黃河中游城市居民生活用水區(qū)域差異及效率評(píng)估

王小雙

(廣東省第一建筑工程有限公司, 廣東 廣州 510145)

隨著我國(guó)城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展,居民生活水平的不斷提高,城市居民生活用水剛性需求將持續(xù)增長(zhǎng)。不同城市受社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、水資源稟賦、用水政策的影響,導(dǎo)致居民生活用水在時(shí)間和空間上存在差異[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì),2018年黃河中游各城市居民生活用水量為70～200L/d,城市居民生活用水差異明顯。

人均生活用水量乘以常住人口即為城市生活用水總量,各城市間人均生活用水量差異性也直接影響到城市的用水總量。因此,城市水資源管理應(yīng)當(dāng)致力于減少城際間人均生活用水量的差異性,有效降低城市人均生活用水量,才能從總體上降低各城市的生活用水總量[2-3]。目前,針對(duì)水資源利用區(qū)域差異以及用水效率評(píng)估這一科學(xué)問(wèn)題,研究主要集中在工業(yè)、農(nóng)業(yè)用水方面,而生活用水的相關(guān)研究較少,定量評(píng)估生活用水區(qū)域差異及用水效率是當(dāng)前研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)[4]。探究城市居民生活用水的變化規(guī)律,定量評(píng)估城市居民生活用水效率,對(duì)于強(qiáng)化水資源剛性約束,落實(shí)最嚴(yán)格水資源管理制度具有一定意義。

本文以黃河中游城市為例,首先利用泰爾系數(shù)法對(duì)城市居民生活用水量區(qū)域差異進(jìn)行分析;然后基于城市居民生活用水定額,定量評(píng)估城市居民生活用水效率,研究可為區(qū)域水資源管理與高效利用提供借鑒。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

黃河中游指內(nèi)蒙古河口鎮(zhèn)至河南鄭州桃花峪段,流經(jīng)內(nèi)蒙古、陜西、山西、河南4省(自治區(qū))。2018年黃河中游地區(qū)人口為7723.6萬(wàn)人,占黃河流域總?cè)丝诘?3.03%;GDP為47205.5億元,占黃河流域的25.62%;人均GDP為55830.7元,約為全國(guó)平均水平的85.14%[5-6]。本研究以黃河中游流域內(nèi)31個(gè)地級(jí)市的市轄區(qū)居民生活用水為研究對(duì)象,見(jiàn)表1。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

2011—2018年黃河中游城市居民生活用水總量、城市人口數(shù)據(jù)來(lái)源于《中國(guó)城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒》(2011—2018)。居民人均生活用水量是將城市居民生活用水總量除以城市人口得到。

黃河中游各城市居民生活用水量定額來(lái)自《行業(yè)用水定額》(DB61/T 943—2020)、《山西省用水定額》(DB14/T 1049—2021)、《工業(yè)與城鎮(zhèn)生活用水定額》(DB41/T 385—2020)、《行業(yè)用水定額》(DB15/T 385—2020)等定額標(biāo)準(zhǔn)中。

2 研究方法

2.1 泰爾系數(shù)法

水資源區(qū)域間差異常采用基尼系數(shù)、變異系數(shù)、泰爾系數(shù)等方法評(píng)價(jià)[7-8]。泰爾系數(shù)是衡量區(qū)域某一要素差異的重要指標(biāo),與其他方法相比,泰爾系數(shù)的優(yōu)勢(shì)在于可將區(qū)域整體差異分解為群組間差異和群組內(nèi)差異,可準(zhǔn)確得出區(qū)域整體差異的來(lái)源[9-10]。

泰爾系數(shù)法的一般計(jì)算公式為[11]

(1)

(2)

(3)

T=Tb+Tw

(4)

式中:Tb為群組間差距;Tw為群組內(nèi)差距;Yi為i城市居民生活用水量占n個(gè)城市居民生活用水量總和的比重;Yk為第k組城市居民生活用水量的和占n個(gè)城市居民生活用水量總和的比重。泰爾系數(shù)取值范圍為[0,1],其值越大,說(shuō)明地區(qū)間差距越大,反之則越小。

2.2 生活用水效率定量評(píng)估方法

用水定額是指在一定的技術(shù)條件和管理水平下,為合理利用水資源而核定的水消耗標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于用水定額的定義,側(cè)重點(diǎn)不同,其內(nèi)涵也不同[12]。從政府管理者的角度分析,用水定額表示在一定的時(shí)期內(nèi),用水單位從事某項(xiàng)活動(dòng)所遵守的用水?dāng)?shù)量標(biāo)準(zhǔn),是以數(shù)量表示的一種限額;從技術(shù)條件和管理水平上分析,用水定額表示在一定技術(shù)條件和管理水平下,為合理利用水資源而制定的用水量標(biāo)準(zhǔn);從時(shí)間的角度定義,用水定額指的是在一定的時(shí)間內(nèi),各行業(yè)根據(jù)相應(yīng)的核算單元所核定的合理用水量,是某個(gè)固定時(shí)空下不浪費(fèi)水資源情況下的用水量[13-15]。

定量判斷各城市之間用水效率的大小,合理選定居民用水標(biāo)準(zhǔn)是關(guān)鍵?；谏鲜鰧?duì)用水定額定義的不同角度分析可見(jiàn),用水定額是管理部門(mén)進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃和用水管理的一項(xiàng)重要指標(biāo),也是衡量節(jié)水、用水成效的重要依據(jù),可在一定技術(shù)條件和管理水平下,作為衡量用水是否合理的重要標(biāo)準(zhǔn)。

CPU子系統(tǒng)工作分為主程序運(yùn)行于響應(yīng)FPGA發(fā)來(lái)的外部中斷的中斷服務(wù)程序。主程序的運(yùn)行過(guò)程：系統(tǒng)初始化后，接收用戶輸入指令，該指令用來(lái)模擬正常、異常等各種工作狀態(tài)，若是正常的工作狀態(tài)指令，發(fā)送正常指令給FPGA后結(jié)束；如果是異常的工作狀態(tài)指令，判斷是瞬時(shí)失效還是永久失效指令，若是瞬時(shí)失效指令，停止計(jì)數(shù)，一段時(shí)間后恢復(fù)計(jì)數(shù)，運(yùn)行結(jié)束；若是永久失效，停止計(jì)數(shù)后結(jié)束。

人均生活用水量乘以城市人口為城市生活用水總量,人均生活用水量的大小,會(huì)影響到城市的用水總量。雖然人均生活用水量并非越低越好,但在同等經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平的區(qū)域,保證相似生活舒適度的用水需求應(yīng)基本一致。所以,人均生活用水量還是體現(xiàn)了生活用水效率的相對(duì)高低。

基于以上分析,研究將人均日生活用水量作為效率評(píng)估的指標(biāo)Qi,use,將各城市居民生活用水定額作為該城市生活用水標(biāo)準(zhǔn)值Qi,standard,構(gòu)建的居民生活用水效率定量評(píng)估值的公式如下:

(5)

式中:Qi,use為i城市人均生活用水量,L;Qi,standard為i城市居民人均生活用水定額,L。

生活用水效率定量評(píng)估計(jì)算值為正值,則表明城市居民生活用水量偏大,生活用水超出定額,用水效率較低;反之,若生活用水效率定量評(píng)估計(jì)算值為負(fù)值,則表明生活用水效率較高。

3 結(jié)果與分析

3.1 人均生活用水量變化

2011—2018年黃河中游各城市人均生活用水量箱線圖見(jiàn)圖1。在內(nèi)蒙古自治區(qū)中,各城市人均生活用水量均值低于區(qū)域用水量均值;在陜西省中,西安市、寶雞市、咸陽(yáng)市和商洛市人均生活用水量均值高于區(qū)域用水量均值,其中西安市最大,為180L/d;在山西省中,太原市、長(zhǎng)治市和晉城市人均生活用水量均值高于區(qū)域用水量均值,其中長(zhǎng)治市最大,為147L/d;在河南省中,安陽(yáng)市、新鄉(xiāng)市、濮陽(yáng)市和三門(mén)峽市人均生活用水量均值高于區(qū)域用水量均值,其中新鄉(xiāng)市最大,為123L/d。

圖1 2011—2018年黃河中游各城市人均生活用水量箱線圖

3.2 生活用水量區(qū)域差異定量分析

2011—2018年生活用水量泰爾系數(shù)年際間變化見(jiàn)圖2?？梢钥闯?總體差距先減小后增大,呈Ⅴ形變化趨勢(shì),群組內(nèi)差距和群組間差距與總體差距變化趨勢(shì)基本一致。其中2011—2014年區(qū)域總體差距呈下降趨勢(shì),2014年總體差距達(dá)到最小。2014—2018年區(qū)域總體差距整體呈上升趨勢(shì),群組內(nèi)和群組間差距整體上也呈增加的趨勢(shì)。2011—2018年群組間差距始終小于群組內(nèi)差距,總體差距主要來(lái)源于群組內(nèi)差距,群組間差距較小。

圖2 2011—2018年生活用水量泰爾系數(shù)年際間變化

3.3 生活用水效率定量評(píng)估

研究選取2012年、2014年、2016年和2018年為典型年,基于城市居民生活用水效率定量評(píng)估方法,典型年黃河中游各城市生活用水效率定量評(píng)估結(jié)果見(jiàn)圖3?？梢钥闯?在2012年中,除商洛市、西安市、三門(mén)峽市、巴彥淖爾市和長(zhǎng)治市等5個(gè)城市生活用水效率評(píng)估值為正外,其余城市均為負(fù)值。各城市中,呼和浩特市用水效率評(píng)估值最小,為-0.69;商洛市用水效率評(píng)估值最大,為0.36。

圖3 典型年黃河中游各城市生活用水效率定量評(píng)估結(jié)果

在2016年中,寶雞市、西安市、濮陽(yáng)市、新鄉(xiāng)市、安陽(yáng)市和長(zhǎng)治市等6個(gè)城市生活用水效率評(píng)估值為正,其余城市均為負(fù)值。各城市中,呼和浩特市用水效率評(píng)估值最小,為-0.62;濮陽(yáng)市用水效率評(píng)估值最大,為0.45。

在2018年中,渭南市、咸陽(yáng)市、西安市、濮陽(yáng)市、新鄉(xiāng)市、安陽(yáng)市、烏蘭察布市、長(zhǎng)治市和太原市等9個(gè)城市生活用水效率評(píng)估值為正,其余城市均為負(fù)值。各城市中,呼和浩特市用水效率評(píng)估值最小,為-0.59;咸陽(yáng)市用水效率評(píng)估值最大,為0.50。

綜上,生活用水效率評(píng)估值為正的城市從2012年的5個(gè)增加到2018年的9個(gè),有逐漸擴(kuò)大的趨勢(shì),表明城市居民生活用水量逐漸變大,越來(lái)越多的城市有逐漸超出生活用水定額的趨勢(shì)。

此外,典型年中呼和浩特市生活用水效率評(píng)估值均為最小,表明呼和浩特市生活用水效率較高。但同時(shí)需要指出的是,呼和浩特市生活用水效率評(píng)估值從-0.69 變化到-0.59,表明其生活用水量也在變大。

4 結(jié) 論

a.生活用水量的區(qū)域差異中,2011—2018年黃河中游城市居民生活用水量總體差距先減小后增大,呈Ⅴ形變化趨勢(shì),群組內(nèi)差距和群組間差距與總體差距變化趨勢(shì)基本一致。群組間差距始終小于群組內(nèi)差距,總體差距主要來(lái)源于群組內(nèi)差距,群組間差距較小。

b.從城市居民生活用水效率評(píng)估結(jié)果來(lái)看,城市生活用水效率評(píng)估值為正的城市從2012年的5個(gè)增加到2018年的9個(gè),有逐漸擴(kuò)大的趨勢(shì)。表明城市居民生活用水量逐漸變大,越來(lái)越多的城市有逐漸超出生活用水定額的趨勢(shì)。典型年中呼和浩特市生活用水效率評(píng)估值均為最小,呼和浩特市生活用水效率較高。但典型年中呼和浩特市生活用水效率評(píng)估值從-0.69變化到-0.59,其生活用水量也在變大。

c.研究基于城市居民生活用水定額,初步構(gòu)建了居民生活用水效率定量評(píng)估值的計(jì)算方法。但居民生活用水受多種因素影響,未來(lái)可進(jìn)一步構(gòu)建考慮用水效率影響因子的評(píng)估模型,進(jìn)一步定量分析各影響因素對(duì)居民生活用水效率的影響,對(duì)城市水資源精細(xì)化管理提供更加有力的支撐。