工業(yè)用水量測(cè)算方法探討

(1. 水利部水資源管理中心， 北京 100053；2. 黃河水利科學(xué)研究院， 河南 鄭州 450003；3. 華北電力大學(xué)區(qū)域能源與環(huán)境系統(tǒng)優(yōu)化的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102206)

工業(yè)用水量測(cè)算方法探討

張國(guó)玉1李舒2朱全3

(1. 水利部水資源管理中心， 北京 100053；2. 黃河水利科學(xué)研究院， 河南 鄭州 450003；3. 華北電力大學(xué)區(qū)域能源與環(huán)境系統(tǒng)優(yōu)化的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102206)

本文全面系統(tǒng)地分析了我國(guó)近年來工業(yè)用水情況，利用對(duì)比法分析了現(xiàn)階段工業(yè)用水量測(cè)算方法，初步提出基于用水總量統(tǒng)計(jì)方案對(duì)工業(yè)用水量評(píng)價(jià)的方法及利用國(guó)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)推求工業(yè)用水量的新思路。

工業(yè)；用水量；測(cè)算

實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度確立了水資源開發(fā)利用控制、用水效率控制和水功能區(qū)限制納污“三條紅線”指標(biāo)，其中水資源開發(fā)利用控制指標(biāo)中的用水總量[1]和用水效率控制指標(biāo)中的萬元工業(yè)增加值用水量[2]都以工業(yè)用水量數(shù)據(jù)的測(cè)算為基礎(chǔ)。工業(yè)用水量的測(cè)算結(jié)果對(duì)最嚴(yán)格水資源管理制度考核結(jié)果的準(zhǔn)確性、權(quán)威性、公平性及合理性具有重要影響。因此，如何利用科學(xué)的方法準(zhǔn)確測(cè)算及評(píng)價(jià)工業(yè)用水量是最嚴(yán)格水資源管理制度考核的重要支撐。

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)質(zhì)量的主要評(píng)估方法包括[3]：邏輯關(guān)系檢驗(yàn)法、計(jì)量模型分析法、核算數(shù)據(jù)重估法、統(tǒng)計(jì)分布檢驗(yàn)法、調(diào)查誤差評(píng)估法等。其中，邏輯關(guān)系檢驗(yàn)法中主要包括定額分析、趨勢(shì)分析、對(duì)比分析等。現(xiàn)階段，我國(guó)水資源統(tǒng)計(jì)體系較為復(fù)雜，統(tǒng)計(jì)形式不一致、統(tǒng)計(jì)口徑不統(tǒng)一，不同部門之間的信息難以及時(shí)準(zhǔn)確地共享。因此，本文在工業(yè)用水量數(shù)據(jù)來源及測(cè)算方法現(xiàn)狀梳理的基礎(chǔ)上，采用對(duì)比法分析不同來源的數(shù)據(jù)及其統(tǒng)計(jì)方法，提出了如何更準(zhǔn)確測(cè)算工業(yè)用水量的研究思路，為工業(yè)用水量的測(cè)算及評(píng)價(jià)方法提供一些參考和建議。

1 我國(guó)工業(yè)用水量及監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)情況分析

1.1 工業(yè)用水情況

2010年我國(guó)工業(yè)用水量為1447億m3，工業(yè)用水量占總用水量的比重達(dá)到24%；而2016年全國(guó)工業(yè)用水量為1308億m3，工業(yè)用水量占總用水量的比重達(dá)到21.7%。2010—2016年工業(yè)用水量占用水總量的比例基本呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，并基本維持在22%上下。工業(yè)用水情況見下圖。

我國(guó)工業(yè)用水情況圖

地區(qū)的工業(yè)用水水平主要受到區(qū)域水資源條件[4]、工業(yè)行業(yè)結(jié)構(gòu)、行業(yè)規(guī)模和節(jié)水管理等4個(gè)因素的影響。例如：水資源豐富、容易獲取的地區(qū)工業(yè)用水效率相對(duì)于水資源匱乏的地區(qū)要低；通常高耗水企業(yè)比重較高及行業(yè)規(guī)模較大的地區(qū)用水量較大。國(guó)家水資源管理政策、法規(guī)的影響力、水價(jià)等，均會(huì)對(duì)地區(qū)工業(yè)用水水平產(chǎn)生影響。通過一些工程手段改變區(qū)域水資源條件，調(diào)整工業(yè)結(jié)構(gòu)、發(fā)展低耗水無污染的工業(yè)，提高水資源管理政策影響力、加大節(jié)水宣傳等措施才能提高工業(yè)用水效率，促進(jìn)水資源的可持續(xù)利用。

1.2 工業(yè)用水量數(shù)據(jù)來源及統(tǒng)計(jì)方法現(xiàn)狀分析

我國(guó)現(xiàn)已建立多層次、多部門的工業(yè)用水監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)工作體系，但在監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)對(duì)象、統(tǒng)計(jì)口徑和方法以及數(shù)據(jù)共享程度等存在較大差異，現(xiàn)針對(duì)不同調(diào)查統(tǒng)計(jì)來源的工業(yè)用水量測(cè)算數(shù)據(jù)作對(duì)比分析，研究這些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，具體見表1。

表1 現(xiàn)有涉及工業(yè)用水量監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)情況對(duì)比

1.3 工業(yè)用水量測(cè)算主要問題及原因分析

工業(yè)用水量統(tǒng)計(jì)中存在著分行業(yè)用水量統(tǒng)計(jì)不夠詳細(xì)、多種用水并用容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真等問題。產(chǎn)生這些問題的原因主要有兩個(gè)：?工業(yè)用水戶統(tǒng)計(jì)范圍廣，數(shù)量龐大，用水結(jié)構(gòu)復(fù)雜等。另外取用淡化海水、鹵水、再生水等其他水源的工業(yè)企業(yè)用水量的處理，也給工業(yè)用水量的統(tǒng)計(jì)增加了許多不確定性；?統(tǒng)計(jì)對(duì)象發(fā)生改變，區(qū)域?yàn)榻y(tǒng)計(jì)對(duì)象的指標(biāo)定額方法過渡到以取水戶為統(tǒng)計(jì)對(duì)象，對(duì)取用水大戶逐一計(jì)算監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)、一般用水戶抽樣調(diào)查、綜合推算區(qū)域用水總量的技術(shù)方法。

本文針對(duì)上述工業(yè)用水量統(tǒng)計(jì)中的問題，首先，分析討論用水總量方案和國(guó)控監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)特點(diǎn)；其次，采用用水總量方案建立工業(yè)用水量評(píng)價(jià)方法；最后，提出利用國(guó)控監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)測(cè)算工業(yè)用水量的新思路。

2 基于用水總量方案的評(píng)價(jià)方法研究

《用水總量統(tǒng)計(jì)方案(試行)》針對(duì)年取用水量，將工業(yè)用水戶劃分為規(guī)模以上和規(guī)模以下的用水戶，對(duì)規(guī)模以上的用水戶逐一調(diào)查用水量，規(guī)模以下的用水戶抽樣調(diào)查用水量(抽樣誤差控制在5%以內(nèi))，綜合推求工業(yè)用水量。

2.1 工業(yè)用水量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)總體質(zhì)量評(píng)價(jià)原則

根據(jù)上述分析，從基本的邏輯關(guān)系檢驗(yàn)出發(fā)，初步制定工業(yè)用水量數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)原則如下：

a. 樣本選取的合理性。在規(guī)定的樣本容量下，分析工業(yè)用水戶樣本選取的代表性，樣本是否覆蓋了不同地區(qū)、不同用水戶類型，是否包括主要工業(yè)行業(yè)、兼顧不同企業(yè)規(guī)模等。

b. 基本數(shù)據(jù)的邏輯關(guān)系。分析樣本企業(yè)用水量、排水量、水資源費(fèi)、年度用水計(jì)劃等基本數(shù)據(jù)在邏輯關(guān)系上的合理性，對(duì)于火(核)電企業(yè)分析用水量、裝機(jī)容量、發(fā)電量等基本數(shù)據(jù)在邏輯關(guān)系上的合理性，對(duì)于公共供水企業(yè)分析取水量和外供水量在邏輯關(guān)系上的合理性。

c. 樣本企業(yè)用水量合理性。將樣本企業(yè)主要產(chǎn)品的單位用水量與本區(qū)域工業(yè)產(chǎn)品用水定額進(jìn)行對(duì)比，分析樣本企業(yè)單位產(chǎn)品用水量合理性。對(duì)于高耗水行業(yè)，一般應(yīng)首先界定其工藝標(biāo)準(zhǔn)，參考相關(guān)行業(yè)定額進(jìn)行核查。對(duì)于樣本企業(yè)萬元工業(yè)產(chǎn)值用水量指標(biāo)，分析近年變化趨勢(shì)，綜合企業(yè)節(jié)水改造情況，是否為節(jié)水型企業(yè)等基礎(chǔ)信息判斷指標(biāo)合理性。

2.2 工業(yè)用水量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)總體質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

工業(yè)用水量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)總體質(zhì)量評(píng)價(jià)方法可采用綜合評(píng)價(jià)法，其目的是要求對(duì)被評(píng)價(jià)對(duì)象的整體性做出一個(gè)綜合評(píng)價(jià)。目前，層次分析、模糊綜合評(píng)判、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等是應(yīng)用較為廣泛的評(píng)價(jià)方法。本次研究，以評(píng)價(jià)方法的科學(xué)性和實(shí)用性為原則，將層次分析法與模糊綜合評(píng)判法有機(jī)結(jié)合，運(yùn)用層次分析法確定各指標(biāo)權(quán)重，然后進(jìn)行模糊綜合評(píng)判，最后綜合出總的評(píng)價(jià)結(jié)果。模糊綜合評(píng)判模型構(gòu)建步驟如下：

a. 確定評(píng)價(jià)對(duì)象的因素論域U=(u1,u2,…，um)。對(duì)于本次研究，U即為工業(yè)用水的評(píng)價(jià)原則。

b. 確定評(píng)語等級(jí)論域V=(v1,v2,…,vn)。評(píng)語等級(jí)劃分為四級(jí)：V=(完全符合,符合,基本符合,不符合)。

c. 進(jìn)行單因素評(píng)價(jià)，建立模糊關(guān)系矩陣R。

對(duì)于企業(yè)樣本用水量數(shù)據(jù)，依據(jù)樣本數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)原則，逐一判斷各樣本數(shù)據(jù)對(duì)各項(xiàng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的符合程度，生成表2。

表2 工業(yè)用水量樣本數(shù)據(jù)核查結(jié)果分類統(tǒng)計(jì)

對(duì)于除企業(yè)樣本用水量數(shù)據(jù)，依據(jù)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)原則，逐一判斷各類數(shù)據(jù)對(duì)各項(xiàng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的符合程度，以百分制表示，生成表3。表3中的樣本企業(yè)用水量合理性統(tǒng)計(jì)結(jié)果采用表2中相應(yīng)的分類統(tǒng)計(jì)的合計(jì)數(shù)。

表3 用水量數(shù)據(jù)核查結(jié)果分類統(tǒng)計(jì)

根據(jù)表3統(tǒng)計(jì)結(jié)果，建立模糊關(guān)系矩陣R：

(1)

(2)

d. 確定評(píng)價(jià)因素權(quán)向量A=(a1,a2,…,a4)，本次研究采用層次分析法確定權(quán)向量。

e. 模糊合成及結(jié)果分析。R中不同行反映了被評(píng)價(jià)事物從不同的單因素來看對(duì)各等級(jí)模糊子集的隸屬程度。用模糊權(quán)向量A將不同的行進(jìn)行綜合，就可得到該被評(píng)事物從總體上來看對(duì)各等級(jí)模糊子集的隸屬程度，即模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量。模糊綜合評(píng)判的基本模型為B=A·R。由于模糊綜合評(píng)判計(jì)算結(jié)果以模糊向量形式體現(xiàn)，不能直接用于決策，因此進(jìn)一步采用最大隸屬度原則進(jìn)行處理得到評(píng)判結(jié)果。

3 利用國(guó)控?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工業(yè)用水量的新思路

3.1 國(guó)控?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工業(yè)用水量的數(shù)據(jù)處理方法

根據(jù)國(guó)家水資源監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)情況，可以從“點(diǎn)、線、面”，即監(jiān)測(cè)點(diǎn)、行業(yè)用水統(tǒng)計(jì)及區(qū)域用水統(tǒng)計(jì)三方面對(duì)國(guó)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的工業(yè)用水量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

a. 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)時(shí)，可采取插補(bǔ)、人工調(diào)查修正或按年取水許可量、計(jì)劃用水量等對(duì)缺失、奇異數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

b. 行業(yè)用水?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)時(shí)可采用用水比例法和指標(biāo)統(tǒng)計(jì)法。用水比例法在實(shí)際計(jì)算過程中首先確定國(guó)控系統(tǒng)理論上的監(jiān)測(cè)覆蓋度(最大值)，其次通過高用水戶監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(實(shí)際用水量)推求行業(yè)總用水量。指標(biāo)統(tǒng)計(jì)法先利用國(guó)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的用水量數(shù)據(jù)推求規(guī)模以上用水指標(biāo)，再利用用水總量統(tǒng)計(jì)調(diào)查、水利普查、水資源公報(bào)等數(shù)據(jù)源獲取規(guī)模以上或規(guī)模以下的用水指標(biāo)，通過規(guī)模以上和規(guī)模以下工業(yè)產(chǎn)值數(shù)據(jù)，推算得出行業(yè)用水總量。用水比例法操作簡(jiǎn)單并可快速獲得行業(yè)用水量，但以高用水戶監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為本底，在節(jié)水技術(shù)及管理上發(fā)展不均衡的地區(qū)其統(tǒng)計(jì)出的用水量會(huì)有偏差；指標(biāo)統(tǒng)計(jì)法較復(fù)雜，但統(tǒng)計(jì)出的數(shù)據(jù)理論上更貼近于真實(shí)值。

c. 區(qū)域用水統(tǒng)計(jì)也可采用用水比例法和指標(biāo)統(tǒng)計(jì)法，同時(shí)還可將指標(biāo)統(tǒng)計(jì)法中的用水定額指標(biāo)替換為經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。國(guó)控監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)結(jié)合后對(duì)數(shù)據(jù)要求更為嚴(yán)格，但理論上會(huì)比使用用水定額指標(biāo)統(tǒng)計(jì)法統(tǒng)計(jì)出的區(qū)域用水量更加準(zhǔn)確。同時(shí)要注意不管使用哪種方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)都是需要修正的，而這個(gè)修正系數(shù)可由歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行率定。

3.2 國(guó)控?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工業(yè)用水量數(shù)據(jù)合理性分析

采用上述方法推求行業(yè)用水及區(qū)域用水時(shí)需要對(duì)統(tǒng)計(jì)出的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理性分析。一般來說，火電、鋼鐵、造紙等行業(yè)企業(yè)規(guī)模較大，納入國(guó)控系統(tǒng)的比例較大，其未監(jiān)測(cè)的企業(yè)對(duì)該工業(yè)行業(yè)用水統(tǒng)計(jì)影響較小。但化工、食品和紡織等行業(yè)企業(yè)規(guī)模大小不一、取用水源各有不同、部分未納入國(guó)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，因此這些行業(yè)未監(jiān)測(cè)的工業(yè)企業(yè)用水對(duì)工業(yè)行業(yè)用水統(tǒng)計(jì)的影響較大。

對(duì)于工業(yè)行業(yè)用水量的合理性評(píng)價(jià)方法主要有定額分析法、指標(biāo)分析法、用水比例法、橫向?qū)Ρ确āv史數(shù)據(jù)對(duì)比法；區(qū)域工業(yè)用水總量合理性評(píng)價(jià)方法主要包括時(shí)間序列分析方法、模型評(píng)價(jià)方法、用水比例法。這些評(píng)價(jià)方法在運(yùn)用時(shí)要注意不要和推求方法一致，最好可采用2到3種不同方法對(duì)推求的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理性評(píng)價(jià)。

4 結(jié) 論

a. 工業(yè)用水量測(cè)算方法進(jìn)行結(jié)果比較時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些偏差，主要原因是工業(yè)用水戶統(tǒng)計(jì)范圍廣和統(tǒng)計(jì)對(duì)象發(fā)生改變。

b. 提出了基于用水總量方案對(duì)工業(yè)用水量評(píng)價(jià)方法，即將層次分析法與模糊綜合評(píng)判法結(jié)合，運(yùn)用層次分析法確定各指標(biāo)權(quán)重，然后進(jìn)行模糊綜合評(píng)判，最后提出工業(yè)用水量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)結(jié)果。

c. 根據(jù)國(guó)家水資源監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)情況，嘗試從“點(diǎn)、線、面”三方面使用用水比例、指標(biāo)統(tǒng)計(jì)等方法對(duì)工業(yè)用水量進(jìn)行測(cè)算，測(cè)算結(jié)果需要采用與其不同的測(cè)算方法進(jìn)行驗(yàn)證，分析結(jié)果的合理性。

[1] 鄭柏楊,馬建琴.中國(guó)與美國(guó)用水總量統(tǒng)計(jì)方法及比較[J]. 水電能源科學(xué),2017,35(4):29-31.

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[3] 葉少波.政府統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估方法及其應(yīng)用研究[D]. 長(zhǎng)沙：湖南大學(xué),2011.

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Discussiononcalculationmethodofindustrialwaterconsumption

ZHANG Guoyu1, LI Shu2, ZHU Quan3

(1.MWRWaterResourcesManagementCenter,Beijing100053,China;2.YellowRiverWaterConservancyScienceResearchInstitute,Zhengzhou450003,China;3.KeyLaboratoryofRegionalEnergyandEnvironmentalSystemOptimizationinNorthChinaElectricPowerUniversity,Beijing102206,China)

Industrial water use condition of China in recent years is analyzed comprehensively and systematically in the paper. Comparative method is utilized for analyzing industrial water consumption measurement method at current stage. The method of evaluating industrial water consumption based on water consumption statistics plan and new concept of deducing industrial water consumption with national control monitoring system are initially proposed.

industry; water consumption; measurement

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2017.12.001

TV211.1

A

2096-0131(2017)12-0001-04