曹士圯，胡慶芳，蔣思佳，王銀堂，朱曉慶，劉 勇

(1.南京水利科學(xué)研究院水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點實驗室，江蘇 南京 210029； 2.深圳市水務(wù)局，廣東 深圳 518036)

改革開放以來，我國城鎮(zhèn)化快速發(fā)展，然而全國面臨資源性或水質(zhì)性缺水的城市高達273個，水資源短缺已成為制約我國城市可持續(xù)發(fā)展的重要因素[1-2]。因此，城市供用水指標(biāo)變化和城市節(jié)水潛力的研究在近年引起了學(xué)術(shù)界的重視，如梁園等[3]研究了廣州市1981—2010年的用水總量與經(jīng)濟增長、城市化的關(guān)系及其內(nèi)在原因，發(fā)現(xiàn)目前廣州市用水總量仍處于隨經(jīng)濟增長和城市化發(fā)展而增加的階段；Zhang等[4]為分析干旱區(qū)城市的用水特征及影響因素，以烏魯木齊為對象，分析了其用水量的變化特征，通過對數(shù)均值迪氏指數(shù)(LMDI)分解發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟增長和用水強度是用水量變化的主導(dǎo)因素；Habibi等[5]采用了基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(DEA)的效率度量方法，對伊朗的大城市用水進行了分析，發(fā)現(xiàn)德黑蘭的用水效率評分最高，廢水處理與回用顯著提升了城市用水效率；宋國君等[6]構(gòu)建了城市節(jié)水潛力系數(shù)的統(tǒng)計學(xué)模型，評估了我國地級以上城市的節(jié)水潛力，發(fā)現(xiàn)城市生活節(jié)水漸入瓶頸期，但工業(yè)節(jié)水仍存在一定的空間。對于用水特征和節(jié)水潛力，現(xiàn)有研究大多僅從一個角度進行分析。若將二者結(jié)合，在用水量和用水效率分析的基礎(chǔ)上對城市節(jié)水潛力做出合理估計，將對城市節(jié)水管理提供更科學(xué)的指導(dǎo)意見。

深圳位于珠三角地區(qū)，是我國第一個經(jīng)濟特區(qū)。經(jīng)過短短30余年，深圳由一個漁村發(fā)展成為我國最重要的經(jīng)濟中心城市之一。2017年深圳市GDP達22 490.06億元，常住人口達1 252.83萬，人均GDP居我國內(nèi)地非直轄市首位[7]。然而，深圳也是我國水資源嚴(yán)重短缺的城市之一，本地人均水資源量僅174 m3，且時程分布不均、可調(diào)控性差，故長期以來嚴(yán)重依賴境外調(diào)水來滿足用水需求，水資源短缺與水環(huán)境惡化已成為制約城市向更高階段發(fā)展的重要因素之一[8-11]。為此，本文分析了1995—2016年深圳市用水總量及分行業(yè)用水量的變化特征，解析了用水量變化的主要驅(qū)動因素，在此基礎(chǔ)上進一步評估了深圳市節(jié)水潛力，并提出了挖掘節(jié)水潛力的建議。

1 數(shù)據(jù)來源和研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文所用資料主要有用水指標(biāo)和社會經(jīng)濟指標(biāo)兩類。用水指標(biāo)數(shù)據(jù)包括用水總量、行業(yè)用水量，來自深圳市歷年的水資源公報；社會經(jīng)濟資料主要為人口、GDP、行業(yè)產(chǎn)值等，來自深圳市歷年的統(tǒng)計年鑒。收集的數(shù)據(jù)包括1995—2016年深圳市用水總量數(shù)據(jù)和同期的人口、GDP數(shù)據(jù)以及1998—2016年深圳市行業(yè)產(chǎn)值與用水量數(shù)據(jù)，并通過行業(yè)用水量和社會經(jīng)濟指標(biāo)計算得到1998—2016年深圳市行業(yè)用水效率指標(biāo)。

1.2 研究方法

1.2.1用水量變化及成因分析方法

城市用水量變化的研究通常從用水總量和行業(yè)用水量兩個角度分析，分別反映一個城市的總體用水情況和用水結(jié)構(gòu)特征。城市用水量與水資源條件、人口和經(jīng)濟規(guī)模、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)水平、用水習(xí)慣、水資源管理制度等一系列因素相關(guān)，不同城市的水資源開發(fā)利用條件、經(jīng)濟社會發(fā)展模式不同，用水量變化的主導(dǎo)因素也不同[12-13]，可采用因素分解模型分析用水量變化的影響因素。因素分解模型多由經(jīng)典IPAT等式[14]拓展而來，在能源領(lǐng)域已有廣泛運用，近年來開始應(yīng)用于水資源相關(guān)研究[15-16]。常用的分解分析方法有結(jié)構(gòu)分解分析(structural decomposition analysis，SDA)和指數(shù)分解分析(index decomposition analysis，IDA)兩種。考慮科學(xué)性和易解釋性，本文選用改進的結(jié)構(gòu)分解分析法[17]。設(shè)G為GDP、S為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)向量(其元素為各部門增加值占GDP的比重)、E為用水效率向量(其元素為各部門單位增加值用水量)，則產(chǎn)業(yè)用水量可表示為三者內(nèi)積。以下標(biāo)0、t分別表示0時期與t時期，則0到t時期的產(chǎn)業(yè)用水量變化ΔW=GtSt·Et-G0S0·E0，并可分解為

ΔW=Gt(St-S0)·Et+GtS0·(Et-E0)+

(Gt-G0)S0·E0

(1)

式中：St-S0為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化，其所在的右側(cè)第1項反映因產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化而導(dǎo)致的用水量變化，稱之為結(jié)構(gòu)效應(yīng)，以t時期用水效率為基礎(chǔ)計算；Et-E0為各部門單位增加值用水量的變化，其所在的右側(cè)第2項反映因用水效率提升而導(dǎo)致的用水量變化，稱之為技術(shù)效應(yīng)，以0時期的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)進行計算；Gt-G0為GDP的變化，其所在的右側(cè)第3項反映單純由經(jīng)濟規(guī)模擴大而導(dǎo)致的用水量變化，稱之為規(guī)模效應(yīng)。變換結(jié)構(gòu)效應(yīng)和技術(shù)效應(yīng)的參考基礎(chǔ)，可得第2種分解：

ΔW=Gt(St-S0)·E0+GtSt·(Et-E0)+

(Gt-G0)S0·E0

(2)

式中結(jié)構(gòu)效應(yīng)以0時期的用水效率為基礎(chǔ)計算，技術(shù)效應(yīng)以t時期的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)計算。綜合式(1)和式(2)可得：

(Et-E0)+(Gt-G0)S0·E0

(3)

式中右側(cè)3項分別對應(yīng)結(jié)構(gòu)效應(yīng)、技術(shù)效應(yīng)、規(guī)模效應(yīng)。與式(1)和式(2)相比，式(3)含義更為明確，綜合考慮了0時期和t時期的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和用水效率，使得分解結(jié)果更為合理。因調(diào)整方向不同，結(jié)構(gòu)效應(yīng)與技術(shù)效應(yīng)可正可負(fù)，而經(jīng)濟規(guī)模擴大導(dǎo)致用水量增加，故規(guī)模效應(yīng)恒為正值。

1.2.2節(jié)水潛力估計方法

節(jié)水潛力是指城市各部門、各行業(yè)通過綜合節(jié)水措施所能達到的預(yù)期用水量與實際用水量的差值[18-22]。選定現(xiàn)狀年和目標(biāo)年后，節(jié)水潛力估計的關(guān)鍵在于確定目標(biāo)年的相關(guān)用水指標(biāo)，通常有3種方法：一是參考城市發(fā)展規(guī)劃中相關(guān)指標(biāo)的目標(biāo)值，二是與國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)相仿或用水效率較高的城市和地區(qū)對比確定，三是結(jié)合近年來用水效率指標(biāo)的變化趨勢來確定。本文主要分析深圳市在工業(yè)、城市公共服務(wù)業(yè)(建筑業(yè)及第三產(chǎn)業(yè)，下同)和居民生活三方面的節(jié)水潛力，具體方法如下：

a. 工業(yè)節(jié)水潛力。工業(yè)節(jié)水潛力主要考慮產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、生產(chǎn)技術(shù)升級及循環(huán)用水等因素導(dǎo)致的萬元工業(yè)增加值用水量降低，計算公式如下：

ΔWI=GI(I0-It)/10 000

(4)

式中：ΔWI為工業(yè)節(jié)水潛力，億m3；GI為目標(biāo)年工業(yè)增加值，億元；I0、It分別為現(xiàn)狀年和目標(biāo)年的萬元工業(yè)增加值用水量，m3。

b. 城市公共服務(wù)業(yè)節(jié)水潛力。城市公共服務(wù)業(yè)節(jié)水潛力考慮城市供用水管網(wǎng)改造、節(jié)水管理等因素帶來的建筑及服務(wù)業(yè)用水定額下調(diào)，可通過萬元城市公共服務(wù)業(yè)增加值計算：

ΔWD=GD(D0-Dt)/10 000

(5)

式中：ΔWD為城市公共服務(wù)業(yè)節(jié)水潛力，億m3；GD為目標(biāo)年公共服務(wù)業(yè)增加值，億元；D0、Dt分別為現(xiàn)狀年和目標(biāo)年的萬元城市公共服務(wù)業(yè)增加值用水量，m3。

c. 居民生活節(jié)水潛力。深圳市節(jié)水型器具普及率已達100%，因此居民生活節(jié)水潛力主要考慮供水管網(wǎng)漏損率降低、生活用水價格調(diào)整等帶來的人均居民生活用水量下降，計算公式如下：

ΔWC=P(C0-Ct)×366 d×10-7

(6)

式中：ΔWC為居民生活節(jié)水潛力，億m3；P為目標(biāo)年人口，萬人；C0、Ct分別為現(xiàn)狀年和目標(biāo)年的人均居民生活用水量，L/d。

總節(jié)水潛力ΔW即為各行業(yè)節(jié)水潛力之和：

ΔW=ΔWI+ΔWD+ΔWC

(7)

2 結(jié)果與分析

2.1 用水量變化

2.1.1用水總量變化

用水總量是反映一個城市或區(qū)域水資源開發(fā)利用最基本的指標(biāo)之一，也是最嚴(yán)格水資源管理制度的控制性指標(biāo)之一。圖1給出了1995—2016年深圳用水總量，可出看出，深圳市用水總量由1995年的7.1億m3增長到2016年的19.34億m3，增長幅度172%，年均增長率為5.04%。同時，深圳市用水總量的增長還呈現(xiàn)出一定的階段特征，可依據(jù)年均增速大小以2008年為界劃分為1995—2008年和2008—2016兩個階段，其趨勢線如圖1所示。1995—2008年用水總量持續(xù)增長，2008年相對于1995年的增長幅度達160%，用水總量增速約為0.87億m3/a；2008—2016年深圳市用水總量增速顯著減小，約為0.21億m3/a，全市用水總量表現(xiàn)出波動增長的態(tài)勢，大致維持在18億～20億m3之間。這說明，在深圳市快速發(fā)展的過程中，用水總量在經(jīng)過一定階段的較快增長后逐步得以控制，增速已明顯放緩。

圖1 1995—2016年深圳市用水總量變化

2.1.2行業(yè)用水量變化

行業(yè)用水量是用水總量的組分，通常包括農(nóng)業(yè)及生態(tài)用水、工業(yè)用水、居民生活用水、城市公共服務(wù)業(yè)用水等，不同行業(yè)用水量的相對比重能夠反映一個城市的用水結(jié)構(gòu)特征。圖2和表1分別給出了深圳市1998—2016年行業(yè)用水量的變化及典型年份的用水結(jié)構(gòu)?？梢?，深圳市不同行業(yè)的用水量表現(xiàn)出不同的變化趨勢。其中，居民生活用水量一直占比最高，在1998—2008年增長速度很快，由3.46億m3增加到7.14億m3，增幅達106%，但2009年后變化幅度減小，基本維持在7億m3左右；工業(yè)用水量占比低于居民生活用水量，在1998—2007年持續(xù)增長，但在2008之后總體上呈減少趨勢；城市公共服務(wù)業(yè)用水量在2001—2003年、2007—2009有一定幅度波動，但整體呈增長趨勢，且在2014年后超過工業(yè)用水量，占比僅次于居民生活用水量；農(nóng)業(yè)及生態(tài)用水量在深圳市用水結(jié)構(gòu)中占比最低，在1998—2007年顯著減少，2008—2016年則變化不大。

圖2 1998—2016年深圳市不同行業(yè)用水量變化

表1 典型年深圳市不同行業(yè)用水量比例 單位：%

年份工業(yè)城市公共服務(wù)業(yè)居民生活農(nóng)業(yè)及生態(tài)19982322322320083319399201625293610

2.2 用水量變化成因

城市用水量的變化往往與社會經(jīng)濟發(fā)展高度相關(guān)，一方面經(jīng)濟增長與產(chǎn)業(yè)發(fā)展離不開水資源的支撐，人口增長也會促使居民生活用水需求的上漲；另一方面隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、用水效率提升等，用水量又會得到控制甚至減少。為探究深圳市用水量變化的成因，首先分析深圳市社會經(jīng)濟和用水效率指標(biāo)，然后通過因素分解模型對深圳市產(chǎn)業(yè)用水量變化的驅(qū)動因素進行解析。

圖3給出了1995—2016年深圳市人口、GDP變化過程。由于大量外來人口涌入，1995年以來深圳市人口增長幅度達165%，年均增長率為4.8%；GDP則增長了23倍，年均增長率為16.0%。深圳市人口與GDP的增長也具有明顯階段性特征：人口以2000年、2010年、2014年為拐點呈現(xiàn)階梯式增長；GDP增長則可分為1995—2008年和2009—2016年兩個階段，后一階段增長速度更快。

圖3 1995—2016年深圳市人口及GDP變化

用水效率反映了不同部門水資源利用的集約化程度。根據(jù)深圳市用水特點計算了農(nóng)業(yè)及生態(tài)、工業(yè)、城市公共服務(wù)業(yè)的萬元增加值用水量和人均居民生活用水量，結(jié)果如表2所示。1998—2016年深圳市萬元工業(yè)增加值用水量由39.0 m3下降至6.5 m3，相對下降幅度達83.3%。萬元城市公共服務(wù)業(yè)增加值用水量1998—2002年在26 m3左右，2003年之后顯著降低，2016年下降至4.7 m3，較1998年降低了82.8%。人均居民生活用水量在1998—2004年有所增長，2005年之后因統(tǒng)計口徑調(diào)整而降低，2005—2016年人均居民生活用水量整體呈下降趨勢，2016年已降至165.6 L/d。

針對包括農(nóng)業(yè)及生態(tài)、工業(yè)、城市公共服務(wù)業(yè)用水在內(nèi)的深圳市產(chǎn)業(yè)用水，用因素分解模型分析產(chǎn)業(yè)用水量變化的主要驅(qū)動因素。根據(jù)式(3)對1998—2016年及1998—2008年和2008—2016年兩個階段深圳市產(chǎn)業(yè)用水量的變化進行分解，結(jié)果如表3所示。

表2 1998—2016年深圳市用水效率指標(biāo)

表3 不同階段深圳市用水量變化的分解

從表3可知，不同階段規(guī)模效應(yīng)數(shù)值均為最大，表明經(jīng)濟快速發(fā)展、產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴張始終是驅(qū)動深圳市產(chǎn)業(yè)用水量增長的主導(dǎo)因素。而結(jié)構(gòu)效應(yīng)和技術(shù)效應(yīng)均為負(fù)值，即產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與用水效率提升驅(qū)動深圳市產(chǎn)業(yè)用水量減少，與規(guī)模效應(yīng)的作用相互抵消。1998—2008年，結(jié)構(gòu)效應(yīng)與技術(shù)效應(yīng)比重僅相差3%，說明該階段產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和用水效率提升對產(chǎn)業(yè)用水量變化的負(fù)向驅(qū)動作用基本相當(dāng)；2008—2016年，技術(shù)效應(yīng)比重已顯著高于結(jié)構(gòu)效應(yīng)，體現(xiàn)出用水效率提升對產(chǎn)業(yè)用水量控制的作用越來越重要，而宏觀產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對用水總量的控制作用已退居其次。這與深圳市行業(yè)用水效率的變化特征相符，表明近年來行業(yè)用水效率的提高已能夠有效緩解經(jīng)濟社會發(fā)展導(dǎo)致的用水量增長，也是深圳市在“十二五”期間以節(jié)水引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級、加強再生水利用、推行節(jié)水管理及節(jié)水市場機制等的結(jié)果，反映了深圳在節(jié)水型社會建設(shè)工作中取得的顯著成效。

2.3 節(jié)水潛力估計

由前文可知，隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和用水效率提升，近年來深圳市用水總量已得到有效控制，但在城市人口和GDP仍然快速增長的情況下，未來用水量仍有可能增長，故深圳仍需要通過合理調(diào)整生產(chǎn)方式和用水行為方式，提升用水效率效益，挖掘城市節(jié)水潛力，以保障城市用水安全。本文以2016年和2020年分別作為現(xiàn)狀年和目標(biāo)年來計算深圳市節(jié)水潛力。

選取國內(nèi)用水效率較高的蘇州、青島市及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與深圳相近的香港、新加坡市來進行對比，結(jié)果如表4所示。由表4可知，深圳市2016年萬元GDP用水量僅為全國平均值(81.0 m3)的1/8，萬元工業(yè)增加值用水量亦遠低于全國平均值(52.8 m3)，但高于青島，而萬元城市公共服務(wù)業(yè)增加值用水量比蘇州、青島都高，說明深圳市綜合用水效率高于全國平均水平，但尚未達到國內(nèi)領(lǐng)先水平。與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)相近的香港、新加坡市相比，深圳市萬元GDP用水量則明顯偏高，綜合用水效率及行業(yè)用水效率均存在相當(dāng)?shù)奶嵘臻g。

表4 不同城市2016年用水效率指標(biāo)對比

綜合考慮深圳市近年來用水效率指標(biāo)的變化趨勢和國內(nèi)外典型城市及地區(qū)的用水效率指標(biāo)，并參考城市相關(guān)規(guī)劃，可以給出各指標(biāo)目標(biāo)年的估計值，從而計算各行業(yè)的節(jié)水潛力。深圳市萬元工業(yè)增加值用水量持續(xù)下降，但近年降速有所放緩，預(yù)期2020年降至6.0 m3；人均居民生活用水量自2012年持續(xù)下降，2016年為165.6 L/d，年均降幅約4.6 L/d，參考新加坡市等地相應(yīng)指標(biāo)值，估計2020年深圳市人均居民生活用水量為148.0 L/d；人口、工業(yè)增加值、城市公共服務(wù)業(yè)增加值根據(jù)《深圳市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》確定，根據(jù)式(4)～(6)對各行業(yè)節(jié)水潛力做出估計，結(jié)果如表5所示。

綜合工業(yè)、城市公共服務(wù)業(yè)和居民生活，深圳市2020年總節(jié)水潛力為2.518億m3。節(jié)水潛力為現(xiàn)狀用水總量的13%，總量十分可觀。其中，城市公共服務(wù)業(yè)和居民生活的節(jié)水潛力很大，工業(yè)節(jié)水潛力相對較小，這與深圳市工業(yè)比重下降、服務(wù)業(yè)比重上升的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢相符。故深圳市應(yīng)采取針對性措施，通過加強城鎮(zhèn)節(jié)水管理、完善節(jié)水支持政策、擴大節(jié)水社會監(jiān)督等，大力挖掘城市公共服務(wù)業(yè)和居民生活節(jié)水潛力。

3 結(jié) 語

水資源作為城市發(fā)展的戰(zhàn)略性經(jīng)濟資源，在深圳市經(jīng)濟社會發(fā)展中扮演了相當(dāng)重要的角色。1995—2016年，深圳市用水總量在1995—2008年、2008—2016年兩階段分別呈現(xiàn)快速增長和波動緩升的不同特征，既在一定程度上體現(xiàn)了深圳市經(jīng)濟發(fā)展過程中產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的規(guī)律，也反映出其強化用水總量控制、優(yōu)化水資源優(yōu)化配置、加強計劃用水與定額管理等節(jié)水型社會建設(shè)措施的作用。

通過對深圳市用水量變化進行因素分解，發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟規(guī)模的持續(xù)擴張一直是深圳市用水量增長的主導(dǎo)性因素，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和用水效率因素則對深圳市產(chǎn)業(yè)用水量變化起負(fù)向驅(qū)動作用，且近年用水效率提升的影響已超過產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，對產(chǎn)業(yè)用水量的控制起到了更重要的作用。

深圳市綜合用水效率及行業(yè)用水效率均遠高于全國平均水平，但低于青島等城市，與香港、新加坡市相比仍存在明顯提升空間。經(jīng)估算，目標(biāo)年(2020年)深圳市工業(yè)、城市公共服務(wù)業(yè)、居民生活的節(jié)水潛力分別為0.455億m3、1.110億m3和0.953億m3，總節(jié)水潛力為2.518億m3。深圳市應(yīng)進一步構(gòu)建綠色生產(chǎn)生活方式，強化城市公共服務(wù)業(yè)用水和居民生活用水管理，持續(xù)優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、升級節(jié)水減排技術(shù)，充分挖掘城市節(jié)水潛力。

表5 深圳市各行業(yè)節(jié)水潛力