我国供水用水的时空特征研究及政策建议

张晓丽，杨高升

(河海大学 商学院，江苏 南京 211100)

随着社会经济的快速发展和产业结构的优化升级，工业、生活、生态用水不断增加，总体用水需求大幅度增长。但我国水资源总量有限，有限水资源的高效利用对促进社会可持续发展至关重要[1]。因此，分析我国供水用水的时空特征，促进有限水资源在全国范围内的合理利用，是政府和水利主管部门亟需重视的问题。

近年来，国内学者有关供水用水的研究，主要集中在用水模式和总量确定方法、供水水源优化配置方案、供水用水协同度、水足迹时空特征等方面。如曹伟等[2]探讨合理滴灌用水模式的选择，为喀什噶尔河流域农业用水提供了有效的规划方案。彭岳津等[3]根据我国1980—2015年的用水总量数据，建立中国用水总量预测模型，并对中国用水总量极值进行预测。SVE-SÖDERBERGH等[4]使用传统的电话访谈、网络问卷和新颖的短信服务、SMS问卷等方法，分析得出适合不同人群的最佳用水消耗量。王勇[5]针对川东北山区农村居民的生活用水供水落后问题，提出多种供水方案。姜立晖[6]基于对哈尔滨城市供水水源分析，提出了城市供水水源的合理优化配置方案。罗巍等[7]通过构建我国供水-用水复合系统协同度模型，测量供水-用水复合系统的协同度，并提出相关建议。程先等[8]运用自下而上的方法，计算京津冀地区水足迹并分析其时空变化特征。

也有少数学者对水资源利用的时空特征进行研究，如周素萍等[9]利用EOF展开方法，分析了我国31个省2003—2012年水资源利用的时空特征。鲍超等[10]通过泰尔系数和空间分级分类分析等方法，基于2000—2014年的数据分析，揭示了京津冀城市群用水的时空特征。已有研究多集中在水资源开发利用的时空演变特征，缺少组成部分对总量的影响程度及其空间上的分类分析。结合实际，水资源组成部分对供水用水的影响与水资源的高效利用密切相关，因此从水资源组成部分角度研究供水用水的时空特征具有重要的现实意义。故笔者采用回归分析、聚类分析、分布图系分析法研究我国近几年供水用水的时空特征，以期为提高我国供水用水效率与促进社会可持续化发展提供参考。

1 数据来源

我国供水数据包括供水总量、地表水、地下水及其他用水，用水数据包括农业、工业、生活、生态用水及人均用水量。在时间维度上，研究时段为2005—2017年，供水用水情况如表1所示；在空间维度上，由于我国地幅辽阔，研究集中在我国的29个主要地区，各地区2018年供水用水情况如表2所示。所需数据主要来源于《中国统计年鉴》及统计公报。

表1 我国2005—2017年供水用水情况

表2 2018年我国29个主要地区的供水用水情况

2 供水用水时间特征

供水总量包括地表水、地下水及其他供水，用水总量主要由农业用水、工业用水、生活用水和生态用水组成。由表1可知，供水总量各组成部分对供水总量的影响程度不同，在供水总量的约束作用下，用水结构差异较大。

2.1 供水回归分析

利用SPSS中的多元回归分析可得供水总量与其组成部分的回归分析结果：模型总体参数如表3所示，方差分析结果如表4所示，回归系数与显著性检验如表5所示。

表3 模型总体参数表

表4 方差分析表

表5 回归系数与显著性检验表

由表3可看出,调整后R2值为1.000，即拟合优度为1.000。由表4可看出，F值为71 128 384.039，对应的P值为0.000<0.05，平方和说明方程的总体线性关系显著；残差平方和为0.013，说明回归误差平方和极小。从表5可知，常数项T检验对应的P值为0.944，大于0.05，表明其与0没有显著性差异。因此供水总量与地表水、地下水及其他供水符合标准回归方程：

供水总量=0.801×地表水+0.220×

地下水+0.122×其他供水

(1)

式中：地表水的回归系数最大，为0.801，地下水和其他供水回归系数相近，分别为0.220和0.122，可知地表水对供水总量的影响程度最大，地表水的供水含量几乎决定了我国供水总量，而地下水及其他用水的影响程度较小。相关部门在调整供水总量时，可参考各组成部分的影响程度大小。

2.2 用水回归分析

同理可得用水总量与其组成部分(农业用水、工业用水、生活用水、生态用水)的回归结果为：R2值为1，对应的P值为0，残差平方和为0.047 9，表明方程回归关系显著，误差小；由T检验可知，常数项与0没有显著性差异。由此可得用水总量与其组成部分的标准回归方程：

用水总量=0.700×农业用水+0.363×工业

用水+0.301×生活用水+0.123×生态用水

(2)

由回归方程式(2)可知，农业用水对用水总量的影响最大，工业用水与生活用水的影响程度次之，生态用水的回归系数为0.123，影响程度最小。农业作为我国的基础产业，水利是农业发展的命脉，但是一直以来存在着耗水量高、用水效率低等问题，因此农业是第一用水大户。城镇化进程的加快不但能推动工业的发展，而且能促进生活质量的提高，这必然使工业用水、生活用水成为影响用水总量的第二大影响因素。结合实际，社会经济快速发展的同时难以全方位考虑周边生态环境的优化，进而生态用水对用水总量的影响程度最小。

3 供水用水空间特征

3.1 供水空间特征

由表1与表2可知，供水总量与用水总量始终保持相等，为准确反映出我国供水用水在空间上的分类特征，对其各组成部分进行聚类分析。用组间连接法对我国2018年29个主要地区的供水组成部分进行层次聚类分析，结果如图1所示。由图1可知，29个地区可分为3类：

图1 供水聚类分析结果

(1)第一类主要包括北京、天津、河北、山西、内蒙古、辽宁、吉林、青海、海南、重庆、贵州、甘肃、宁夏、陕西、山东、河南16个地区。这些地区的地表水、地下水及其他供水含量少且较为均衡，供水总量最少。

(2)第二类主要包括浙江、安徽、福建、江西、云南、湖北、广西、四川、湖南、黑龙江10个地区。这些地区主要由地表水供水，供水总量多于第一类，其中黑龙江主要由地表水和地下水供水，且两者供水含量相近。

(3)第三类主包括由江苏、广东、新疆3个地区。这些地区的供水含量最多，且地表水供水含量明显多于地下水和其他供水。

为进一步分析我国供水的空间分布情况，运用分布图系分析法对数据进行处理。结果表明，第一类地区主要位于我国北方，自古以来北方降水较少，淡水资源少，地表水含量少，为满足用水需求需开采部分地下水，在水资源稀缺情况下，会寻求其他方式供水，因此供水方式均衡。第二类地区主要集中在我国南方，南方降雨频繁，河流颇多，地表水丰富，能够满足用水需求；地处最北方的黑龙江较为特殊，天气寒冷，常年积雪，雪的融化为其提供了地表水，但仍需开采地下水以调控地下水位。第三类地区分布不集中，广东为南方沿海城市，降水量丰富；江苏位于我国沿海东部，在秦岭-淮河分界线上，河流湖泊面积大；新疆深居内陆，地处我国西部，河流纵横交错，湖泊广阔，地表水含量丰富，但水资源分配不均匀，部分地区需要开采地下水，所以该类地区供水总量最多。

3.2 用水空间特征

笔者对我国农业用水、工业用水、生活用水、生态用水进行层次聚类分析，结果如图2所示，将29个主要地区分为以下4类，用水总量随分类依次递增。

图2 用水聚类分析结果

(1)第一类主要包括北京、天津、河北、山西、内蒙古、辽宁、吉林、贵州、云南、陕西、甘肃、青海、宁夏 、山东、河南、浙江、福建、海南、重庆19个地区。该类别地区存在少数地区农业用水略多于其他方式用水，总体用水均衡且总量最少。

(2)第二类主要包括湖南、广东、广西、安徽、江西、湖北、四川7个地区。该类别地区主要是农业用水、工业用水和生活用水，但农业用水占比最大，几乎不存在生态用水。

(3)第三类主要包括黑龙江、新疆2个地区。该类别地区主要是农业用水，几乎不存在其他形式用水。

(4)第四类包括江苏1个地区。该地区用水总量最多，工业用水、农业用水占比大且几乎相等，但生活用水占比小，几乎不存在生态用水。

笔者利用分布图系分析法得到农业用水、工业用水、生活用水、生态用水的空间分布情况。结果表明，第一类地区分布不均匀，遍布全国，该类别地区降水稀少，水资源短缺，不太适合农业种植，因此用水方式均衡。第二类地区位于我国南方，降水充沛，水源充足，适宜农业种植，因此农业用水显著多于其他形式用水。第三类地区位于我国最北方，不利于发展工业。其中，新疆地广人稀，气候干旱，是典型的纯灌溉农业[11]；黑龙江具有肥沃的土地，适宜农业种植，所以农业用水占比最大。第四类地区位于我国南北分界线的东部，工业发达，且适合农业种植，因而农业用水、工业用水均较多，且呈均衡态势。

此外，还利用分布图系分析法对我国用水总量及人均用水量进行空间特征分析。结果表明，不同区域的用水总量分布差异较大，南北差异尤其悬殊，总体呈现出南多北少的趋势。南方的多数地区如广东、广西、湖南、湖北等的用水总量大；北方的绝大多数地区用水总量少，水资源稀缺，但新疆和黑龙江较为特殊，用水总量多于南方的大多数地区。

我国人均用水量空间分布不均匀，总体呈由西北向东南递减的趋势。究其原因，这与我国每个地区的供水总量及人口密度分布情况紧密相关。而供水总量与用水总量空间分布一致，自改革开放以来，我国人口具有向盆地、平原、河流及沿海等自然条件较好地区聚集的趋势，随着时间变化这种聚集趋势不断加强，总体上人口分布密度由西北向东南方向逐步由稀疏趋于稠密[12]。

在人均用水量空间分布图中，新疆最为特殊，用水总量仅次于江苏，但是人均用水量却位居全国第一。新疆水资源丰富，但拥有全国2/3的沙漠，人口稀少，人口空间分布受到绿洲分布的影响，呈现出分散分布的特征，具有干旱区人口分布的典型性[13-14]，所以新疆人均用水量最多。江苏供水总量最多，但是人均用水量却不及新疆的一半，原因在于江苏地处东部沿海区域，交通便利、经济繁荣，人口分布密集。

4 结论及建议

4.1 主要结论

笔者基于收集的供水、用水数据，运用回归分析、聚类分析和分布图系分析方法分析了我国供水用水的时空特征，得到如下主要结论：

(1)在时间上，我国供水、用水总量分别与其组成部分显著正相关，地表水供水显著影响供水总量，而用水总量各组成部分对用水总量的影响程度由大到小依次为农业用水、工业用水、生活用水、生态用水。

(2)在空间上，通过层次聚类分析和分布图系分析法，将我国供水空间分布情况分为3类：①第一类地处我国北方，年降水少，水资源紧缺，供水方式较为均衡，供水总量最少。②第二类除黑龙江外，均地处南方，以地表水供水为主。③第三类地区分布不集中，但供水总量最多。用水情况分为4类：①第一类中地区分布不均匀，该类别地区不太适宜农业种植，各种用水方式比较均衡，用水总量最少。②第二类地处南方，主要是农业用水、工业用水和生活用水，几乎不存在生态用水。③第三类地处我国最北方，主要是农业用水。④第四类地区位于我国南北分界线的东部，工业用水与农业用水较多且几乎相等。

(3)供水总量与人均用水量空间差异大，部分地区供水紧缺，人均用水量总体呈由西北向东南递减趋势。

4.2 政策建议

通过对我国供水用水的时空特征研究，对我国水资源的开发利用提出以下政策建议：

(1)制定并落实水资源管理红线制度。我国供水总量多，但空间差异大，水资源紧缺现象普遍存在。因此需根据各组成部分与水资源总量的线性回归关系及其对总量的影响程度，不定时预测供水用水总量，出现红线预警时，及时采取防控措施调控总量。

(2)优化用水结构。在用水空间分类特征中，用水方式不均衡，农业用水总体上占比最大。为此，应大力发展高效节水型农业，充分利用用水组成部分间的回归关系，调整用水结构，增加其他形式用水量，提高用水效率。

(3)完善水资源横向生态补偿机制。我国水资源总量空间分布不均匀，总体呈现南多北少，用水总量大，但生态用水较少。为了保持经济社会的稳定发展，解决生态问题，政府实施了大型跨流域调水工程。在工程实施过程中，水资源在各行政地区间的重新分配不可避免，可能会增加受水地区与供水地区间的水资源供需矛盾，因此需要完善水资源的横向生态补偿机制，完善受水地区对供水地区的补偿政策，促进生态的可持续发展。