張曉麗，楊高升

(河海大學 商學院，江蘇 南京 211100)

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級，工業(yè)、生活、生態(tài)用水不斷增加，總體用水需求大幅度增長。但我國水資源總量有限，有限水資源的高效利用對促進社會可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要[1]。因此，分析我國供水用水的時空特征，促進有限水資源在全國范圍內(nèi)的合理利用，是政府和水利主管部門亟需重視的問題。

近年來，國內(nèi)學者有關(guān)供水用水的研究，主要集中在用水模式和總量確定方法、供水水源優(yōu)化配置方案、供水用水協(xié)同度、水足跡時空特征等方面。如曹偉等[2]探討合理滴灌用水模式的選擇，為喀什噶爾河流域農(nóng)業(yè)用水提供了有效的規(guī)劃方案。彭岳津等[3]根據(jù)我國1980—2015年的用水總量數(shù)據(jù)，建立中國用水總量預測模型，并對中國用水總量極值進行預測。SVE-S?DERBERGH等[4]使用傳統(tǒng)的電話訪談、網(wǎng)絡問卷和新穎的短信服務、SMS問卷等方法，分析得出適合不同人群的最佳用水消耗量。王勇[5]針對川東北山區(qū)農(nóng)村居民的生活用水供水落后問題，提出多種供水方案。姜立暉[6]基于對哈爾濱城市供水水源分析，提出了城市供水水源的合理優(yōu)化配置方案。羅巍等[7]通過構(gòu)建我國供水-用水復合系統(tǒng)協(xié)同度模型，測量供水-用水復合系統(tǒng)的協(xié)同度，并提出相關(guān)建議。程先等[8]運用自下而上的方法，計算京津冀地區(qū)水足跡并分析其時空變化特征。

也有少數(shù)學者對水資源利用的時空特征進行研究，如周素萍等[9]利用EOF展開方法，分析了我國31個省2003—2012年水資源利用的時空特征。鮑超等[10]通過泰爾系數(shù)和空間分級分類分析等方法，基于2000—2014年的數(shù)據(jù)分析，揭示了京津冀城市群用水的時空特征。已有研究多集中在水資源開發(fā)利用的時空演變特征，缺少組成部分對總量的影響程度及其空間上的分類分析。結(jié)合實際，水資源組成部分對供水用水的影響與水資源的高效利用密切相關(guān)，因此從水資源組成部分角度研究供水用水的時空特征具有重要的現(xiàn)實意義。故筆者采用回歸分析、聚類分析、分布圖系分析法研究我國近幾年供水用水的時空特征，以期為提高我國供水用水效率與促進社會可持續(xù)化發(fā)展提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源

我國供水數(shù)據(jù)包括供水總量、地表水、地下水及其他用水，用水數(shù)據(jù)包括農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活、生態(tài)用水及人均用水量。在時間維度上，研究時段為2005—2017年，供水用水情況如表1所示；在空間維度上，由于我國地幅遼闊，研究集中在我國的29個主要地區(qū)，各地區(qū)2018年供水用水情況如表2所示。所需數(shù)據(jù)主要來源于《中國統(tǒng)計年鑒》及統(tǒng)計公報。

表1 我國2005—2017年供水用水情況

表2 2018年我國29個主要地區(qū)的供水用水情況

2 供水用水時間特征

供水總量包括地表水、地下水及其他供水，用水總量主要由農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、生活用水和生態(tài)用水組成。由表1可知，供水總量各組成部分對供水總量的影響程度不同，在供水總量的約束作用下，用水結(jié)構(gòu)差異較大。

2.1 供水回歸分析

利用SPSS中的多元回歸分析可得供水總量與其組成部分的回歸分析結(jié)果：模型總體參數(shù)如表3所示，方差分析結(jié)果如表4所示，回歸系數(shù)與顯著性檢驗如表5所示。

表3 模型總體參數(shù)表

表4 方差分析表

表5 回歸系數(shù)與顯著性檢驗表

由表3可看出,調(diào)整后R2值為1.000，即擬合優(yōu)度為1.000。由表4可看出，F(xiàn)值為71 128 384.039，對應的P值為0.000<0.05，平方和說明方程的總體線性關(guān)系顯著；殘差平方和為0.013，說明回歸誤差平方和極小。從表5可知，常數(shù)項T檢驗對應的P值為0.944，大于0.05，表明其與0沒有顯著性差異。因此供水總量與地表水、地下水及其他供水符合標準回歸方程：

供水總量=0.801×地表水+0.220×

地下水+0.122×其他供水

(1)

式中：地表水的回歸系數(shù)最大，為0.801，地下水和其他供水回歸系數(shù)相近，分別為0.220和0.122，可知地表水對供水總量的影響程度最大，地表水的供水含量幾乎決定了我國供水總量，而地下水及其他用水的影響程度較小。相關(guān)部門在調(diào)整供水總量時，可參考各組成部分的影響程度大小。

2.2 用水回歸分析

同理可得用水總量與其組成部分(農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、生活用水、生態(tài)用水)的回歸結(jié)果為：R2值為1，對應的P值為0，殘差平方和為0.047 9，表明方程回歸關(guān)系顯著，誤差?。挥蒚檢驗可知，常數(shù)項與0沒有顯著性差異。由此可得用水總量與其組成部分的標準回歸方程：

用水總量=0.700×農(nóng)業(yè)用水+0.363×工業(yè)

用水+0.301×生活用水+0.123×生態(tài)用水

(2)

由回歸方程式(2)可知，農(nóng)業(yè)用水對用水總量的影響最大，工業(yè)用水與生活用水的影響程度次之，生態(tài)用水的回歸系數(shù)為0.123，影響程度最小。農(nóng)業(yè)作為我國的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，水利是農(nóng)業(yè)發(fā)展的命脈，但是一直以來存在著耗水量高、用水效率低等問題，因此農(nóng)業(yè)是第一用水大戶。城鎮(zhèn)化進程的加快不但能推動工業(yè)的發(fā)展，而且能促進生活質(zhì)量的提高，這必然使工業(yè)用水、生活用水成為影響用水總量的第二大影響因素。結(jié)合實際，社會經(jīng)濟快速發(fā)展的同時難以全方位考慮周邊生態(tài)環(huán)境的優(yōu)化，進而生態(tài)用水對用水總量的影響程度最小。

3 供水用水空間特征

3.1 供水空間特征

由表1與表2可知，供水總量與用水總量始終保持相等，為準確反映出我國供水用水在空間上的分類特征，對其各組成部分進行聚類分析。用組間連接法對我國2018年29個主要地區(qū)的供水組成部分進行層次聚類分析，結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，29個地區(qū)可分為3類：

圖1 供水聚類分析結(jié)果

(1)第一類主要包括北京、天津、河北、山西、內(nèi)蒙古、遼寧、吉林、青海、海南、重慶、貴州、甘肅、寧夏、陜西、山東、河南16個地區(qū)。這些地區(qū)的地表水、地下水及其他供水含量少且較為均衡，供水總量最少。

(2)第二類主要包括浙江、安徽、福建、江西、云南、湖北、廣西、四川、湖南、黑龍江10個地區(qū)。這些地區(qū)主要由地表水供水，供水總量多于第一類，其中黑龍江主要由地表水和地下水供水，且兩者供水含量相近。

(3)第三類主包括由江蘇、廣東、新疆3個地區(qū)。這些地區(qū)的供水含量最多，且地表水供水含量明顯多于地下水和其他供水。

為進一步分析我國供水的空間分布情況，運用分布圖系分析法對數(shù)據(jù)進行處理。結(jié)果表明，第一類地區(qū)主要位于我國北方，自古以來北方降水較少，淡水資源少，地表水含量少，為滿足用水需求需開采部分地下水，在水資源稀缺情況下，會尋求其他方式供水，因此供水方式均衡。第二類地區(qū)主要集中在我國南方，南方降雨頻繁，河流頗多，地表水豐富，能夠滿足用水需求；地處最北方的黑龍江較為特殊，天氣寒冷，常年積雪，雪的融化為其提供了地表水，但仍需開采地下水以調(diào)控地下水位。第三類地區(qū)分布不集中，廣東為南方沿海城市，降水量豐富；江蘇位于我國沿海東部，在秦嶺-淮河分界線上，河流湖泊面積大；新疆深居內(nèi)陸，地處我國西部，河流縱橫交錯，湖泊廣闊，地表水含量豐富，但水資源分配不均勻，部分地區(qū)需要開采地下水，所以該類地區(qū)供水總量最多。

3.2 用水空間特征

筆者對我國農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、生活用水、生態(tài)用水進行層次聚類分析，結(jié)果如圖2所示，將29個主要地區(qū)分為以下4類，用水總量隨分類依次遞增。

圖2 用水聚類分析結(jié)果

(1)第一類主要包括北京、天津、河北、山西、內(nèi)蒙古、遼寧、吉林、貴州、云南、陜西、甘肅、青海、寧夏 、山東、河南、浙江、福建、海南、重慶19個地區(qū)。該類別地區(qū)存在少數(shù)地區(qū)農(nóng)業(yè)用水略多于其他方式用水，總體用水均衡且總量最少。

(2)第二類主要包括湖南、廣東、廣西、安徽、江西、湖北、四川7個地區(qū)。該類別地區(qū)主要是農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水和生活用水，但農(nóng)業(yè)用水占比最大，幾乎不存在生態(tài)用水。

(3)第三類主要包括黑龍江、新疆2個地區(qū)。該類別地區(qū)主要是農(nóng)業(yè)用水，幾乎不存在其他形式用水。

(4)第四類包括江蘇1個地區(qū)。該地區(qū)用水總量最多，工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水占比大且?guī)缀跸嗟?，但生活用水占比小，幾乎不存在生態(tài)用水。

筆者利用分布圖系分析法得到農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、生活用水、生態(tài)用水的空間分布情況。結(jié)果表明，第一類地區(qū)分布不均勻，遍布全國，該類別地區(qū)降水稀少，水資源短缺，不太適合農(nóng)業(yè)種植，因此用水方式均衡。第二類地區(qū)位于我國南方，降水充沛，水源充足，適宜農(nóng)業(yè)種植，因此農(nóng)業(yè)用水顯著多于其他形式用水。第三類地區(qū)位于我國最北方，不利于發(fā)展工業(yè)。其中，新疆地廣人稀，氣候干旱，是典型的純灌溉農(nóng)業(yè)[11]；黑龍江具有肥沃的土地，適宜農(nóng)業(yè)種植，所以農(nóng)業(yè)用水占比最大。第四類地區(qū)位于我國南北分界線的東部，工業(yè)發(fā)達，且適合農(nóng)業(yè)種植，因而農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水均較多，且呈均衡態(tài)勢。

此外，還利用分布圖系分析法對我國用水總量及人均用水量進行空間特征分析。結(jié)果表明，不同區(qū)域的用水總量分布差異較大，南北差異尤其懸殊，總體呈現(xiàn)出南多北少的趨勢。南方的多數(shù)地區(qū)如廣東、廣西、湖南、湖北等的用水總量大；北方的絕大多數(shù)地區(qū)用水總量少，水資源稀缺，但新疆和黑龍江較為特殊，用水總量多于南方的大多數(shù)地區(qū)。

我國人均用水量空間分布不均勻，總體呈由西北向東南遞減的趨勢。究其原因，這與我國每個地區(qū)的供水總量及人口密度分布情況緊密相關(guān)。而供水總量與用水總量空間分布一致，自改革開放以來，我國人口具有向盆地、平原、河流及沿海等自然條件較好地區(qū)聚集的趨勢，隨著時間變化這種聚集趨勢不斷加強，總體上人口分布密度由西北向東南方向逐步由稀疏趨于稠密[12]。

在人均用水量空間分布圖中，新疆最為特殊，用水總量僅次于江蘇，但是人均用水量卻位居全國第一。新疆水資源豐富，但擁有全國2/3的沙漠，人口稀少，人口空間分布受到綠洲分布的影響，呈現(xiàn)出分散分布的特征，具有干旱區(qū)人口分布的典型性[13-14]，所以新疆人均用水量最多。江蘇供水總量最多，但是人均用水量卻不及新疆的一半，原因在于江蘇地處東部沿海區(qū)域，交通便利、經(jīng)濟繁榮，人口分布密集。

4 結(jié)論及建議

4.1 主要結(jié)論

筆者基于收集的供水、用水數(shù)據(jù)，運用回歸分析、聚類分析和分布圖系分析方法分析了我國供水用水的時空特征，得到如下主要結(jié)論：

(1)在時間上，我國供水、用水總量分別與其組成部分顯著正相關(guān)，地表水供水顯著影響供水總量，而用水總量各組成部分對用水總量的影響程度由大到小依次為農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、生活用水、生態(tài)用水。

(2)在空間上，通過層次聚類分析和分布圖系分析法，將我國供水空間分布情況分為3類：①第一類地處我國北方，年降水少，水資源緊缺，供水方式較為均衡，供水總量最少。②第二類除黑龍江外，均地處南方，以地表水供水為主。③第三類地區(qū)分布不集中，但供水總量最多。用水情況分為4類：①第一類中地區(qū)分布不均勻，該類別地區(qū)不太適宜農(nóng)業(yè)種植，各種用水方式比較均衡，用水總量最少。②第二類地處南方，主要是農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水和生活用水，幾乎不存在生態(tài)用水。③第三類地處我國最北方，主要是農(nóng)業(yè)用水。④第四類地區(qū)位于我國南北分界線的東部，工業(yè)用水與農(nóng)業(yè)用水較多且?guī)缀跸嗟取?/p>

(3)供水總量與人均用水量空間差異大，部分地區(qū)供水緊缺，人均用水量總體呈由西北向東南遞減趨勢。

4.2 政策建議

通過對我國供水用水的時空特征研究，對我國水資源的開發(fā)利用提出以下政策建議：

(1)制定并落實水資源管理紅線制度。我國供水總量多，但空間差異大，水資源緊缺現(xiàn)象普遍存在。因此需根據(jù)各組成部分與水資源總量的線性回歸關(guān)系及其對總量的影響程度，不定時預測供水用水總量，出現(xiàn)紅線預警時，及時采取防控措施調(diào)控總量。

(2)優(yōu)化用水結(jié)構(gòu)。在用水空間分類特征中，用水方式不均衡，農(nóng)業(yè)用水總體上占比最大。為此，應大力發(fā)展高效節(jié)水型農(nóng)業(yè)，充分利用用水組成部分間的回歸關(guān)系，調(diào)整用水結(jié)構(gòu)，增加其他形式用水量，提高用水效率。

(3)完善水資源橫向生態(tài)補償機制。我國水資源總量空間分布不均勻，總體呈現(xiàn)南多北少，用水總量大，但生態(tài)用水較少。為了保持經(jīng)濟社會的穩(wěn)定發(fā)展，解決生態(tài)問題，政府實施了大型跨流域調(diào)水工程。在工程實施過程中，水資源在各行政地區(qū)間的重新分配不可避免，可能會增加受水地區(qū)與供水地區(qū)間的水資源供需矛盾，因此需要完善水資源的橫向生態(tài)補償機制，完善受水地區(qū)對供水地區(qū)的補償政策，促進生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展。