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西安城市用水变化的驱动力研究

张华丽  
【摘要】: 随着城市化进程的快速发展,西安城区规模不断扩大,非农业人口不断增加,经济增长和产业结构升级,使得城市用水量和用水部门结构也在随之发生着相应的变化,水资源供需矛盾日趋突出,严重制约着城市的可持续发展。同时,在气候暖干化趋势背景下,有可能进一步增大水资源供需矛盾,给日益严峻的城市水资源供应增加新的变数。因此,在气候变化因素和城市化发展因素综合影响下,探讨西安城市化水平对城市水资源供需变化和主要部门用水变化趋势的影响,研究分析气候变化背景下的城市用水响应,探究气候因子波动对城市水资源的影响,并据此对城市用水需求进行预测,提出水资源可持续利用的几点研究对策,对促进西安城市可持续发展具有重大现实意义和实践意义。 本文根据西安城市用水年际变化特征和部门结构特征,利用1978~2007年城市用水数据、城市化指标数据及气候资料序列建立相关数理统计模型,探讨分析城市用水与城市化和气候变化等驱动因素的关系,并利用SPSS 15.0软件、Morlet小波程序等探讨这些人为驱动和气候驱动因素对城市用水量和用水部门结构变化的影响,在此基础上建立城市用水需求变化的GA-BP-ANN网络预测模型,以对未来城市用水量进行预测,并提出水资源可持续利用的几点研究对策,为西安城市供、用水合理调配及制定节水措施提供科学参考。通过研究,主要得出以下结论: (1)总的来说,除个别年份外,西安城市用水量经历了缓慢增加——快速增加——趋于稳定的变化过程,且在1998年后生活用水量超过生产用水量,使得西安转变为生活用水主导型城市。 (2)利用双对数函数模型对西安城市用水量与城市化和气候变化等驱动因子进行回归分析,结果表明城市化水平是影响城市用水量变化的主要驱动因素,它们之间有很大的一致性;气候因子对城市用水量也有一定的贡献度,随着西安市气候向暖干化方向发展,干热天气增多,人们为适应这种变化对用水需求量也会增加。 (3)西安城市用水量与城市化程度的对数呈线性增长关系,但增长速度逐渐降低。对人口非农化和经济发展等城市化主要指标和城市部门用水进行曲线拟合,发现生活用水量随人口城市化率的变化呈现单调上升的特征,两者的曲线拟合近似于指数曲线形式,表明随着城市人口非农化率不断提高,从而增加对用水的需求,导致城市生活用水量也在不断波动上升;生产用水量与GDP呈“∽”型线走势,是库兹涅茨曲线的一种表现形式,可以解释为生产用水变化与城市的经济发展水平和产业经济结构调整关系密切。 (4)气候变暖是引起城市用水波动变化的重要因素,城市生活用水量对温度变化的响应比较敏感,与年平均气温、平均最高气温和平均最低气温距平的相关系数分别为0.644、0.437和0.721,而与年降水、夏季降水和秋季降水距平百分率的关系并不显著,相关性比较差,与秋季降水距平呈负相关,相关系数为-0.229。通过应用多项式模型提取城市生活气候用水量,计算得出生活气候用水的离差系数为10.97,波动离散性很大,这也反映生活气候用水量脆弱性较强。 (5)根据影响城市用水需求变化的主要驱动因素,构建GA—BP—ANN模型,通过网络训练模拟得到2011~2015年西安城市用水总量、生活用水量和生产用水量的预测值,西安城市用水总量在2011~2015年的预测值分别为40816、42866、44857、43844和45904万m3,生活用水量在2011~2015年的预测值分别为16785、19957、20583、20729和23094万m3,生产用水量在2011~2015年的预测值分别为5938、5945、6790、6527和7411万m3。由于西安城市用水需求量仍在增加,导致了社会、经济和资源三者之间发展的不协调,因此,在水资源有限的情况下,提出水资源可持续利用的几点研究对策,为实现西安社会经济的可持续发展提供科学参考。


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