系分析法，將我國供水空間分布情況分為3類：①第一類地處我國北方，年降水少，水資源緊缺，供水方式較為均衡，供水總量最少。②第二類除黑龍江外，均地處南方，以地表水供水為主。③第三類地區(qū)分布不集中，但供水總量最多。用水情況分為4類：①第一類中地區(qū)分布不均勻，該類別地區(qū)不太適宜農(nóng)業(yè)種植，各種用水方式比較均衡，用水總量最少。②第二類地處南方，主要是農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水和生活用水，幾乎不存在生態(tài)用水。③第三類地處我國最北方，主要是農(nóng)業(yè)用水。④第四類地區(qū)位于我國南北分界線的東部，工業(yè)用水與農(nóng)業(yè)用水較多且?guī)缀跸嗟取?/p>

(3)供水總量與人均用水量空間差異大，部分地區(qū)供水緊缺，人均用水量總體呈由西北向東南遞減趨勢(shì)。

4.2 政策建議

通過對(duì)我國供水用水的時(shí)空特征研究，對(duì)我國水資源的開發(fā)利用提出以下政策建議：

(1)制定并落實(shí)水資源管理紅線制度。我國供水總量多，但空間差異大，水資源緊缺現(xiàn)象普遍存在。因此需根據(jù)各組成部分與水資源總量的線性回歸關(guān)系及其對(duì)總量的影響程度，不定時(shí)預(yù)測(cè)供水用水總量，出現(xiàn)紅線預(yù)警時(shí)，及時(shí)采取防控措施調(diào)控總量。

(2)優(yōu)化用水結(jié)構(gòu)。在用水空間分類特征中，用水方式不均衡，農(nóng)業(yè)用水總體上占比最大。為此，應(yīng)大力發(fā)展高效節(jié)水型農(nóng)業(yè)，充分利用用水組成部分間的回歸關(guān)系，調(diào)整用水結(jié)構(gòu)，增加其他形式用水量，提高用水效率。

(3)完善水資源橫向生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制。我國水資源總量空間分布不均勻，總體呈現(xiàn)南多北少，用水總量大，但生態(tài)用水較少。為了保持經(jīng)濟(jì)社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展，解決生態(tài)問題，政府實(shí)施了大型跨流域調(diào)水工程。在工程實(shí)施過程中，水資源在各行政地區(qū)間的重新分配不可避免，可能會(huì)增加受水地區(qū)與供水地區(qū)間的水資源供需矛盾，因此需要完善水資源的橫向生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制，完善受水地區(qū)對(duì)供水地區(qū)的補(bǔ)償政策，促進(jìn)生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展。