基于水资源双控指标的工业行业综合用水定额制定方法与流程

1.本发明涉及一种水资源管理方法，具体是基于水资源双控指标的工业行业综合用水定额制定方法。


背景技术：

2.国家对用水实行总量控制和定额管理相结合的制度，包括用水总量指标和用水强度指标，从宏观层面对水资源开发利用起到了约束和引导作用；而从微观层面上衡量各类取用水对象节约用水水平，实现对取用水行为的监管和合理规范，倒逼经济社会发展规模、结构、布局的优化，则需要通过用水定额管理实现。目前实行的用水定额编制多是基于样本调查，在制定过程中微观层面用水定额标准与宏观层面用水总量和强度指标尚未进行有效统筹衔接，导致宏观指标与微观指标尚未完全有效打通，难以形成全方位的约束合力，影响了水资源刚性约束作用的有效发挥。此外，目前的工业行业用水定额管理体系主要是按照单个产品来核定用水定额，且现有产品用水定额远未覆盖所有工业产品；而在生产实际中大部分工业取用水户的产品有几种到几十种、甚至上百种，使得以取用水户为实际管理对象的行业主管部门操作难度很大，直接影响了计划用水、超定额累进加价等诸多水资源管理制度的有效实施。


技术实现要素：

3.本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种基于水资源双控指标的工业行业综合用水定额制定方法，从而为实现区域水资源刚性约束、强化节约用水管理提供扎实的技术支撑。
4.本发明提供的技术方案是：一种基于水资源双控指标的工业行业综合用水定额制定方法，包括如下步骤：
5.步骤1：调查收集区域基本资料；包括区域用水总量和强度指标、现状主导工业行业、现状工业行业工业总产值、现状工业行业用水效率等。
6.步骤2：确定工业行业综合用水定额的衡量指标；工业行业综合用水定额界定为一定时期内某一工业行业的取用水户单位用水量的控制指标，具有下述内涵：一是行业用水以取用水户为基本单元进行核定；二是行业用水应符合节约用水发展趋势，在一定时期内行业用水定额应保持相对稳定。考虑到工业行业综合用水定额的衡量指标应为可直观表征水资源消耗与经济效益关系的综合性指标且相关数据易于定期获取，故选用单位产值用水量作为工业行业综合用水定额的衡量指标。
7.步骤3：确定工业行业综合用水定额制定的行业类别划分方法；以《国民经济行业分类》(gbt 4754-2017)工业行业的行业大类为基准，将行业工业总产值占区域工业总产值5％以上或者行业企业数量占区域企业数量5％以上的行业按照行业大类确定为主导行业，区域内其他行业统一归为其他非主导行业。
8.步骤4：确定工业用水户的用水效率管控规则；根据工业用水户是否进驻区域内，
将工业用水户划分为存量工业用水户和增量工业用水户，其中，存量工业用水户为现状已进驻区域内的工业用水户，增量工业用水户为预期新增进驻区域的工业用水户。存量工业用水户用水效率管控规则为不低于现状用水户自身用水效率，增量工业用水户用水效率管控规则为符合政府颁布的用水定额标准以及所在行业综合用水定额标准要求。
9.步骤5：确定工业行业综合用水定额的有效期限；根据《水利部关于严格用水定额管理的通知》(水资源〔2013〕268号)要求“用水定额原则上每5年至少修订1次”，同时考虑到工业行业总产值年际间变化幅度较大，应缩短用水定额修订的时间间隔频次，故确定工业行业综合用水定额的有效期限为3年。
10.步骤6：确定区域工业用水总量指标；具体包括如下步骤：
11.(1)采用如下公式分析区域农业用水总量指标：
12.wa＝w
xa
13.式中：wa为区域农业用水总量指标；w
xa
为区域现状农业用水量。
14.(2)采用如下公式分析区域生活及城镇公共用水总量指标：
15.ws＝w
xs
×
(1+α)316.式中：ws为区域生活及城镇公共用水总量指标；w
xs
为区域现状生活及城镇公共用水量；α为区域近3年生活及城镇公共用水量年均增长率。
17.(3)采用如下公式分析区域河道外生态环境用水总量指标：
[0018][0019]
式中：wc为区域河道外生态环境用水总量指标；为区域近3年中第i年河道外生态环境用水量。
[0020]
(4)采用如下公式分析区域工业用水总量指标：
[0021]
wg＝w-w
a-w
s-wc[0022]
式中：w为区域用水总量指标；wg为区域工业用水总量指标。
[0023]
步骤7：采用大系统分解-协调法构建基于水资源双控指标的工业行业综合用水定额计算模型；具体包括如下步骤：
[0024]
(1)总系统层为协调层；总系统层的目标函数为区域预期工业总产值之和达到最大，函数表达式如下：
[0025][0026]
约束条件包括区域工业用水总量指标约束、区域工业用水效率指标约束、区域工业产业规模约束等，其函数表达式如下：
[0027]
区域工业用水总量指标约束：
[0028]
区域工业用水效率指标约束：
[0029]
区域工业产业规模约束：
[0030]
式中：gj为区域第j行业预期工业总产值；w
g,j
为区域第j行业预期工业用水量；b为区域单位产值用水量控制目标；g
x
为区域现状工业总产值；n为区域工业行业类别数。
[0031]
(2)子系统层的目标函数为各工业行业预期工业总产值达到最大，函数表达式如下：
[0032]
obj:maxgj[0033]
约束条件包括各工业行业用水总量指标约束、各工业行业综合用水定额取值约束和各工业行业存量工业总产值约束等，其函数表达式如下：
[0034]
各工业行业用水总量指标约束：
[0035][0036]bxj
＝w
xg,j
/g
xj
[0037]
各工业行业综合用水定额取值约束：
[0038]bxj20％
≤qaj≤b
xj
[0039][0040]
各工业行业存量工业总产值约束：
[0041]
0.8
×
β
xj
≤βj≤β
xj
[0042]
式中：g
xj
为第j行业现状工业总产值；qaj为第j行业综合用水定额；b
xj
为第j行业现状用水效率；w
xg,j
为第j行业现状工业用水量；b
xj20％
为第j行业现状企业用水效率通过率为20％对应的用水效率；为第j行业第jk个企业现状用水效率，jm为第j行业现状企业数量；βj为区域第j行业存量工业总产值预期增长率；β
xj
为第j行业现状工业总产值相比上一年增长率。
[0043]
步骤8：采用线性规划法对模型进行求解，确定工业行业综合用水定额；具体包括如下步骤：
[0044]
(1)采用如下公式进行总系统层工业用水总量指标分解：
[0045][0046]
(2)进行子系统层第j行业预期工业总产值的演算，具体包括如下步骤：
[0047]
①
按迭代顺序分别给定各行业类别工业综合用水定额qa
j,m
；
[0048]
②
采用如下公式对第j行业预期工业总产值进行演算：
[0049][0050]
式中：qa
j,m
为第j行业第m次迭代给定的工业综合用水定额。
[0051]
(3)采用如下公式进行总系统层区域预期工业总产值演算：
[0052]
[0053]
式中：gg为区域预期工业总产值。
[0054]
(4)采用线性规划法对模型进行求解，确定工业行业综合用水定额标准，具体包括如下步骤：
[0055]
①
按照步骤(1)对工业用水总量指标进行初步分解，得到各行业工业用水总量指标；
[0056]
②
根据分解得到的各行业工业用水总量指标，按照步骤(2)进行各行业预期工业总产值演算，迭代工业综合用水定额初始值直至满足规定的迭代收敛条件，得到各行业预期工业总产值；
[0057]
③
根据得到的各行业预期工业总产值，按照步骤(3)得到区域预期工业总产值，迭代工业用水总量指标分解直至满足规定的迭代收敛条件，得到各行业工业综合用水定额。
[0058]
本发明的有益效果是：所提供的方法综合了水利学、统计学、经济学等多门学科基本原理与方法，提出了一种基于水资源双控指标的工业行业综合用水定额的制定方法，制定的工业行业综合用水定额能够补充总量控制与定额管理相结合的水资源管理制度在现状水资源管理中的局限性，丰富了用水定额管理指标体系，有助于形成宏观层次—用水总量和强度指标管控、中观层次—行业综合用水定额管控、微观层次—产品用水定额管控相结合的多层次用水管控指标标准体系，为衡量各类取用水对象节水水平提供了更加直观、便捷、易于操作的“标尺”，提高了计划用水管理、超定额累进加价、建设项目水资源论证等管理工作的效率。通过制定与用水总量和强度指标相联动的工业行业定额标准，为区域工业用水效率目标的实现提供了清晰的指引标准，促进了工业行业用水效率的提高，从而为落实水资源消耗总量和强度双控行动和建立水资源刚性约束制度奠定了良好的基础。
附图说明
[0059]
图1为本发明的流程图。
[0060]
图2为本发明中求解基于水资源双控指标的工业行业综合用水定额计算模型所采用的线性规划法求解步骤流程图。
具体实施方式
[0061]
本发明的思路是：以水利学科基本理论方法为基础，严格遵守国家现行法律法规，首先提出工业行业综合用水定额的衡量指标，然后针对此指标，提出确定工业行业综合用水定额制定的行业类别划分方法、工业用水户的用水效率管控规则、工业行业综合用水定额的有效期限，在对区域工业用水总量指标分析确定基础上，最后采用大系统分解-协调法构建基于水资源双控指标的工业行业综合用水定额计算模型，采用该模型计算得到区域各行业工业综合用水定额。
[0062]
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0063]
如图1所示，基于水资源双控指标的工业行业综合用水定额制定方法。以区域a为例，采用本发明方法对其基于水资源双控指标的工业行业综合用水定额进行制定。
[0064]
(1)调查收集区域a基本资料。
[0065]
区域a用水总量指标为12980万m3，单位产值用水量指标为1.28m3/万元。区域a现状工业总产值为996.10亿元，工业企业数量行业656家，以电气机械和器材制造业、造纸和纸
制品业、计算机通信和其他电子设备制造业、化学原料和化学制品制造业、通用设备制业、纺织业、金属制品业、非金属矿物制品业、橡胶和塑料制品业等主导行业。
[0066]
区域a现状不同行业工业总产值、企业数量、不同行业用水效率见表1。
[0067]
表1区域a现状不同行业工业总产值、企业数量、用水效率
[0068][0069]
(2)根据本发明步骤2，工业行业综合用水定额界定为一定时期内某一工业行业的取用水户单位用水量的控制指标，选用单位产值用水量作为区域a工业行业综合用水定额的衡量指标。
[0070]
(3)根据本发明步骤3，以《国民经济行业分类》(gbt 4754-2017)工业行业的行业大类为基准，将行业工业总产值占区域工业总产值5％以上或者行业企业数量占区域企业数量5％以上的行业按照行业大类确定为主导行业，区域内其他行业统一归为其他非主导行业，确定区域a工业行业综合用水定额制定的行业类别有电气机械和器材制造业、造纸和纸制品业、计算机通信和其他电子设备制造业、化学原料和化学制品制造业、通用设备制业、纺织业、金属制品业、非金属矿物制品业、橡胶和塑料制品业共9类主导行业，加上其他非主导行业共10类。
[0071]
(4)根据本发明步骤4，根据工业用水户是否进驻区域内，将工业用水户划分为存量工业用水户和增量工业用水户。存量工业用水户用水效率管控规则为不低于现状用水户自身用水效率，增量工业用水户用水效率管控规则为同时符合政府颁布的用水定额标准以及所在行业综合用水定额标准要求。
[0072]
(5)根据本发明步骤5，根据《水利部关于严格用水定额管理的通知》(水资源〔2013〕268号)要求“用水定额原则上每5年至少修订1次”，同时考虑到工业行业总产值年际间变化幅度较大，应缩短用水定额修订的时间间隔频次，确定工业行业综合用水定额的有效期限为3年。
[0073]
(6)根据本发明步骤6，分析区域a工业用水总量指标，具体如下：
[0074]
①
农业用水总量指标分析
[0075]
调查得到区域a现状农业用水量为3728万m3，然后采用本发明步骤6所述的区域农
业用水总量指标分析公式wa＝w
xa
计算，得到区域a农业用水总量指标为3728万m3。
[0076]
②
生活及城镇公共用水总量指标分析
[0077]
调查得到区域a现状生活及城镇公共用水量为5289万m3,区域a近3年生活及城镇公共用水量年均增长率为5.8％，然后采用本发明步骤6所述的区域生活及城镇公共用水总量指标分析公式ws＝w
xs
×
(1+α)3计算，得到区域a生活及城镇公共用水总量指标为6264万m3。
[0078]
③
河道外生态环境用水总量指标分析
[0079]
调查得到区域a近三年河道外生态环境用水量分别为1381万m3、1245万m3、1046万m3，然后采用本发明步骤6所述的区域河道外生态环境用水总量指标分析公式计算，得到区域a河道外生态环境用水总量指标为1224万m3。
[0080]
④
工业用水总量指标分析
[0081]
调查得到区域a现状工业用水量为991万m3，然后采用本发明步骤6所述的区域工业用水总量指标分析公式wg＝w-w
a-w
s-wc计算，得到区域a工业用水总量指标为1764万m3。
[0082]
(7)根据本发明步骤7，构建区域a基于水资源双控指标的工业行业综合用水定额计算模型，具体如下：
[0083]
1)总系统层为协调层；总系统层的目标函数为区域预期工业总产值之和达到最大，函数表达式如下：
[0084][0085]
约束条件包括区域工业用水总量指标约束、区域工业用水效率指标约束、区域工业产业规模约束等，其函数表达式如下：
[0086]
区域工业用水总量指标约束：
[0087]
区域工业用水效率指标约束：
[0088]
区域工业产业规模约束：
[0089]
式中：gj为区域第j行业预期工业总产值；w
g,j
为区域第j行业预期工业用水量；b为区域单位产值用水量控制目标；g
x
为区域现状工业总产值；n为区域工业行业类别数。
[0090]
2)子系统层的目标函数为各工业行业预期工业总产值达到最大，函数表达式如下：
[0091]
obj:maxgj[0092]
约束条件包括各工业行业用水总量指标约束、各工业行业综合用水定额取值约束和各工业行业存量工业总产值约束等，其函数表达式如下：
[0093]
各工业行业用水总量指标约束：
[0094][0095]bxj
＝w
xg,j
/g
xj
[0096]
各工业行业综合用水定额取值约束：
[0097]bxj20％
≤qaj≤b
xj
[0098][0099]
各工业行业存量工业总产值约束：
[0100]
0.8
×
β
xj
≤βj≤β
xj
[0101]
式中：g
xj
为第j行业现状工业总产值；qaj为第j行业综合用水定额；b
xj
为第j行业现状用水效率；w
xg,j
为第j行业现状工业用水量；b
xj20％
为第j行业现状企业用水效率通过率为20％对应的用水效率；为第j行业第jk个企业现状用水效率，jm为第j行业现状企业数量；βj为区域第j行业存量工业总产值预期增长率；β
xj
为第j行业现状工业总产值相比上一年增长率。
[0102]
(8)根据本发明步骤8，按照图2所示流程图，采用线性规划法对构建的工业行业综合用水定额计算模型进行求解，得到区域a不同工业行业综合用水定额标准见表2。
[0103]
表2区域a不同工业行业综合用水定额标准
[0104]
序号行业类别名称单位产值用水量(m3/万元)1电气机械和器材制造业0.592造纸和纸制品业1.043计算机、通信和其他电子设备制造业1.584化学原料和化学制品制造业0.865通用设备制造业1.266纺织业1.767金属制品业1.048非金属矿物制品业0.869橡胶和塑料制品业1.0410其他非主导行业0.95。

技术特征：
1.基于水资源双控指标的工业行业综合用水定额制定方法，包括如下步骤：步骤1：调查收集区域基本资料；步骤2：确定工业行业综合用水定额的衡量指标；步骤3：确定工业行业综合用水定额制定的行业类别划分方法；步骤4：确定工业用水户的用水效率管控规则；步骤5：确定工业行业综合用水定额的有效期限；步骤6：确定区域工业用水总量指标；步骤7：采用大系统分解-协调法构建基于水资源双控指标的工业行业综合用水定额计算模型；步骤8：采用线性规划法对模型进行求解，确定工业行业综合用水定额。2.根据权利要求1所述的基于水资源双控指标的工业行业综合用水定额制定方法，其特征在于：所述工业行业综合用水定额的衡量指标确定选用单位产值用水量。3.根据权利要求2所述的基于水资源双控指标的工业行业综合用水定额制定方法，其特征在于：所述工业行业综合用水定额制定的行业类别划分方法确定为：将行业工业总产值占区域工业总产值5％以上或者行业企业数量占区域企业数量5％以上的行业确定为主导行业，区域内其他行业统一归为其他非主导行业。4.根据权利要求3所述的基于水资源双控指标的工业行业综合用水定额制定方法，其特征在于：所述工业用水户的用水效率管控规则确定为：存量工业用水户用水效率不低于现状用水户自身用水效率，增量工业用水户用水效率需同时符合政府颁布的用水定额标准以及所在行业综合用水定额标准要求。5.根据权利要求4所述的基于水资源双控指标的工业行业综合用水定额制定方法，其特征在于：所述工业行业综合用水定额的有效期限确定为3年。6.根据权利要求5所述的基于水资源双控指标的工业行业综合用水定额制定方法，其特征在于：所述确定区域工业用水总量指标按照如下步骤进行：(1)采用如下公式分析区域农业用水总量指标：w
a
＝w
xa
式中：w
a
为区域农业用水总量指标；w
xa
为区域现状农业用水量；(2)采用如下公式分析区域生活及城镇公共用水总量指标：w
s
＝w
xs
×
(1+α)3式中：w
s
为区域生活及城镇公共用水总量指标；w
xs
为区域现状生活及城镇公共用水量；α为区域近3年生活及城镇公共用水量年均增长率。(3)采用如下公式分析区域河道外生态环境用水总量指标：式中：w
c
为区域河道外生态环境用水总量指标；为区域近3年中第i年河道外生态环境用水量。(4)采用如下公式分析区域工业用水总量指标：w
g
＝w-w
a-w
s-w
c
式中：w为区域用水总量指标；w
g
为区域工业用水总量指标。7.根据权利要求6所述的基于水资源双控指标的工业行业综合用水定额制定方法，其特征在于：所述构建基于水资源双控指标的工业行业综合用水定额计算模型，按照如下步骤进行：(1)总系统层的目标函数为：obj:约束条件为：区域工业用水总量指标约束：区域工业用水效率指标约束：区域工业产业规模约束：式中：g
j
为区域第j行业预期工业总产值；w
g,j
为区域第j行业预期工业用水量；b为区域单位产值用水量控制目标；g
x
为区域现状工业总产值；n为区域工业行业类别数。(2)子系统层的目标函数为：obj:maxg
j
约束条件为：各工业行业用水总量指标约束：b
xj
＝w
xg,j
/g
xj
各工业行业综合用水定额取值约束：b
xj20％
≤qa
j
≤b
xj
各工业行业存量工业总产值约束：0.8
×
β
xj
≤β
j
≤β
xj
式中：g
xj
为第j行业现状工业总产值；qa
j
为第j行业综合用水定额；b
xj
为第j行业现状用水效率；w
xg,j
为第j行业现状工业用水量；b
xj20％
为第j行业现状企业用水效率通过率为20％对应的用水效率；为第j行业第j
k
个企业现状用水效率，j
m
为第j行业现状企业数量；β
j
为区域第j行业存量工业总产值预期增长率；β
xj
为第j行业现状工业总产值相比上一年增长率。8.根据权利要求7所述的基于水资源双控指标的工业行业综合用水定额制定方法，其特征在于：所述采用线性规划法对构建的模型进行求解，包括如下步骤：(1)采用如下公式进行总系统层工业用水总量指标分解：
(2)进行子系统层第j行业预期工业总产值的演算，包括如下步骤：
①
按迭代顺序分别给定各行业类别工业综合用水定额qa
j,m
；
②
采用如下公式对第j行业预期工业总产值进行演算：式中：qa
j,m
为第j行业第m次迭代给定的工业综合用水定额；(3)采用如下公式进行总系统层区域预期工业总产值演算：式中：g
g
为区域预期工业总产值；(4)采用线性规划法对模型进行求解，确定工业行业综合用水定额标准，包括如下步骤：
①
按照步骤(1)对工业用水总量指标进行初步分解，得到各行业工业用水总量指标；
②
根据分解得到的各行业工业用水总量指标，按照步骤(2)进行各行业预期工业总产值演算，迭代工业综合用水定额初始值直至满足规定的迭代收敛条件，得到各行业预期工业总产值；
③
根据得到的各行业预期工业总产值，按照步骤(3)得到区域预期工业总产值，迭代工业用水总量指标分解直至满足规定的迭代收敛条件，得到各行业工业综合用水定额。

技术总结
本发明涉及一种水资源管理方法，目的是提供一种基于水资源双控指标的工业行业综合用水定额制定方法，从而为实现区域水资源刚性约束、强化节约用水管理提供扎实的技术支撑。技术方案是一种基于水资源双控指标的工业行业综合用水定额制定方法，包括如下步骤：1：调查收集区域基本资料；2：确定工业行业综合用水定额衡量指标；3：确定工业行业综合用水定额制定行业类别划分方法；4：确定工业用水户用水效率管控规则；5：确定工业行业综合用水定额的有效期限；6：确定区域工业用水总量指标；7：采用大系统分解-协调法构建基于水资源双控指标的工业行业综合用水定额计算模型；8：采用线性规划法对模型进行求解，确定工业行业综合用水定额。额。额。


技术研发人员：李其峰 李进兴 陈彩明 温进化 王士武
受保护的技术使用者：浙江省水利河口研究院（浙江省海洋规划设计研究院）
技术研发日：2023.07.04
技术公布日：2023/10/15