德州市節水量及其影響因子相關性分析

張洪亮，張 雨，吳 軍

（德州市水利局，山東 德州 253014）

德州市伴隨經濟的發展、城市范圍的擴大和人口的增加，出現了嚴重的水資源供需矛盾，水環境狀況每況愈下使矛盾更加尖銳化，水資源短缺已成為德州市經濟社會發展的“瓶頸”。因此，研究德州市節水量及其影響因子的相關性具有重要意義。

1 節水量的研究與計算

隨著科學技術的不斷發展，水灌溉技術從常規的地面灌溉方式逐漸發展為多種節水灌溉方式。這些新的節水灌溉方式與常規灌溉方式每畝地所灌溉的水量的差異稱為節水量。

由于受到包括自然和社會等多種因素的影響，到目前為止，尚沒有比較準確的節水量計算公式。國內外學者在研究某地區的節水能力時大都用節水潛力代替節水量，而節水潛力只可以在一定社會經濟技術條件下預測節約的最大水量，不能用于評價某一時期的節水成效。為此，根據本地區節水工程建設情況并結合各行各業節水成效，定量分析德州市2000—2010年的行業節水量，計算公式如下：

式中：W 為總節水量，m3；W1為農業節水量，m3；W2為工業節水量，m3；W3為減少管網漏失量，m3。

1.1 農業節水量的研究與計算

農業用水指用于灌溉和農村牲畜的用水。農業灌溉用水量由于用水水平、氣候、土壤、作物、耕作方法、灌溉技術、水源以及渠系利用系數等因素的影響，存在明顯的地域差異。據報道，2001年全國農業用水約3 826億m3，其中灌溉用水約占91.1%，占全社會總用水量的68.7%左右。農業節水主要在灌溉方式上作定量分析，而對于因農業種植結構調整節省的那部分水量不作分析。

德州市農業灌溉主要采用了噴灌、微灌、低壓管灌和渠道防滲等節水灌溉方法，同時加強管理，縮短灌水時間，集中灌溉。農業節水量的計算公式為：

式中：Si為第i種灌溉方式灌水面積；Ki為第i種灌溉方式畝節水量；SF為非工程措施灌水面積；K 為管理措施畝節水量。

1.2 工業節水量的研究與計算

工業用水指工業生產中直接和間接使用的水量，利用其水量、水質和水溫3個方面。主要有原料用水、產品處理用水、鍋爐用水、冷卻用水等，其中冷卻用水在工業用水中一般占60%～70%。工業用水量雖較大，但實際消耗量并不多，一般耗水量約為其總用水量的0.5%～10%，即有90%以上的水量使用后經適當處理仍可以重復利用。工業節水主要在重復利用率上作定量分析，而對于因工業結構調整和新技術應用節省的那部分水量不作分析。

重復利用率是指在一定計量時間內，生產過程中使用的重復利用水量與總用水量之比。重復利用率能綜合反映工業用水的重復利用程度，是評價企業用水水平的重要指標。提高重復利用率是節約用水的主要途徑。重復利用率計算公式如下：

式中：R 為重復利用率；Vi為在一定的計量時間內，生產過程中的重復用水量總和；Vr為在一定的計量時間內，生產過程中取水量總和。

德州市工業、企業主要通過提高重復利用率來提高節水量。以1999年重復利用率為基準，工業節水量的計算公式為：

式中：W新鮮為工業新鮮用水量；Rn為第n年重復利用率；R1為重復利用率基數。

1.3 城鎮生活節水量的研究與計算

由于管道本身的結構所引起必然損耗、一定的沿程和局部損耗，以及管線老化所帶來的其他損耗使得供水管網水漏失率居高不下，造成了水資源的巨大浪費。為此，十一五期間德州市對部分管網進行改造并且注重了對管網壓力的合理調節。通過這些措施和方法，降低管網漏失率，減少管網漏失量。以1999年管網漏失率為基準，計算公式如下：

式中：Ci為第i年人口用水定額；Ai為第i年人口總數；B 為管網漏失率基數；Bi為第i年管網漏失率。

2 節水量與主要影響因子相關性分析

2.1 節水量與人口、GDP 相關性分析

用SPSS17.0 數理統計軟件將節水量與GDP、人口等主要因子分別作相關性分析，結果如表1 示。

表1 節水量與GDP、人口相關矩陣

由表1 可知：節水量與GDP、人口等因子間存在一定的相關性。其中與GDP、人口總數和非農業人口數均呈極其顯著的正相關，即節水量隨著GDP、人口總數和非農業人口數的增加而增加，相關性系數分別為0.971（P＜0.01）、0.954（P＜0.01）、0.919（P＜0.01）；與農業人口數呈極其顯著的負相關，相關性系數為-0.777（P＜0.01）。

造成上述結果的原因可能是：近幾年，德州市對節水建設的資金總投入不斷加大，隨著GDP 的逐年增加而增加。例如：在2006 和2007年，德州市水利總投入為50 505萬元和50 914萬元，漲幅達0.81%，而在2010年僅農田水利建設這一項就投入17.5億元。德州市還認真貫徹“小農水重點縣建設”戰略思想，投資了3.4億元和3.1億元，分別建成了節水型高標準農田3.33萬hm2和禹城市農業水價綜合改革暨末級渠系節水改造示范項目，成為全國精品工程。

隨著人口數量的逐年增長，居民總用水量不斷增加，總節水潛力也隨之增大。同時，德州市開展了各種各樣的宣傳教育活動，居民自覺節水意識逐漸提高，特別是非農業人口對節水量造成的影響更加顯著。雖然農業人口數量占總人口的比重較大，但與城鎮居民的用水水平相比要低得多，同時一部分地區還存在著水資源浪費的情況，這也可能是造成上述結果的原因之一。

2.2 節水量與農業影響因子相關性分析

將耕地總面積、棉花播種面積等7 項因子與節水量做相關性分析，如表2 示。結果表明：耕地總面積、夏糧播種面積、秋糧播種面積和林果面積與節水量呈極其顯著的正相關，即節水量隨著上述各因子的增大而增大。相關性系數分別為：0.593（P＜0.01）、0.660（P＜0.01）、0.661（P＜0.01）、0.880（P＜0.01）；其他因子與節水量的相關性不明顯。

農業用水比重偏高和灌溉利用率低下，在一定程度上加劇了德州市水資源緊張狀況。據有關資料顯示：2007年底德州市節水灌溉面積為7.35萬hm2，節水灌溉率僅為16.7%，節水率偏低。德州市不斷加強節水灌溉工程建設，到2010年，德州市節水灌溉面積達到10.29萬hm2，占可利用耕地面積的11.9%，節水灌溉率達到53.4%。同時，德州地處華北平原，地勢較為平坦，據2004年相關資料顯示，全市可利用耕地面積54.23萬hm2，并有逐年增加的趨勢。到2010年，德州市可利用耕地面積達65.8萬hm2。農業用水量隨著耕地面積的增加而不斷增大，節水量在農業總用水增加的基礎上也不斷增大。故耕地總面積與節水量表現出極其顯著的正相關關系。同時，夏糧、秋糧和林果業的種植模式在十一五期間得到了有效地改善，套種和間種模式在部分地區得到了有效地推廣。這兩種農業播種模式，一定程度地在時間和空間上集約利用了光熱水資源，節約了生物用水，實現了土地效益的最大化。

將棉花、夏糧和秋糧的生物需水量進行比較，發現棉花要明顯小于夏糧和秋糧。德州是全國重要商品糧生產基地，是全國優秀小麥、玉米主產區，也是全國首個畝產“噸糧市”，這也決定了夏糧和秋糧是該市農業的主要種植模式，而棉花作為經濟作物所占比重較小，僅占耕地總面積的11%。故棉花播種面積與節水量沒有顯示出任何的相關關系。

表2 節水量與農業影響因子相關矩陣

牲畜頭數對節水量影響不明顯，原因可能是：隨著農村機械化的飛速發展，全國農村牲畜圈養數量比建國初期明顯減少。雖然德州市牲畜頭數逐年增加，但增長的幅度很小，因而牲畜的節水量對總節水量的影響很小，不會產生明顯的相關關系。

2.3 節水量與行業用水量相關性分析

將行業用水量等6 項因子與節水量做相關性分析，如表3 示。結果表明：工業用水量、農業用水量、居民用水總量和城鎮居民用水量與節水量呈極其顯著的正相關，即節水量隨著上述各因子的增大而增大。相關性系數分別為：0.989 （P＜0.01）、0.945（P＜0.01）、0.849（P＜0.01）、0.890（P＜0.01）；農村用水量與節水量呈顯著的負相關，相關性系數為：-0.694（P＜0.05）；生態用水量與節水量沒有表現出顯著的相關性。

近幾年，德州市的工業生產增加值由2000年的154億元增加到2010年的899.5億元，年增加幅度為19.3%，工業新鮮用水量由2000年的15 652萬m3增加到2010年的22 303.25萬m3，年增加幅度為3.6%。二者相比，說明德州市工業在2000—2010年間，由過去“高耗水、低產出”逐漸向“低耗水、高產出”的經營模式轉變，工業節水建設取得重大成效。同時，市委、市政府對工業節水建設的重視和資金投入，特別是近幾年，工業、企業紛紛響應國家號召，投資進行節水改造，循環水的利用率逐年提高。綜上所述，德州市工業用水量雖然在逐年增加但增加幅度明顯減小，生產工藝的改進和節水設施提高了用水效率，使得工業增加值對用水量的依賴逐漸減小。

表3 節水量與用水量相關矩陣

3 結 語

1）德州市農業用水量在一定程度上反映出對節水總量的重要性，隨著農村經濟的迅速發展，灌溉面積不斷增加，農業用水量也隨之增大。這就使農業節水潛力逐步增大，同時，農村小農田水利建設的初具成效和先進的灌溉技術在很大程度上提高了灌溉用水效率，從而提高了農業節水量，二者表現出極其顯著的相關性。

2）居民用水總量主要是通過人口數量間接影響節水總量，隨著人口數量的不斷增長，居民用水總量持續升高，加大節水力度提高節水效率和節水量。同時，城鎮居民的節水意識比農村人口略高，這也可能是導致農村居民用水量與節水量呈顯著負相關的原因之一。