北京市水资源管理 - 三条红线 - 指标体系与评价方法 -

1、自然资源学报JOURNAL OF NATURAL RESOURCES第29卷第6期2014年6月V ol.29No.6Jun.,2014北京市水资源管理“三条红线”指标体系与评价方法刘晓1,刘虹利1,王红瑞1,3*,俞淞1,马东春2,3(1.北京师范大学水科学研究院,水沙科学教育部重点实验室,北京100875;2.北京市水利科学技术研究院,北京100048;3.北京水战略研究中心,北京100048摘要:为将最严格的水资源管理制度落到实处,实现制度的可量化和可操作化,论文构建了水资源管理“三条红线”指标体系,分阶段与国家“五年规划”同步实施,并提出“三条红线”评价方法。然后以北京市为例,预测其2

2、015年“三条红线”控制指标的目标值;在此基础上对北京市各区县2011年的水资源管理“三条红线”进行评价,并对达标情况进行分级。最后,分别给出各区县水务管理改进重点和方案。房山区和大兴区为5级区,总量控制、效率控制和污染控制均需加强;城六区为4级区,总量控制和效率控制是管理重点;通州区和昌平区为3级区,需要加强污染控制;门头沟区、顺义区和延庆县为2级区,水资源管理重点各不相同;怀柔区、平谷区和密云县为1级区。关键词:水资源管理;三条红线;北京市中图分类号:TV213.4文献标志码:A文章编号:1000-3037(201406-1017-12DOI :10.11849/zrzyxb.2014.0

3、6.010最严格水资源管理制度是现代水资源管理的思想集成,“三条红线”从水资源开发利用、用水效率和水功能区限制纳污三个方面切入,将最严格水资源管理制度具体展开,贯穿并体现了水资源“可持续”利用和人水和谐的思想,为水资源综合管理实践指明了方向并建立了重点。2011年,“中央一号文件”正式提出将在全国推行最严格的水资源管理制度,明确了“三条红线”的具体内涵。在此之前,水利部已经选择了山东、北京等7省市开展先行试点工作1。“中央一号文件”推行之后,关于“三条红线”的研究工作陆续展开,黄昌硕等分析了基于“三条红线”的水资源管理模式内涵和总体框架2;王浩总结了实行最严格水资源管理的8个关键技术支撑3;甘

4、升伟等根据太湖流域管理局制订的新安江取水许可总量控制指标,提出符合流域特点的水资源管理“三条红线”保障措施4;陶洁等构建了“三条红线”控制指标体系,提出指标确定方法并应用于新密市5等等。当前虽然关于最严格水资源管理“三条红线”的研究产生了不少成果,但也存在着诸多不足,依然缺少统一全面、广泛适用的“三条红线”控制指标体系和方法,很多地区水资源管理基础数据不能满足现有指标体系的建立等6-12。为使最严格的水资源管理制度的实施和考核定量化且可操作,本文采用层次分析法(AHP构建出“三条红线”指标体系,进而确立“三收稿日期:2013-03-13;修订日期:2013-07-11。基金项目:国家自然科学基

5、金项目(51279006;国家科技支撑计划课题(2013BAB05B04。第一作者简介:刘晓(1988-,女,山东青岛人,硕士,专业方向为水资源系统分析。E-mail:Xiaohydro*通信作者简介:王红瑞,教授,专业方向为水文与水资源。E-mail:henrywang自然资源学报29卷1018条红线”评价方法。以北京市为例,预测其“三条红线”的目标值和供需水平,并对各区县“三条红线”水资源综合管理的达标情况进行分级,提出水资源管理需要加强的具体方面,以期为进一步落实最严格水资源管理制度提供支撑。1水资源管理“三条红线”指标体系构建1.1构建原则综合性原则:水资源管理“三条红线”涉及水资源条

6、件、水资源配置格局和开发利用程度、经济社会发展水平、生态环境保护程度、水环境状况等多个方面,而这些方面之间存在十分复杂的联系,因此选取的指标应对现代环境下水资源的多属性特征进行全面描述。可度量性原则:水资源管理“三条红线”指标要能够进行数值计算,易获取,可量化,可操作。如:用水效率红线方面,可用节水设施配套维护情况指标表示,但是考虑到节水设施配套维护情况表征方式繁多,不易定量化,即不具有可操作性。相比而言,管网漏失率则更容易定量表示输水管道的维护状况。代表性原则:影响水资源管理的因素多,与之对应的描述指标也多。从实用、可操作的角度看,指标不宜过多、过滥,应选择有代表性的主要指标构建指标体系。代

7、表性指标选取还应具有方向性和独立性,即能够对水资源管理提供指导,并且指标间应具有独立性或弱关联性。层次性原则:水资源管理指标涉及多方面,每一方面又存在诸多影响因素。对于这些方面及其影响因素均可以分别提出相应的指标进行表征。显然,这些指标存在着层次和隶属关系。本文采用三级评价指标体系,第一级为属性描述指标,第二级为属性准则性指标,第三级为问题诊断性指标。1.2评价指标体系初建“三条红线”指标体系分为目标层、准则层和指标层三个层级。目标层指标对应水资源开发利用、用水效率和水功能区限制纳污三个准则层;通过问卷调查,征询北京市水务局、北京市环保局、北京市水文总站、北京市水科学技术研究院等有关专家领导的

8、建议等方式,可获得对北京市水资源管理现状有表征作用的30个变量(表1;通过专家打分法确定各指标权重(表2,层次分析法6筛选指标,确定出最终评价指标(表3。1.3筛选与结果在建立目标层、准则层和指标层的递阶层次结构以后,需要确定上下层元素间的隶属关系,首先根据层次分析法建立各指标的比较判断矩阵,然后导出各层元素的权重。按照判断矩阵的一致性比例CR值是否小于0.1判断矩阵是否具有满意的一致性原则,本研究中,水资源开发利用准则层判断矩阵CR值为0.0948,用水效率准则层CR值为0.0921,限制纳污准则层CR值为0.0999,均小于0.10,所以,三部分均通过一致性检验。根据30位水资源专家打分的

9、结果,进行层次分析总排序:由高层次到低层次逐层计算各层次所有因素对于最高层(总目标相对重要性的排序权值。得到三个准则层各指标的权重(表2。6期刘晓等:北京市水资源管理“三条红线”指标体系与评价方法表1水资源管理“三条红线”指标体系Table 1Index system of the “Three Red Lines ”water resources management in Beijing 表2各准则层指标权重Table 2Weight of criteria layerindex1019 29卷自然资源学报结合水资源管理实际情况及监管的可操作性13,第一阶段选取权重和大于25%的指标作为监

10、管指标,第二阶段选取权重和大于60%的指标作为监管指标,第三阶段选取权重和大于85%的指标作为监管指标。筛选结果见表3。表3各准则层分阶段监管指标Table 3Criteria layer index ofstages 2水资源管理“三条红线”评价方法的建立为使最严格水资源管理制度能够在北京市各区县量化考核,同时能够在全国范围内得到推广,即横向比较不同城市、地区水资源管理目标的完成情况13-14。本文以北京市为例,建立了年尺度的水资源管理“三条红线”评价方法。评价某年北京市水资源管理“三条红线”的得分,首先,根据指标层中各个指标的现状值和目标值,计算每个指标的指标值;然后,利用指标值计算各准则

11、层得分;最后,利用准则层得分计算“三条红线”总得分。具体方法如下:(1指标值计算指标值计算需要同年各个指标的实际值和目标值。其中,三条红线指标的实际值可通过查阅文献、统计资料等途径获得,三条红线指标i 的目标值Z t ,目标i 计算公式如下:Z t ,目标i =k ×Z t+4,目标i(1式中:t 0为规划阶段的第一年,如2011、2016和2021年;t 为规划阶段中的任一年。例如第一个阶段2011年的目标值为:Z 2011,目标i =k ×Z 2015,目标i(2调整系数k 以三条红线指标i 为基准计算得到:k t =Z t 0-1,iZ t+4,目标i+1-Z t 0

12、-1,iZ t 0+4,目标i5×(t -t 0+1(3以t 0=2011年、三条红线指标i 是用水总量指标为例,解释公式(3的含义。k 2011是将2010年的用水总量现状值与2015年的用水总量目标值之间的差距平均分成5份,每年完成差距的1/5。因此,10206期刘晓等:北京市水资源管理“三条红线”指标体系与评价方法k2011=Z2010,iZ2015,目标i +1-Z2010,iZ2015,目标i5×(2015-2011+1(4同理,可得到20122015年的k值,而“五年计划”的年末2015年k值为1。因此,每一个“五年计划”的调整系数k都可由公式(3计算得到。例如

13、第一个阶段,20112015年,北京市三条红线指标的调整系数k如表4。表420112015年北京市三条红线指标目标值调整系数Table4Adjustment coefficient of the Three Red Lines index target from2011to2015in Beijing具体而言,20112015、20162020以及20212025年的指标体系权重可以根据表3中各准则层的指标权重等比例得到(表5至表7。表520112015年各准则层指标权重Table5Weight of criteria layer index from2011to 2015表620162020

14、年各准则层指标权重Table6Weight of criteria layer index from2016to 2020表720212025年各准则层指标权重Table7Weight of criteria layer index from2021to 2025(2准则层得分准则层包括开发利用指标、用水效率指标和限制纳污指标,根据表2中各指标对水资源管理的贡献情况,先将指标分为两类。相应地,计算方法也有所不同。第I类指标,在适度范围内,数值越小,对水资源管理的有益贡献越大。第II类指1021标,在适度范围内,数值越大,对水资源管理的有益贡献越大。因此,第I类指标包括:总量控制指标,用水总量、

15、工业用水量、农业用水量、万元工业增加值用水量、人均用水量;效率控制指标,管网漏失率;限制纳污指标,COD排放量、氨氮排放量。第II类指标包括:总量控制指标,地下水水位;效率控制指标:农业灌溉水利用系数、再生水使用比例;限制纳污指标,河段、水库和湖泊水质达标率。对于第I类指标,当其低于或等于目标值时为合格。对于第II类指标,当其高于或等于目标值时为合格。两类指标的计算方法如表8所示。表8“三条红线”得分计算公式Table8Formula of the Three Red Lines scores 注:D表示得分,Z表示指标值,Z目标i表示指标i的目标值,W为权重。各准则层最终得分为对应准则层的第

16、类得分和第类得分之和。当D1时,表示该准则层完成目标;D<1时,表示没有完成目标。(3总得分水资源管理“三条红线”的总得分计算公式如下:D 总=D开发利用+D用水效率+D限制纳污3(5据此,可以评价水资源管理“三条红线”的等级。当D开发利用、D用水效率、D限制纳污和D总均大于等于1时,为1级;有3项大于等于1时,为2级;有2项大于等于1时,为3级,依次类推,共5级。3北京市“三条红线”指标目标值预测本文以2011年为例,评价北京市各区县2011年水资源管理“三条红线”的完成状况。首先需要预测2015年北京市水资源开发利用、用水效率和限制纳污指标的目标值。预测方法主要包括指数预测、定额预测

17、、趋势预测等,这些方法均以现有的水资源统计数据为基础,以指标分析为线索,判断未来经济社会发展的水资源需求7。依据北京市实际情况,本文对2015年“三条红线”指标的目标值采用趋势分析及用水定额法进行预测,其中,农业、工业及生态环境用水通过趋势分析得到,生活用水通过用水定额法进行预测,万元工业增加值及河段水质达标率通过趋势分析计算。(1趋势分析方法趋势分析方法主要是对历史用水数据进行分析,采用平滑曲线和趋势外推等对未来需水进行预测,包括指数平滑法和趋势外推法等。指数平滑法就是通过对历史数据进行分析,区别基本模式和随机波动,获得按时间序列的“平滑值”,并以此对未来进行预测。趋势外推法是根据过去用水总

18、量及相关指标的趋势变动规律,从而推算预测水平年的需水量和相关指标的方法。(2用水定额法一般而言,随着经济社会发展和城市化进程,人均生活用水呈现递增趋势。因此,生活用水可以用下式计算W s ,t =p t ×D S ,O (1+i s t(6式中:W s ,t 表示第t 年城镇或农村生活用水总量;p t 表示第t 年人口数;D S ,O 表示初始年城镇或农村人均用水定额;i s 表示生活用水定额年增长率。3.1水资源开发利用指标目标值预测(1用水总量根据人口增长规律,采用指数预测法,由拟合公式得到2015年人口数将达到2192.3×104人,比2010年人口增加了231.1&

19、#215;104人(图1 。分别根据每个指标的趋势变化,通过拟合公式确定2015年指标。由图2可知,2015年农业用水量为8.68×108m 3,且近几年农业用水量呈现出趋于平稳的态势,因此推测北京市农业用水量基本达到现状技术水平下的极限,预测其2015年农业用水量维持2010年的水平,即11.4×108m 3。这与北京市“十二五”规划中提到的将20112015年农业用水总量维持在12×108m 3基本一致15。由图2计算可得,2015年工业用水量为3.92×108m 3,在维持现有水平的基础上略有下降,比2010年减少0.18×108m 3;

20、通过北京市产业结构调整,限制发展高耗水、高耗能产业,提高利用效率,能够实现工业用水零增长,并且略有下降,符合北京市“十二五”规划用水的变化趋势15。 根据拟合公式,预测计算北京市2015年生活用水量为16.88×108m 3;按照居民生活及三次产业人均用水240L/d ,预测其2015年人口总数为2192.3×104人,采用用水定额法预计到2015年生活用水将达到19.20×108m 315。由图2可得,2010年环境用水量为4.00×108m 3,由于“十二五”期间南水北调进京,增加了北京市的水资源可利用量,环境用水必然会上升,预计2015年环境用水量

21、将达到5.64×108m 3,注:数据来源于北京市统计年鉴。图119802010年北京市人口变化Fig.1Population trends in Beijing from 1980to2010图219992010年北京市用水量变化趋势Fig.2Water use from 1999to 2010in Beijing比2010年增加1.64×108m 315。规划年2015年用水总量=生活用水量+农业用水量+工业用水量+环境用水量=41.16×108m 3,比2010年增加5.96×108m 3。(2用水总量的分配从经济、社会和环境三个方面考虑,选取地区

22、生产总值、生产效率、人口和环境用水量4个因子16-22,其中,生产效率用万元工业增加值耗水量衡量。根据多年各县用水现状,分别建立水量分配方程:q i =éëêùûúg i G f i F p i P e i E éëêêêùûúúúa i b i c i d i ×Q +x i(7式中:q i 为i 区县分配水量,g i 为i 区县GDP ,G 为全市GDP ,f i 为i 区县万元工业增加值用水量,F 为全市万元工业增加值用

23、水量,p i 为i 区县人口,P 为全市总人口,e i 为i 区县环境用水,E 为全市环境用水,Q 为全市用水总量;a i 、b i 、c i 和d i 分别为经济、用水效率、人口和环境参数,代表该县GDP 、万元工业增加值用水量、人口和环境用水占全市的比例对该区县用水总量贡献的约束;x i 为调整参数;调整参数主要参照以往年度用水情况等确定。根据20072010年各县GDP 、万元工业增加值用水量、人口和环境用水量用水现状,计算各县水量分配系数矩阵:éëêêêêùûúúúú

24、a b c d =éëêêêêùûúúúú-0.0220.049 1.162-0.9060.069-0.136-0.322-0.183-1.6880.676-0.1550.1220.767-14.201 5.3890.552 4.916 5.929 6.683 4.773-1.206 4.6660.1890.0020.1830.0240.088-0.046-0.0060.0040.0540.027-0.0010.0340.788 4.318-0.1930.026-0.884-

25、0.571-0.980-0.005-0.019-0.111每列数值的含义为,以城六区为例,其对应的分配系数a 、b 、c 和d 分别为-0.022、0.122、0.189和0.034,这说明,20072010年城六区各指标所占比例对用水总量的贡献而言,GDP 在用水总量分配中的影响应适当削弱,故分配系数为负值,而其余三个指标对用水总量的贡献应加强,故为正值。分配结果见表9。表92015年北京市用水总量区县分配Table 9Distribution of water quantities to all the counties in2015 3.2用水效率目标值测算(1万元工业增加值用水量选择指

26、数型拟合(图3。北京市万元工业增加值用水量呈现减小的趋势,这与北京市工业耗水降低和工业节水技术水平提高有很大关系,据拟合公式预测2015年万元工业增加值用水量为7m 3/104元。3.3水功能区限制纳污目标值测算根据水质一般变化规律,本文选择对数曲线拟合水质达标率趋势。计算得2015年河段水质达标率目标值64%(图4。 评价北京市各区县2011年水资源管理“三条红线”得分,根据表3和公式(5,将北京市各区县2011年用水总量、万元工业增加值用水量及河段水质达标率数值代入,得到“三条红线”指标体系的准则层得分和总得分(表10。以小于0.7,0.71和大于1为标准,可以将各区县评价结果分为三类,如

27、图5所示。由图5可知,2011年第一条红线,用水总量控制达到目标值要求的有通州、顺义、昌平、怀柔、平谷和密云等区县,城六区、房山区和大兴区接近目标, 门头沟区距达标差距大,因为门头沟区2011年用水总量多,比2010年突增了62%(表11。第二条红线,用水效率控制达到目标值要求的有门头沟、通州、顺义、昌平、怀柔、平谷和密云等区县,大兴区距达标差距大,因为大兴区万元工业增加值用水量大,比2010年突增了60%(表11。第三条红线,水功能区限制纳污控制远未达标的有房山、昌平、顺义、通州等区县。表102011年北京市”三条红线”区县评价得分Table 10Scores of the Three Re

28、d Lines evaluation in counties ofBeijing 表112011年较2010年北京市”三条红线”指标变化增长率Table 11Increasing rate of the Three Red Lines index in counties of Beijing in2011图319982010年北京市万元工业增加值用水量变化趋势Fig.3Water consumption of 10000yuan of industrial addedvalue from 1998to 2010inBeijing注:数据来源于北京市环境状况公报20002010年。图420002

29、010年北京市河段水质达标率趋势Fig.4Passing rate of river water qualityfrom 2000to 2010in Beijing 以D 开发利用、D 用水效率、D 限制纳污和D 总满足大于等于1为标准,4项都满足时为1级,有3项满足时为2级,依次类推,共5级,对各区县进行等级评价,结果如下:表122011年北京市区县“三条红线”水资源管理评价等级Table 12Rank of the Three Red Lines evaluation in counties of Beijing房山区和大兴区三条红线均未达到目标值要求,为5级,总量、效率、污染控制均需要加

30、强,其中大兴区亟需提高用水效率,房山区的水质状况需进行改善;城六区为4级区,总量和效率需要强化管理;3级区通州和昌平则需要加强污染控制;2级区中门头沟区应注意用水总量的控制,顺义区需要加强污染防治,延庆县需采取措施改进水质状况;怀柔、平谷和密云三个区县三条红线均达标,为1级(图6,表12。大兴区作为北京市食品生产供应基地,高耗水的产业结构决定了其用水现状,今后需要推广农业节水技 术;房山区的煤炭与建材产业也是高图5北京市区县三条红线评价结果Fig.5Outcome of the Three Red Lines evaluation in counties of Beijing图6北京市区县三条

31、红线评价等级Fig.6Rank of the Three Red Lines evaluation in counties of Beijing6期 刘 晓 等： 北京市水资源管理 “三条红线” 指标体系与评价方法 1027 污染的产业，一方面应改进技术，减排治污，另一方面要继续调整产业结构，减少污染 产业的比重；城六区人口多，用水压力大，需加强再生水利用；通州和昌平工业企业 多，应重点防治污染。门头沟因农业高耗水，需提高农业节水技术；顺义、延庆县需继 续发展生态友好型工业；怀柔、平谷和密云，位于潮白和蓟运河源头，是北京的饮用水 源地，更应实施最严格的三条红线水资源管理措施23-24。 4 结

32、论 （1） 建立北京市水资源管理“三条红线”指标体系，结合北京市实际情况及监管可 操作性，将最严格的水资源管理制度实施划分为 20112015、20152020 和 20202025 年三个阶段，逐时段增加严格程度，最终全面实现北京市水资源管理“三条红线”的最 严格监管；三个实施阶段与国家“五年规划”同步实施，有助于精细化水资源管理的实 施。 （2） 提出“三条红线”指标评价方法，开展了北京市及其各区县的水资源管理“三 条红线”评价，确立了北京市 2015 年“三条红线”控制指标的目标值。 （3） 对 2011 年北京市各区县“三条红线”水资源综合管理的达标情况进行了分级， 提出水资源管理需要

33、加强的具体方面。房山区和大兴区三条红线均未达到目标值要求， 其总量、效率、污染控制均需要加强，其中亟需提高大兴区的用水效率，房山区的水质 状况应最先给予控制与改善；城六区为 4 级区，应进一步控制总量、提高用水效率；3 级 区通州和昌平则需要加强污染控制；2 级区中门头沟区需要加强用水总量的控制，顺义 区需要加强水污染防治，延庆县则急需采取措施改进水质状况；怀柔、平谷和密云三个 区县“三条红线”均达标，为 1 级。 参考文献： 1 中华人民共和国水利部. 国务院关于实行最严格水资源管理制度的意见 R. 2 黄昌硕, 耿雷华. 基于 “三条红线” 的水资源管理模式研究 J. 中国农村水利水电,

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40、ao1, LIU Hong-li1,3, WANG Hong-rui1, YU Song1, MA Dong-chun2,3 (1. College of Water Science-Key Laboratory for Water and Sediment Science, Ministry of Education, Beijing Normal University, Beijing 100875, China; 2. Hydraulic Research Institute, Beijing 100048, China; 3. Beijing Water Strategic Studi

41、es Center, Beijing 100048, China Abstract: In order to perfect the most strictest water management system of China in the quantitative and operable manners, the“Three Red Lines” (TRL indicator system, one kind of water resources management systems, was built in this paper by means of questionnaire survey, expert evaluation method and the analytic hierarchy process, and was designed to be implemented simultaneously with the national Five-Year Plan of the different periods as well. Then this paper proposed the TRL evaluation