以津巴斯韦Maswingo为事例对水在需求管理中的应用

以津巴斯韦Maswingo为事例对水分析在需求管理中的应用摘要: 城市中心的水的使用是动态的、有波动的，并且高收入与低收入用户是不同的，且有增长的滞后性，供水基本构筑物几乎无法时常满足用户的增长，eq\o\ac(○,1).供水构筑物花费的高额费用;eq\o\ac(○,2).目前需水量管理的重要性;eq\o\ac(○,3).及向贫困用户供水服务的义务，使城市供水面临着一个重要的选择：是走需水量管理来减少用水的道路还是建造更多的建筑构筑物来增加供水，本文通过对zimbawe的Masvingo城市供水事例进行了研究，分析了两种选择的优势和劣势。本文章分析了一个70000人口城市的供水模型，该市位于干旱地区，年降水量为600mm/年，水消费已达水供应的最大能力，本文章将该城市长期供水作为一个整体，采用多元线性回归来观察分析现成的格局。本文章然后又分析了富裕家庭和贫困家庭的用水情况，尝试评价其用水是否重要，并制定出了适合的用水收费项目已减少不重要的水消费，考虑到一些可能影响需水量的发明，如：控制漏水、压力管理、对用户提供免费的节水服务，本文章还讨论了新的供水构筑物是否应该投入使用依靠于不同的需水量管理而定。处理水量需求管理的目的是达到理想的用水需求和使用，以达到对珍贵水资源的有效利用和可持续性利用，这种定义表示用水管理包括改善当前用水不合理部门的用水问题，除了采取用水工具的措施（如在厕所安装低水位水箱，在输水管网中安装泄漏监测和控制系统，在农业上使用滴灌系统），需求管理策略主要包括非器材行措施，用经济和法律的手段引道用户用水，创造用水体制和政策环境是这一方法（SavenijeandVanderZaag2002）成为可能。需求管理的概念已别广泛的认同，但其在实施中发挥作用还要依靠于尽量减少用户用水量的政策，在很多部门用水量管理还不完善，本文主要讨论面临缺水的城市中心供水。城市中心用水是动态的、波动起伏的、并且在高低收入人群是不同的，其增长趋于延后性，对于大多数城镇中心供水和需求形式是城镇发展和增长的影响因素中的主要因素。基本建设的高费用、近期的需求管理重点以及向城镇和中心贫困人群供水服务的义务使水的供应面临着则一个重要选择：是走需求管理的路线还是走新的基建发展的道路，本文是基于Dube(2002)依据走出进退两难的困境的Masvingo城而写的。南非图1：Zimbabwe的城市Masvingo的地图Masvingo城位于Harare南部大约300千米，它处于干旱地区，平均年降雨量为600mm/年，全市人口预计可达到2002万人，城市的水源是Mutirikwi湖，Mutirikwi湖除了向Masvingo供水外还向Triangle和HippoValley地区的几个农场和大型的甘蔗林灌溉用地供水，在Mutirikwi湖的初建成时期，储水量为1.4×109m3是一个可靠的水源，Masvingo称用水量随年限的增长，从1977年的2.4×109m3/年升高到2001年的6.8×109m3（图2）。给水厂在1982年被改进到现在的供水能力日处理水量为24001m3/天，尽管在允许的条件下可达到/日处理水量28000m3/天，可在干旱的9月、10月份还仍然不能满足人们的用水需求（图3）。本文章首先描述了用水的趋势和量化的影响因素，然后由描述了富裕家庭与贫困家庭的用水情况并严厉批评了当前的说费体制，然后又提出了一套新的收费标准(5段），本文也对各种用水要求管理方法进行分析，突出了未来的水管理方向（6段）；为了避免Masvingo市日益逼近的用水危机，文章最后提出了多项解决需求和供水方面的措施。Treatedwaterproduced(1,000m3/年)供水量(1,000m3/年)图2：1977-2001年间Masvingo市的日处理水量变化Treatedwater(m3/年)处理水量(m3/年)Plantcapacity(设备生产量)peakdaywaterpumped(日最高用水量)Averagetreatedwaterpumped(平均处理供水量)averagepeakweekwaterpumed(平均周最高用水量)图3：1977-2000年间 Masvingo市各部分供水量变化比较2.用水发展趋势随着时间发展，家庭用水量不断的增加，而工业、商业用水量却不断减少（如表1），家庭用水量不可能像Masvingo市已经倒闭的两大用水用户一样增长，也不可能缩减业务，当用水受到严重干旱影响时，人们可以通过定额供水和减少经济活动来减少供水，图2显示出用水量在过去的25年（1983/1984和1921/1993）里的两个干旱时期的用水量减少情况，两个干旱时期过后，用水量又有所恢复，具体比率如下：在1977-1983年间，用水量以每年8%的速度增长由于1983-1984年间的干旱原因，用水量由4.5×106m3/年下降到3.7×106m3/年；从1985年到1993年，年用水量平均以5%的速度增长；由于1992年的干旱原因，年用水量又由6.0×106m3/年下降到4.8×106m3/年；从1993年以后，年用水量又以3%的速度上升；表1：1991-2001年间Masvingo市处理水量和用水量19911992199319941995199619971998199920002001处理水量（1033m3/年）6.065.964.854.885.435.745.686.596.266.196.78付费总水量（1003m3/年）5.885.843.214.234.475.295.335.694.965.445.86不付费水量（%）2.92.033.813..317.77.86.213.720.712.113.6家庭付费水量（处处理水量（103m3/年）3.293.422.313.023.023.193.823.974.114.294.73工业付费水量（处处理水量（103m3/年）2.592.420.901.211.452.111.511.730.851.151.13人口(1000)49.651.753.956.058.160.262.364.466.668.770.8人均处理水量（LL/人/年）335316246239256261250281257247262Masvingo市人均用水量（用水总量除以总人口）已经从1979年的380L/天下降到2001年的260L/天（表1）。家庭收费用水量在1991年一直保持在180L/天，由于1992年干旱的原因，家庭收费用水量迅速下降到120L/天，到了2001年又回到1991年的消费水平，未可预见水量损失消耗很大，变化也没有规律对1999-2001这段时间的详细研究发现，15%的不明用水量（2600L/天、0.95×106m3/年）是非常合理的，尽管其并不是没有改善，Dube(2002)对渗漏水量和夜间最小流量进行测量并涉及向那些已测定家庭用水量部门进行送水，尽管这些数据并不准确，但它大体反应了水量的损失（表2）。表2：Masvingo市的不明用水量（Dube2002）种类数量（m3/天）不可避免的水量损损失700输水管漏水量1300输水管破裂500储水池渗漏水量100总计26003.影响用水的因素为了更好的了解影响用水的因素，我们已入了多元线形回归分析的方法，并考虑了以下几个因素：人口、年降雨量、经济的发展、供水定额。对于Masvingo市的年度人口和降雨量是可以得到的，对于经济的发展可使用人均国民生产总值代表，对于定额供水，引入了过去5年的供水数据，平均以每年02的速度由1下降到0，附录A提供了用于多元线形回归分析的输入和输出数据，数据显示，在过去的20年内人均国民生产总值一直随着城镇人口的不断增长而不断变化，在1983/1984和1992/1993年的干旱年份，人均国民生产总值分别以-4.2%和-4.8%实现负的增长。多元线性回归分析方程表示如下：Q=a+bN+cP+dG+eR(1) 其中：Q:年处理水量103/年N：Masvingo市的人口数量103P：年降雨量mm/年G：人均国民生产总值增长速度%R：供水定额过去五年内的平均值a、b、c、d、e都是常数 使用多元线性回归分析求出常数a、b、c、d、e分别代入公式得：Q=1496+90.2N-1.5P+26.8G-837R r2=96.5 (2)公式解释如下：常数a=1496103m3/年,是定值，与人口、年降雨量、人均国民生产总值、用水定额无关，它包括损失水量、部分公用水量和少量的工业企业用水；常数b=90.2m3/人（247L/人），代表人均年用水量，包括一些企业和商业用水，人口只表示88%的总供水量；常数c=1.5103m3/mm，降雨过于平均水平(600mm/年)100mm则升高150000m3/年反之则减少5%；常数d=26.8103m3/年，表示人均国内生产总值的变化对水消费的影响，人均国内生产总值每升高1%，年用水量升高27103m3/年；大约占总的46%；常数e=837103m3/年，表示定额供水对水消费起的作用，在干旱年月以37103m3/年的速率下降，占总的96.5%；使用多元线性回归分析是非常合理的，利用过去的用水资料来设计未来用水量和揭示不同情况下影响水消费的因素（6段）。4.富裕家庭和贫困家庭的用水 家庭供水的研究趋势是进一步考虑富裕家庭和贫困家庭的用水问题，把Rhodene和Clipsham住宅区里的1050个家庭用户划分为富裕家庭供水区，把Rujeko和Mucheke住宅区里的3350户用户划分为贫困供水区，这些用户数量约占Masvingo市总用户数量的34%。Treatedwater(1000m3/年)处理水量(1000m3/年)MLRmodel多元线性回归模型observed现实观察数值图4：1977-2001时期，Masvingo市观察用水量和模型用水量的比较从1999-2001期间的用水消费账单资料分析，不同住宅区的消费曲线分别绘入图5中。 图5显示：富裕家庭用水量（平均59m3/月）和贫困家庭用水量（201m3/月）存在很大的差异，此外，富裕家庭用水量的（变化系数CV=31%）比贫困家庭用水量（变化系数CV=11.5%）变化波动要大，这种波动与降雨有关，因为富裕家庭用水量高的时间往往是在比较干热的月份，且是不必要的用水量，比如用处理的干净水去浇花园，在干旱的十月份富裕家庭的用水在80m3/月以上，而贫困家庭的用水量却不超过25m3/月，与富裕家庭相比，还不到富裕家庭用水量的1/3，在最贫困阶层家庭用水区域，平均家庭用水量仅为12m3/月，这一数字就是城市居民的最低生活保障用水数字。，就是平均每个人的家庭日用水量为50L/人/天；测试结果明显表明：贫困家庭不能担负的起过多的用水经费，此外，由于他们的住房面积也较小，（200-300m2），即使能担负的起较多的用水费用，他们也很难达到上限用水量，他们的水应用主要是那些不可缺少的用水项目，因此用水量的季节性变动是非常小的，对于富裕家庭则刚刚相反，他们又能力支付过量水的水费，并且也也愿意消费那么多的水，他们用处理过多干净水去浇大大小小的花园（平均400m2）、为游泳池冲水、随意不节制的洗车，大量的水就这样别用于了许多不必要用处理过的水的地方。用消费变化系数CV作为用水量弹性变化的一个指标，这种假设的弹性指标在Masvingo市中富裕家庭是贫困家庭的（31/11.5=2.7）倍，详细的经济研究需要虚设和接受这一假设目标，初步发现表明：水价对富裕家庭的影响要比对贫困家庭到影响大的多。Waterconsumption(m3permonthperconnection)水消耗曲线（m3/月/户）Jan-一月apr-四月oct-八月图5：1999-2001期间富裕家庭也贫困家庭的月用水量变化曲线5.Masvingo市的用水收费方式水项目税收是Masvingo市郊达的税收来源之一，占其税收总数的25%-40%，1999-2001期间政府决定水费以80%水费为利润的标准收费，谁就能满足当前供水机构和部门的运营和维护的资金需求。如果实行独立管理的政策，则其将有能力提供足够的资金用于维护和改进现在的基础设施。但是水费作为公用收费，其必然要用来处理某些其他公共项目的支出，如卫生保健活动和道路的维修等。表3：Masvingo自治区的税费支出和收入年供水支出水费收入纯收益利润与成本比政府总税收水税收所占比例19955.596.450.861519.403319967.578.300.731024.243419978.7610.832.072431.4834199816.4323.206.774167.1435199916.2628.3012.047471.2840200025.4445.5020.0679126.7936200144.1180.6036.4983325.4025从1999年起Masvingo市采用分层收费制度，即超过18m3/月/人的则按量收费，低于18m3/月/人的采取定额收费标准，定额收费标准又把富裕家庭和贫困家庭与其他地区区分开计费，由于不稳定的经济环境原因，从2001年起6个月都对该收费标准进行考核评估，表4表示：收费标准在2001-2002年间大幅度地增长，表5表示低消费用户的单位水价较高，这是由于较高的定额费用引起的对于一个只有12m3/月的用水量家庭只完成了43%的水费，富裕家庭中的最大用水用户和贫困家庭以相同的单位交费。一份口头调查表示Masvingo的大多数居民的收入水平比不高，该市政府划定的最低生活保障收入都会3500元/月（小于8900元/月的平均水平）从2002年1月使用和理的收费标准，在贫困地区是采用12m3/月/户作为定额消费，消费在这个范围的用户只需交付364元相当月家庭收入的10%作为水费。世界银行研究表明基本的用水消费还不足人们收入的5%，然而，高收入人群的水消费更达不到5%了，假设富裕家庭的平均家庭收入是60000元/月，平均用水量为60m3/月，其每月的水费大约为1914元，约占家庭收入的3%。由此看来，Masvingo市的水费标准应该进行改进，为了协调不同人群的用水权利，定额消费的价格应该下调，超过定额水量的水价应该提高，用来弥补定额税费的收费，以这种方式来减少高收入家庭的用水量，这种改变可能对贫困家庭的用水几乎不产生影响，因为他们的用水相当稳定(4段)，而对于富裕家庭用户的用水影响就非常大了，因为他们的用水量变化非常大。表4：2001和2002年，Masvingo市的家庭交费表年定额消费（元/人人/月）消费（元/m3）富裕家庭贫困家庭#18m3/月月〉18m3/月2001一月80287.308.9812.82七月100359.1311.2316.032002一月155556.4517.4124.85七月186667.7420.8929.80表5：2002年1月Masvingo市不同消费水平的平均水价表家庭月消费量（m3//人/月）总付水费（元/月月）平均水价(元/月月)固定费用（%）贫困家庭123643043贫困家庭184682633贫困家庭307672620富裕家庭6019143229富裕家庭12034052816Dube（2002）提出了不同于传统收费的收费标准，该标准取消了定额用水量，并且提出了四级递增的收费方法，该方法是基于Kaumbi(2000)为Windhoek市提出的并被Savenije(2000)和VanderZaag(2002)所证实的，第一阶段用水量作为人们的最低生命保障用水量（12m3/月/户）其控制在贫困家庭用水消费不超过家庭总收入的3.5%；第二阶段用水量是作为福利用水量（24m3/月/户），水价以实际成本而定；第三阶段用水量的收费以水的总体供水成本而定；最高阶段用水量的收费是用来弥补一二阶段用水收费的差价的和为将来水工业发展提供资金供应的，表7对传统的收费标准和2002年1月的收费标准作了比较。表6：非传统家庭用户的水费收费结构表分组（m3/人//月）水价(元/m3)0-1210.0013-2420.0025-3635.0037+55.00新的收费标准产生里发展需求经费（包括预计收入超过50%的运营和维护费用、用来支付将来基建的费用），随着消费水平的升高，水价也会不断提高，考虑到人们的经济能力，也采取了有效措施，6.Masvingo的蓄水量研究项目在过去的20年里，Masvingo市的用水需求可分为三个不同的模式，其正是由于干旱的原因造成的，其模式与经济增长、年降雨量、人口有关。其与多元线性回归分析结果相一致；参照过去影响用户用水量的因素（在4段线性回归分析给出了）其因素对将来的供水依然非常重要。我们坐了以下假设：人均国内生产总值的增长是个定值；出正常的降雨外，不再有别的水来源；在未来的四年内，人口年增长保持3%；表8分别给出了以上假设的数据，并将这些数据带入第三段公式2中。表8和图6表示在没有用水限制的条件下，到2012年平均用水量将达到9.8103m3/m3/年（26800m3/天）。采用最高系数值1.45，平均处理水量可达39000m3/天。表7：2002年1月份的家庭供水项目的支出和收入与非传统的家庭供水项目的支出与收入对照表：水消费分段（m33/户/月）0-1213.2425.36.7+.7+总/平均平均水消费（m33/户/月）102232709033用户数量（户）300025002000200050010000非传统水费项目月消费量（元/户户/月）10032064023643296955平均水价（元/m3）101520384229估计税收(1033元/月)0.30.81.35.31.99.62002年旧的水水费项目月消费量（元/户户/月）32956881621622659969平均水价（元/m3）332626313029估计税收(1033元/月)1.01.41.64.31.39.6以上说明。Masvingo城的人均用水量是很高的，因此，通过用水管理的措施来降低用水量是可行的。通过进一步推算水资源需求来降低用水量。在目前工作提高之前的两年里，这是非常重要的。6.1减少水量损失水量损失约占城市用水的15%，相当于2600m3/天。这些损失是由于高压管道破裂，阀门漏水，水库损失和水处理过程而产生的，多数城市供水的一般静水压在80-90m.H2O。我们有必要将静水压将至30-60，或是原来的15%，这样，水量损失至少可减少20%（Singh，1999）。泄露的水库也要维修，其可以减少1.0m3/天的水损失。泄露未被调查出来，对水管破裂漏水处快速反映修复，可能节省600m3/天。通过提高公众节水意识，设置24小时漏水举报电话，提供技术咨询和免费维修，可进一步减少泄露水量。6.2水税过度减少富裕用户的用水，以目前的平均水平78-66m3/天（至15%），可能会降到12m3/d。对于1200户富裕用户，适合的水量减少量是480m3/天，如果用水委员会按照表6的规律来提高水费价目表。因为提高水费价目的作用不是被整个城市所知道的，所以水费对水消费的作用应该被监控，以便于能够测量该方法节约的水量。表8：Masvingo市不定量用水的计算表（用公式2）年数据结果人口(×1000)降雨量（mm/年年）GDP(%)200171676-46.8200274356-17.620037660017.520047960027.820058160038.020068360048.220078660058.520088960068.820099160069.020109460079.320119760079.5201210060079.86.3设备改进设备改进至少可降低25%的家庭用水量（MartindaleandGleick，2001），例如，安装低位水和低位淋浴喷头，如果这种改革能普及到50%的Martindale家庭，将可以节省1500m3/d，减少厕所水冲水箱容积是一种廉价的并能迅速普及的方法。Gumbo（1998）认为，冲厕用水占到家庭用水的30%，调查冲厕水箱里浮标的高度，或直接放入两块标准大小的砖都可以减小10%的体积，这样家庭用水量就可以减少3%，相当于整个城市节约370m3/d的水。MLRmodel多元线性回归模型Projected投影曲线Observed观测曲线图6:Masvingo市在不定量的条件下到2012的设计用水量变化表9显示了潜力和短期的减少的用水量。据估计通过短期的实施措施，减至用水量1200m3/d，或者0.44Mm3/a。参照表8，这些数据相当于减了两年时间的用水量增长，实施新的措施意味着未来的用水量不超过现在。在很长的一段时期内，在技术，政策上的不断改进可减少用水量达到1Mm3/a，相当于目前用水量的15.6%，以上假设被转化为目前水量损失和家庭用水量的因素，被列入用水项目（表10，图.7）。这些措施的成功实施，将意味着在2012年的定额需水量在2020年是必须的。表9:Masvingo市的近期节水量和节水潜能需水量管理方案潜在需水量（m33/天）近期实际需水量（m3/天）减少损失水量压力减少水量180180修理输水管道100100漏水控制600300减少需水量非传统型收费480240改进1540370总减少量29001190当前用水1860018600%减少水量所占比例例15.66.47.结论当前的供水设施已经不再满足Masvingo城的需水量。传统的无限量供水在现在的用水管策略上将毫无意义，这是因为水资源是有限的。改进供水设备的费用也在不断提高，因此，考虑到需水量管理对未来的城市供水，关注需求管理方案是必要的。这种方案应该与设备的运行相结合。此外，水费收费结构应该被检讨。因为水对贫困人群来说是较贵的，而对富裕的人来说是很便宜的，此外，水费的收入应该同其他财政收入分离出来，只有当水费超额很多时，才能用来支付其他费用。以上是Gumbo和Vaderzaag为Mutare城推荐的。Masvingo城的需水量管理作的还不够好。当Masvingo城的水损失量不是太高时，没有改进。水资源需求管理应该立即实施，这样可以在今后的两年里不需要花费巨额的投资或者引进巨资。表10：Masvingo市的设计需水量管理措施，（用公式2）年输入需水量管理方案输出用水量（103m3/年年）人口（×10000)降雨量（mm/年年）GDP(%)减少因素（所占比比例）损失0.12家庭0.70工业041.001.001.006.8200274356-10.950.951.007.320037660010.940.941.007.220047960020.930.931.007.220058160030.920.921.007.520068360040.910.911.007.620078660050.900.901.007.820088960060.890.891.008.020099160060.880.881.008.120109460070.870.871.008.320119760070.860.861.008.5201210060070.850.851.008.6Wateruse用水量Currentcapacity当前供水容量Strwssedcapacity紧张供水容量Capacityby2005(withWDM)到2005年的供水能力（在用水管理模式下）Capacityby2012(withWDM)到2015年的供水能力（在用水管理模式下）Capacityby2020(withWDM)到2020年的供水能力（在用水管理模式下）Observedwateruse现实用水量Conventionalprojectionwateruse传统的设计用水Wdmprojectedwateruse用水量管理下的用水图7：2022年之前，Masvingo市定额用水与不定额用水措施下的用水量变化可以采取下列措施：提高节