江西省2011-2020 年用水结构变化分析

2022-08-04高俊

江西水利科技 2022年4期

高俊

（江西省南昌县联圩河道堤防中心，江西南昌，330200）

0 引言

水是生命之本，文明之源。水资源是基础性的自然资源和战略性的经济资源，是生态环境演变的重要载体，是经济社会发展的限制因素，是文化文明传承的主要纽带[1，2]。区域用水结构是经济社会发展对水资源需求差异的主要表现[3]，也是区域水资源优化配置的核心问题[4]。区域经济社会的迅速发展往往伴随着人口的不断聚集以及区域产业结构的重整，从而导致用水量的持续增加。

近年来，结合信息熵理论研究区域用水结构为开展区域水资源相关研究提供了新的思路。陈美玲[5]基于多区域LMDI 方法和信息熵原理，对广东省生产用水结构演变规律进行研究；魏卿[6]基于信息熵理论、基尼系数等理论研究分析了玛纳斯河流域水资源空间匹配程度；陈颖杰[7]基于生态位理论构建了用水结构生态位及其熵值模型，对黄河流域及流域内主要省区用水结构演变规律进行研究；白鹏[8]对未来北京市用水结构可能出现的变化及其对水资源供给的影响进行了相关研究。国外研究者更关注相关用水行业供需水预测以及相关影响变量对水资源可持续利用的影响[9，10]。

综上所述，国内外研究学者在区域用水结构演变规律上做了大量研究，本文收集整理了2011-2020 年江西省用水数据，基于江西省本地水资源条件，运用信息熵和均衡度研究“十二五”（2011-2015 年）以及“十三五”（2016-2020 年）期间江西省用水结构的稳定性和均衡性，以期为江西省水资源管理、水资源配置以及水权分配等工作提供理论依据。

1 研究区域及方法

1.1 区域概况

江西省位于长江中下游南岸，东邻浙江省、福建省，西接湖南省，地处北纬24°29′～30°04′、东经113°34′～118°28′之间，总面积为16.69 万km2。江西全境地形以山地丘陵为主，山地面积占全省总面积36%，丘陵占42%。江西省共有2 400 多条河流，主要河流为赣江、抚河、信江、修河以及饶河，此外还拥有全国最大淡水湖——鄱阳湖。江西全年气候温暖，光照充足，雨量充沛，无霜期长，具有亚热带湿润气候特征。

1.2 研究方法

1.2.1 信息熵理论

信息熵理论来源于热力学中熵在信息学领域的应用，常被用来衡量系统的不确定度（主要包括信息量、稳定性以及不确定性）[11-14]。区域用水由于具备不确定性，因此信息熵被广泛应用于区域用水结构分析中[3，15-19]。

假设某时段内研究区域的用水总量为W，该区域共有n 个用水行业，每个用水行业用水量（w1，w2，...，wi，...wn）占该研究区域用水总量的比例为pi，其中pi=wi/W。则该研究区域用水结构的信息熵H 的计算公式为：

信息熵反映了系统的不确定度，信息熵值越大系统的不确定度越大，与此对应的系统分配越均匀，应用于用水结构分析时信息熵越大则代表该区域用水结构越均匀。但不同研究时段系统的信息熵缺乏可比性，因此引入均衡度J 的概念。系统均衡度计算公式为：

式中：H 为研究区域的信息熵（单位：奈特nat）；Hmax为研究区域的最大信息熵，Hmax=ln（n）；系统均衡度J 越大，则表示该系统单一类别的优势性越弱，系统均衡性越强。

1.2.2 数据来源

江西省水资源量数据以及用水量资料来自2011-2020 年《江西省水资源公报》，各行业生产总值资料以及人口数据来自于2012-2021 年的《江西省统计年鉴》，江西省用水主要分为农业、工业、城镇公共、生活以及生态环境用水五部分。

2 江西省近十年水资源量分析

图1 为江西省2011-2020 年水资源量变化情况。从图1 中可以得到2011-2020 年十年中2011 年的水资源总量最小，为1 037.88 亿m3，2016 的水资源总量最大，为2 221.06 亿m3。江西省2011-2020 年多年平均水资源总量为1 703.17 亿m3，多年平均地表水资源量为1 684.60 亿m3，多年平均地下水资源量为406.64 亿m3（其中多年平均地下水资源与地表水资源不重复量为18.57 亿m3）。

图1 江西省2011-2020 年水资源量

图2 为江西省各行政分区2011-2020 多年平均水资源量，其中赣州市多年平均水资源总量最多（340.24亿m3），占全省多年平均水资源总量19.98%。

图2 江西省各行政分区2011-2020 多年平均水资源量

3 江西省近十年用水结构分析

3.1 江西省用水总量变化趋势分析

近十年来江西省用水量总体呈下降趋势，由表1可知，“十二五”期间多年平均用水量为255.06 亿m3，“十三五”期间多年平均用水量为248.33 亿m3。

表1 江西省2011-2020 年用水量 108m3

图3 所示为江西省人均综合用水量，“十二五”期间全省人均综合用水量较高，该时期多年平均人均综合用水量为564.0m3，“十三五”期间人均综合用水量显著降低，该时期多年平均人均综合用水量降低至538.8m3。

图3 江西省近十年人均综合用水量

3.2 江西省近十年各行业用水分析

3.2.1 工业用水分析

江西省工业行业主要包括电力热力的生产和供应业、化学原料及化学制品制造业等六大高耗能行业[20，21]。“十二五”以及“十三五”期间江西省工业生产总值一直呈显著上升趋势，“十二五”期间多年平均工业生产总值为6 366.35 亿元，“十三五”期间多年平均工业生产总值为8 261.99 亿元。江西省2011-2020 年多年平均工业用水量为59.19 亿m3，江西省近十年工业用水量总体呈下降趋势，“十二五”期间多年平均工业用水量为60.47 亿m3，“十三五”期间多年平均工业用水量为57.91 亿m3。

“十二五”以及“十三五”期间江西省积极推进工业节水技术改造，2011-2020 年万元GDP 用水量以及万元工业增加值用水量这两项指标均处于下降趋势，其中万元GDP 用水量从2011 年的227m3降低至2020 年的95m3，万元工业增加值用水量从2011 年的108m3降低至2020 年的56m3，2011-2020 年全省万元GDP 用水量以及万元工业增加值用水量多年平均年下降率分别为9.12%以及6.96%。

3.2.2 农业用水分析

江西省作为传统农业大省[22，23]，2011-2020 年多年平均农业用水量为162.49 亿m3，多年平均农业用水量占总用水量的64.53%。由于2012 年江西省年降水量为3 614.53 亿m3，远超过多年平均降水量（2 902.10 亿m3），因此2012 年农业用水量较2011 年以及2013 年有大幅度下降，“十二五”期间多年平均农业用水量为165.88 亿m3，“十三五”期间多年平均农业用水量为159.10 亿m3，呈现缓慢上升趋势，可见江西省农业产业结构已趋于平稳。此外根据表2 可知江西省近十年农林渔业生产总值呈显著增长趋势，2014-2018 年农林渔业生产总值年增长率维持在2.51%～5.69%之间，2019以及2020 年农林渔业生产总值年增长率分别为9.65%以及8.98%。

江西省近十年来加大农业节水改造力度，实施不同类型灌区节水改造项目，推广农业节水灌溉技术与产品，积极推动农业示范建设项目，江西省农田灌溉水有效利用系数呈现递增的趋势，“十二五”期间全省多年平均农田灌溉水有效利用系数为0.484，“十三五”期间全省多年平均农田灌溉水有效利用系数提升至0.507。

3.2.3 生活用水分析

江西省人口分布受地形影响显著，地市尺度上以南昌市为中心高密度集中，乡镇尺度上以县城为中心集中[15]。根据《江西省统计年鉴》可知2011-2020 年江西省人口数一直处于上升趋势，生活用水量方面，江西省2011-2020 年多年平均生活用水量为21.74 亿m3，2011-2019 年江西省生活用水量处于增长趋势，全省生活用水量由2011 年的20.26 亿m3增加至2019 年的22.49 亿m3，2020 年全省生活用水量降低至21.92 亿m3。由表2 可知2013-2020 年全省城镇居民人均生活用水量缓慢降低，由2013 年的165 升/日下降至2020年的155 升/日，与此相反的2011-2020 年农村居民人均生活用水量则缓慢增加，由2011 年的94 升/日增加至2020 年的99 升/日。

表2 江西省2011-2020 年各行业用水指标

3.2.4 城镇公共及生态环境用水分析

江西省城镇公共用水主要包括建筑业及服务业用水，由表1 可知，2011-2020 年江西全省城镇公共用水量一直处于上升趋势，“十二五”期间全省多年平均城镇公共用水量为5.47 亿m3，“十三五”期间全省多年平均城镇公共用水量为6.52 亿m3；江西省2011-2020 年建筑业以及第三产业生产总值也处于上升趋势，“十二五”期间建筑业以及第三产业生产总值年增长率处于13.11%～14.11%之间，增速较快，“十三五”期间建筑业以及第三产业生产总值多年平均年增长率为12.64%，增速有所降低。

由表1 可知江西省2011-2020 年生态环境用水量逐步提高，“十二五”期间多年平均生态环境用水量为2.09 亿m3，“十三五”期间多年平均生态环境用水量为2.48 亿m3。