張世彪，張德棟

(甘肅省水文水資源局，甘肅 蘭州 730000)

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甘肅省經(jīng)濟社會用水結(jié)構(gòu)及調(diào)整需求分析研究

張世彪，張德棟

(甘肅省水文水資源局，甘肅 蘭州 730000)

以《甘肅省地級行政區(qū)用水總量控制指標》以及近10年甘肅省發(fā)布的《甘肅省水資源公報》等相關(guān)成果數(shù)據(jù)為分析研究對象，運用統(tǒng)計分析、信息熵理論，分析研究了甘肅省近10年用水總量及其結(jié)構(gòu)演變趨勢，提出2015、2020、2030年用水結(jié)構(gòu)調(diào)整需求。研究結(jié)論：近10 a，甘肅省用水總量比較穩(wěn)定，在120～124億 m3之間小幅振蕩波動；各部門用水中農(nóng)業(yè)用水占用水總量比重較大，且變幅較??；工業(yè)、居民生活用水量有所減少；城鎮(zhèn)公共、生態(tài)用水量有所增加。按照省政府下發(fā)的用水總量指標，在未來的水資源供給、管理等工作中，應著重做好增加生活、工業(yè)、生態(tài)供用水量，減少農(nóng)業(yè)供用水量，從而達到省政府下發(fā)的用水總量指標目標，使我省用水分配結(jié)構(gòu)趨于合理，用水效率得到提高。

甘肅??；經(jīng)濟社會用水；結(jié)構(gòu)演變；需求分析

2011年中央1號文件和中央水利工作會議明確要求實行最嚴格水資源管理制度；2012年1月，國務院發(fā)布了《關(guān)于實行最嚴格水資源管理制度的意見》，明確全國用水總量控制指標2030年控制在7 000億 m3以內(nèi)。甘肅省作為水利部最嚴格水資源管理制度省份，圍繞總量控制工作省政府出臺《甘肅省實行最嚴格的水資源管理制度辦法》，發(fā)文下發(fā)確認了全省14個市(州)2015年、2020年、2030年用水總量指標；編制完成《甘肅省地級行政區(qū)用水總量控制指標》，重新修編《甘肅省水資源規(guī)劃》；完成黃河干流、疏勒河、黑河、石羊河等主要河流水量分配；制定了省內(nèi)黃河流域、長江流域取水許可總量控制指標細化方案，以及河西內(nèi)陸河重要河流初始水權(quán)分配方案，初步將我省允許開采水資源量按流域分解到地級行政區(qū)。在此背景下，以相關(guān)成果數(shù)據(jù)作為分析研究對象，分析甘肅省經(jīng)濟社會用水結(jié)構(gòu)演變趨勢及調(diào)整需求，可為甘肅省做好最嚴格水資源管理制度落實工作提供借鑒。

1　區(qū)域概況

1.1主要經(jīng)濟社會指標

2013年，甘肅省耕地面積5 306.90萬畝，農(nóng)田有效灌溉面積1 932.81萬畝，農(nóng)田實灌面積1 703.59萬畝，林牧漁用水面積281.94萬畝；人口2 582.18萬人，其中農(nóng)村人口1 545.95萬人，城鎮(zhèn)人口1 036.23萬人；工業(yè)增加值2 225.22億元，其中國有及規(guī)模以上一般工業(yè)增加值2 045.20億元，規(guī)模以下工業(yè)增加值158.25億元，火(核)電工業(yè)增加值21.77億元；糧食總產(chǎn)量1 138.90萬 t；國內(nèi)生產(chǎn)總值6 268.01億元[1]。與2003年相比較，影響經(jīng)濟社會用水的主要指標：農(nóng)田有效灌溉面積增加128.66萬畝，林牧漁用水面積增加57.09萬畝，國內(nèi)生產(chǎn)總值增加4913.36億元，糧食總產(chǎn)量增加370.87萬 t。

1.2水資源

甘肅省是全國水資源最為短缺的省份之一，全省多年平均降水量276.9 mm，多年平均自產(chǎn)地表水資源量282.14億 m3，純地下水資源量7.30億 m3，自產(chǎn)水資源總量為289.44億 m3，位居全國32個省(直轄市、自治區(qū))的第29位，人均水資源量1 150 m3，不到全國人均的二分之一，耕地畝均378 m3，不到全國平均水平的四分之一；河流入(省)境水資源量287.33億 m3，出境水資源量482.34億 m3[2]。

2　經(jīng)濟社會用水演變趨勢

2.1用水總量

通過對《甘肅省水資源公報》2003至2013年用水總量進行分析，2013年用水總量較系列均值減少0.38億 m3，較2003年增加0.02億 m3。用水總量演變過程線見圖1。從圖中可看出用水總量比較穩(wěn)定，在120～124億 m3之間小幅振蕩波動。

圖1　甘肅省用水總量演變過程線圖

2.2用水結(jié)構(gòu)

過去近10年，在甘肅省經(jīng)濟社會發(fā)展及水資源供給、管理深化改革的背景下，經(jīng)濟社會用水結(jié)構(gòu)亦發(fā)生較大變化。為了揭示用水結(jié)構(gòu)演變趨勢，本文將2003至2013年將總用水量分解為：農(nóng)業(yè)、工業(yè)、城鎮(zhèn)公共、居民生活、生態(tài)環(huán)境等5類用水(農(nóng)業(yè)包括農(nóng)田灌溉、林牧漁畜用水；城鎮(zhèn)公共包括建筑業(yè)、服務業(yè)用水；居民生活、生態(tài)環(huán)境為農(nóng)村、城鎮(zhèn)全口徑用水。)進行了分析計算。甘肅省經(jīng)濟社會用水分析成果見表1，各用水部門用水量近10 a用水量見表2。

從表1、表2可以看出用水結(jié)構(gòu)變化主要特征表現(xiàn)為：農(nóng)業(yè)用水在用水總量中比重較大，超過其他所有用水部門總和；從極差值及13年與03年用水量變幅分析可以看出，與其部門用水量相較農(nóng)業(yè)用水量變幅較小，工業(yè)用水量變幅較大，城鎮(zhèn)公共、居民生活、生態(tài)環(huán)境用水量變幅非常大。這與我省干旱半干旱地區(qū)顯著的供水灌溉農(nóng)業(yè)特點，以及快速的城鎮(zhèn)化進程，服務業(yè)能力提高，節(jié)水工作全面推進，生態(tài)環(huán)境保護加強等實際情況相一致。

表1　甘肅省經(jīng)濟社會用水分析成果

表2　甘肅省各用水部門用水量近10 a用水量

表3　現(xiàn)狀、規(guī)劃水平年用水用總量及各部門用水量表

注：為了將水資源源公報數(shù)據(jù)與下發(fā)用水指標相銜接，本表中工業(yè)用水包括建筑業(yè)用水，城市生活用水包括服務業(yè)用水；部門用水按《甘肅省地級行政區(qū)用水總量控制指標研究》比列將總量進行分攤。

3　經(jīng)濟社會用水總量及結(jié)構(gòu)調(diào)整需求分析

甘肅省作為水利部最嚴格水資源管理試點省份，甘肅省政府率先以文件形式下發(fā)確認了全省14個市(州)2015年、2020年、2030年水資源管理控制指標，其中明確了用水總量指標。甘肅省水文水資源局為省政府指標下發(fā)，開展了《甘肅省地級行政區(qū)用水總量控制指標研究》項目。本文以2013年《甘肅省水資源公報》經(jīng)濟社會用水作為現(xiàn)狀年數(shù)據(jù)，分別以2015、2020、2030年《甘肅省地級行政區(qū)用水總量控制指標研究》[3]項目確定的用水量指標成果作為規(guī)劃水平年用水量需求，從而進一步分析調(diào)整需求。

3.1用水總量

2013年甘肅省現(xiàn)狀用水總量為121.99億 m3，省政府下文確定的用水總量2015、2020、2030年指標分別為：124.80 m3，114.15 m3，125.63 m3，各用水部門用水量見表3。

3.2用水結(jié)構(gòu)需求及調(diào)整分析

為了分析用水結(jié)構(gòu)調(diào)整需求，本文引入信息熵理論。信息熵由R.Clausisus于1865年引入熱力學中的一個物理概念，通常稱為熱力學熵，之后由L.Boltzmann賦予熵統(tǒng)計學上的解釋，稱為統(tǒng)計熱力學熵。國內(nèi)外學者在應用信息論概念和方法解決水資源系統(tǒng)建模、優(yōu)化、模擬、預測、評價、決策等方面已做了大量工作，并取得了豐碩的成果。針對用水結(jié)構(gòu)的演變過程的階段性，即由以農(nóng)業(yè)用水為主的初級階段發(fā)展到農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活、生態(tài)環(huán)境用水趨于合理的高級階段，這一演變過程可近似設(shè)為系統(tǒng)的不可逆過程，故可將其納入信息熵的數(shù)學模型中。隨著認識的深入，信息熵在反映區(qū)域用水結(jié)構(gòu)分析應用中日益廣泛。

式中，H為用水結(jié)構(gòu)的信息熵，通過信息熵的計算反映工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活、生態(tài)環(huán)境等用水比例的分配狀態(tài)，可對用水結(jié)構(gòu)進行對照分析。由于在不同時間尺度，用水戶類型有多有少。如假設(shè)處于極端狀態(tài)，整個用水系統(tǒng)只有一個用水戶，此時Hmin=0，相反，若w1=w2=w3=……wn=W/n，即用水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最無序時，Hmax=ln(n)。實際中這兩種極端情況不會出現(xiàn)，信息熵一般會介于二者之間，即Hmin≤H≤Hmax。因此，在Shannon公式引入均衡度E，定義如下：

式中：E為用水系統(tǒng)的均衡度，是用水系統(tǒng)信息熵H與最大信息熵Hmax的比值，取值范圍為E∈[0，1]，其值越大，表明用水系統(tǒng)中單一用水類型的優(yōu)勢度減弱，用水系統(tǒng)越復雜，用水系統(tǒng)的均衡度越強，系統(tǒng)越穩(wěn)定；當E=0時，用水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜程度最低[4]。

根據(jù)以上理論計算的熵值和均衡度值分別見表4，從表3、4中可以看出以服務甘肅省經(jīng)濟社會發(fā)展，加速城鎮(zhèn)化進程、工業(yè)強省、保護生態(tài)，實現(xiàn)遠景國民經(jīng)濟規(guī)劃藍圖，在用水總量增加的前提下，應著重增加生活、工業(yè)、生態(tài)供用水量，減少農(nóng)業(yè)供用水量。從運用信息熵理論計算的規(guī)劃水平年用水量熵值、均衡度可以看出，遠景規(guī)劃水平年的熵值、均衡度值穩(wěn)步升高，表明用水量內(nèi)部分配均衡性加強，農(nóng)業(yè)用水的強勢地位有所減弱，其他用水部門用水得到提高，用水分配結(jié)構(gòu)趨于合理。為實現(xiàn)以上目標，2015年熵值增大0.8，均衡度值增大0.5；2020年熵值增大0.9，均衡度值增大0.5；2030年熵值增大0.11，均衡度值增大0.7。

表4　現(xiàn)狀、規(guī)劃水平年用水用總量及

4　結(jié)語

通過以上分析，甘肅省經(jīng)濟社會用水結(jié)構(gòu)演變趨勢及調(diào)整需求的主要特點表現(xiàn)為：(1)近10年，用水總量比較穩(wěn)定，在120～124億 m3之間小幅振蕩波動。各部門用水中農(nóng)業(yè)用水占用水總量比重較大，且變幅較小；工業(yè)、居民生活用水量有所減少；城鎮(zhèn)公共、生態(tài)用水量有所增加。(2)按照省政府下發(fā)的用水總量指標，應著重增加生活、工業(yè)、生態(tài)供用水量，減少農(nóng)業(yè)供用水量。(3)通過熵值、均衡度值計算，如省政府下發(fā)的用水總量指標得到落實，用水分配結(jié)構(gòu)將趨于合理。

[1]甘肅省水利廳.甘肅省水資源公報[R]. 2013.

[2]甘肅省水利廳.甘肅省水資源綜合規(guī)劃[R].2012.

[3]甘肅省水文水資源局.甘肅省地級行政區(qū)用水總量控制指標研究[M].蘭州：甘肅人民出版社. 2012.

[4]王小軍，等.區(qū)域用水結(jié)構(gòu)演變規(guī)律與調(diào)控對策研究[J].中國人口資源與環(huán)境.2011(02).21.

2016-03-08

張世彪(1976-)，男，甘肅臨洮人，工程師，主要從事水文水資源工作。

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1004-1184(2016)04-0129-03