陕西省2011-2020年用水结构变化及各产业节水措施探讨

周 瑶

(陕西省渭河生态区保护中心，陕西 西安 710004)

陕西省位于中国中部黄河中游地区，南部兼跨长江支流汉江流域和嘉陵江上游的秦巴山地区。秦岭山脉横跨中南部，使得省内南北气候和自然景观差异明显。陕西省水资源区内分布不均，资源型缺水、工程型缺水、水质型缺水在区内多发，探索水资源利用中存在问题，提升水资源节约集约利用水平，对于保障全省经济社会高质量绿色发展具有重要意义。

1 近10a陕西省产业结构及用水结构变化特点

陕西省多年平均423.28亿 m3，其中地表水资源量396.41亿 m3，地下水资源量130.76亿 m3，重复计算量103.89亿 m3。《陕西省水利统计年鉴》显示，2019年底全省已建成水库1 108座，总供水能力118.80亿 m3。2020年属于丰水年份，降水量和水资源总量比多年平均值明显偏多，年平均降水量690.6 mm，水资源总量为419.62亿 m3，全省总用水量90.56亿 m3，其中农业用水量55.61亿 m3(农田灌溉用水量45.12亿 m3，林牧渔畜10.49亿 m3)，占总用水量的61.4%；工业用水10.86亿 m3，占总用水量的12%；生活用水13.56亿 m3，占总用水量的14.97%；城镇公共用水5.33亿 m3，占总用水量的5.88%；生态用水5.21亿 m3，占总用水量的5.75%。根据表1，对三大产业产值与用水量结构变化分析如下。

1.1 2011-2020年全省产业结构变化

1.2 2011-2020年全省用水结构变化

2011-2020年，全省总用水量总体有所增加，年均增速为0.35%。总用水量大体呈先升后降的趋势，2011-2018年全省用水量年均增速为0.94%，2018年为全省2011-2020年历年用水量最高值，达到93.72亿 m3，2018年后用水量开始下降，2020年用水量与2016年用水量基本持平。第一产业用水(农业用水)总体呈下降趋势，下降速度前慢后快，具体表现为2011-2018年，第一产业用水量年均降速为0.29%，2018-2020年，年均降速1.25%，其所占总用水量比例由66%下降至61%。2011-2019年，全省第二产业用水(工业和建筑业)用水总体呈增加趋势，年均增速为1.47%，其所占总用水量比例基本稳定在16%，个别年份可达17%。2020年受疫情影响，第二产业用水量和占比均有明显下降，其所占总用水量比例降至13%，2020年第二产业用水量较2019年降速达到25%。2011-2020年，全省第三产业用水(服务业)量呈增加趋势，用水量从2011年的1.43亿 m3增加至2020年的4.26亿 m3。2011-2019年增速相对较慢，年均增速为8.32%，2020年第三产业用水量较2019年增速达到57%，第三产业占总用水量比重从2011年的2%增至2020年的5%。2011-2019年，生活用水量呈增加趋势，年均增速为2.37%，其所占总用水量比例由13%增长至15%。2020年，生活用水量有所下降，所占总用水量比例仍保持在15%。2011-2020年，生态用水量呈增加趋势，用水量从2.09亿 m3增加至5.21亿 m3，年均增速高达12.4%，其占总用水量比例从2011年的2%增加至2020年的6%。

表1 陕西省各年三大产业产值与用水量构成表

2 使用灰色关联度分析的产业结构及用水

结构分析

2.1 灰色关联度分析的理论介绍

灰色关联度分析(grey relation analysis)又被称为GRA分析法，是数理统计中比较常见的多因素分析方法，常被用于多指标分析中某一个指标受其他指标变化影响的相对程度。关联度是关联性的定量描述和表征，通过关联度分析，能够找出各因素之间的主要关系，对影响力进行排序。也能在系统资源有限的情况下，提供资源分配的建议。

2.1.1 原始数据无量纲化

原始数据的无量纲化一般有初值法和均值法两种办法。其中初值法较多用于有稳定增长趋势的数列，均值法适用于升降趋势不明显或呈波动变化的数列。即，设定数列Xi(Xi(1)，Xi(2)，Xi(3)...Xi(m)),令数列Xj(Xj(1)，Xj(2)，Xj(3)...Xj(m))为无量纲后的数列，则有：

当采用均值法时，

(1)

即首先取序列的平均值，然后将序列的每一个值除以平均值得到新的序列。

当采用初值法时，有：

(2)

即，新序列的值为原序列相应位置的值除以原序列的第一个值。考虑到虽然各行业产值是增加的，但各行业用水量并不是稳定的上升趋势，此次原始数据的无量纲化采用了均值法。

2.1.2 关联系数的计算方法

设定目标序列为X0，则初值化后的序列与目标序列的关联系数采用如下公式计算：

ζi(k)=

(3)

式中：k=1,2,3...m；i=1,2,3...n。

根据理论分析，ζi(k)一般在0～1之间，越接近1，则初值化后的序列与目标序列关联度越好，ρ为经验系数，用于提高不同关联系数间的显著性差异，一般取0.5。

2.2 灰色关联度方法应用

2.2.1 原始数据均值化

下面用灰色系统理论的关联矩阵进行关联度分析，根据公式对关中地区各年各产业用水做均值化处理 ，见表2。

表2 初值化处理后的产值与用水量

2.2.2 关联系数及关联度的计算

采用均值化后的数据，根据公式(2)、公式(3)计算得到结果如表3所示。

2.2.3 计算结果分析

(1)矩阵中的ρ22=0.749，ρ33=0.756，ρ44=0.756分别为第一产业产值与用水量，第二产业产值与用水量，第三产业产值与用水量的的关联度，且有ρ33>ρ22>ρ44，这说明二产的产值与用水量关联度最高，一产、三产相对最低。从具体值上来看三大产业的产值与用水量关联度相差不大。

表3 灰色关联矩阵计算结果

(2)对矩阵元素以行为单位分析，横向求和表示某一产业产值对各产业用水的关联度，值越大，表示该产业产值对各产业用水的综合关联度越大，对产业用水的影响越显著，为影响用水的关键因素。计算得到ρ1′=2.911；ρ2′=2.786；ρ3′=2.864,ρ4′=3.078,有ρ4′>ρ3′>ρ1′>ρ2′。理论分析得到：这表明第三产业对产业用水关联度最高，依赖性最强, 在有限的水资源条件下，提高对第三产业的用水量保证率，产值的增长变化将会非常的明显。二产次之, 说明目前工业和建筑业用水量中仍有一大部分并未直接用于生产产品提升产值，下一步工业节水的重点仍应放在附加耗水的降低上，例如：提高锅炉用水的重复利用率、尽量推广使用风冷代替水冷、采用干法熄焦代替湿熄焦工艺等等。一产最小，目前随着大型灌区现代化改造与中型灌区节水改造和田间高效节水灌溉技术的推广，农业实现了产值翻倍、用水量减小、用水占比降低。但随着经济作物在缺水地区的发展，单次灌溉用水量少但亩均用水量提升、农业用水量占比不降反增在个别区域也有体现。下一步农业用水结构优化仍将体现在保住口粮田、蔬果地种植面积的情况下，在缺水地区大力发展雨养农业与旱作种植，推广适水种植、量水生产。陕西省整体产业用水与经济发展的关联度较小, 说明产业用水系统较各产业用水状况来说 , 其关联程度不高, 协调度较差, 各产业之间的用水结构调整仍需进一步调整。

3 陕西省各产业水资源节约集约利用措施建议

“十四五”以来，四水四定成为水资源节约集约利用的先行条件。水利部积极推进水资源刚性约束制度，以文件形式明确印发各省各地用水总量和强度约束目标指标。推进水资源节约集约利用，以用水结构调整促进全省经济高速有效增长对于保障陕西省高质量发展具有重要意义。

(1)落实用水总量和强度双控目标，强化过程管控。在国家对省级制定的目标的基础上，制定省对市、市对区(县)的用水总量和强度年度分解目标任务。用好最严格水资源管理制度及落实国家节水行动督导检查，充分发挥总量和强度的约束作用及对用水结构优化的促进作用。加强计量、计划用水等过程管控措施。

(2)调整种植结构，推广高效节水灌溉，促进适水种植。保证口粮田不动摇的基础上，要分区域评估农业发展潜力。做好种植业结构调整前期规划，促进全省经济作物优化种植。关中陕北水资源短缺地区，鼓励使用达到灌溉水质标准要求的再生水作为灌溉水源、优先使用地表水灌区供水、逐步退出地下水作为灌溉用水。保证大型灌区现代化改造及中小型灌区节水改造的基础上，发展田间高效节水灌溉，有效提升农田灌溉水有效利用系数，加强土壤墒情检测，在有条件的地区逐步推广测墒灌溉。陕南地区调整用水结构，在保证粮食作物种植的基础上，以发展特色种植及高效节水灌溉为主，以经济作物提升一产生产产值，提高用水效益。

(3)推广高耗水行业先进适用节水技术、促进污水资源化利用，提升工业用水重复利用率。推动传统产业技改升级及转型发展，明确禁止和限制发展的高耗水生产工艺和产品目录及国家鼓励的工业节水工艺、技术和装备目录。在高耗水行业遴选并推广先进适用的工业节水工艺、技术和装备，提高非生产用水量用水效率。以工业废水资源化利用为重点提升工业用水重复利用率。以再生水代替常规水源为重点减轻工业用水与生活用水争水的压力。

(4)助力服务业高质量发展。结合省情、市情，梳理形成本地区服务业发展地图，明确服务业发展方向，结合用水特点，优化空间布局，改进公共服务，充分考虑再生水、雨水等非常规水源在服务业景观用水等非接触用水中的利用量，合理配置。完善统计监测，推进服务业全行业统计，加强服务业运行情况分析，完善《行业用水定额》相关类目，促进服务业与一产、二产融合，助力服务业高质量发展。

4 结语

(1)陕西省典型缺水省份，促进水资源这一资源要素在产业结构中的合理分配是保障陕西省经济社会高质量发展的重要措施。本文仅从用水结构与产业结构的关系这个角度去分析,通过分析各个产业部门的用水状况得出产业结构调整的建议,但是产业的发展不仅与其内部结构有关 ,还与陕西省产业整体空间布局有关,还需要进一步将产业整体布局调整与产业内部结构调整相结合, 全面系统的开展整体研究。

(2)除调整用水结构外，改变人们的用水习惯，促进非常规水源经过无害化处理后代替常规水源用于工业生产、旅游景观、农业灌溉等，也是水资源优化配置的重要措施。其本质是促进一水多用，提高水的重复利用率、提倡分质供水、梯级用水。尤其是再生水有水量稳定、水质可控的特点，应该加强基础设施建设，保证供水管网密度，建立稳定的厂(再生水厂)商(工业企业)沟通机制，探索合理再生水价，促进再生水在工业和农业中的大幅度利用。