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城市生活用水定额的研究         ★★★ 【字体:
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城市生活用水定额的研究
作者:戚盛豪 洪…    文章来源:中国水网    点击数:    更新时间:2004-5-11
1.研究目的和意义

  现行(室外给水设计规范)GBJ13—86规定的居住区生活用水定额系根据原建筑科学研究院1962年技术报告“城市居民生活用水量标准及其变化规律”制定的。随着三十余年来我国国民经济的迅速发展和人民生活水平的不断提高:原规定的生活用水定额已不能适应我国城市给水事业发展的需要,亟待研究改进。为此,建设部以(90)建标技字第25号文下达的重点科研项目,由上海市政工程设计研究院负责组织力量,进行本课题的研究,为修订国家标准提供依据。
  这项工作对于满足人民生活用水需要,合理利用水资源,控制给水工程建设规模,促进城市给水事业的发展具有重要意义。同时也为完善各地售水量统计工作,掌握用水规律,制订供水规划奠定基础。

2. 研究内容和方法

  城市生活用水定额是历次给水规范修订中的难题,由于缺乏科学依据,故一直未能修订。鉴于此项研究的调查测试工作涉及面广、工作量大、影响因素复杂,是一项技术性、政策性很强,要求准确度高的工作,课题组十分重视,从1989年开始,直到1995年才基本完成任务。
2.1 研究内容
  城市用水量按其用途分类,一般可分为城市生活用水、工业用水、公共用水、市政用水及消防用水等。本课题研究内容主要为城市生活用水,目的是确定城市居民用水定额、公共用水定额、城市用水增长率和小时用水变化系数。由于各城市的工业性质不同,工业用水差异较大,无明显的规律,故本研究课题未单独分析工业用水。
2.2 研究方法
  影响城市生活用水定额的因素繁多,主要影响因素有:城市的大小,居民住房的卫生器具及水设备的完善程度、器具类型和器具负荷人数,居民生活习惯和经济水平,气件条件,供水水,用水计量收费办法及售水水价,给水设备维护管理,供水资源满足程度等。决定研究方法采全国普查和重点城市调查相结合,统计分析历年售水量报表和典型城市居住小区测试相结合。
  占有大量具有一定年份和一定数量代表性城市的用水量资料基础上,通过数理统计分析方法,确定影响因素主次及其用水定额指标。
2.3 重点调查城市的选择
  考虑到全国地域的分布,典型点的数量,大中小城市的搭配并经征求各方面意见,确定38个点调查城市。包括:
  中南、西南地区12城市:重庆、株洲、湛江、广州、珠海、桂林、成都、昆明、武汉、郑州、海口、佛山;
  东北、华北、西北地区15城市:北京、沈阳、西安、金昌、白银、哈尔滨、兰州、吉林、长春、丹东、鞍山、宝鸡、石家庄、呼和浩特、石河子;
  华东地区11城市:上海、厦门、福州、杭州、合肥、苏州、常州、威海、九江、南昌、铜陵。
2.4 研究的主要资料
  在各城市自来水公司的配合下,最后共收到历年售水量统计报表共88城市,其中重点城市33个,可资利用的29城市;普查城市55个,可资利用的26城市,共计可资利用55城市,约占全国1993年供水量的40%,用水人口的35%。以上资料成为本课题研究的主要依据。
  由于样本数量不够理想,表现在地域分布不合理,西北地区和中小城市的样本点偏少,故又从建设部编辑出版的《城市建设统计年报》中选取了33个城市的用水量资料作为辅助参考数据。共计10万个数据。

3. 资料样本的分析

3.1 影响因素的确定
  根据对55城市售水资料的数据统计处理,对各因素影响用水定额的程度评价如下:
  1.管网供水水压不足会在一定程度上影响用水量。但设计用水定额的确定,应以满足供水水压为前提,故在本次调查中,选取城市的管网控制压力均在规定的标准内。调查结果末显示出供水水压不同对用水量有明显影响。
  2.用水计量收费办法及售水水价可以影响用水户的节水意识,使用水量趋于合理。根据北京市1981年某小区调查资料,取消用水包费制度,实行装表入户,计量收费,使用水量比未改装前减少45%。近年来,各城市都已逐步取消了用水包费制度,实行装表入户,计量收费。关于售水水价,根据上海市用户需水量价格弹性系数研究表明,水价每增加10%,需水量将下降3.8%;反之,如水价下降10%,需水量将增加3.8%;近年来,各城市水价虽有调整,但仍抵消不了制水成本,今后随着水价逐年调整到位,需水量可能会有所下降。
  3.给排水卫生设备维护管理对设备漏水程度有影响,从而影响供水量。据不完全统计,我国现有便器水箱3500万套和大量用水设备,由于材料质量和安装质量差,其中有25%设备漏水,每年漏失水量近4亿m3。一般居民对居室的卫生设备维护管理认真,而公共建筑设施等则相对维护管理较差,漏水较严重。本次系售水量统计,故居民生活用水基本能反映真实用水情况,而公共设施用水可能存在一定的漏水和浪费因素。
  4.给排水卫生设备完善程度是影响用水量的重要因素。根据北京市和河北省12个城市人均居民住宅用水典型调查结果,给排水卫生设备对用水量影响很大,它与住房条件、居民生活习惯和经济水平有直接关系。在经济水平较高的家庭,居民往往自行改善居室的给排水卫生设备和淋浴设备。
  5. 地区条件包含了气候条件、生活习惯、经济发达状况和城市性质等因素。一般气候炎热的南方地区、沿海经济开发特区和旅游城市,其用水定额较高,故地区条件应是影响用水量的主要因素之一。
  根据上海市用户需水量收人弹性系数研究表明,如一年内居民的实际收入增加10%,除去水价影响外,用水量需求将增加2.2%。
  6. 城市大小对用水量有一定影响。在目前国内情况下,—般大城市的住房条件、给水设备完善程度、居民生活水准相对较高,用水定额相应也较高。故城市大小也是主要影响因素之一。
3.2 调查水量的分析
  本次收集资料的历时跨度为1985年至1993年,共9年,根据对北京等10城市用水定额1985~1993年逐年变化状况的分析(见图1—3)可见,居民生活用水定额,综合生活用水定额和城市综合用水定额都有波动。究其原因,一方面为用水人口的增加与总用水量的增长相抵消,使用水定额停止不前,甚至略有降低。另一方面为水厂兴建滞后,水资源供应量受制约。根据图示曲线变化,并应用数理统计分析,发现1985~1990年的用水定额变化规律与1990~1993年的变化规律不一致。考虑到1990年后供水量制约因素相对较小,故决定本研究以1990~1993年的资料为准。
  将居民生活用水定额与城市人口相关,发现数据的离散度很大,它反映了由于我国气候等自然条件复杂,各地社会经济发展不平衡,城市给水事业和人民生活习惯、生活水平等的差异,仅按城市人口来区别用水定额是不恰当的。这种情况给研究归纳工作带来困难,针对本课题数据的特点,采取综合分析和主导因素相结合的原则,进行逐项分析定量。

  在建设部标准定额司和城市建设司的支持下,课题组还对国内各主要市政设计院近年来在给水工程设计中采用的用水定额开展调查收集工作,发现各院采用的定额数值参差较大,无统一的规律。
  鉴于以上情况,我们对调查数据按城市规模和区域划分进行归类分析,并按小区实测的不同用水设备用水资料进行核对。
3.3 城市规模的划分
  对55城市的用水量资料数据整理表明,用水定额数值与城市规模有一定关系,除个别特殊城市(如经济开发特区城市等)外,一般规律为城市越大,则用水定额也大。为此,按照(中华人民共和国城市规划法>的规定,本研究将城市规模划分为四类,即:
  (1).特大型城市:指市区和近郊区非农业人口100万以上的城市;
  (2).大城市:指市区和近郊区非农业人口50万以上、不满100万的城市;
  (3).中等城市:指市区和近郊区非农业人口20万以上、不满50万的城市;
  (4).小城市:指市区和近郊区非农业人口不满20万的城市。
3.4 区域的划分
  用水定额与地区条件有显著关系。区域的划分原则可有:
  (1).按气候条件划分,主要以建筑气候区划标准为依据;
  (2).按行政区域划分,主要以全国行政地图为依据;
  (3).按经济发达程度划分,目前尚无明确的资料可作依据。
  由于我国幅员辽阔,各地气候悬殊,经济发达程度参差不齐,在沿海经济发达地区中也存在贫困小区,在西部贫困地区也存在富裕小区,给区域划分带来一定困难。
  国家标准<建筑气候区划标准)GB50179—93主要根据气候条件将全国分为七个区,经课题组将55城市用水定额点绘在全国地图上,发现用水定额与气候的分区基本一致,故将用水定额区划分为三个区:
  一区:大致相当建筑气候区划标准的I、Ⅱ区;
  二区:大致相当建筑气候区划标准的Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ区;
  三区:大致相当建筑气候区划标准的Ⅵ、Ⅶ区。
  在本次调查中发现某些城市或地区在改革开放过程中,无论住房条件、经济水平、给排水设备完善程度、财贸、服务行业等第三产业发展较快,外来流动人口比例高,故用水定额特高。如将这类城市包含入一、二区中,则会将一、二区的用水定额数值提高很多。但也不能置此类城市于不顾,因为这类城市是我国改革开放的成果,预示我国今后城市发展的前景。为此,建议作为特例处理。这些城市主要星罗棋布地分布于二区的沿海经济开发特区或城市小区。 
  城市生活用水定额中三个分区所包含的省、市、自治区分别为:
  一区包括黑龙江、吉林、辽宁、北京、天津、河北、山西、山东、河南、宁夏、内蒙古的河套以东地区,陕西,甘肃的黄河以东地区。
  二区包括贵州、湖北、湖南、江西、浙江、福建、台湾、广东、广西、香港、澳门、海南、上海、云南、四川、江苏、安徽。
  三区包括新疆、青海、西藏、甘肃的黄河以西地区、内蒙古的河套以西地区。

4. 研究成果

4.1 数据处理
  本报告在进一步数据处理上,遵循以下3原则:
  (1).人均生活用水定额≤40L/d,删去;
  (2).报表上缺居民生活用水总量或公共用水总量,删去;
  (3).日变化系数Kd>2.0,Kd<1.0,删去。
4.2 用水定额取样和适线
  根据统计整理汇总的资料,采取常规分析比较法,进行逐年用水指标的平衡工作。具体工作步骤为:第一,每一区异常数据城市或城市中有异常数据或疑点,需进一步剔除;第二,横向分析平衡中,将每个城市逐年用水定额分别取出一个合理最大值;第三;纵向分析平衡中,根据数据的排列组合选出一对上下限,作为该区中城市用水定额样本值。
  选出上下限的代表性城市,上限作为该区居民生活用水定额高值,它必须满足95%以上的城市生活用水量需求。同样,低值能满足其它用水量小的城市。下限作为该区城市经济发展用水定额低值。
  如前所述,在选取样本值过程中,发现个别沿海经济开发地区,如广州、佛山、珠海、厦门等城市的用水定额数值明显高于该区其他城市。为了避免由于这些城市的存在,使整个地区的定额数值提高,故将这些城市作为特例另行考虑,即在样本选取时,不再将上列4城市列入。
  在三区中收到小型城市资料只有石河子一个城市,作为弥补,将三区附近的一区城市吴忠供水资料作为三区的用水情况分析。
  在最高日用水量分析中,由于1990—1993年的7—9月售水量统计表中最高日人均用水定额存在一定问题,有些城市出现空缺,这些城市由于气候异常,7、8、9三个月份气温偏低,以致未捕获高峰日用水量,最高日用水定额偏小。为了尽量减少样本误差,对统计表最高日用水定额原据进行校正。校正方法如下:
  样本值=最高季最高日人均用水定额×校正系数
  校正系数=最高季最高日供水量/最高季平均日供水量
  根据上述校正方法分别获得居民生活用水定额、综合生活用水定额和城市综合用水定额的最高日样本数值。
  同时,为了弥补中小城市和西北地区城市偏少,决定增加样本数,利用1990-1993年“城市建设统计年报”33城市资料,作为样本参考值。
  按照上述工作步骤分别选取了平均日和最高日的居民生活用水定额、综合生活用水定额和城市综合用水定额的上下限样本值,然后应用数理统计理论拟合,考虑日用水变化规律,分别提出了反映1993年度的居民生活用水定额、综合生活用水定额和城市综合用水定额的建议值,见表1-3。

居民生活用水定额 单位:(L/人.d) 表1
区域 类别 城市规模
特大型 大型 中型 小型
平均日 最高日 平均日 最高日 平均日 最高日 平均日 最高日
一区 样本值 66~146 72~172 47~99 54~130 52~86 56~133 49~80 54~114
建议值 75~130 90~160 65~110 80~140 55~100 70~130 50~90 60~120
二区 样本值 111~216 173~259 124~182 168~263 77~155 114~200 95~176 137~194
建议值 115~210 140~260 105~190 130~240 95~100 120~230 90~160 110~200
三区 样本值             77~151 132~177
建议值     (60~105) (80~130) (50~95) (65~125) 45~90 55~115

综合生活用水定额 单位:(L/人.d) 表2
区域 类别 城市规模
特大型 大型 中型 小型
平均日 最高日 平均日 最高日 平均日 最高日 平均日 最高日
一区 样本值 90~220 99~281 77~184 89~225 96~160 111~234 111~178 147~246
建议值 100~200 130~230 90~180 120~210 80~160 100~200 70~140 95~180
二区 样本值 145~396 186~438 184~320 224~425 138~346 178~411 131~285 170~310
建议值 180~360 210~400 160~320 200~380 140~280 180~350 120~240 160~300
三区 样本值     139~172* 160~182* 87~177* 104~200* 135~198 170~310
建议值     80~160 100~190 70~140 90~175 60~120 80~150

数据来源于《城市建设统计年报》

城市综合用水定数   单位:(L/人.d)   表3
区域 类别 城市规模
特大型 大型 中型 小型
平均日 最高日 平均日 最高日 平均日 最高日 平均日 最高日
一区 样本值 270~540 316~671 214~433 249~561 233~449 264~668 189~446 224~657
建议值 250~440 290~480 220~420 260~480 190~400 240~470 170~380 220~450
二区 样本值 437~607 507~682 449~597 568~736 375~656 458~703 225~550 274~660
建议值 420~600 480~660 400~570 460~645 380~550 450~630 330~520 400~610
三区 样本值     212~397* 229~525* 242~343* 288~394* 238~365 271~441
建议值     200~380 240~420 180~360 220~400 160~350 200~430

   * 数据来源于《城市建设统计年报》

4.3 小时用水变化规律
  小时用水变化规律反映一个城市和居住小区的用水变化状况,以时变化系数Kh表达。在正常情况下,Kh值与城市性质、人口密度、工商业发展状况有相关关系。一般用水人口越多,Kh越小;工商业用水越多,Kh越小。
  为了进一步研究城市给水工程的时用水变化规律,1995年10月,建设部标准定额司和城市建设司联合以(95)建标技字第10号文请国内55城市自来水公司提供1990年以来最高日供水的时供水变化曲线或最高日供水的时变化系数,共收到回函20份,据此进行综合分析研究工作。
  根据收到的103个数据,经过一定数据整理,发现各城市的Kh分布规律不强。分析原因如下:
  (1)提供的数据都未考虑供水系统内的调蓄水池因素,故Kh值偏小。
  (2)有些城市水厂的供水量处于不能满足正常需水量的状态,故Kh值偏小。
  (3)有些城市的供水系统不配套,供水工作不协调。即整个供水系统中的二级泵房供水能力、厂内外调蓄设施容量和供水管网配水能力三者之间不配套协调。
  考虑了上列影响因素,经过综合分析调整,在供水量能充分满足用水量和城市供水系统基本协调配套的前提下,建议城市给水工程的Kh值采用1.3~1.6。大城市、工业用水量大的城市,Kh值可取下限;小城市,Kh值可取上限。

5.成果的应用

  本课题研究通过55城市历年售水量统计资料和28城市77居住小区的最高日生活用水量实测资料,进行综合分析,取得了一定成果,具有一定的应用价值。
  (1).各城市的用水定额数据分布离散度很大,它反映了我国城市用水定额的现实情况,因为我国地域辽阔,地理水文气候等自然条件相差悬殊,各城市的社会经济发展水平不平衡,城市给水事业发展不平衡,各地居民的居住条件、生活习惯和生活水平有差别。
  (2)初步摸清了我国城市用水现状,可以定性地确定,现行《室外给水设计规范》(GBJ13—86)规定的居住区生活用水定额数值,已不能适应我国各地社会经济发展的需要。为了满足人民生活水平的提高和社会生产、服务行业的发展,保证供给合理的用水量,应修订现行用水定额。
  (3)通过大量数据分析表明,居民生活用水定额和综合生活用水定额与当地自然条件、城市性质、社会经济发展规划及近期目标、当前城市公用设施、服务设施的发展水平、原有给水事业基础条件、居民的生活水平和生活习惯、城市流动人口比例等因素有重大关系。因此,对于特定居民生活用水定额和综合生活用水定额合理数值的确定,主要应根据该地给水工程历史发展状况和今后社会经济发展规划,水资源充沛程度和财力条件,在现有用水定额的基础上综合分析、合理确定。本研究成果提出的居民生活用水定额和综合生活用水定额可供作《室外给水设计规范》修订的依据。由于本研究成果仅反映我国1993年为止的城市用水水平,但规范数值应至少适用于2000年;故适当考虑了今后七年的用水量增长,提出规范修订建议值,见表4——5。本研究成果与现行规范用水定额的比较见表6。

居民生活用水定额建议值(单位:L/人.d)表4
区域 城市规模
特大型 大型 中型 小型
平均日 最高日 平均日 最高日 平均日 最高日 平均日 最高日
一区 100~150 120~180 90~140 110~170 80~130 100~160 70~120 90~150
二区 130~220 170~260 120~210 160~250 110~200 140~240 100~190 130~230
三区 100~140 120~170 90~130 110~160 80~120 100~150 70~110 90~140

   注:沿海经济开发区城市,可根据用水实际情况,经上级主管部门同意,用水定额可酌情增加。

综合生活用水定额建议值(单位:L/人.d)表5
区域 城市规模
特大型 大型 中型 小型
平均日 最高日 平均日 最高日 平均日 最高日 平均日 最高日
一区 130~220 160~280 120~210 150~260 110~200 140~250 110~180 140~240
二区 220~390 240~430 200~350 230~420 180~340 210~400 150~300 170~330
三区 130~210 150~270 120~200 150~250 110~190 140~240 110~170 140~230

   注:沿海经济开发区城市,可根据用水实际情况,经上级主管部门同意,用水定额可酌情增加。

建设值与现行规范用水定额比较          表6
卫生设备类型 Ⅰ型 Ⅱ型 Ⅲ型
用水量标准 最高日 平均日 最高日 平均日 最高日 平均日
原《规范》用水定额 一区用水标准(相当原一、二区用水标准)
二区用水标准(相当于原三、四、五区用水标准
三区用水标准(相当原一区小部分用水标准)
40~65 20~45 85~125 55~95 130~180 90~140
45~90 25~70 85~130 55~100 140~190 100~160
40~60 20~40 85~120 55~90 130~170 90~125
建议值与原《规范》用水标准比较(±%) 一区 125~146 150~122 29~60 46~58 8~50 22~36
二区 189~156 260~143 65~92 82~80 7~58 20~38
三区 75~133 150~150 17~67 9~11 0~18 0~4

  (4).在城市综合用水定额中,工业用水是重要组成部分,鉴于城市的工业结构和规模、数量 以及发展水平千差万别,因此本研究成果中的城市综合用水定额数值不可能准确地反映各城市 的实际情况;建议不列入《室外给水设计规范》修订的范围,可作为制定城市给水规划规范的参考。
  (5).通过20城市提供的最高日供水时的时供水变化系数数据的分析表明,城市供水的时变化系数与城市性质、人口密度、工商业发展状况和城市供水系统的协调配套有关,Kh值应因地制 宜地采用,在正常情况下,建议Kh在1.3--1.6范围内采用。可作为《室外给水设计规范》修订的依据。

6. 存在问题及今后改进建议

6.1 统计工作中的问题
  本次研究工作在建设部标准定额司和城市建设司的重视和领导下,取得全国各地建委和自来水公司的大力支持,实际获得88城市的售水量资料,为研究分析工作提供大量宝贵的原始数据,但是由于统计工作中存在的问题,使33城市的售水量资料不能应用,这是深为惋惜的。
  主要问题为统计项目和每项的类目不统一,建设部每年汇编出版“城市建设统计年报”,由于各地统计的项目和类目不统一,以致无可比性。本次研究特制订专用的调查报表,对统计项目和类目提出统一要求,大多数城市均能按实填报,但有的城市原来系按售水水价分类;有的城市虽然项目相同,但归类混乱。为了满足本次研究工作的需要,各自来水公司积极配合,翻台账调整,增加了许多不必要的工作量。为此,建议制订全国统一售水量统计报表,报表的功能除现有的考核功能外,还应为掌握用水规律,制订供水规划服务,统计项目和类目应规定统一的定义。
6.2 统计人口的范围问题
  本研究报告的统计人口数均为调查供水区域范围的常住人口,未计入流动人口(含暂住人口和临时人口),故用水人口数较实际偏低,人均用水量数值较实际偏高。考虑到随着市场经济的 深入发展,国际国内的人员流动日益增加,流动人口必然要增长。据1993年不完全统计,全国流动人口已达6000万人,占全国城市人口的23%。随着户籍管理的宽松化,相当大部分的暂住人口最终将转为常住人口,故不能忽视流动人口对城市用水量的影响。在流动人口多的地区和城市,应根据实际流动人口比例的变化状况选用用水定额或适当调整当地的用水定额数值。
6.3 经济开发特区按特例考虑的合理性
  本研究报告提出将全国按气候条件和城市规模划分为三个地区、四类城市规模的建议。
  但是在数据整理和综合分析过程中,发现某些城市的售水量数据异常,经反复鉴别,没有理由可杯疑这些数据的真实性,通过深入分析,这些城市分布在二区。都是近年涌现出来的经济特区城市,这些城市的用水定额一般如表7。

定额分类 居民生活 综合生活 城市综合
平均日 150~300 350~700 600~1000
最高日 180~360 450~900 750~1200

  由此可见,这些城市的用水定额相对第二区同类定额分别超过:居民生活30--80%,综合生活95~200%,城市综合45~100%,其中综合生活超值几近1—2倍,如果将这些城市归入第二区,必然将第二区的定额数值提高,这显然是不合理的。但不应该将这些城市置之不顾,因为这类城市是我国改革开改的成果,预示着我国今后城市发展的前景。因此,将这类城市按特例考虑 是合理的。他们尚未成片,主要星罗棋布地分布于二区的沿海经济开发特区或城市小区。至于在一区,今后发展沿海经济开发特区时,也可特殊考虑。该类城市定额数值应因地制宜,因时制宜地由当地行政部门批准确定。一般在城市设施基本相同的条件下,流动人口比例将起决定性影响,小城市的流动人口比例大,定额数值将较大。
  后记本课题在建设部标准定额司、城市建设司的领导下,取得国内55城市自来水公司的大力支持,在水量统计报表尚未统一方法的情况下,他们根据本次统计的需要,进行大量调整数据的工作,有的甚至翻台帐进行调整,不计报酬,无私地提供当地1985年至1993年的历年售水 量统计报表,有的城市还按要求,进行典型居住小区的用水量实测工作,获得了约6万个宝贵的原始数据,从而使研究工作顺利进行,在此谨表衷心的谢意。
   本课题主要参加人还有:上海市政工程设计研究院郑义滔、蒋祖安;中国市政工程中南没计 研究院李家就;建设部城市建设研究院吕士健。

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