黄河中游城市居民生活用水区域差异及效率评估

王小双

(广东省第一建筑工程有限公司, 广东 广州 510145)

随着我国城市经济社会的发展,居民生活水平的不断提高,城市居民生活用水刚性需求将持续增长。不同城市受社会经济发展、水资源禀赋、用水政策的影响,导致居民生活用水在时间和空间上存在差异[1]。据统计,2018年黄河中游各城市居民生活用水量为70～200L/d,城市居民生活用水差异明显。

人均生活用水量乘以常住人口即为城市生活用水总量,各城市间人均生活用水量差异性也直接影响到城市的用水总量。因此,城市水资源管理应当致力于减少城际间人均生活用水量的差异性,有效降低城市人均生活用水量,才能从总体上降低各城市的生活用水总量[2-3]。目前,针对水资源利用区域差异以及用水效率评估这一科学问题,研究主要集中在工业、农业用水方面,而生活用水的相关研究较少,定量评估生活用水区域差异及用水效率是当前研究的重点和难点[4]。探究城市居民生活用水的变化规律,定量评估城市居民生活用水效率,对于强化水资源刚性约束,落实最严格水资源管理制度具有一定意义。

本文以黄河中游城市为例,首先利用泰尔系数法对城市居民生活用水量区域差异进行分析;然后基于城市居民生活用水定额,定量评估城市居民生活用水效率,研究可为区域水资源管理与高效利用提供借鉴。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

黄河中游指内蒙古河口镇至河南郑州桃花峪段,流经内蒙古、陕西、山西、河南4省(自治区)。2018年黄河中游地区人口为7723.6万人,占黄河流域总人口的23.03%;GDP为47205.5亿元,占黄河流域的25.62%;人均GDP为55830.7元,约为全国平均水平的85.14%[5-6]。本研究以黄河中游流域内31个地级市的市辖区居民生活用水为研究对象,见表1。

1.2 数据来源

2011—2018年黄河中游城市居民生活用水总量、城市人口数据来源于《中国城市建设统计年鉴》(2011—2018)。居民人均生活用水量是将城市居民生活用水总量除以城市人口得到。

黄河中游各城市居民生活用水量定额来自《行业用水定额》(DB61/T 943—2020)、《山西省用水定额》(DB14/T 1049—2021)、《工业与城镇生活用水定额》(DB41/T 385—2020)、《行业用水定额》(DB15/T 385—2020)等定额标准中。

2 研究方法

2.1 泰尔系数法

水资源区域间差异常采用基尼系数、变异系数、泰尔系数等方法评价[7-8]。泰尔系数是衡量区域某一要素差异的重要指标,与其他方法相比,泰尔系数的优势在于可将区域整体差异分解为群组间差异和群组内差异,可准确得出区域整体差异的来源[9-10]。

泰尔系数法的一般计算公式为[11]

(1)

(2)

(3)

T=Tb+Tw

(4)

式中:Tb为群组间差距;Tw为群组内差距;Yi为i城市居民生活用水量占n个城市居民生活用水量总和的比重;Yk为第k组城市居民生活用水量的和占n个城市居民生活用水量总和的比重。泰尔系数取值范围为[0,1],其值越大,说明地区间差距越大,反之则越小。

2.2 生活用水效率定量评估方法

用水定额是指在一定的技术条件和管理水平下,为合理利用水资源而核定的水消耗标准。对于用水定额的定义,侧重点不同,其内涵也不同[12]。从政府管理者的角度分析,用水定额表示在一定的时期内,用水单位从事某项活动所遵守的用水数量标准,是以数量表示的一种限额;从技术条件和管理水平上分析,用水定额表示在一定技术条件和管理水平下,为合理利用水资源而制定的用水量标准;从时间的角度定义,用水定额指的是在一定的时间内,各行业根据相应的核算单元所核定的合理用水量,是某个固定时空下不浪费水资源情况下的用水量[13-15]。

定量判断各城市之间用水效率的大小,合理选定居民用水标准是关键。基于上述对用水定额定义的不同角度分析可见,用水定额是管理部门进行统筹规划和用水管理的一项重要指标,也是衡量节水、用水成效的重要依据,可在一定技术条件和管理水平下,作为衡量用水是否合理的重要标准。

CPU子系统工作分为主程序运行于响应FPGA发来的外部中断的中断服务程序。主程序的运行过程：系统初始化后，接收用户输入指令，该指令用来模拟正常、异常等各种工作状态，若是正常的工作状态指令，发送正常指令给FPGA后结束；如果是异常的工作状态指令，判断是瞬时失效还是永久失效指令，若是瞬时失效指令，停止计数，一段时间后恢复计数，运行结束；若是永久失效，停止计数后结束。

人均生活用水量乘以城市人口为城市生活用水总量,人均生活用水量的大小,会影响到城市的用水总量。虽然人均生活用水量并非越低越好,但在同等经济社会发展水平的区域,保证相似生活舒适度的用水需求应基本一致。所以,人均生活用水量还是体现了生活用水效率的相对高低。

基于以上分析,研究将人均日生活用水量作为效率评估的指标Qi,use,将各城市居民生活用水定额作为该城市生活用水标准值Qi,standard,构建的居民生活用水效率定量评估值的公式如下:

(5)

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

生活用水效率定量评估计算值为正值,则表明城市居民生活用水量偏大,生活用水超出定额,用水效率较低;反之,若生活用水效率定量评估计算值为负值,则表明生活用水效率较高。

3 结果与分析

3.1 人均生活用水量变化

2011—2018年黄河中游各城市人均生活用水量箱线图见图1。在内蒙古自治区中,各城市人均生活用水量均值低于区域用水量均值;在陕西省中,西安市、宝鸡市、咸阳市和商洛市人均生活用水量均值高于区域用水量均值,其中西安市最大,为180L/d;在山西省中,太原市、长治市和晋城市人均生活用水量均值高于区域用水量均值,其中长治市最大,为147L/d;在河南省中,安阳市、新乡市、濮阳市和三门峡市人均生活用水量均值高于区域用水量均值,其中新乡市最大,为123L/d。

图1 2011—2018年黄河中游各城市人均生活用水量箱线图

3.2 生活用水量区域差异定量分析

2011—2018年生活用水量泰尔系数年际间变化见图2。可以看出,总体差距先减小后增大,呈Ⅴ形变化趋势,群组内差距和群组间差距与总体差距变化趋势基本一致。其中2011—2014年区域总体差距呈下降趋势,2014年总体差距达到最小。2014—2018年区域总体差距整体呈上升趋势,群组内和群组间差距整体上也呈增加的趋势。2011—2018年群组间差距始终小于群组内差距,总体差距主要来源于群组内差距,群组间差距较小。

图2 2011—2018年生活用水量泰尔系数年际间变化

3.3 生活用水效率定量评估

研究选取2012年、2014年、2016年和2018年为典型年,基于城市居民生活用水效率定量评估方法,典型年黄河中游各城市生活用水效率定量评估结果见图3。可以看出,在2012年中,除商洛市、西安市、三门峡市、巴彦淖尔市和长治市等5个城市生活用水效率评估值为正外,其余城市均为负值。各城市中,呼和浩特市用水效率评估值最小,为-0.69;商洛市用水效率评估值最大,为0.36。

图3 典型年黄河中游各城市生活用水效率定量评估结果

在2016年中,宝鸡市、西安市、濮阳市、新乡市、安阳市和长治市等6个城市生活用水效率评估值为正,其余城市均为负值。各城市中,呼和浩特市用水效率评估值最小,为-0.62;濮阳市用水效率评估值最大,为0.45。

在2018年中,渭南市、咸阳市、西安市、濮阳市、新乡市、安阳市、乌兰察布市、长治市和太原市等9个城市生活用水效率评估值为正,其余城市均为负值。各城市中,呼和浩特市用水效率评估值最小,为-0.59;咸阳市用水效率评估值最大,为0.50。

综上,生活用水效率评估值为正的城市从2012年的5个增加到2018年的9个,有逐渐扩大的趋势,表明城市居民生活用水量逐渐变大,越来越多的城市有逐渐超出生活用水定额的趋势。

此外,典型年中呼和浩特市生活用水效率评估值均为最小,表明呼和浩特市生活用水效率较高。但同时需要指出的是,呼和浩特市生活用水效率评估值从-0.69 变化到-0.59,表明其生活用水量也在变大。

4 结 论

a.生活用水量的区域差异中,2011—2018年黄河中游城市居民生活用水量总体差距先减小后增大,呈Ⅴ形变化趋势,群组内差距和群组间差距与总体差距变化趋势基本一致。群组间差距始终小于群组内差距,总体差距主要来源于群组内差距,群组间差距较小。

b.从城市居民生活用水效率评估结果来看,城市生活用水效率评估值为正的城市从2012年的5个增加到2018年的9个,有逐渐扩大的趋势。表明城市居民生活用水量逐渐变大,越来越多的城市有逐渐超出生活用水定额的趋势。典型年中呼和浩特市生活用水效率评估值均为最小,呼和浩特市生活用水效率较高。但典型年中呼和浩特市生活用水效率评估值从-0.69变化到-0.59,其生活用水量也在变大。

c.研究基于城市居民生活用水定额,初步构建了居民生活用水效率定量评估值的计算方法。但居民生活用水受多种因素影响,未来可进一步构建考虑用水效率影响因子的评估模型,进一步定量分析各影响因素对居民生活用水效率的影响,对城市水资源精细化管理提供更加有力的支撑。