城市工業用水總量核算方法探討

通信作者:束龍倉,教授。E-mail:lcshu@hhu.edu.cn

城市工業用水總量核算方法探討

阿依古麗·艾科拜爾1,束龍倉1,魯程鵬1,張剛1,李偉2

(1.河海大學水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室,江蘇 南京210098;

2.南京水利科學研究院水文與水資源研究所, 江蘇 南京210029)

摘要：針對我國最嚴格水資源管理制度下用水總量考核中存在的問題,在分析濟寧市工業用水規律的基礎上,探索核算工業用水總量的方法。針對大樣本工業用水戶的情況,基于聚類分析的結果選取典型樣本企業,以典型樣本企業的用水指標推算工業用水總量。通過核算數據與實測數據的對比,給出核算結果,評價核算方法的適用性。結果表明:2011年濟寧市工業用水總量核算值與實際值相對誤差為4.66%，以典型樣本企業核算工業用水總量的過程更符合實際情況。

關鍵詞：工業用水總量;核算方法;典型樣本;濟寧市

基金項目：國家自然科學基金(20120094120019);中國博士后科學基金面上資助項目(2013M540410)

作者簡介:阿依古麗·艾科拜爾(1988—),女(維吾爾族),碩士研究生,研究方向為水資源規劃與管理。E-mail:ay2012hhu@163.com

中圖分類號：TV213.4文獻標志碼：A

收稿日期：(2014-09-01編輯：徐娟)

Study on city gross industrial water consumption accounting method

Ayiguli·Aikebaier1, SHU Longcang1, LU Chengpeng1, ZHANG Gang1, LI Wei2

(1.StateKeyLaboratoryofHydrology-WaterResourcesandHydraulicEngineering,

HohaiUniversity,Nanjing210098,China;

2.NanjingHydraulicResearchInstitute,Nanjing210029,China)

Abstract：To solve the problems which is found during the water consumption account assess under the strictest Chinese water resource management standard, we explored suitable ways of gross industrial water comsumption accounting method, based on analyzing industrial water consumption of Jining City. We took typical enterprises, which are selected according to the result of cluster analysis, as the example to reckon the gross industrial water consumption. By comparing the accounting data with measured data, we evaluated the applicability of the accounting method. The result shows that the relative error between the acconnting value and the actual value of the gross industrial water consumption of Jining City is 4.66%, and using typical enterprise as an example to account industrial gross water consumption is reasonable.

Key words： gross industrial water consumption; accounting method; typical sample; Jining City

2013年1月,國務院辦公廳發布了《實行最嚴格水資源管理制度考核辦法》,明確了實行最嚴格水資源管理的責任主體與考核對象,標志著我國最嚴格水資源管理責任與考核制度的正式確立[1]。用水總量作為最嚴格水資源管理制度考核工作的4項考核指標之一,農業、工業等不同用水部門用水量數據的核算技術是支撐用水總量考核工作順利、有效開展的關鍵。

我國工業用水量從2000年的1 139.1億m3增長至2011年的1 461.8億m3,2011年工業用水量占總用水量的23%,其中高用水行業取水量占工業總取水量的60%左右[2-3],工業用水效率偏低[4]。我國城市用水行業眾多，工業用水量呈現復雜的變化過程。現階段,由于支撐水資源管理考核工作的監測、統計技術體系尚不完善[5],針對用水量考核指標的核算、校核技術方法缺乏統一要求,導致統計上報數據難以核查,難以實現最嚴格水資源管理制度應有的效果[6]。因此,工業用水量核算方法的研究極其重要。

目前,各省工業用水量核算主要采用的方法有定額法和抽樣法。采用定額法核算工業用水總量是指以用水定額指標推算工業用水總量,并與實測數據校核的過程。我國已制定很多省級工業用水定額標準,城市行業用水定額并沒有細化到每個用水行業或每種工業產品[7-8],給用水量的核算工作帶來很大的不確定性。對于工業用水戶數目龐大、用水量差別較大的問題,選樣本進行核算的方法能夠簡化工作,也能較準確地反映實際用水情況。筆者以濟寧市為例,分析2011年度該市所有企業的用水規律,以選典型樣本的方法,通過單位工業產值用水量推算出行業用水總量的核算值,對用水量核算值與實測值進行對比分析,評價核算效果。

1典型樣本法核算步驟

以典型樣本核算用水量主要依據典型樣本企業的用水指標,因此,對所選取的典型企業要求較高,要求體現所屬行業的總體用水水平。針對工業用水行業間用水規律千差萬別、數據結構復雜的問題,樣本的選取和合理分配是關鍵[9],采用簡單隨機抽樣的方法不能夠準確反映整體企業的用水水平。有序抽樣法[10]適用于總體樣本容量較大的情形,但該法由主觀經驗判斷樣本容量大小,具有一定的隨機性。城市用水行業眾多且各企業用水量差距較大,呈現一定層次結構。因此,采用層次聚類分析法選出典型樣本的方案能夠選出代表性高、接近平均水平的樣本,更適合于較全面且精確地核算城市工業用水總量。

1.1用水行業層次聚類分析

在每類行業中選取典型樣本企業之前,對該類行業的所有企業進行層次分類。用統計分析軟件SPSS對每一類行業進行層次聚類分析,按工業總產值與總取水量兩項指標將每類行業中的所有企業分1～3個小組(圖1)。

圖1　層次聚類分析過程

聚類結果“Ⅰ”表示某一類行業中工業總產值與用水量均較低的一些企業,“Ⅱ”則表示工業總產值與總用水量在中間水平的企業,“Ⅲ”表示以上兩項指標均較高的企業。將每類行業中的企業層次分類完成后,從每組聚類中心選出典型樣本企業。

1.2用水總量的測算

(1)

1.3核算效果評價

以典型企業用水指標與相應的單位工業產值用水量計算每小組企業的用水量核算值,以用水量核算值與實測值的相對誤差作為評價核算效果的標準,一般誤差在合理范圍內,說明核算效果較為理想,所選用的核算方法合理。用水量核算值與實測值的相對誤差ξ為

(2)

式中，Q為小組企業用水總量實測值。

2實例

2.1濟寧市工業用水現狀

濟寧市是山東省重要的煤炭能源和農副產品生產基地,工業發展較快。據統計,2011年濟寧市規模以上工業企業1411家,大小用水企業種類繁多。按照國民經濟行業分類標準,對濟寧市用水行業進行行業分類,共分為36類,分類結果顯示,不同行業之間的用水差異很大,有些行業之間用水量與產值的比值相差2～4個數量級(表1)。

表1　不同行業工業總產值與用水量

由圖2可見,同類企業之間也存在用水水平差異,在煤炭開采和選洗業之間用水量的最大值與最小值相差達到1000倍,而工業總產值最大與最小值相差幾百倍。

圖2　煤炭開采和選洗業中四家企業產值與用水量對比

根據企業用水特點,選取樣本企業時既要考慮不同行業的分類,在同一行業中也應考慮不同用水水平企業所占比例及其代表性。因此,選典型樣本企業核算濟寧市用水總量的方法較符合實際情況。

2.2典型樣本企業的選取

對濟寧市每類行業進行聚類分析后,在每一組聚類中選擇一家企業作為典型樣本企業,分別代表企業規模與用水水平的高、中、低3類。典型企業的選取對計算結果的影響很大,因此,選典型樣本企業時要保證所選企業能代表該小組中所有企業的總體用水水平。經過分析每小組中企業單位耗水、工藝流程、節水措施等因素,根據樣本之間親疏程度,從中選擇總用水量與平均值最相近的企業作為典型樣本企業。本研究采用類間平均鏈鎖法計算樣本間距離,并選出接近均值的典型樣本。從煤炭開采與選洗業中選出聚類結果為“Ⅲ”的企業中一家代表性較好的企業——兗州煤業股份有限公司鮑店煤礦,詳見表2。

表2　煤炭開采與選洗業典型企業的選取

按此方法,再從聚類結果為“Ⅱ”和“Ⅰ”的小組中各選出一家典型企業,每類行業中選2～3家典型企業,則樣本容量從原來一千多家企業減少到一百多家企業,有效減少了企業樣本個數。

2.3小組企業用水總量的計算

以式(1)中的計算方法,以單位工業產值用水量推算每小組企業用水總量(表3)。

根據以上計算,累計每組企業用水總量核算值即可獲得所有企業用水總量核算值。

2.4核算結果及分析

根據式(2),分別對已選出的36類行業用水量實測值與核算值進行誤差分析。多數行業的用水量核算值接近實測值,兩者相對誤差在6% 以下,表4為2011年濟寧市用水企業的工業用水量實測值與核算值對比。計算結果表明,濟寧市2011年度所有企業的工業用水總量核算值為21358.87萬m3,實際用水總量為22353.16萬m3,相對誤差為4.66%,證明選用的典型樣本及折算系數符合實際情況。

表3　部分行業單位工業產值用水量及工業用水量核算值

圖3　2012年濟寧市部分企業用水量核算值與實測值對比

從濟寧市用水企業整體變化情況來看,隨著企業結構調整,用水水平提高和技術、管理水平不斷改善,工業生產和用水效率有所提高,企業用水和管理水平繼續完善,用水量趨于穩定水平。對濟寧市2012年的用水行業進行層次聚類分析,選取的典型樣本企業與2011年的典型樣本企業基本一致。由于部分企業暫停或結構調整等原因,只有少數典型樣本企業與上年有所不同。圖3為濟寧市2012年典型樣本企業推算的行業用水總量核算值與實測值對比。

濟寧市2012年工業用水總量的核算結果進一步驗證選典型樣本企業的方法能夠簡化工作,費用低且效率也較高,可快速便捷地核算工業用水總量。

表4　濟寧市用水企業用水量實測值與核算值 　萬m 3

3結語

用水總量核算是最嚴格水資源管理制度考核工作的一項內容,目前還沒形成統一的工業用水總量核算方法。筆者在分析濟寧市行業用水規律的基礎上,提出選典型樣本核算工業用水總量的方法,分別對濟寧市2011年和2012年的工業用水量進行核算。結果表明:針對工業用水戶數目眾多、用水量差異較大的情況,基于層次聚類分析的選典型樣本的方案能選出代表性高的樣本;基于典型樣本的用水總量核算值接近于實測值,核算誤差在合理范圍內。提出的實用的工業用水量檢查校核方法,對開展用水總量核算工作具有重要意義。

參考文獻：

[1] 胡四一.落實最嚴格水資源管理制度的重要保障:水利部副部長胡四一解讀《實行最嚴格水資源管理制度考核辦法》[J].中國水利,2013(1):10-11.(HU Siyi.An important guarantee for the implementation of the most stringent water resources management system[J].China Water Resources,2013(1):10-11.(in Chinese))

[2] 余維,汪奎,趙遠翔.我國工業用水效率研究進展[J].人民長江,2012,43(2):70-74.(YU Wei,WANG Kui,ZHAO Yuanxiang.Research on China's industrial water consumption efficiency[J].Yangtze River,2012,43(2): 70-74.(in Chinese))

[3] 王浩,汪黨獻,倪紅珍,等.中國工業發展對水資源的需求[J].水利學報,2004(4):109-113.(WANG Hao,WANG Dangxian,NI Hongzhen,et al.Water demand for development of industry in China[J].Journal of Hydraulic Engineering,2004(4):109-113.(in Chinese))

[4] 杜榮江,方玉霞.提高我國水資源利用效率的措施與對策[J].水資源保護,2010,26(3):91-93.(DU Rongjiang,FANG Yuxia.Measures and countermeasures for improving water resources utilization efficiency in China [J].Water Resources Protection,2010,26(3):91-93.(in Chinese))

[5] 姜蓓蕾,耿雷華,劉恒,等.基于最嚴格水資源管理制度的水資源計量與統計管理模式淺析[J].中國農村水利水電,2014 (4):87-89.(JIANG Beilei,GENG Leihua,LIU Heng,et al.Research on the management mode of water resources measurement and statistics in China[J].China Rural Water and Hydropower,2014 (4):87-89.(in Chinese))

[6] 雷四華,吳永祥,王高旭,等.數據庫對水資源管理考核制度的技術支撐[J].水利信息化,2013(6):24-27.(LEI Sihua,WU Yongxiang,WANG Gaoxu,et al.Database’s technology support for management of water resources evaluation system[J].Water Resources Informatization,2013(6):24-27.(in Chinese))

[7] 劉強,桑連海.我國用水定額管理存在的問題及對策[J].長江科學院院報,2007,24(1):16-19.(LIU Qiang,SANG Lianhai.Problems and countermeasures on water quota management mechanism in China[J].Journal of Yangtze River Scientific Research Institute,2007,24(1):16-19.(in Chinese))

[8] JIANG Yanling,CHEN Yuansheng,Younos,et al.Urban water resources quota management: the core strategy for water demand management in China [J].Ambio,2010,39(7):46-75.

[9] PENTTI M.Practical applications of sampling theory [J].Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems,2004,74(1):85-94.

[10] NADER M G,ELIZABETH A S,JAMES A T,et al.Ranked set sampling: an auditing application [J].Review of Quantitative Finance and Accounting,2012,39(4):413-422.