陜西省2011-2020年用水結(jié)構(gòu)變化及各產(chǎn)業(yè)節(jié)水措施探討

周 瑤

(陜西省渭河生態(tài)區(qū)保護(hù)中心，陜西 西安 710004)

陜西省位于中國(guó)中部黃河中游地區(qū)，南部兼跨長(zhǎng)江支流漢江流域和嘉陵江上游的秦巴山地區(qū)。秦嶺山脈橫跨中南部，使得省內(nèi)南北氣候和自然景觀差異明顯。陜西省水資源區(qū)內(nèi)分布不均，資源型缺水、工程型缺水、水質(zhì)型缺水在區(qū)內(nèi)多發(fā)，探索水資源利用中存在問(wèn)題，提升水資源節(jié)約集約利用水平，對(duì)于保障全省經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量綠色發(fā)展具有重要意義。

1 近10a陜西省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及用水結(jié)構(gòu)變化特點(diǎn)

陜西省多年平均423.28億 m3，其中地表水資源量396.41億 m3，地下水資源量130.76億 m3，重復(fù)計(jì)算量103.89億 m3?！蛾兾魇∷y(tǒng)計(jì)年鑒》顯示，2019年底全省已建成水庫(kù)1 108座，總供水能力118.80億 m3。2020年屬于豐水年份，降水量和水資源總量比多年平均值明顯偏多，年平均降水量690.6 mm，水資源總量為419.62億 m3，全省總用水量90.56億 m3，其中農(nóng)業(yè)用水量55.61億 m3(農(nóng)田灌溉用水量45.12億 m3，林牧漁畜10.49億 m3)，占總用水量的61.4%；工業(yè)用水10.86億 m3，占總用水量的12%；生活用水13.56億 m3，占總用水量的14.97%；城鎮(zhèn)公共用水5.33億 m3，占總用水量的5.88%；生態(tài)用水5.21億 m3，占總用水量的5.75%。根據(jù)表1，對(duì)三大產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值與用水量結(jié)構(gòu)變化分析如下。

1.1 2011-2020年全省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化

1.2 2011-2020年全省用水結(jié)構(gòu)變化

2011-2020年，全省總用水量總體有所增加，年均增速為0.35%?？傆盟看篌w呈先升后降的趨勢(shì)，2011-2018年全省用水量年均增速為0.94%，2018年為全省2011-2020年歷年用水量最高值，達(dá)到93.72億 m3，2018年后用水量開(kāi)始下降，2020年用水量與2016年用水量基本持平。第一產(chǎn)業(yè)用水(農(nóng)業(yè)用水)總體呈下降趨勢(shì)，下降速度前慢后快，具體表現(xiàn)為2011-2018年，第一產(chǎn)業(yè)用水量年均降速為0.29%，2018-2020年，年均降速1.25%，其所占總用水量比例由66%下降至61%。2011-2019年，全省第二產(chǎn)業(yè)用水(工業(yè)和建筑業(yè))用水總體呈增加趨勢(shì)，年均增速為1.47%，其所占總用水量比例基本穩(wěn)定在16%，個(gè)別年份可達(dá)17%。2020年受疫情影響，第二產(chǎn)業(yè)用水量和占比均有明顯下降，其所占總用水量比例降至13%，2020年第二產(chǎn)業(yè)用水量較2019年降速達(dá)到25%。2011-2020年，全省第三產(chǎn)業(yè)用水(服務(wù)業(yè))量呈增加趨勢(shì)，用水量從2011年的1.43億 m3增加至2020年的4.26億 m3。2011-2019年增速相對(duì)較慢，年均增速為8.32%，2020年第三產(chǎn)業(yè)用水量較2019年增速達(dá)到57%，第三產(chǎn)業(yè)占總用水量比重從2011年的2%增至2020年的5%。2011-2019年，生活用水量呈增加趨勢(shì)，年均增速為2.37%，其所占總用水量比例由13%增長(zhǎng)至15%。2020年，生活用水量有所下降，所占總用水量比例仍保持在15%。2011-2020年，生態(tài)用水量呈增加趨勢(shì)，用水量從2.09億 m3增加至5.21億 m3，年均增速高達(dá)12.4%，其占總用水量比例從2011年的2%增加至2020年的6%。

表1 陜西省各年三大產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值與用水量構(gòu)成表

2 使用灰色關(guān)聯(lián)度分析的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及用水

結(jié)構(gòu)分析

2.1 灰色關(guān)聯(lián)度分析的理論介紹

灰色關(guān)聯(lián)度分析(grey relation analysis)又被稱為GRA分析法，是數(shù)理統(tǒng)計(jì)中比較常見(jiàn)的多因素分析方法，常被用于多指標(biāo)分析中某一個(gè)指標(biāo)受其他指標(biāo)變化影響的相對(duì)程度。關(guān)聯(lián)度是關(guān)聯(lián)性的定量描述和表征，通過(guò)關(guān)聯(lián)度分析，能夠找出各因素之間的主要關(guān)系，對(duì)影響力進(jìn)行排序。也能在系統(tǒng)資源有限的情況下，提供資源分配的建議。

2.1.1 原始數(shù)據(jù)無(wú)量綱化

原始數(shù)據(jù)的無(wú)量綱化一般有初值法和均值法兩種辦法。其中初值法較多用于有穩(wěn)定增長(zhǎng)趨勢(shì)的數(shù)列，均值法適用于升降趨勢(shì)不明顯或呈波動(dòng)變化的數(shù)列。即，設(shè)定數(shù)列Xi(Xi(1)，Xi(2)，Xi(3)...Xi(m)),令數(shù)列Xj(Xj(1)，Xj(2)，Xj(3)...Xj(m))為無(wú)量綱后的數(shù)列，則有：

當(dāng)采用均值法時(shí)，

(1)

即首先取序列的平均值，然后將序列的每一個(gè)值除以平均值得到新的序列。

當(dāng)采用初值法時(shí)，有：

(2)

即，新序列的值為原序列相應(yīng)位置的值除以原序列的第一個(gè)值。考慮到雖然各行業(yè)產(chǎn)值是增加的，但各行業(yè)用水量并不是穩(wěn)定的上升趨勢(shì)，此次原始數(shù)據(jù)的無(wú)量綱化采用了均值法。

2.1.2 關(guān)聯(lián)系數(shù)的計(jì)算方法

設(shè)定目標(biāo)序列為X0，則初值化后的序列與目標(biāo)序列的關(guān)聯(lián)系數(shù)采用如下公式計(jì)算：

ζi(k)=

(3)

式中：k=1,2,3...m；i=1,2,3...n。

根據(jù)理論分析，ζi(k)一般在0～1之間，越接近1，則初值化后的序列與目標(biāo)序列關(guān)聯(lián)度越好，ρ為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，用于提高不同關(guān)聯(lián)系數(shù)間的顯著性差異，一般取0.5。

2.2 灰色關(guān)聯(lián)度方法應(yīng)用

2.2.1 原始數(shù)據(jù)均值化

下面用灰色系統(tǒng)理論的關(guān)聯(lián)矩陣進(jìn)行關(guān)聯(lián)度分析，根據(jù)公式對(duì)關(guān)中地區(qū)各年各產(chǎn)業(yè)用水做均值化處理 ，見(jiàn)表2。

表2 初值化處理后的產(chǎn)值與用水量

2.2.2 關(guān)聯(lián)系數(shù)及關(guān)聯(lián)度的計(jì)算

采用均值化后的數(shù)據(jù)，根據(jù)公式(2)、公式(3)計(jì)算得到結(jié)果如表3所示。

2.2.3 計(jì)算結(jié)果分析

(1)矩陣中的ρ22=0.749，ρ33=0.756，ρ44=0.756分別為第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值與用水量，第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值與用水量，第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值與用水量的的關(guān)聯(lián)度，且有ρ33>ρ22>ρ44，這說(shuō)明二產(chǎn)的產(chǎn)值與用水量關(guān)聯(lián)度最高，一產(chǎn)、三產(chǎn)相對(duì)最低。從具體值上來(lái)看三大產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值與用水量關(guān)聯(lián)度相差不大。

表3 灰色關(guān)聯(lián)矩陣計(jì)算結(jié)果

(2)對(duì)矩陣元素以行為單位分析，橫向求和表示某一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值對(duì)各產(chǎn)業(yè)用水的關(guān)聯(lián)度，值越大，表示該產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值對(duì)各產(chǎn)業(yè)用水的綜合關(guān)聯(lián)度越大，對(duì)產(chǎn)業(yè)用水的影響越顯著，為影響用水的關(guān)鍵因素。計(jì)算得到ρ1′=2.911；ρ2′=2.786；ρ3′=2.864,ρ4′=3.078,有ρ4′>ρ3′>ρ1′>ρ2′。理論分析得到：這表明第三產(chǎn)業(yè)對(duì)產(chǎn)業(yè)用水關(guān)聯(lián)度最高，依賴性最強(qiáng), 在有限的水資源條件下，提高對(duì)第三產(chǎn)業(yè)的用水量保證率，產(chǎn)值的增長(zhǎng)變化將會(huì)非常的明顯。二產(chǎn)次之, 說(shuō)明目前工業(yè)和建筑業(yè)用水量中仍有一大部分并未直接用于生產(chǎn)產(chǎn)品提升產(chǎn)值，下一步工業(yè)節(jié)水的重點(diǎn)仍應(yīng)放在附加耗水的降低上，例如：提高鍋爐用水的重復(fù)利用率、盡量推廣使用風(fēng)冷代替水冷、采用干法熄焦代替濕熄焦工藝等等。一產(chǎn)最小，目前隨著大型灌區(qū)現(xiàn)代化改造與中型灌區(qū)節(jié)水改造和田間高效節(jié)水灌溉技術(shù)的推廣，農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)值翻倍、用水量減小、用水占比降低。但隨著經(jīng)濟(jì)作物在缺水地區(qū)的發(fā)展，單次灌溉用水量少但畝均用水量提升、農(nóng)業(yè)用水量占比不降反增在個(gè)別區(qū)域也有體現(xiàn)。下一步農(nóng)業(yè)用水結(jié)構(gòu)優(yōu)化仍將體現(xiàn)在保住口糧田、蔬果地種植面積的情況下，在缺水地區(qū)大力發(fā)展雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)與旱作種植，推廣適水種植、量水生產(chǎn)。陜西省整體產(chǎn)業(yè)用水與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)聯(lián)度較小, 說(shuō)明產(chǎn)業(yè)用水系統(tǒng)較各產(chǎn)業(yè)用水狀況來(lái)說(shuō) , 其關(guān)聯(lián)程度不高, 協(xié)調(diào)度較差, 各產(chǎn)業(yè)之間的用水結(jié)構(gòu)調(diào)整仍需進(jìn)一步調(diào)整。

3 陜西省各產(chǎn)業(yè)水資源節(jié)約集約利用措施建議

“十四五”以來(lái)，四水四定成為水資源節(jié)約集約利用的先行條件。水利部積極推進(jìn)水資源剛性約束制度，以文件形式明確印發(fā)各省各地用水總量和強(qiáng)度約束目標(biāo)指標(biāo)。推進(jìn)水資源節(jié)約集約利用，以用水結(jié)構(gòu)調(diào)整促進(jìn)全省經(jīng)濟(jì)高速有效增長(zhǎng)對(duì)于保障陜西省高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。

(1)落實(shí)用水總量和強(qiáng)度雙控目標(biāo)，強(qiáng)化過(guò)程管控。在國(guó)家對(duì)省級(jí)制定的目標(biāo)的基礎(chǔ)上，制定省對(duì)市、市對(duì)區(qū)(縣)的用水總量和強(qiáng)度年度分解目標(biāo)任務(wù)。用好最嚴(yán)格水資源管理制度及落實(shí)國(guó)家節(jié)水行動(dòng)督導(dǎo)檢查，充分發(fā)揮總量和強(qiáng)度的約束作用及對(duì)用水結(jié)構(gòu)優(yōu)化的促進(jìn)作用。加強(qiáng)計(jì)量、計(jì)劃用水等過(guò)程管控措施。

(2)調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，推廣高效節(jié)水灌溉，促進(jìn)適水種植。保證口糧田不動(dòng)搖的基礎(chǔ)上，要分區(qū)域評(píng)估農(nóng)業(yè)發(fā)展?jié)摿?。做好種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整前期規(guī)劃，促進(jìn)全省經(jīng)濟(jì)作物優(yōu)化種植。關(guān)中陜北水資源短缺地區(qū)，鼓勵(lì)使用達(dá)到灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求的再生水作為灌溉水源、優(yōu)先使用地表水灌區(qū)供水、逐步退出地下水作為灌溉用水。保證大型灌區(qū)現(xiàn)代化改造及中小型灌區(qū)節(jié)水改造的基礎(chǔ)上，發(fā)展田間高效節(jié)水灌溉，有效提升農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)，加強(qiáng)土壤墑情檢測(cè)，在有條件的地區(qū)逐步推廣測(cè)墑灌溉。陜南地區(qū)調(diào)整用水結(jié)構(gòu)，在保證糧食作物種植的基礎(chǔ)上，以發(fā)展特色種植及高效節(jié)水灌溉為主，以經(jīng)濟(jì)作物提升一產(chǎn)生產(chǎn)產(chǎn)值，提高用水效益。

(3)推廣高耗水行業(yè)先進(jìn)適用節(jié)水技術(shù)、促進(jìn)污水資源化利用，提升工業(yè)用水重復(fù)利用率。推動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技改升級(jí)及轉(zhuǎn)型發(fā)展，明確禁止和限制發(fā)展的高耗水生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品目錄及國(guó)家鼓勵(lì)的工業(yè)節(jié)水工藝、技術(shù)和裝備目錄。在高耗水行業(yè)遴選并推廣先進(jìn)適用的工業(yè)節(jié)水工藝、技術(shù)和裝備，提高非生產(chǎn)用水量用水效率。以工業(yè)廢水資源化利用為重點(diǎn)提升工業(yè)用水重復(fù)利用率。以再生水代替常規(guī)水源為重點(diǎn)減輕工業(yè)用水與生活用水爭(zhēng)水的壓力。

(4)助力服務(wù)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。結(jié)合省情、市情，梳理形成本地區(qū)服務(wù)業(yè)發(fā)展地圖，明確服務(wù)業(yè)發(fā)展方向，結(jié)合用水特點(diǎn)，優(yōu)化空間布局，改進(jìn)公共服務(wù)，充分考慮再生水、雨水等非常規(guī)水源在服務(wù)業(yè)景觀用水等非接觸用水中的利用量，合理配置。完善統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)，推進(jìn)服務(wù)業(yè)全行業(yè)統(tǒng)計(jì)，加強(qiáng)服務(wù)業(yè)運(yùn)行情況分析，完善《行業(yè)用水定額》相關(guān)類目，促進(jìn)服務(wù)業(yè)與一產(chǎn)、二產(chǎn)融合，助力服務(wù)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)陜西省典型缺水省份，促進(jìn)水資源這一資源要素在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中的合理分配是保障陜西省經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展的重要措施。本文僅從用水結(jié)構(gòu)與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的關(guān)系這個(gè)角度去分析,通過(guò)分析各個(gè)產(chǎn)業(yè)部門的用水狀況得出產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的建議,但是產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不僅與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān) ,還與陜西省產(chǎn)業(yè)整體空間布局有關(guān),還需要進(jìn)一步將產(chǎn)業(yè)整體布局調(diào)整與產(chǎn)業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整相結(jié)合, 全面系統(tǒng)的開(kāi)展整體研究。

(2)除調(diào)整用水結(jié)構(gòu)外，改變?nèi)藗兊挠盟?xí)慣，促進(jìn)非常規(guī)水源經(jīng)過(guò)無(wú)害化處理后代替常規(guī)水源用于工業(yè)生產(chǎn)、旅游景觀、農(nóng)業(yè)灌溉等，也是水資源優(yōu)化配置的重要措施。其本質(zhì)是促進(jìn)一水多用，提高水的重復(fù)利用率、提倡分質(zhì)供水、梯級(jí)用水。尤其是再生水有水量穩(wěn)定、水質(zhì)可控的特點(diǎn)，應(yīng)該加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，保證供水管網(wǎng)密度，建立穩(wěn)定的廠(再生水廠)商(工業(yè)企業(yè))溝通機(jī)制，探索合理再生水價(jià)，促進(jìn)再生水在工業(yè)和農(nóng)業(yè)中的大幅度利用。