姜驍驊，徐超

（1.淮河水利委員會(huì)水利水電工程技術(shù)研究中心，安徽 蚌埠 233001 2.淮河水利委員會(huì)水文局（信息中心），安徽 蚌埠 233001）

1 區(qū)域概況

安徽省淮河流域涉及阜陽市、蚌埠市、淮南市、淮北市、亳州市、宿州市、六安市、滁州市、安慶市和合肥市10 個(gè)省轄市，流域面積約6.69 萬km2，占淮河流域總面積的35.21%，占安徽省總面積的47.75%?；春影不斩翁幱诨春又杏?，全長(zhǎng)430km，上自豫、皖交界的洪河口起，下至皖、蘇交界的洪山頭止，淮河以北是黃淮沖積平原，平坦遼闊，土層深厚，面積約為3.7 萬km2，氣候?yàn)闇貛О霛駶?rùn)季風(fēng)氣候；淮河以南多為丘陵和山區(qū)，面積約為2.9 萬km2，氣候?yàn)閬啛釒駶?rùn)季風(fēng)氣候；沿淮兩岸分布著灣地、洼地和湖泊，是淮河滯洪、行洪地帶。

2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源于2017—2021 年的《安徽省水資源公報(bào)》和《安徽省統(tǒng)計(jì)年鑒》。本文參考以往用水結(jié)構(gòu)演變分析方法[1]，將用水類型分為農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、生活用水和生態(tài)用水四類開展分析，綜合評(píng)價(jià)安徽省淮河流域典型城市用水結(jié)構(gòu)演變特征和空間分布均衡度，為安徽省淮河流域各市優(yōu)化水資源配置提供參考。

2.2 研究方法

Shannon 在20 世紀(jì)40 年代借鑒了熱力學(xué)的概念，把“熵”引入信息論中，作為系統(tǒng)有序化程度的一個(gè)度量，用以表示任何一種能量在空間中分布的均勻程度，能量分布得越均勻，熵就越大[2]。而在分析用水結(jié)構(gòu)演變的過程中，引入信息熵理論可以直觀地反映出用水量分布的均勻程度，詳細(xì)理論如下。

假設(shè)某一區(qū)域的用水總量為Q，該區(qū)域共有n種用水類型，每種用水類型的用水量用q1，q2，…，qn來表示，pi則表示每種用水類型的用水量在區(qū)域用水總量Q 中所占比重，即為pi=qi/Q。該區(qū)域用水結(jié)構(gòu)信息熵H 可由公式（1）所示。

考慮到各區(qū)域不同時(shí)間尺度下的用水類型有所差別[3]，引入均衡度J，表示H 與信息熵最大值Hmax的比值。理論上當(dāng)區(qū)域內(nèi)各類型用水量相等，即p1=p2=…=1/n 時(shí)，該區(qū)域各類型用水量達(dá)到最為均衡的狀態(tài)，n 種用水類型下信息熵的最大值即為Hmax=lnn。均衡度計(jì)算如公式（2）所示。

綜上所述，當(dāng)信息熵H 較大時(shí)，表明區(qū)域內(nèi)用水結(jié)構(gòu)系統(tǒng)越復(fù)雜和無序，各類型用水量的分布則越均衡，反之，用水量分布則越集中。當(dāng)均衡度J 較大時(shí)，表明區(qū)域內(nèi)某一種用水類型的優(yōu)勢(shì)度較低，各用水類型之間差別較小，用水結(jié)構(gòu)整體均衡度則較高。

3 用水結(jié)構(gòu)演變特征分析

3.1 安徽省淮河流域用水量演變分析

根據(jù)《安徽省水資源公報(bào)》統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2017—2021 年間，安徽省淮河流域用水總量呈下降態(tài)勢(shì)，從2017 年的118.24 億m3減少至2021 年的110.4 億m3，年均減少1.7%。2021 年總用水量較2017 年下降7.84 億m3，降幅為6.63%，較2020 年下降0.95 億m3，降幅為0.85%。具體變化如圖1 所示。

圖1 2017—2021 年安徽省淮河流域用水總量演變趨勢(shì)圖

安徽省淮河流域各類型用水量及所占比重如表1 和圖2 所示。分析數(shù)據(jù)可知，在農(nóng)業(yè)用水方面：5年間農(nóng)業(yè)用水所占比重均位于四類用水中第一位，5年內(nèi)農(nóng)業(yè)用水量以年均2.14%的速度減少，2021 年農(nóng)業(yè)用水總量較2017 年減少6.37 億m3，降幅達(dá)到8.32%；工業(yè)用水方面：5 年間工業(yè)用水總量持續(xù)減少，但其所占比重仍位于四類用水中第二位，5 年內(nèi)工業(yè)用水量年均降幅為4.66%，2021 年工業(yè)用水總量較2017 年大幅減少4.07 億m3，降幅為17.47%；生活用水方面：5 年間生活用水總量以年均1.89%的增長(zhǎng)率緩慢上升，其所占比重位于四類用水中第三位，與工業(yè)用水所占比重之間的差距逐年縮小，2021年生活用水總量較2017 年增長(zhǎng)1.23 億m3，增幅為7.73%；生態(tài)用水方面：5 年間生態(tài)用水總量的年均增長(zhǎng)率為11.79%，保持高速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，但其所占比重仍位于四類用水中的末位，2021 年生態(tài)用水總量較2017 年增長(zhǎng)1.37 億m3，增幅高達(dá)55.02%?？偟膩砜?，2017—2021 年間安徽省淮河流域生活和生態(tài)用水量及所占比重呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，其中生態(tài)用水呈高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。農(nóng)業(yè)和工業(yè)用水量及所占比重呈下降態(tài)勢(shì)。

表1 2017—2021 年安徽省淮河流域用水結(jié)構(gòu)表（億m3，%）

圖2 2017—2021 年安徽省淮河流域各類型用水量演變趨勢(shì)圖

3.2 安徽省淮河流域用水結(jié)構(gòu)演變分析

根據(jù)公式（1）和公式（2），對(duì)2017—2021 年安徽省淮河流域用水結(jié)構(gòu)信息熵和均衡度進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果和演變趨勢(shì)如表2 和圖3 所示。

表2 2017—2021 年安徽省淮河流域用水結(jié)構(gòu)信息熵和均衡度表

圖3 2017—2021 年安徽省淮河流域用水結(jié)構(gòu)信息熵和均衡度演變趨勢(shì)圖

由表2 計(jì)算結(jié)果可知，2017—2021 年間安徽省淮河流域信息熵和均衡度整體呈小幅增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。2017 年用水結(jié)構(gòu)信息熵為0.953，均衡度為0.687，二者均為5 年間最低值；2021 年用水結(jié)構(gòu)信息熵和均衡度為5 年間最高值，數(shù)值分別為0.999 和0.721。安徽省淮河流域用水結(jié)構(gòu)信息熵和均衡度的年均增長(zhǎng)率為1.19%，呈緩慢增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

結(jié)合表1 用水量及所占比重?cái)?shù)據(jù)分析可知，安徽省淮河流域的農(nóng)業(yè)用水和工業(yè)用水作為占總用水量比重最大的兩種用水類型，其所占比重逐年下降，而生活用水和生態(tài)用水所占比重則逐年上升，其中生活用水所占比重已接近工業(yè)用水所占比重。農(nóng)業(yè)用水和工業(yè)用水的優(yōu)勢(shì)度逐漸降低，各類型用水量分布的均衡度逐年上升，用水結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，穩(wěn)定性顯著提升。

根據(jù)表1 和表2 數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析安徽省淮河流域各類型用水量變化原因：（1）由于近年來農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革和農(nóng)業(yè)灌溉用水計(jì)量等節(jié)水制度的推行，灌區(qū)的用水管理逐漸規(guī)范，高效節(jié)水灌溉面積逐年增加，農(nóng)業(yè)用水效率得到顯著提升，農(nóng)業(yè)用水量逐漸下降。（2）流域主要工業(yè)城市逐步進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行綠色改造，推廣工業(yè)節(jié)水技術(shù)，有效提升工業(yè)用水效率和重復(fù)利用率，工業(yè)用水量穩(wěn)步下降。（3）由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展及城市化進(jìn)程的加快，以及生態(tài)補(bǔ)水需求量的增加，生活和生態(tài)用水量逐年上升。

3.3 安徽省淮河流域典型城市用水結(jié)構(gòu)演變分析

安徽省淮河流域覆蓋10 個(gè)省轄市，為保證數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性和完整性，本文選取淮河干流流經(jīng)的5 個(gè)城市開展用水結(jié)構(gòu)演變分析，5 個(gè)典型城市分別為滁州市、阜陽市、淮南市、六安市和蚌埠市，安徽省淮河流域典型城市信息熵與均衡度如圖4 所示。

圖4 2017—2021 年安徽省淮河流域典型城市用水結(jié)構(gòu)圖

分析圖4 和5 市水資源公報(bào)數(shù)據(jù)可知：（1）2020年之前，阜陽市用水結(jié)構(gòu)信息熵和均衡度為最高，2020—2021 年淮南市用水結(jié)構(gòu)最為均衡。（2）5 個(gè)典型城市中信息熵和均衡度最低的是六安市，其年均信息熵為0.725，年均均衡度為0.523。主要原因是由于六安市耕地面積較大，農(nóng)業(yè)用水量常年位居安徽省第一，農(nóng)業(yè)用水所占比重始終較高。但2019年之后由于農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)改造及節(jié)水型灌區(qū)的推廣，農(nóng)業(yè)用水量有小幅下降的趨勢(shì)，用水結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，均衡度緩慢上升。（3）蚌埠市、滁州市、阜陽市和六安市在2020 年之前用水結(jié)構(gòu)信息熵及均衡度呈平穩(wěn)上升和小幅波動(dòng)態(tài)勢(shì)，但2020—2021 年四市信息熵和均衡度均有小幅下降，建議四市優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，合理配置水資源，用水結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性亟待鞏固。

4 結(jié)論

（1）安徽省淮河流域用水總量由2017 年的118.24 億m3減少至2021 年的110.4 億m3，總體呈下降態(tài)勢(shì)，其中農(nóng)業(yè)和工業(yè)用水量逐年減少，生活和生態(tài)用水量穩(wěn)步上升，用水量分布情況趨于均衡。

（2）安徽省淮河流域用水結(jié)構(gòu)信息熵由2017 年的0.953 上升至2021 年的0.999。均衡度由2017 年的0.687 上升至2021 年的0.721，近年來流域各市大力推廣各行業(yè)節(jié)水技術(shù)改造升級(jí)，隨著灌區(qū)的用水管理和制度日漸規(guī)范，工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各類型用水方式由粗放型向集約型轉(zhuǎn)變，用水結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性整體向好。

（3）安徽省淮河流域典型城市用水結(jié)構(gòu)于2020年前整體呈緩慢增長(zhǎng)和小幅波動(dòng)態(tài)勢(shì)，但2020 年后均衡度有所下降。建議各市繼續(xù)對(duì)水資源進(jìn)行優(yōu)化配置，協(xié)調(diào)各類用水競(jìng)爭(zhēng)，衡量經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境用水效益，實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用■