石家庄市用水结构演变分析**

2022-01-19吕树峰方宏阳

南方农机 2022年1期

董森，吕树峰，方宏阳

（1.河北工程大学水电学院，河北邯郸 056038；2.邯郸市漳滏河灌溉供水管理处，河北邯郸 056001）

0 引言

进入 21 世纪以来，随着社会经济的快速发展，我国北方大部分地区的实际供水量往往难以满足区域日益增长的水资源需求[1]，水资源短缺已成为限制区域社会发展的重要因素。在此背景下，掌握用水结构的演变过程是科学调整区域用水结构、贯彻落实新时代治水方针的重要基础[2]。

当前对于用水结构的研究，主要分为两类。一是着眼于宏观的区域产业结构变化对用水结构的影响。如焦士兴等[3]运用生态位理论，分析了安阳市产业结构和用水结构间的耦合关系。二是探究影响用水结构演变的驱动力因素。如吕翠美等[4]分析得出工业重复利用率、灌溉面积和城镇化水平是影响郑州市工业、农业和生活的主要驱动力因子等。就研究方法而言，目前，常用的用水结构分析方法有洛伦兹曲线法[5]、生态位理论[6]、量化水足迹法[7]和信息熵理论[8]等，其中信息熵理论因能够系统性量化区域用水结构系统稳定程度，被广泛应用。

近年来，华北地区水资源管理政策调整较大，一定程度上影响了区域的用水结构。立足上述背景，本研究选取石家庄市为研究区域，选用信息熵理论分析研究区域2009—2018年用水结构演变规律，以期为区域未来用水结构调整提供参考。

1 区域概况与研究方法

1.1 区域概况

石家庄市位于河北省中部地区，华北平原腹地，为河北省省会，全市面积1.45万km2，西部地区位于太行山脉东段，东部地区位于华北平原，山地面积和平原面积各占市域面积的50%。全市年平均气温13.2 ℃，年日照时数达1 916.4 h～2 571.2 h。近年来，石家庄市不断发挥作为河北省经济文化中心的优势，经济大幅增长，经济架构大幅优化，三次产业比重由2009年的10.3∶49.6∶40.1转变为2018年的6.9∶37.6∶55.5，第一、第二产业占比有所下降，第三产业占比明显上升，产业结构已由“二、三、一”转变为“三、二、一”结构。

石家庄市水资源匮乏，2018年石家庄市人均用水量为270.86 m3，仅为当年全国平均水平的60%。2009—2018年石家庄市用水情况如图1所示。2009年以来，石家庄市用水量呈“上升—下降—上升”的波动状，用水量变化较大且变化趋势不单一，其变化趋势节点为2011年和2016年。各行业用水中，农业用水量除2009—2010年小幅上升外，其余时间内均处于下降态势，由2009年的22.83亿 m3下降至2018年的16.68亿 m3；工业用水则是在2009—2012年期间不断上升，2012年后直接下降至2.84亿 m3，2017年出现陡增的极值点，达到3.19亿 m3，随后2018年回落至2.57亿m3；生活用水量除在2012年有向下的小幅波动情况外，其余时间均不断上升，由2009年的3.63亿 m3上升至2018年的4.49亿m3；生态用水量在2009—2017年间始终上下波动，于2018年出现陡增现象，由2017年的1.79亿 m3大幅上升至2018年的5.74亿 m3。

图1 2009—2018年石家庄市用水量趋势

1.2 研究方法

信息熵理论最早是由Shannon将热力学中熵的概念引入信息论而创立，用以描述系统的稳定程度。由于信息熵理论与用水结构系统比较契合，由刘燕等[9]引入水资源领域用以评价区域用水结构均衡性。信息熵公式表达如下：

式中：H为信息熵值，其值越大表明用水系统越稳定；i为用水类型，一般按照水资源公报统计分为农业用水、工业用水、生活用水和生态用水；n为区域用水类型的总个数，按上述统计类型，其值取4；Pi为各类用水比重。本研究所用数据来源于2009—2018 年《河北省水资源公报》，2009年、2018年《河北省统计年鉴》。

2 区域信息熵值演变分析

根据公式（1）计算得出石家庄市2009—2018年信息熵值，如图2所示。可以看出，石家庄市信息熵值总体呈上升态势，表明区域用水结构不断优化，用水系统稳定性不断增强。其中，信息熵值于2011年、2013年2016年和2018年出现明显上升现象，结合图1各行业用水量变化剖析四个上升节点年份的驱动因素如下。

图2 2009—2018年石家庄市信息熵值演变

1）2011年：石家庄市用水结构信息熵值由2010年的0.81上升至2011年的0.86。2011年中央一号文件明确提出要实施最严格水资源管理制度[10]，为区域的用水结构优化起到良好的带动作用，根据图1可知，2011年石家庄市农业用水由2010年的23.91亿m3下降至23.66亿 m3，生态用水由2010年的1.16 亿m3上升至1.59亿 m3，二者的变化构成该年度信息熵值上升的主要驱动力。

2）2013年：石家庄市用水结构信息熵值由2012年的0.85上升至2013年的0.92。2013年最严格水资源管理制度正式在各行政区域实施，由于华北地区普遍存在需水量远超供水量的现象，因此“三条红线”[11]的设立很好地约束了用水粗放、水资源过度开采等现象，从而倒逼区域用水效率的提高。此外，水资源管理和考核制度也加强了用水管理部门的工作积极性，同时规范了各用水部门的用水模式，以企业用水方面整改力度最大，石家庄市工业用水由2012年的3.34亿 m3下降至2013年的2.83亿 m3。

3）2016年：石家庄市用水结构信息熵值由2015年的0.92上升至2016年的1.00。一方面，为推进地下水超采综合治理，河北省不断推行喷灌、高标准管灌等农业节水措施，并优化农业种植结构；另一方面，2016年河北省作为水资源税费改革试点省份[12]，农业用水量直接与税务挂钩，调动了农户的节水积极性。另外，2016年石家庄市遭遇“7·19”暴雨，多数耕地积水严重导致灌溉次数减少，各方面影响下使石家庄市该年度农业用水大幅下降，由2015年的19.32亿 m3下降至2016年的17.28亿 m3，降幅达10.56%。同时，受暴雨影响，石家庄市生态用水量在2016年大幅增加，由2015年的1.50亿 m3增长至2.07亿 m3。

4）2018年：石家庄市用水结构信息熵值由2017年的1.00上升至2018年的1.14，涨幅较大，达14%。2018年，河北省继续加大推行农业节水措施的力度，着重推广节水农作物品种，并配套实施节水工艺，使得农业用水再次下降，由2017年的17.40亿 m3下降至2018年的16.68亿 m3；同时，2018年南水北调中线工程发挥其综合效益，为石家庄市生态补水效果显著，滹沱河多处断流段恢复过流，促使该年度石家庄市生态用水量大幅增加，由2017年的1.79亿 m3上升至2018年的5.74亿 m3，涨幅达220.67%。综上，该年度石家庄市信息熵值的陡增主要是由于农业用水的小幅下降和生态用水的大幅上升。

3 讨论

分析区域的用水结构信息熵值演变过程无法得出相较于其他区域的用水结构调整速率。为此，需与同区位其他城市的相关研究结果对比分析。与吴旭等[13]对邯郸市和邓欧等[14]对张家口市用水结构分析的研究成果对比来看，邯郸市的用水结构信息熵值上升幅度明显不如石家庄市，表明邯郸市产业结构调整幅度、用水结构优化速率较石家庄市有一定差距，印证了石家庄市作为省会城市的政治和经济优势；而与杨硕[15]对北京市用水结构分析的研究成果对比来看，石家庄市的用水结构信息熵值上升速率明显与北京市有较大差距，且同一年份下信息熵值均落后0.3以上，印证了北京市作为京津冀一体化核心城市的独特优势。以上对比分析表明，石家庄市用水结构稳定性虽领先于河北省其他城市，但较同区位的北京市而言远远落后。

未来，石家庄市的用水结构调整应着重落脚于加大生态用水比例[16]，继续推行高效农业节水措施和构建节水型社会。