通信作者:束龙仓,教授。E-mail:lcshu@hhu.edu.cn

城市工业用水总量核算方法探讨

阿依古丽·艾科拜尔1,束龙仓1,鲁程鹏1,张刚1,李伟2

(1.河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏 南京210098;

2.南京水利科学研究院水文与水资源研究所, 江苏 南京210029)

摘要：针对我国最严格水资源管理制度下用水总量考核中存在的问题,在分析济宁市工业用水规律的基础上,探索核算工业用水总量的方法。针对大样本工业用水户的情况,基于聚类分析的结果选取典型样本企业,以典型样本企业的用水指标推算工业用水总量。通过核算数据与实测数据的对比,给出核算结果,评价核算方法的适用性。结果表明:2011年济宁市工业用水总量核算值与实际值相对误差为4.66%，以典型样本企业核算工业用水总量的过程更符合实际情况。

关键词：工业用水总量;核算方法;典型样本;济宁市

基金项目：国家自然科学基金(20120094120019);中国博士后科学基金面上资助项目(2013M540410)

作者简介:阿依古丽·艾科拜尔(1988—),女(维吾尔族),硕士研究生,研究方向为水资源规划与管理。E-mail:ay2012hhu@163.com

中图分类号：TV213.4文献标志码：A

收稿日期：(2014-09-01编辑：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,国务院办公厅发布了《实行最严格水资源管理制度考核办法》,明确了实行最严格水资源管理的责任主体与考核对象,标志着我国最严格水资源管理责任与考核制度的正式确立[1]。用水总量作为最严格水资源管理制度考核工作的4项考核指标之一,农业、工业等不同用水部门用水量数据的核算技术是支撑用水总量考核工作顺利、有效开展的关键。

我国工业用水量从2000年的1 139.1亿m3增长至2011年的1 461.8亿m3,2011年工业用水量占总用水量的23%,其中高用水行业取水量占工业总取水量的60%左右[2-3],工业用水效率偏低[4]。我国城市用水行业众多，工业用水量呈现复杂的变化过程。现阶段,由于支撑水资源管理考核工作的监测、统计技术体系尚不完善[5],针对用水量考核指标的核算、校核技术方法缺乏统一要求,导致统计上报数据难以核查,难以实现最严格水资源管理制度应有的效果[6]。因此,工业用水量核算方法的研究极其重要。

目前,各省工业用水量核算主要采用的方法有定额法和抽样法。采用定额法核算工业用水总量是指以用水定额指标推算工业用水总量,并与实测数据校核的过程。我国已制定很多省级工业用水定额标准,城市行业用水定额并没有细化到每个用水行业或每种工业产品[7-8],给用水量的核算工作带来很大的不确定性。对于工业用水户数目庞大、用水量差别较大的问题,选样本进行核算的方法能够简化工作,也能较准确地反映实际用水情况。笔者以济宁市为例,分析2011年度该市所有企业的用水规律,以选典型样本的方法,通过单位工业产值用水量推算出行业用水总量的核算值,对用水量核算值与实测值进行对比分析,评价核算效果。

1典型样本法核算步骤

以典型样本核算用水量主要依据典型样本企业的用水指标,因此,对所选取的典型企业要求较高,要求体现所属行业的总体用水水平。针对工业用水行业间用水规律千差万别、数据结构复杂的问题,样本的选取和合理分配是关键[9],采用简单随机抽样的方法不能够准确反映整体企业的用水水平。有序抽样法[10]适用于总体样本容量较大的情形,但该法由主观经验判断样本容量大小,具有一定的随机性。城市用水行业众多且各企业用水量差距较大,呈现一定层次结构。因此,采用层次聚类分析法选出典型样本的方案能够选出代表性高、接近平均水平的样本,更适合于较全面且精确地核算城市工业用水总量。

1.1用水行业层次聚类分析

在每类行业中选取典型样本企业之前,对该类行业的所有企业进行层次分类。用统计分析软件SPSS对每一类行业进行层次聚类分析,按工业总产值与总取水量两项指标将每类行业中的所有企业分1～3个小组(图1)。

图1　层次聚类分析过程

聚类结果“Ⅰ”表示某一类行业中工业总产值与用水量均较低的一些企业,“Ⅱ”则表示工业总产值与总用水量在中间水平的企业,“Ⅲ”表示以上两项指标均较高的企业。将每类行业中的企业层次分类完成后,从每组聚类中心选出典型样本企业。

1.2用水总量的测算

(1)

1.3核算效果评价

以典型企业用水指标与相应的单位工业产值用水量计算每小组企业的用水量核算值,以用水量核算值与实测值的相对误差作为评价核算效果的标准,一般误差在合理范围内,说明核算效果较为理想,所选用的核算方法合理。用水量核算值与实测值的相对误差ξ为

(2)

式中，Q为小组企业用水总量实测值。

2实例

2.1济宁市工业用水现状

济宁市是山东省重要的煤炭能源和农副产品生产基地,工业发展较快。据统计,2011年济宁市规模以上工业企业1411家,大小用水企业种类繁多。按照国民经济行业分类标准,对济宁市用水行业进行行业分类,共分为36类,分类结果显示,不同行业之间的用水差异很大,有些行业之间用水量与产值的比值相差2～4个数量级(表1)。

表1　不同行业工业总产值与用水量

由图2可见,同类企业之间也存在用水水平差异,在煤炭开采和选洗业之间用水量的最大值与最小值相差达到1000倍,而工业总产值最大与最小值相差几百倍。

图2　煤炭开采和选洗业中四家企业产值与用水量对比

根据企业用水特点,选取样本企业时既要考虑不同行业的分类,在同一行业中也应考虑不同用水水平企业所占比例及其代表性。因此,选典型样本企业核算济宁市用水总量的方法较符合实际情况。

2.2典型样本企业的选取

对济宁市每类行业进行聚类分析后,在每一组聚类中选择一家企业作为典型样本企业,分别代表企业规模与用水水平的高、中、低3类。典型企业的选取对计算结果的影响很大,因此,选典型样本企业时要保证所选企业能代表该小组中所有企业的总体用水水平。经过分析每小组中企业单位耗水、工艺流程、节水措施等因素,根据样本之间亲疏程度,从中选择总用水量与平均值最相近的企业作为典型样本企业。本研究采用类间平均链锁法计算样本间距离,并选出接近均值的典型样本。从煤炭开采与选洗业中选出聚类结果为“Ⅲ”的企业中一家代表性较好的企业——兖州煤业股份有限公司鲍店煤矿,详见表2。

表2　煤炭开采与选洗业典型企业的选取

按此方法,再从聚类结果为“Ⅱ”和“Ⅰ”的小组中各选出一家典型企业,每类行业中选2～3家典型企业,则样本容量从原来一千多家企业减少到一百多家企业,有效减少了企业样本个数。

2.3小组企业用水总量的计算

以式(1)中的计算方法,以单位工业产值用水量推算每小组企业用水总量(表3)。

根据以上计算,累计每组企业用水总量核算值即可获得所有企业用水总量核算值。

2.4核算结果及分析

根据式(2),分别对已选出的36类行业用水量实测值与核算值进行误差分析。多数行业的用水量核算值接近实测值,两者相对误差在6% 以下,表4为2011年济宁市用水企业的工业用水量实测值与核算值对比。计算结果表明,济宁市2011年度所有企业的工业用水总量核算值为21358.87万m3,实际用水总量为22353.16万m3,相对误差为4.66%,证明选用的典型样本及折算系数符合实际情况。

表3　部分行业单位工业产值用水量及工业用水量核算值

图3　2012年济宁市部分企业用水量核算值与实测值对比

从济宁市用水企业整体变化情况来看,随着企业结构调整,用水水平提高和技术、管理水平不断改善,工业生产和用水效率有所提高,企业用水和管理水平继续完善,用水量趋于稳定水平。对济宁市2012年的用水行业进行层次聚类分析,选取的典型样本企业与2011年的典型样本企业基本一致。由于部分企业暂停或结构调整等原因,只有少数典型样本企业与上年有所不同。图3为济宁市2012年典型样本企业推算的行业用水总量核算值与实测值对比。

济宁市2012年工业用水总量的核算结果进一步验证选典型样本企业的方法能够简化工作,费用低且效率也较高,可快速便捷地核算工业用水总量。

表4　济宁市用水企业用水量实测值与核算值 　万m 3

3结语

用水总量核算是最严格水资源管理制度考核工作的一项内容,目前还没形成统一的工业用水总量核算方法。笔者在分析济宁市行业用水规律的基础上,提出选典型样本核算工业用水总量的方法,分别对济宁市2011年和2012年的工业用水量进行核算。结果表明:针对工业用水户数目众多、用水量差异较大的情况,基于层次聚类分析的选典型样本的方案能选出代表性高的样本;基于典型样本的用水总量核算值接近于实测值,核算误差在合理范围内。提出的实用的工业用水量检查校核方法,对开展用水总量核算工作具有重要意义。

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