湖北省生活用水定額修訂方法研究

張培青，王麗紅，劉路廣

（1.湖北省水利水電科學(xué)研究院，430070，武漢；2.湖北省水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，430070，武漢）

2011年湖北省被確定為加快實(shí)施最嚴(yán)格水資源管理制度試點(diǎn)省份之一。目前，湖北省生活用水定額存在著定額值分類(lèi)不合理、類(lèi)型不齊全等問(wèn)題。另外，湖北省現(xiàn)行的生活用水定額發(fā)布時(shí)間距今已10多年。隨著經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展，居民生活水平、節(jié)水型器具使用率、用水設(shè)施、用水成本及節(jié)水意識(shí)等方面均發(fā)生了變化，現(xiàn)有的用水定額成果已不能完全滿(mǎn)足新時(shí)期的用水需求，有必要對(duì)湖北省生活用水定額進(jìn)行修訂。

一、調(diào)查資料及數(shù)據(jù)合理性分析

1.調(diào)查資料與數(shù)據(jù)檢驗(yàn)

用水定額修訂需要大量的用水資料，主要搜集的資料包括：水利普查經(jīng)濟(jì)社會(huì)用水資料和部分用水戶(hù)近幾年的水平衡測(cè)試資料。其中，水利普查資料主要包括：農(nóng)村居民生活用水、城鎮(zhèn)居民生活用水、建筑業(yè)、學(xué)校、醫(yī)院、酒店、商場(chǎng)超市、企事業(yè)單位等。水平衡測(cè)試資料主要包括學(xué)校、醫(yī)院、酒店、商場(chǎng)超市、事業(yè)單位、汽車(chē)4S店、客運(yùn)中心、體育中心、物流公司、服裝批發(fā)市場(chǎng)、菜市場(chǎng)、洗浴足浴會(huì)所、休閑娛樂(lè)會(huì)所、公園、公交停車(chē)場(chǎng)、洗車(chē)等16個(gè)行業(yè)的水平衡測(cè)試資料。水平衡測(cè)試年份包括2007年、2010年、2011年和2012年。見(jiàn)表1。

2.數(shù)據(jù)合理性分析

數(shù)據(jù)校核和檢驗(yàn)是用水定額修訂的基礎(chǔ)工作，數(shù)據(jù)資料合理性直接影響用水定額修訂成果的科學(xué)性和可靠性。數(shù)據(jù)合理性主要從數(shù)據(jù)完整性、代表性、有效性和是否存在奇異值等幾個(gè)方面進(jìn)行分析。

（1）水平衡測(cè)試資料合理性分析

對(duì)于水平衡測(cè)試資料，由于計(jì)量設(shè)施完善、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高，而用水戶(hù)數(shù)量資料較少，因此該資料合理性分析主要側(cè)重于用水戶(hù)代表性分析，即分析該用水戶(hù)用水水平能否反映該部門(mén)或行業(yè)的用水水平。

（2）水利普查資料合理性分析

①水利普查資料中居民生活用水戶(hù)部分無(wú)計(jì)量設(shè)施，其中，農(nóng)村居民生活用水中無(wú)計(jì)量設(shè)施的用水戶(hù)為1 823戶(hù)，城鎮(zhèn)居民生活用水中無(wú)計(jì)量設(shè)施用水戶(hù)為89戶(hù)。該用水資料由于無(wú)計(jì)量設(shè)施，精度較差，因此將無(wú)計(jì)量設(shè)施的用水戶(hù)資料直接剔除，僅考慮有計(jì)量設(shè)施的用水戶(hù)，并進(jìn)行奇異值分析。

②數(shù)據(jù)奇異值分析。根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)計(jì)算各用水戶(hù)的用水定額，然后將用水定額計(jì)算值與水平衡測(cè)試資料（同行業(yè)或部門(mén)）進(jìn)行對(duì)比分析；當(dāng)無(wú)水平衡測(cè)試資料時(shí)，與鄰近省份、武漢市的用水定額以及相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比分析；亦可與用水定額平均值進(jìn)行對(duì)比分析。當(dāng)調(diào)查資料計(jì)算的用水定額值嚴(yán)重偏離對(duì)比值時(shí)，分析并查找原因。確實(shí)為奇異值時(shí)，剔除該用水戶(hù)資料。

表1 水利普查與水平衡測(cè)試資料統(tǒng)計(jì)表

二、生活用水定額修訂方法

1.資料選用

由于水利普查資料和水平衡測(cè)試資料具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，因此，需要根據(jù)資料搜集情況和用水定額類(lèi)型，分不同情況選用不同資料進(jìn)行用水定額的計(jì)算。

①當(dāng)無(wú)水平衡測(cè)試資料，而水利普查資料較多且具有一定代表性時(shí)，采用水利普查資料進(jìn)行用水定額計(jì)算。如居民生活用水定額、建筑業(yè)等。

②當(dāng)水平衡測(cè)試資料和水利普查資料均較多，且水利普查資料更具有代表性時(shí)，以水利普查資料為主，采用水利普查資料確定用水定額初值。水平衡測(cè)試資料主要用于復(fù)核水利普查資料合理性，并對(duì)用水定額初值進(jìn)行修正。例如學(xué)校用水定額中，由于水利普查資料未區(qū)分住宿生用水和走讀生用水，而水平衡測(cè)試資料中進(jìn)行了劃分，因此需要采用水平衡測(cè)試成果對(duì)水利普查計(jì)算的用水定額進(jìn)行修正。

③當(dāng)水平衡測(cè)試資料和水利普查資料均較多，且水平衡測(cè)試資料更具有代表性時(shí)，采用水平衡測(cè)試資料確定用水定額，如酒店等。

④當(dāng)水平衡測(cè)試資料和水利普查資料均較少，且水平衡測(cè)試資料具有代表性時(shí)，采用水平衡測(cè)試資料確定用水定額。如汽車(chē)4S店、客運(yùn)中心、體育中心、物流公司、批發(fā)市場(chǎng)、會(huì)所、綠化、公交停車(chē)場(chǎng)、洗車(chē)等。

2.計(jì)算方法

生活用水定額沒(méi)有統(tǒng)一的計(jì)算方法，主要采用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析方法，包括二次平均法、算術(shù)平均法、概率分析法、趨勢(shì)分析法、主觀概率值法等。不同的方法具有不同的適用性，需要根據(jù)資料情況及用水定額類(lèi)型選用不同的計(jì)算方法。

（1）居民生活用水定額修訂方法

搜集了大量的居民用水戶(hù)用水資料，因此選擇二次平均法進(jìn)行計(jì)算。居民生活用水定額的修訂主要目的是實(shí)現(xiàn)節(jié)約用水，但也應(yīng)充分考慮居民生活水平提高對(duì)居民生活用水需求，這才可體現(xiàn)用水定額修訂的可行性和先進(jìn)性。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，居民生活水平不斷提高，進(jìn)而對(duì)居民生活用水量的需求越來(lái)越大，居民生活用水定額呈現(xiàn)增加趨勢(shì)?；谏鲜龇治觯用裆钣盟~的修訂既要滿(mǎn)足節(jié)約用水的基本要求，又要滿(mǎn)足居民生活用水需求，因此，二次平均法采用往上平均方法。

一次平均法：

式中，M為居民家庭用水戶(hù)戶(hù)數(shù)；為居民生活用水定額一次平均值 （一次平均），L/（人·d）；Mi為各用水戶(hù)（家庭）居民生活用水定額值，L/（人·d）。

二次平均法：

式中，為居民生活用水定額二次平均值；p為大于或小于用水戶(hù)戶(hù)數(shù)；往下平均法，則為小于的每個(gè)家庭用水戶(hù)的居民生活用水定額，L/（人·d），往上平均法，則為大于各用水戶(hù)居民生活用水定額值。

（2）城鎮(zhèn)公共用水定額計(jì)算方法

①資料較少時(shí)，主要進(jìn)行代表性分析，對(duì)具有代表性的資料采用算術(shù)平均法進(jìn)行計(jì)算。

②資料較多時(shí)，采用概率分析法。同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性和先進(jìn)性原則提出了概率分析法調(diào)整原則，具體原則為：計(jì)算資料中單位取水量超過(guò)用水定額的用水戶(hù)比例一般不大于50%。當(dāng)超過(guò)α=0.25先進(jìn)性水平的用水定額計(jì)算值的用水戶(hù)比例大于50%時(shí)，采用超用水定額用水戶(hù)比例在50%左右的先進(jìn)性水平下的用水定額計(jì)算值，作為該行業(yè)用水定額標(biāo)準(zhǔn)值；當(dāng)超過(guò)α=0.25先進(jìn)性水平的用水定額計(jì)算值的用水戶(hù)比例不超過(guò)50%時(shí)，則取該計(jì)算值作為該行業(yè)取水定額標(biāo)準(zhǔn)值。

三、湖北省生活用水定額修訂

1.生活用水定額類(lèi)型確定

用水定額類(lèi)型的確定主要采用影響因素分析法、空間變異分析法、相關(guān)分析法等方法。

（1）影響因素分析法

由于用水定額受供水設(shè)備、用水習(xí)慣、生活水平、管理水平、收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)等因素影響，因此在制定用水定額時(shí)應(yīng)充分考慮影響因素的不同。采用影響因素分析法，農(nóng)村居民生活用水定額分為兩類(lèi)：用水設(shè)備不齊全和用水設(shè)備齊全；學(xué)校用水定額分為走讀生用水定額和住宿生用水定額兩類(lèi)；酒店分為五星級(jí)、四星級(jí)、三星級(jí)及三星級(jí)以下四類(lèi)。

（2）空間差異分析法

由于部分定額表現(xiàn)出明顯區(qū)域性差異，因此在資料允許的情況，需要對(duì)用水定額進(jìn)行空間差異性分析。通過(guò)空間差異性分析將城鎮(zhèn)居民生活用水定額分為縣市城鎮(zhèn)居民生活用水定額、其他地級(jí)市城鎮(zhèn)居民生活用水定額和武漢市城鎮(zhèn)居民生活用水定額3類(lèi)。

（3）相關(guān)性分析

部分用水定額與影響因素的關(guān)系并不明確，需要采用相關(guān)分析法進(jìn)行分析。以建筑業(yè)為例，由于建筑業(yè)用水定額與管理水平、節(jié)水設(shè)施、建筑類(lèi)型、建筑面積、施工水平等多種因素有關(guān)。限于資料原因，本文將各用水戶(hù)建筑業(yè)用水定額與建筑面積進(jìn)行相關(guān)性分析。經(jīng)計(jì)算，建筑業(yè)用水定額與建筑面積之間的相關(guān)系數(shù)為-0.15，呈負(fù)相關(guān)性，但相關(guān)性并不明顯。因此，建筑業(yè)用水定額不按照建筑面積大小進(jìn)行分類(lèi)。

2.湖北省生活用水定額計(jì)算

采用上述計(jì)算方法和原則，利用水利普查資料和水平衡測(cè)試資料對(duì)湖北省生活用水定額進(jìn)行計(jì)算，共修訂用水定額26個(gè)，用水定額值52個(gè)。以下介紹農(nóng)村居民生活用水定額和建筑業(yè)用水定額修訂過(guò)程。

（1）湖北省農(nóng)村居民生活用水定額修訂

采用數(shù)據(jù)資料為水利普查資料，將用水戶(hù)用水資料分為設(shè)備齊全和不齊全兩類(lèi)。采用二次平均法（往上平均法）計(jì)算了湖北省各地級(jí)市農(nóng)村居民生活用水定額（見(jiàn)圖1）。由圖1可知，大部分地級(jí)市符合設(shè)備齊全農(nóng)村居民生活用水定額大于設(shè)備不齊全用水定額值的一般規(guī)律，而僅黃石市、省直轄和咸寧市表現(xiàn)出相反規(guī)律。少數(shù)地級(jí)市用水定額出現(xiàn)相反規(guī)律的原因可能為：一是農(nóng)村居民生活用水定額不僅受供水設(shè)備這一因素的影響，而是多種因素 （居民生活習(xí)慣、節(jié)水意識(shí)、生活用水成本、節(jié)水器具普及率）綜合作用的結(jié)果；二是數(shù)據(jù)資料精度較差或數(shù)據(jù)代表性不足。本文限于資料原因，未作進(jìn)一步分析。

為更加明晰農(nóng)村居民生活用水定額的空間差異性，繪制了湖北省農(nóng)村居民生活用水定額空間分布圖（包括用水設(shè)備齊全見(jiàn)圖2-a，用水設(shè)備不齊全見(jiàn)圖2-b）。根據(jù)圖2可見(jiàn)，用水設(shè)備齊全農(nóng)村居民生活用水定額中：黃石市、孝感市及省直轄等地的用水定額值較??；荊門(mén)市、荊州市及十堰市等地的用水定額值較大。用水設(shè)備不齊全農(nóng)村居民生活用水定額中：孝感市、咸寧市及荊門(mén)市等地的用水定額值較小；黃岡市、荊州市及隨州市等地的用水定額值較大。湖北省農(nóng)村居民用水定額的空間差異性，可能是由于當(dāng)?shù)鼐用裼盟?xí)慣、用水成本、節(jié)水意識(shí)、用水管理水平、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度等因素的不同引起的。

按照根據(jù)區(qū)域生活水平的不同，將農(nóng)村居民生活用水定額分為武漢市、其他地級(jí)市（武漢市以外）兩類(lèi)，采用同種方法計(jì)算了武漢市及其他地級(jí)市不同類(lèi)型農(nóng)村居民生活用水定額。計(jì)算成果見(jiàn)表2。由表2可知，設(shè)備齊全時(shí)武漢市農(nóng)村居民生活用水定額大于其他地級(jí)市的用水定額；設(shè)備不齊全時(shí)則相反。

根據(jù)空間差異性分析及上述計(jì)算結(jié)果可知，武漢市農(nóng)村居民生活用水定額與其他地級(jí)市相比，并未表現(xiàn)出偏小或偏大的一致性變化規(guī)律。因此，在修訂湖北省農(nóng)村居民生活用水定額時(shí)不考慮區(qū)域用水定額的差異性，僅計(jì)算湖北省農(nóng)村居民生活用水定額全省平均值。經(jīng)計(jì)算，考慮用水設(shè)備不齊全時(shí)，湖北省農(nóng)村居民生活用水定額為 90 L/（人·d）；考慮用水設(shè)備齊全時(shí)，湖北省農(nóng)村居民生活用水定額為100L/（人·d）。

表2 湖北省農(nóng)村居民生活用水定額

圖3 武漢市建筑業(yè)用水定額正態(tài)分布圖

（2）建筑業(yè)用水定額修訂

空間差異性分析：由于調(diào)查資料較多，因此，采用算術(shù)平均法對(duì)各地級(jí)市建筑業(yè)用水定額進(jìn)行了計(jì)算，并進(jìn)行空間差異性分析。經(jīng)分析，各地級(jí)市建筑業(yè)用水定額存在明顯差異，且武漢市建筑業(yè)用水定額明顯低于其他地級(jí)市。

根據(jù)空間差異性分析成果，將建筑業(yè)分為武漢市和其他地級(jí)市（除武漢市外）兩類(lèi)采用算術(shù)平均法分別進(jìn)行計(jì)算，由結(jié)果可知，武漢市建筑業(yè)用水定額為0.524 m3/m2，其他地級(jí)市建筑業(yè)用水定額為1.069 m3/m2，湖北省建筑業(yè)用水定額為0.899 m3/m2?？梢?jiàn)，武漢市明顯小于其他地級(jí)市建筑業(yè)用水定額，也小于湖北省建筑業(yè)用水定額平均值。因此，本文將建筑業(yè)用水定額分兩類(lèi)：武漢市建筑業(yè)用水定額和其他地級(jí)市建筑業(yè)用水定額。

為了更好地反映總體用水水平，采用概率分析法對(duì)武漢市建筑業(yè)用水定額進(jìn)行計(jì)算。武漢市建筑業(yè)用水定額為偏態(tài)分布，偏態(tài)系數(shù)為1.67，屬于正偏態(tài)；峰度系數(shù)為2.54，屬于平頂峰。根據(jù)數(shù)據(jù)特征，采用對(duì)數(shù)變換法，變換后偏態(tài)系數(shù)變?yōu)?.02，接近于正態(tài)分布，可利用正態(tài)分布概率函數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

根據(jù)用水定額修訂要體現(xiàn)先進(jìn)性水平的基本原則，首先選取α=0.25先進(jìn)性水平所對(duì)應(yīng)的用水定額計(jì)算值作為用水定額標(biāo)準(zhǔn)，然后以此為基礎(chǔ)計(jì)算超出該標(biāo)準(zhǔn)的樣本比例，由計(jì)算可知，武漢市建筑業(yè)用水定額超出幅度過(guò)大，為76.9%。根據(jù)概率分析法調(diào)整原則，武漢市建筑業(yè)用水定額為0.53m3/m2。

同理，采用概率分析法，并根據(jù)概率分析調(diào)整原則，其他地級(jí)市建筑業(yè)用水定額為1.06m3/m2。

3.計(jì)算成果合理性分析

由于用水定額修訂不可能采用所有用水戶(hù)資料進(jìn)行計(jì)算，因此具有一定局限性。但用水定額的修訂必須能真實(shí)反映行業(yè)或部門(mén)的用水水平，修訂成果才具有可行性、合理性和先進(jìn)性。用水定額修訂計(jì)算得到的用水定額僅為用水定額初值，用水定額最終值必須經(jīng)合理性分析后才能確定。用水定額修訂成果合理性分析方法主要包括：

①通過(guò)對(duì)調(diào)查資料的特征值計(jì)算，確定能夠到達(dá)該用水定額水平的用水戶(hù)所占比例，分析用水定額先進(jìn)性和可行性，確定用水定額的合理性；

②通過(guò)與其他省份（同一流域或臨近省份）的用水定額、武漢市等地級(jí)市用水定額進(jìn)行對(duì)比，分析用水定額修訂值的合理性；

③通過(guò)與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行對(duì)比，分析用水定額修訂值的合理性。

四、結(jié) 語(yǔ)

①用水定額修訂涉及大量用水資料，本文對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行了合理性分析，并提出了數(shù)據(jù)合理性分析方法，同時(shí)提出了數(shù)據(jù)資料選用原則；

②根據(jù)不同用水定額及資料搜集情況，采用因素分析法、空間變異分析法和相關(guān)分析法對(duì)用水定額進(jìn)行了分類(lèi)，選用了適宜的統(tǒng)計(jì)分析方法，對(duì)湖北省26個(gè)生活用水定額52個(gè)定額值進(jìn)行了計(jì)算；

③提出了生活用水定額合理性分析方法；

④相關(guān)成果對(duì)其他省份用水定額修訂具有重要的參考價(jià)值，對(duì)湖北省用水管理及相關(guān)規(guī)劃的制訂具有重要指導(dǎo)意義。

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