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《自然資源學(xué)報(bào)》2014年第六期

1水資源管理“三條紅線”指標(biāo)體系構(gòu)建

1.1構(gòu)建原則綜合性原則：水資源管理“三條紅線”涉及水資源條件、水資源配置格局和開發(fā)利用程度、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平、生態(tài)環(huán)境保護(hù)程度、水環(huán)境狀況等多個(gè)方面，而這些方面之間存在十分復(fù)雜的聯(lián)系，因此選取的指標(biāo)應(yīng)對現(xiàn)代環(huán)境下水資源的多屬性特征進(jìn)行全面描述。可度量性原則：水資源管理“三條紅線”指標(biāo)要能夠進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，易獲取，可量化，可操作。如：用水效率紅線方面，可用節(jié)水設(shè)施配套維護(hù)情況指標(biāo)表示，但是考慮到節(jié)水設(shè)施配套維護(hù)情況表征方式繁多，不易定量化，即不具有可操作性。相比而言，管網(wǎng)漏失率則更容易定量表示輸水管道的維護(hù)狀況。代表性原則：影響水資源管理的因素多，與之對應(yīng)的描述指標(biāo)也多。從實(shí)用、可操作的角度看，指標(biāo)不宜過多、過濫，應(yīng)選擇有代表性的主要指標(biāo)構(gòu)建指標(biāo)體系。代表性指標(biāo)選取還應(yīng)具有方向性和獨(dú)立性，即能夠?qū)λY源管理提供指導(dǎo)，并且指標(biāo)間應(yīng)具有獨(dú)立性或弱關(guān)聯(lián)性。層次性原則：水資源管理指標(biāo)涉及多方面，每一方面又存在諸多影響因素。對于這些方面及其影響因素均可以分別提出相應(yīng)的指標(biāo)進(jìn)行表征。顯然，這些指標(biāo)存在著層次和隸屬關(guān)系。本文采用三級評價(jià)指標(biāo)體系，第一級為屬性描述指標(biāo)，第二級為屬性準(zhǔn)則性指標(biāo)，第三級為問題診斷性指標(biāo)。

1.2評價(jià)指標(biāo)體系初建“三條紅線”指標(biāo)體系分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層三個(gè)層級。目標(biāo)層指標(biāo)對應(yīng)水資源開發(fā)利用、用水效率和水功能區(qū)限制納污三個(gè)準(zhǔn)則層；通過問卷調(diào)查，征詢北京市水務(wù)局、北京市環(huán)保局、北京市水文總站、北京市水科學(xué)技術(shù)研究院等有關(guān)專家領(lǐng)導(dǎo)的建議等方式，可獲得對北京市水資源管理現(xiàn)狀有表征作用的30個(gè)變量（表1）；通過專家打分法確定各指標(biāo)權(quán)重（表2），層次分析法[6]篩選指標(biāo)，確定出最終評價(jià)指標(biāo)（表3）。

1.3篩選與結(jié)果在建立目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的遞階層次結(jié)構(gòu)以后，需要確定上下層元素間的隸屬關(guān)系，首先根據(jù)層次分析法建立各指標(biāo)的比較判斷矩陣，然后導(dǎo)出各層元素的權(quán)重。按照判斷矩陣的一致性比例CR值是否小于0.1判斷矩陣是否具有滿意的一致性原則，本研究中，水資源開發(fā)利用準(zhǔn)則層判斷矩陣CR值為0.0948，用水效率準(zhǔn)則層CR值為0.0921，限制納污準(zhǔn)則層CR值為0.0999，均小于0.10，所以，三部分均通過一致性檢驗(yàn)。根據(jù)30位水資源專家打分的結(jié)果，進(jìn)行層次分析總排序：由高層次到低層次逐層計(jì)算各層次所有因素對于最高層（總目標(biāo)）相對重要性的排序權(quán)值。得到三個(gè)準(zhǔn)則層各指標(biāo)的權(quán)重（表2）。結(jié)合水資源管理實(shí)際情況及監(jiān)管的可操作性[13]，第一階段選取權(quán)重和大于25%的指標(biāo)作為監(jiān)管指標(biāo)，第二階段選取權(quán)重和大于60%的指標(biāo)作為監(jiān)管指標(biāo)，第三階段選取權(quán)重和大于85%的指標(biāo)作為監(jiān)管指標(biāo)。篩選結(jié)果見表3。

2水資源管理“三條紅線”評價(jià)方法的建立

為使最嚴(yán)格水資源管理制度能夠在北京市各區(qū)縣量化考核，同時(shí)能夠在全國范圍內(nèi)得到推廣，即橫向比較不同城市、地區(qū)水資源管理目標(biāo)的完成情況。本文以北京市為例，建立了年尺度的水資源管理“三條紅線”評價(jià)方法。評價(jià)某年北京市水資源管理“三條紅線”的得分，首先，根據(jù)指標(biāo)層中各個(gè)指標(biāo)的現(xiàn)狀值和目標(biāo)值，計(jì)算每個(gè)指標(biāo)的指標(biāo)值；然后，利用指標(biāo)值計(jì)算各準(zhǔn)則層得分；最后，利用準(zhǔn)則層得分計(jì)算“三條紅線”總得分。具體方法如下：（1）指標(biāo)值計(jì)算指標(biāo)值計(jì)算需要同年各個(gè)指標(biāo)的實(shí)際值和目標(biāo)值。其中，三條紅線指標(biāo)的實(shí)際值可通過查閱文獻(xiàn)、統(tǒng)計(jì)資料等途徑獲得，三條紅線指標(biāo)i的目標(biāo)值Zt,目標(biāo)i計(jì)算公式如下：以t0=2011年、三條紅線指標(biāo)i是用水總量指標(biāo)為例，解釋公式(3)的含義。k2011是將2010年的用水總量現(xiàn)狀值與2015年的用水總量目標(biāo)值之間的差距平均分成5份，每年完成差距的1/5。因此，同理，可得到2012—2015年的k值，而“五年計(jì)劃”的年末2015年k值為1。因此，每一個(gè)“五年計(jì)劃”的調(diào)整系數(shù)k都可由公式（3）計(jì)算得到。例如第一個(gè)階段，2011—2015年，北京市三條紅線指標(biāo)的調(diào)整系數(shù)k如表4。具體而言，2011—2015、2016—2020以及2021—2025年的指標(biāo)體系權(quán)重可以根據(jù)表3中各準(zhǔn)則層的指標(biāo)權(quán)重等比例得到（表5至表7）。（2）準(zhǔn)則層得分準(zhǔn)則層包括開發(fā)利用指標(biāo)、用水效率指標(biāo)和限制納污指標(biāo)，根據(jù)表2中各指標(biāo)對水資源管理的貢獻(xiàn)情況，先將指標(biāo)分為兩類。相應(yīng)地，計(jì)算方法也有所不同。第I類指標(biāo)，在適度范圍內(nèi)，數(shù)值越小，對水資源管理的有益貢獻(xiàn)越大。第II類指標(biāo)，在適度范圍內(nèi)，數(shù)值越大，對水資源管理的有益貢獻(xiàn)越大。因此，第I類指標(biāo)包括：①總量控制指標(biāo)，用水總量、工業(yè)用水量、農(nóng)業(yè)用水量、萬元工業(yè)增加值用水量、人均用水量；②效率控制指標(biāo)，管網(wǎng)漏失率；③限制納污指標(biāo)，COD排放量、氨氮排放量。第II類指標(biāo)包括：①總量控制指標(biāo)，地下水水位；②效率控制指標(biāo)：農(nóng)業(yè)灌溉水利用系數(shù)、再生水使用比例；③限制納污指標(biāo)，河段、水庫和湖泊水質(zhì)達(dá)標(biāo)率。對于第I類指標(biāo)，當(dāng)其低于或等于目標(biāo)值時(shí)為合格。對于第II類指標(biāo)，當(dāng)其高于或等于目標(biāo)值時(shí)為合格。兩類指標(biāo)的計(jì)算方法如表8所示。

3北京市“三條紅線”指標(biāo)目標(biāo)值預(yù)測

本文以2011年為例，評價(jià)北京市各區(qū)縣2011年水資源管理“三條紅線”的完成狀況。首先需要預(yù)測2015年北京市水資源開發(fā)利用、用水效率和限制納污指標(biāo)的目標(biāo)值。預(yù)測方法主要包括指數(shù)預(yù)測、定額預(yù)測、趨勢預(yù)測等，這些方法均以現(xiàn)有的水資源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以指標(biāo)分析為線索，判斷未來經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的水資源需求[7]。依據(jù)北京市實(shí)際情況，本文對2015年“三條紅線”指標(biāo)的目標(biāo)值采用趨勢分析及用水定額法進(jìn)行預(yù)測，其中，農(nóng)業(yè)、工業(yè)及生態(tài)環(huán)境用水通過趨勢分析得到，生活用水通過用水定額法進(jìn)行預(yù)測，萬元工業(yè)增加值及河段水質(zhì)達(dá)標(biāo)率通過趨勢分析計(jì)算。（1）趨勢分析方法趨勢分析方法主要是對歷史用水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，采用平滑曲線和趨勢外推等對未來需水進(jìn)行預(yù)測，包括指數(shù)平滑法和趨勢外推法等。指數(shù)平滑法就是通過對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，區(qū)別基本模式和隨機(jī)波動(dòng)，獲得按時(shí)間序列的“平滑值”，并以此對未來進(jìn)行預(yù)測。趨勢外推法是根據(jù)過去用水總量及相關(guān)指標(biāo)的趨勢變動(dòng)規(guī)律，從而推算預(yù)測水平年的需水量和相關(guān)指標(biāo)的方法。（2）用水定額法一般而言，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和城市化進(jìn)程，人均生活用水呈現(xiàn)遞增趨勢。因此，生活用水可以用下式計(jì)算式中：Ws,t表示第t年城鎮(zhèn)或農(nóng)村生活用水總量；pt表示第t年人口數(shù)；DS,O表示初始年城鎮(zhèn)或農(nóng)村人均用水定額；is表示生活用水定額年增長率。

3.1水資源開發(fā)利用指標(biāo)目標(biāo)值預(yù)測（1）用水總量根據(jù)人口增長規(guī)律，采用指數(shù)預(yù)測法，由擬合公式得到2015年人口數(shù)將達(dá)到2192.3×104人，比2010年人口增加了231.1×104人（圖1）。分別根據(jù)每個(gè)指標(biāo)的趨勢變化，通過擬合公式確定2015年指標(biāo)。由圖2可知，2015年農(nóng)業(yè)用水量為8.68×108m3，且近幾年農(nóng)業(yè)用水量呈現(xiàn)出趨于平穩(wěn)的態(tài)勢，因此推測北京市農(nóng)業(yè)用水量基本達(dá)到現(xiàn)狀技術(shù)水平下的極限，預(yù)測其2015年農(nóng)業(yè)用水量維持2010年的水平，即11.4×108m3。這與北京市“十二五”規(guī)劃中提到的將2011—2015年農(nóng)業(yè)用水總量維持在12×108m3基本一致[15]。由圖2計(jì)算可得，2015年工業(yè)用水量為3.92×108m3，在維持現(xiàn)有水平的基礎(chǔ)上略有下降，比2010年減少0.18×108m3；通過北京市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，限制發(fā)展高耗水、高耗能產(chǎn)業(yè)，提高利用效率，能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)用水零增長，并且略有下降，符合北京市“十二五”規(guī)劃用水的變化趨勢[15]根據(jù)擬合公式，預(yù)測計(jì)算北京市2015年生活用水量為16.88×108m3；按照居民生活及三次產(chǎn)業(yè)人均用水240L/d，預(yù)測其2015年人口總數(shù)為2192.3×104人，采用用水定額法預(yù)計(jì)到2015年生活用水將達(dá)到19.20×108m3[15]。由圖2可得，2010年環(huán)境用水量為4.00×108m3，由于“十二五”期間南水北調(diào)進(jìn)京，增加了北京市的水資源可利用量，環(huán)境用水必然會(huì)上升，預(yù)計(jì)2015年環(huán)境用水量將達(dá)到5.64×108m3，比2010年增加1.64×108m3[15]。規(guī)劃年2015年用水總量=生活用水量+農(nóng)業(yè)用水量+工業(yè)用水量+環(huán)境用水量=41.16×108m3，比2010年增加5.96×108m3。（2）用水總量的分配從經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境三個(gè)方面考慮，選取地區(qū)生產(chǎn)總值、生產(chǎn)效率、人口和環(huán)境用水量4個(gè)因子[16-22]，其中，生產(chǎn)效率用萬元工業(yè)增加值耗水量衡量。根據(jù)多年各縣用水現(xiàn)狀，分別建立水量分配方程：式中：qi為i區(qū)縣分配水量，gi為i區(qū)縣GDP，G為全市GDP，fi為i區(qū)縣萬元工業(yè)增加值用水量，F(xiàn)為全市萬元工業(yè)增加值用水量，pi為i區(qū)縣人口，P為全市總?cè)丝冢琫i為i區(qū)縣環(huán)境用水，E為全市環(huán)境用水，Q為全市用水總量；ai、bi、ci和di分別為經(jīng)濟(jì)、用水效率、人口和環(huán)境參數(shù)，代表該縣GDP、萬元工業(yè)增加值用水量、人口和環(huán)境用水占全市的比例對該區(qū)縣用水總量貢獻(xiàn)的約束；xi為調(diào)整參數(shù)；調(diào)整參數(shù)主要參照以往年度用水情況等確定。根據(jù)2007—2010年各縣GDP、萬元工業(yè)增加值用水量、人口和環(huán)境用水量用水現(xiàn)狀，計(jì)算各縣水量分配系數(shù)矩陣：每列數(shù)值的含義為，以城六區(qū)為例，其對應(yīng)的分配系數(shù)a、b、c和d分別為-0.022、0.122、0.189和0.034，這說明，2007—2010年城六區(qū)各指標(biāo)所占比例對用水總量的貢獻(xiàn)而言，GDP在用水總量分配中的影響應(yīng)適當(dāng)削弱，故分配系數(shù)為負(fù)值，而其余三個(gè)指標(biāo)對用水總量的貢獻(xiàn)應(yīng)加強(qiáng)，故為正值。分配結(jié)果見表9。

3.2用水效率目標(biāo)值測算（1）萬元工業(yè)增加值用水量選擇指數(shù)型擬合（圖3）。北京市萬元工業(yè)增加值用水量呈現(xiàn)減小的趨勢，這與北京市工業(yè)耗水降低和工業(yè)節(jié)水技術(shù)水平提高有很大關(guān)系，據(jù)擬合公式預(yù)測2015年萬元工業(yè)增加值用水量為7m3/104元。

3.3水功能區(qū)限制納污目標(biāo)值測算根據(jù)水質(zhì)一般變化規(guī)律，本文選擇對數(shù)曲線擬合水質(zhì)達(dá)標(biāo)率趨勢。計(jì)算得2015年河段水質(zhì)達(dá)標(biāo)率目標(biāo)值64%（圖4）。評價(jià)北京市各區(qū)縣2011年水資源管理“三條紅線”得分，根據(jù)表3和公式（5），將北京市各區(qū)縣2011年用水總量、萬元工業(yè)增加值用水量及河段水質(zhì)達(dá)標(biāo)率數(shù)值代入，得到“三條紅線”指標(biāo)體系的準(zhǔn)則層得分和總得分（表10）。以小于0.7，0.7~1和大于1為標(biāo)準(zhǔn)，可以將各區(qū)縣評價(jià)結(jié)果分為三類，如圖5所示。由圖5可知，2011年第一條紅線，用水總量控制達(dá)到目標(biāo)值要求的有通州、順義、昌平、懷柔、平谷和密云等區(qū)縣，城六區(qū)、房山區(qū)和大興區(qū)接近目標(biāo)，門頭溝區(qū)距達(dá)標(biāo)差距大，因?yàn)殚T頭溝區(qū)2011年用水總量多，比2010年突增了62%（表11）。第二條紅線，用水效率控制達(dá)到目標(biāo)值要求的有門頭溝、通州、順義、昌平、懷柔、平谷和密云等區(qū)縣，大興區(qū)距達(dá)標(biāo)差距大，因?yàn)榇笈d區(qū)萬元工業(yè)增加值用水量大，比2010年突增了60%（表11）。第三條紅線，水功能區(qū)限制納污控制遠(yuǎn)未達(dá)標(biāo)的有房山、昌平、順義、通州等區(qū)縣。房山區(qū)和大興區(qū)三條紅線均未達(dá)到目標(biāo)值要求，為5級，總量、效率、污染控制均需要加強(qiáng)，其中大興區(qū)亟需提高用水效率，房山區(qū)的水質(zhì)狀況需進(jìn)行改善；城六區(qū)為4級區(qū)，總量和效率需要強(qiáng)化管理；3級區(qū)通州和昌平則需要加強(qiáng)污染控制；2級區(qū)中門頭溝區(qū)應(yīng)注意用水總量的控制，順義區(qū)需要加強(qiáng)污染防治，延慶縣需采取措施改進(jìn)水質(zhì)狀況；懷柔、平谷和密云三個(gè)區(qū)縣三條紅線均達(dá)標(biāo)，為1級（圖6，表12）。大興區(qū)作為北京市食品生產(chǎn)供應(yīng)基地，高耗水的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)決定了其用水現(xiàn)狀，今后需要推廣農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)；房山區(qū)的煤炭與建材產(chǎn)業(yè)也是高污染的產(chǎn)業(yè)，一方面應(yīng)改進(jìn)技術(shù)，減排治污，另一方面要繼續(xù)調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，減少污染產(chǎn)業(yè)的比重；城六區(qū)人口多，用水壓力大，需加強(qiáng)再生水利用；通州和昌平工業(yè)企業(yè)多，應(yīng)重點(diǎn)防治污染。門頭溝因農(nóng)業(yè)高耗水，需提高農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)；順義、延慶縣需繼續(xù)發(fā)展生態(tài)友好型工業(yè)；懷柔、平谷和密云，位于潮白和薊運(yùn)河源頭，是北京的飲用水源地，更應(yīng)實(shí)施最嚴(yán)格的三條紅線水資源管理措施[23-24]。

4結(jié)論

（1）建立北京市水資源管理“三條紅線”指標(biāo)體系，結(jié)合北京市實(shí)際情況及監(jiān)管可操作性，將最嚴(yán)格的水資源管理制度實(shí)施劃分為2011—2015、2015—2020和2020—2025年三個(gè)階段，逐時(shí)段增加嚴(yán)格程度，最終全面實(shí)現(xiàn)北京市水資源管理“三條紅線”的最嚴(yán)格監(jiān)管；三個(gè)實(shí)施階段與國家“五年規(guī)劃”同步實(shí)施，有助于精細(xì)化水資源管理的實(shí)施。（2）提出“三條紅線”指標(biāo)評價(jià)方法，開展了北京市及其各區(qū)縣的水資源管理“三條紅線”評價(jià)，確立了北京市2015年“三條紅線”控制指標(biāo)的目標(biāo)值。（3）對2011年北京市各區(qū)縣“三條紅線”水資源綜合管理的達(dá)標(biāo)情況進(jìn)行了分級，提出水資源管理需要加強(qiáng)的具體方面。房山區(qū)和大興區(qū)三條紅線均未達(dá)到目標(biāo)值要求，其總量、效率、污染控制均需要加強(qiáng)，其中亟需提高大興區(qū)的用水效率，房山區(qū)的水質(zhì)狀況應(yīng)最先給予控制與改善；城六區(qū)為4級區(qū)，應(yīng)進(jìn)一步控制總量、提高用水效率；3級區(qū)通州和昌平則需要加強(qiáng)污染控制；2級區(qū)中門頭溝區(qū)需要加強(qiáng)用水總量的控制，順義區(qū)需要加強(qiáng)水污染防治，延慶縣則急需采取措施改進(jìn)水質(zhì)狀況；懷柔、平谷和密云三個(gè)區(qū)縣“三條紅線”均達(dá)標(biāo)，為1級。

作者：劉曉劉虹利王紅瑞俞淞馬東春單位：北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院,水沙科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室北京市水利科學(xué)技術(shù)研究院北京水戰(zhàn)略研究中心