德州市节水量及其影响因子相关性分析

张洪亮，张 雨，吴 军

（德州市水利局，山东 德州 253014）

德州市伴随经济的发展、城市范围的扩大和人口的增加，出现了严重的水资源供需矛盾，水环境状况每况愈下使矛盾更加尖锐化，水资源短缺已成为德州市经济社会发展的“瓶颈”。因此，研究德州市节水量及其影响因子的相关性具有重要意义。

1 节水量的研究与计算

随着科学技术的不断发展，水灌溉技术从常规的地面灌溉方式逐渐发展为多种节水灌溉方式。这些新的节水灌溉方式与常规灌溉方式每亩地所灌溉的水量的差异称为节水量。

由于受到包括自然和社会等多种因素的影响，到目前为止，尚没有比较准确的节水量计算公式。国内外学者在研究某地区的节水能力时大都用节水潜力代替节水量，而节水潜力只可以在一定社会经济技术条件下预测节约的最大水量，不能用于评价某一时期的节水成效。为此，根据本地区节水工程建设情况并结合各行各业节水成效，定量分析德州市2000—2010年的行业节水量，计算公式如下：

式中：W 为总节水量，m3；W1为农业节水量，m3；W2为工业节水量，m3；W3为减少管网漏失量，m3。

1.1 农业节水量的研究与计算

农业用水指用于灌溉和农村牲畜的用水。农业灌溉用水量由于用水水平、气候、土壤、作物、耕作方法、灌溉技术、水源以及渠系利用系数等因素的影响，存在明显的地域差异。据报道，2001年全国农业用水约3 826亿m3，其中灌溉用水约占91.1%，占全社会总用水量的68.7%左右。农业节水主要在灌溉方式上作定量分析，而对于因农业种植结构调整节省的那部分水量不作分析。

德州市农业灌溉主要采用了喷灌、微灌、低压管灌和渠道防渗等节水灌溉方法，同时加强管理，缩短灌水时间，集中灌溉。农业节水量的计算公式为：

式中：Si为第i种灌溉方式灌水面积；Ki为第i种灌溉方式亩节水量；SF为非工程措施灌水面积；K 为管理措施亩节水量。

1.2 工业节水量的研究与计算

工业用水指工业生产中直接和间接使用的水量，利用其水量、水质和水温3个方面。主要有原料用水、产品处理用水、锅炉用水、冷却用水等，其中冷却用水在工业用水中一般占60%～70%。工业用水量虽较大，但实际消耗量并不多，一般耗水量约为其总用水量的0.5%～10%，即有90%以上的水量使用后经适当处理仍可以重复利用。工业节水主要在重复利用率上作定量分析，而对于因工业结构调整和新技术应用节省的那部分水量不作分析。

重复利用率是指在一定计量时间内，生产过程中使用的重复利用水量与总用水量之比。重复利用率能综合反映工业用水的重复利用程度，是评价企业用水水平的重要指标。提高重复利用率是节约用水的主要途径。重复利用率计算公式如下：

式中：R 为重复利用率；Vi为在一定的计量时间内，生产过程中的重复用水量总和；Vr为在一定的计量时间内，生产过程中取水量总和。

德州市工业、企业主要通过提高重复利用率来提高节水量。以1999年重复利用率为基准，工业节水量的计算公式为：

式中：W新鲜为工业新鲜用水量；Rn为第n年重复利用率；R1为重复利用率基数。

1.3 城镇生活节水量的研究与计算

由于管道本身的结构所引起必然损耗、一定的沿程和局部损耗，以及管线老化所带来的其他损耗使得供水管网水漏失率居高不下，造成了水资源的巨大浪费。为此，十一五期间德州市对部分管网进行改造并且注重了对管网压力的合理调节。通过这些措施和方法，降低管网漏失率，减少管网漏失量。以1999年管网漏失率为基准，计算公式如下：

式中：Ci为第i年人口用水定额；Ai为第i年人口总数；B 为管网漏失率基数；Bi为第i年管网漏失率。

2 节水量与主要影响因子相关性分析

2.1 节水量与人口、GDP 相关性分析

用SPSS17.0 数理统计软件将节水量与GDP、人口等主要因子分别作相关性分析，结果如表1 示。

表1 节水量与GDP、人口相关矩阵

由表1 可知：节水量与GDP、人口等因子间存在一定的相关性。其中与GDP、人口总数和非农业人口数均呈极其显著的正相关，即节水量随着GDP、人口总数和非农业人口数的增加而增加，相关性系数分别为0.971（P＜0.01）、0.954（P＜0.01）、0.919（P＜0.01）；与农业人口数呈极其显著的负相关，相关性系数为-0.777（P＜0.01）。

造成上述结果的原因可能是：近几年，德州市对节水建设的资金总投入不断加大，随着GDP 的逐年增加而增加。例如：在2006 和2007年，德州市水利总投入为50 505万元和50 914万元，涨幅达0.81%，而在2010年仅农田水利建设这一项就投入17.5亿元。德州市还认真贯彻“小农水重点县建设”战略思想，投资了3.4亿元和3.1亿元，分别建成了节水型高标准农田3.33万hm2和禹城市农业水价综合改革暨末级渠系节水改造示范项目，成为全国精品工程。

随着人口数量的逐年增长，居民总用水量不断增加，总节水潜力也随之增大。同时，德州市开展了各种各样的宣传教育活动，居民自觉节水意识逐渐提高，特别是非农业人口对节水量造成的影响更加显著。虽然农业人口数量占总人口的比重较大，但与城镇居民的用水水平相比要低得多，同时一部分地区还存在着水资源浪费的情况，这也可能是造成上述结果的原因之一。

2.2 节水量与农业影响因子相关性分析

将耕地总面积、棉花播种面积等7 项因子与节水量做相关性分析，如表2 示。结果表明：耕地总面积、夏粮播种面积、秋粮播种面积和林果面积与节水量呈极其显著的正相关，即节水量随着上述各因子的增大而增大。相关性系数分别为：0.593（P＜0.01）、0.660（P＜0.01）、0.661（P＜0.01）、0.880（P＜0.01）；其他因子与节水量的相关性不明显。

农业用水比重偏高和灌溉利用率低下，在一定程度上加剧了德州市水资源紧张状况。据有关资料显示：2007年底德州市节水灌溉面积为7.35万hm2，节水灌溉率仅为16.7%，节水率偏低。德州市不断加强节水灌溉工程建设，到2010年，德州市节水灌溉面积达到10.29万hm2，占可利用耕地面积的11.9%，节水灌溉率达到53.4%。同时，德州地处华北平原，地势较为平坦，据2004年相关资料显示，全市可利用耕地面积54.23万hm2，并有逐年增加的趋势。到2010年，德州市可利用耕地面积达65.8万hm2。农业用水量随着耕地面积的增加而不断增大，节水量在农业总用水增加的基础上也不断增大。故耕地总面积与节水量表现出极其显著的正相关关系。同时，夏粮、秋粮和林果业的种植模式在十一五期间得到了有效地改善，套种和间种模式在部分地区得到了有效地推广。这两种农业播种模式，一定程度地在时间和空间上集约利用了光热水资源，节约了生物用水，实现了土地效益的最大化。

将棉花、夏粮和秋粮的生物需水量进行比较，发现棉花要明显小于夏粮和秋粮。德州是全国重要商品粮生产基地，是全国优秀小麦、玉米主产区，也是全国首个亩产“吨粮市”，这也决定了夏粮和秋粮是该市农业的主要种植模式，而棉花作为经济作物所占比重较小，仅占耕地总面积的11%。故棉花播种面积与节水量没有显示出任何的相关关系。

表2 节水量与农业影响因子相关矩阵

牲畜头数对节水量影响不明显，原因可能是：随着农村机械化的飞速发展，全国农村牲畜圈养数量比建国初期明显减少。虽然德州市牲畜头数逐年增加，但增长的幅度很小，因而牲畜的节水量对总节水量的影响很小，不会产生明显的相关关系。

2.3 节水量与行业用水量相关性分析

将行业用水量等6 项因子与节水量做相关性分析，如表3 示。结果表明：工业用水量、农业用水量、居民用水总量和城镇居民用水量与节水量呈极其显著的正相关，即节水量随着上述各因子的增大而增大。相关性系数分别为：0.989 （P＜0.01）、0.945（P＜0.01）、0.849（P＜0.01）、0.890（P＜0.01）；农村用水量与节水量呈显著的负相关，相关性系数为：-0.694（P＜0.05）；生态用水量与节水量没有表现出显著的相关性。

近几年，德州市的工业生产增加值由2000年的154亿元增加到2010年的899.5亿元，年增加幅度为19.3%，工业新鲜用水量由2000年的15 652万m3增加到2010年的22 303.25万m3，年增加幅度为3.6%。二者相比，说明德州市工业在2000—2010年间，由过去“高耗水、低产出”逐渐向“低耗水、高产出”的经营模式转变，工业节水建设取得重大成效。同时，市委、市政府对工业节水建设的重视和资金投入，特别是近几年，工业、企业纷纷响应国家号召，投资进行节水改造，循环水的利用率逐年提高。综上所述，德州市工业用水量虽然在逐年增加但增加幅度明显减小，生产工艺的改进和节水设施提高了用水效率，使得工业增加值对用水量的依赖逐渐减小。

表3 节水量与用水量相关矩阵

3 结 语

1）德州市农业用水量在一定程度上反映出对节水总量的重要性，随着农村经济的迅速发展，灌溉面积不断增加，农业用水量也随之增大。这就使农业节水潜力逐步增大，同时，农村小农田水利建设的初具成效和先进的灌溉技术在很大程度上提高了灌溉用水效率，从而提高了农业节水量，二者表现出极其显著的相关性。

2）居民用水总量主要是通过人口数量间接影响节水总量，随着人口数量的不断增长，居民用水总量持续升高，加大节水力度提高节水效率和节水量。同时，城镇居民的节水意识比农村人口略高，这也可能是导致农村居民用水量与节水量呈显著负相关的原因之一。