胡红亮，刘华平，耿胜慧

（湖南水利水电职业技术学院，湖南 长沙 410131）

2020 年是湖南省实施最严格水资源管理制度以来的中期考核年，用水总量控制红线是各地区用水的主要考核指标。湖南省多年平均降水量1 450 mm，多年平均水资源总量为1 842 亿m3，多年平均地下水资源量391.5 亿m3，地表水资源量1 682 亿m3[1]。湖南水资源相对比较丰富，人均占有量为2 600 m3，高于全国人均占有量2 300 m3的水平。作为水资源总量相对丰富的南方省份，如何落实“节水优先”方针，抓住区域节水重点，全面提升水资源利用效率，建设高质量发展的节水型社会是重要的议题。

1 湖南省用水概况

近5 年，湖南全省平均用水量330.5 亿m3，其中农业用水量平均为195.6 亿m3，占总用水量的59%；工业用水量为89.4 亿m3，占总用水量的27%；居民生活用水量为30.6 亿m3，占比9%；城镇公共用水量为12.1亿m3，占比4%；生态环境用水量为2.8 亿m3，占比1%[1]。全省主要的用水行业为农业和工业，其用水量占总用水量的86%。

2018 年，省内14 个市州中，用水总量超出总量控制红线的有4 个，另有3 个逼近红线[2]，各市州用水情况与2020 年用水总量控制目标比较见图1。

图1 湖南省各市州用水情况与2020 年用水总量控制目标比较图

根据2020 年9 月全国节约用水办公室发布的我国用水效率统计分析成果，2019 年湖南省万元GDP 用水量83.8 m3，万元工业增加值用水量78.1 m3，农业灌溉水有效利用系数0.535。2015—2020 年间，湖南省用水效率有明显提升，但仍落后于全国平均水平。2019年全国平均万元GDP 平均用水量和万元工业增加值用水量分别为60.8 m3和38.4 m3。与水资源条件相近、经济更发达的浙江、江苏、广东、湖北相比，也有较大差距，湖南省工农业节水潜力巨大。主要用水效率指标比较见表1。

表1 2019 年各省级行政区主要用水效率指标比较

2 主要用水行业节水分区

湖南省地形地貌复杂，区域水资源及开发利用、水利建设特点、经济结构、城市规模与类型、社会经济发展阶段存在明显差异，不同行业之间用水差距明显，因此节水型社会建设应分行业、按不同区域类型进行。通过分区，可建立有针对性的建设目标、内容与措施，为合理制定节水型社会建设策略提供指导，为节水型社会建设真正落到实处提供保障。

2.1 节水分区原则

湖南省现有的水资源分区主要是按水资源禀赋、地理位置、生态环境压力进行的分区，不足之处在于存在偏定性，缺少定量指标。本研究中的分区在总原则“清晰反映节水思路、突出区域建设重点、划分标准易量化”的基础上遵循如下原则：

1）结合《湖南省节水型社会建设“十三五”规划》，根据湖南省产业发展重点，着重农业、工业分区。

2）参考经济发展情况和产业特点，重点考虑水资源供需矛盾和节水需求。

3）水资源和生态环境的压力负荷。

4）考虑实施特点，以地级行政区为分区单元。

5）兼顾未来发展，考虑节水潜力和可持续发展对节约用水的要求。

6）定量分区，以求易于推广。

2.2 农业节水分区

1）农业节水分区指标选取及原始数据获取。本研究中的分区指标力求能够满足全面性、概括性、易于或能够取得的要求。根据节水型农业的特点，拟采用地貌形态指标L、复种指数F、稻田比例D、缺水程度B、产水模数E 等5 项指标[3]。根据原始数据，统计并计算出14 个市、州的农业节水分区5 项原始指标值，见表2。

表2 各市、州农业节水分区原始指标值

2）层次聚类分析。农业节水分区指标的计算采用的是层次聚类分析法，其基本思想是：根据样本特性指标的亲疏程度聚类。

①数据标准化。层次聚类分析中，以分类的对象为样本，共有n 个样本，m 个特征指标，则构成以下原始矩阵：

指标进行指数化处理：消除原始矩阵指标间数量级差异过大和具有量纲的指标，使各指标在同一层次具有可比性，用下式计算：

Eii=Ei/Emax

式中 Eii——处理后的指标值；

Ei——原始指标值；

Emax——指标最大值。

指标的同趋势化：采用指标转置，将指标通过整理变换，使所有指标转化为同一方向，用下式计算：

Eii=Emax+Emin-Ei

式中 Emin——指标最小值。

②建立层次关系（距离）矩阵。样本标准化后，用被分类（分区）对象间的相似程度rij来建立层次关系矩阵，rij=0 表明样本i 与样本j 毫不相似，rij=1 表示这两个样本完全相同。

③计算样本之间的距离。采用欧氏距离平方法，计算公式为：

式中 k——每个样本有k 个变量；

Xi——第一个样本在第i 个变量上的取值；

Yi——第二个样本在第i 个变量上的取值。

3）分区结果分析计算。通过以上聚类分析方法计算出14 个地区的距离矩阵，运用SPSS 层次聚类分析模块，将分区指标进行计算，得出层次聚类分析树形图，见图2。全省14 个市州按农业节水划分，共分为3大类，见表3。

图2 农业节水分区层次聚类分析树形图

将农业节水分区结果与《湖南省节水型社会建设“十三五”规划》中的五大节水分区进行对比，并对照《湖南省水资源调查评价》（2008）中的产水模数，见表3。本研究分区结果突破了纯按地域或水资源量分区的局限，从农业节水紧迫性的角度得到的分区结果更有指导意义。

基于以上分析，在大豆根系拓扑结构程序设计中要充分考虑主根的三维可视化效果，主根的绘制可以利用OpenGL提供的画圆柱函数进行实现，其基本语法格式为：

2.3 工业节水分区

1）分区指标。目前我国关于工业节水评价研究的指标体系可归纳为两大类七种指标[4]。两大类是工业用水复用类指标和工业取水水量类指标。工业取水水量类指标包括：工业万元产值取水量、单位产品取水量、附属生产人均日取水量等。工业用水复用类指标包括：工业用水重复利用率、间接冷却水循环率、工艺水回用率、蒸汽冷凝水回用率等。但该指标体系中的指标，重复且不全面，如工业用水重复利用率就包含了间接冷却水循环率、工艺水回用率等指标，但对于工业节水投资及工业废水方面的指标，却没有提及。

表3 各市州农业节水分区与“十三五分区”对比表

结合建立指标体系的原则以及城市工业节水的特点，为了全面考虑湖南省工业节水水平，在总结工业节水分区模式时，依然沿用此指标体系作为分区模式指标体系。采用万元产值取水量、万元增加值取水量、单位产品取水量、工业用水重复利用率、单方工业节水投资和万元工业废水排放量作为工业节水综合评价指标体系。

2）工业节水分区结果。把分区指标及原始数据输入SPSS 软件，按照离差平方和聚类法操作，经过39 次聚类，输出聚类分析树形图见图3。

根据各类城市的经济发展水平和工业产业特征，按工业节水建设条件可把各类城市概括为三类，分类结果见表4。

3 分区节水模式（表5）

节水型社会建设是一项系统性工程，它以节水为中心，是节水技术、管理措施与水资源合理开发综合集成的统一体系，其建设应分区、有重点的进行。通过分行业节水分区，可根据各区特点，分区指导节水型社会建设活动的开展，使其更加符合当地的实际，提高水资源利用率，创造良好的经济和社会效益。

图3 工业节水分区树形图

表4 湖南省工业节水分区结果表

3.1 农业分区节水模式

I 类行政区为农业节水非常紧迫区，主要分布于湘中地区以及部分湘南地区。邵阳、衡阳、娄底属于“湘中地区”，永州属于“湘南地区”，是湖南省的干旱走廊，其区域水资源非常短缺，同时又是湖南省的重要能源基地，生态环境相对脆弱，农业发展较为滞后，故节水工作的重点应节约农业用水，加强水利设施建设，发展节水农业。

表5 各市州用水红线与主要用水行业综合节水分区节水模式

II 类行政区为农业节水较为紧迫区，主要分布于长株潭地区、洞庭湖区以及部分湘西湘南区。其水资源较丰富，但是由于农业用水需求量较高，故还存在一定的缺水问题，且由于人口密集，水污染问题较严重。因此应在进一步提高其农业水效率的同时，加强节水和生态保护的宣传教育，应用群众的力量推行全民节水全民减排。

III 类行政区为农业节水一般紧迫区，张家界、湘西州主要分布于“湘西地区”，是湖南省重要的生态屏障区，水资源较丰富，水环境较好。该区域经济发展相对滞后，农业发展也较落后，应充分利用当地丰富的水资源，加强农业发展，支持贫困地区基本口粮田和特色林果业规模发展，在提高农业综合生产能力的同时保护好水环境。

3.2 工业分区节水模式

工业III 类行政区：工业主导型经济欠发达、工业节水建设基础较差，其节水应重点在节约、减漏两个角度进行。

工业II 类行政区：有一定工业基础、经济欠发达、工业节水建设基础一般，工业节水建设不足，节水重点除了节约、减漏外，应加强节水型生产设备的引入和提高工业水重复利用率。

工业I 类行政区：工业型经济发达、工业节水建设基础好的重点行政区。在节约、减漏、加强节水型生产设备引入、工业水重复利用率提高的同时，建议开发再生水资源。

4 结论与展望

在区域水资源条件、用水现状的基础上，以指示水资源承载能力的用水总量控制红线为约束[5]，按主要用水行业分区节水模式为指导，为区域高质量发展制定有针对性的节水策略提供依据，各市州主要节水模式见表5。

在后期研究中应深入到工业用水行业中，工业用水中行业类型及结构对用水量影响较大，如高耗水行业，但由于数据的缺乏，此次分区中未从行业结构分析，在后期研究中应深入到工业用水行业中。