霍麗娟,丁麗瑞,胡 健,楊改強

(太原科技大學 環(huán)境與安全學院,太原 030024)

隨著我國水體污染以及水資源浪費的不斷加劇,引起生態(tài)環(huán)境的惡化,降低了人民的生活質(zhì)量,制約著我國的經(jīng)濟發(fā)展,同時也成為影響農(nóng)村經(jīng)濟健康發(fā)展和我國糧食安全的重要因素。

農(nóng)業(yè)水資源與經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展之間存在一定的響應關系。F.Hadizadeh等[1]提出了農(nóng)業(yè)用水綜合管理系統(tǒng),協(xié)助決策者將重點放在提高灌溉用水生產(chǎn)率和支持水稻可持續(xù)用水的戰(zhàn)略上。J.Friesen等[2]提出了用綜合水資源管理來研究環(huán)境和社會經(jīng)濟方法。國外對水資源的研究更多偏向于開發(fā)利用,而且國內(nèi)在相關領域也有一些研究成果,但對水資源的可持續(xù)利用和經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展的研究相對較少。石麗忠[3]指出遼寧省農(nóng)業(yè)水資源管理利用中存在的問題,并對其有待于進一步研究的領域提出了展望。黃初龍等[4]研究了農(nóng)業(yè)水資源評價指標體系的構建,建立了以農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展為目標的一般性SUAWR綜合評價IS,探討了AWR復合系統(tǒng)多維度可持續(xù)性評價如何在多層次IS中實現(xiàn)。常玉苗[5]提出了農(nóng)業(yè)水資源環(huán)境與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展的構想。但是對區(qū)域水資源可持續(xù)利用研究從計算方法單一到計算方法多樣性,都未形成完整的理論體系以及評價標準。

山西省水資源匱乏,建設全國能源基地的戰(zhàn)略目標又進一步加劇了水資源和水環(huán)境的危機[6]。論文將根據(jù)山西省農(nóng)業(yè)水資源以及經(jīng)濟發(fā)展的現(xiàn)狀,建立山西省農(nóng)業(yè)水資源與經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展模型及判別標準,為實現(xiàn)山西省農(nóng)業(yè)水資源的可持續(xù)利用和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展,評價其發(fā)展狀態(tài)。

1 基礎理論

1.1 指標體系的構建

根據(jù)研究目標構建的指標體系,包括兩個方面內(nèi)容,即農(nóng)業(yè)水資源利用水平與經(jīng)濟發(fā)展水平。結合現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)水資源和經(jīng)濟發(fā)展的研究成果,采用頻率分析和專家詢問相結合的方法,根據(jù)指標體系的構建原則和數(shù)據(jù)的可得性,提出了農(nóng)業(yè)水資源系統(tǒng)的9個評價指標和經(jīng)濟發(fā)展系統(tǒng)的11個評價指標。如表1所示,其中生態(tài)環(huán)境用水占比指當年的生態(tài)環(huán)境用水總量占當年供水總量的比例;農(nóng)業(yè)用水占比指當年的農(nóng)業(yè)用水總量與當年的供水總量的比值;有效面積灌溉比率指當年有效灌溉面積與耕地總面積的比值;產(chǎn)水系數(shù)指當年水資源總量與供水總量的比值;農(nóng)田灌溉用水比率指當年農(nóng)田灌溉用水量與當年供水總量的比值;人均耕地面積指山西省當年耕地總面積與年末常住人口的比值;人均社會消費品零售總額指當年社會消費品零售總額與年末常住人口的比值。

表1 農(nóng)業(yè)水資源與經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展指標體系
Tab.1 Index system for coordinated development of agricultural water resources and economy

目標層準則層指標層農(nóng)業(yè)水資源利用水平(f)經(jīng)濟發(fā)展水平(g)農(nóng)業(yè)水資源壓力(f1)生態(tài)環(huán)境用水占比f11(%)農(nóng)業(yè)用水占比f12(%)廢水排放量f13(億噸)農(nóng)業(yè)水資源狀態(tài)(f2)有效面積灌溉比率f21(%)產(chǎn)水系數(shù)f22農(nóng)田灌溉用水比率f23(%)農(nóng)業(yè)水資源響應(f3)人均耕地面積f31(ha/人)人均糧食產(chǎn)量f32(kg/人)水土流失治理面積f33(千ha)經(jīng)濟子系統(tǒng)(g1)人均GDPg11(元/人)農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值g12(億元)固定資產(chǎn)投資g13(億元)人均社會消費品零售總額g14(元)人口子系統(tǒng)(g2)城市人口密度g21(人/ ha)人口自然增長率g22(%)人均用水量g23(m2/人)城鎮(zhèn)失業(yè)率g24(%)生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)(g3)人均公園綠地面積g31(ha/人)城市污水日處理能力g32(萬m3) 建成區(qū)綠化覆蓋率g33(%)

1.2 評價方法的選擇

采用主觀評價法和客觀評價法對數(shù)據(jù)進行分析,同時結合層次分析法和均值-方差決策法來確定指標的權重,以此得出相對公平的評價結果。

農(nóng)業(yè)水資源與經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展的綜合權重是式(1)確定:

Wj=a·Wja+b·Wjb

(1)

式中,Wj是指標的綜合權重;Wja是計算得出的指標的主觀權重;Wjb是計算得出的指標的客觀權重;a、b分別作為相應權數(shù),且0≤a≤1,0≤b≤1,a+b=1,此處認為主觀和客觀指標同等重要,因此選取a=b=0.5.

1.3 數(shù)據(jù)預處理

由于所選取的農(nóng)業(yè)水資源系統(tǒng)的9個評價指標和經(jīng)濟發(fā)展系統(tǒng)的11個評價指標各自的指標單位不一致,各自指標的變化程度不一樣,所以需要先將各指標數(shù)據(jù)進行標準化處理,根據(jù)標準化處理的不同方法和所選取指標的特殊性,選擇極差標準化方法對數(shù)據(jù)進行預處理。

對于正向指標:

(2)

對于負向指標:

(3)

式中,Zij為指標無量綱化后的值,Xij為指標的原始數(shù)值,maxXj、maxXj分別為j指標的最大值和最小值,i代表同一指標的年份,j代表指標。

1.4 協(xié)調(diào)發(fā)展模型

(1)農(nóng)業(yè)水資源與經(jīng)濟發(fā)展綜合水平T

農(nóng)業(yè)水資源與經(jīng)濟發(fā)展綜合水平T的計算公式為:

T=αf(t)+βg(t)

(4)

式中,f(t)是通過加權求和法計算得來的農(nóng)業(yè)水資源綜合水平,g(t)是通過加權求和法求得的經(jīng)濟發(fā)展綜合水平,α、β可作為農(nóng)業(yè)水資源和經(jīng)濟發(fā)展水平的權重,且α+β=1.選取α=β=0.5.

(2)協(xié)調(diào)度C

協(xié)調(diào)度的計算公式[7-8]為:

(5)

式中,C為協(xié)調(diào)度(0≤C≤1),表明農(nóng)業(yè)水資源與經(jīng)濟發(fā)展的協(xié)調(diào)程度。

(3)計算協(xié)調(diào)發(fā)展度D

協(xié)調(diào)發(fā)展度D是針對協(xié)調(diào)度公式的不足而提出的改進,引用楊士弘[9]提出的協(xié)調(diào)發(fā)展度公式構建協(xié)調(diào)發(fā)展模型如下:

(6)

1.5 協(xié)調(diào)發(fā)展類型判別標準

根據(jù)李艷[10]和張曉東等[11]研究成果,確定農(nóng)業(yè)水資源與經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展類型及其協(xié)調(diào)類型的判別標準,如表2、表3所示。

表2 發(fā)展類型判別標準
Tab.2 Assessment criteria for development types

D類型發(fā)展類型 0-0.09極度失調(diào) 0.1-0.19嚴重失調(diào) 0.2-0.29中度失調(diào) 0.3-0.39輕度失調(diào) 0.4-0.49瀕臨失調(diào) 0.5-0.59勉強協(xié)調(diào) 0.6-0.69初級協(xié)調(diào) 0.7-0.79中級協(xié)調(diào) 0.8-0.89良好協(xié)調(diào) 0.9-1.0優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)失調(diào)類 過渡類 協(xié)調(diào)發(fā)展類

表3 協(xié)調(diào)類型判別標準
Tab.3 Assessment criteria for coordination types

條件協(xié)調(diào)類型 f(t)>g(t)經(jīng)濟損益型 f(t)

2 評價結果

以山西省為研究區(qū)域,數(shù)據(jù)來源于山西省統(tǒng)計年鑒(2011-2015)、山西省水資源公報(2011-2015)、山西省國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報(2011-2015)等,經(jīng)過協(xié)調(diào)發(fā)展模型,評價農(nóng)業(yè)水資源與經(jīng)濟發(fā)展的狀態(tài)。

山西省農(nóng)業(yè)水資源與經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展的評價指標權重計算結果見表4.

表4 指標權重計算
Tab.4 Agricultural water resources and economic development indicators weight

指標主觀權重客觀權重綜合權重指標主觀權重客觀權重綜合權重 f10.6480.3510.499g10.1060.3630.235 f110.1310.1170.124g110.0410.0940.068 f120.4410.1190.28g120.0160.0930.055 f130.0760.1140.095g130.0070.0870.047 f20.230.3170.274g140.0410.090.066 f210.1420.1170.13g20.2610.3580.309 f220.0220.1010.062g210.0790.1050.092 f230.0650.0990.082g220.0170.080.048 f30.1220.3320.227g230.0490.0820.065 f310.0110.1140.062g240.1160.0920.104 f320.0330.1140.074g30.6330.2780.456 f330.0780.1040.091g310.4050.0840.245g320.1730.0850.129 g330.0550.1090.082

根據(jù)綜合權得,結合調(diào)查得到的指標數(shù)值,計算綜合指數(shù),如圖1所示。

圖1 2011-2015年農(nóng)業(yè)水資源與經(jīng)濟綜合水平Fig.1 Agricultural water resources and economic integration level from 2011 to 2015

由公式(4)得出2011-2015年間農(nóng)業(yè)水資源與經(jīng)濟發(fā)展之間的協(xié)調(diào)度如圖2所示。協(xié)調(diào)度C本身存在不足。兩個區(qū)域不能直接指示農(nóng)業(yè)水資源與經(jīng)濟發(fā)展的整體功能處于相似的水平上。

圖2 2011-2015年農(nóng)業(yè)水資源與經(jīng)濟發(fā)展的協(xié)調(diào)度Fig.2 Coordination of agricultural water resources and economic development from 2011 to 2015

計算出2011-2015年山西省農(nóng)業(yè)水資源與經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展度如圖3所示。

圖3 2011-2015年山西省農(nóng)業(yè)水資源與經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展度Fig.3 Coordinate development level of agricultural water resources and economy in Shanxi Province from 2011 to 2015

3 結果分析

3.1 農(nóng)業(yè)水資源系統(tǒng)的主要影響因子分析

在農(nóng)業(yè)水資源系統(tǒng)的9個指標中,農(nóng)業(yè)用水占比f12、有效面積灌溉比率f21、生態(tài)環(huán)境用水占比f11、廢水排放量f13、水土流失治理面積f33這5個指標為該系統(tǒng)的主要影響因子。農(nóng)業(yè)用水占比f12、生態(tài)環(huán)境用水占比f11、廢水排放量f13是農(nóng)業(yè)水資源壓力子系統(tǒng)的主要影響因子。2011-2015年山西省農(nóng)業(yè)用水占比f12最小值為58.20%,最大值為61.28%,且中間有減小的趨勢,將近1/3作為農(nóng)業(yè)水資源壓力子系統(tǒng)的主要影響因子。2011-2015年水資源對農(nóng)業(yè)水資源影響的綜合權重為0.123 7,隨著生態(tài)環(huán)境用水占比的增加,有利于生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的改善,但影響到農(nóng)業(yè)水資源的利用。2011-2015年廢水排放量只增不減,加大了水資源的供水負荷。2011-2015年間有效面積灌溉比率由32.59%增長到35.98%,有利于節(jié)約農(nóng)業(yè)水資源。水土流失治理面積f33在2011-2015年五年間山西省水土流失治理面積逐年增長。因此,根據(jù)農(nóng)業(yè)水資源系統(tǒng)的5個主要影響因子,可以科學的制定水土流失治理措施、合理地利用灌溉技術與方式、降低廢水排放量,減少農(nóng)業(yè)水資源壓力子系統(tǒng)的影響,將有利于農(nóng)業(yè)水環(huán)境的改善。

3.2 農(nóng)業(yè)水資源綜合水平變化趨勢分析

由圖4可得到,在2011-2015年間山西省農(nóng)業(yè)水資源發(fā)展水平表現(xiàn)出整體上升趨勢,其綜合評價值由2011年的0.282 9上升到2015年的0.704 8.分析農(nóng)業(yè)水資源利用水平下的三個準則層即農(nóng)業(yè)水資源壓力f1、農(nóng)業(yè)水資源狀態(tài)f2、農(nóng)業(yè)水資源響應f3的各個階段,得到2011-2015年間的農(nóng)業(yè)水資源壓力由0.137 0上升到0.375 5,農(nóng)業(yè)水資源狀態(tài)由0.039 5上升到0.212 1,其兩者的發(fā)展水平與農(nóng)業(yè)水資源發(fā)展水平的各個階段幾乎均處于不斷上升的趨勢,而農(nóng)業(yè)水資源響應與農(nóng)業(yè)水資源發(fā)展水平變化趨勢不符。所以農(nóng)業(yè)水資源壓力及其狀態(tài)可作為農(nóng)業(yè)水資源綜合水平的主要影響因子。

圖4 山西省農(nóng)業(yè)水資源綜合水平變化趨勢Fig.4 Trends in the comprehensive level of agricultural water resources in Shanxi Province

3.3 經(jīng)濟系統(tǒng)主要影響因子分析

在經(jīng)濟發(fā)展系統(tǒng)的11個指標中,人均公園綠地面積g31、城市污水日處理能力g32、城鎮(zhèn)失業(yè)率g24、城市人口密度g21、建成區(qū)綠化覆蓋率g33、人均GDPg11,這6個指標作為該系統(tǒng)的主要影響因子。人均公園綠地面積、城市污水日處理能力、建成區(qū)綠化覆蓋率是經(jīng)濟發(fā)展系統(tǒng)在生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)的表現(xiàn);其中人均公園綠地面積在2011-2015年間由10.17 ha/人增加到11.61 ha/人;城市污水日處理能力由2011年的196萬m3/d增加至2015年的244.9萬 m3/d,建成區(qū)綠化覆蓋率在這五年間逐漸擴大,由2011年的38.3%擴大至2015年40.1%,城鎮(zhèn)失業(yè)率g24、城市人口密度g21是經(jīng)濟發(fā)展系統(tǒng)在人口子系統(tǒng)的表現(xiàn),其中城鎮(zhèn)失業(yè)率在2011-2013年逐年減少,由3.50%減少至3.10%,從2013年至2015年期間有增加的趨勢,由3.10%增加到3.50%.城市人口密度由2011年的2 977 人/ha增加至2015年的3 920 人/ha,人均GDPg11是經(jīng)濟發(fā)展系統(tǒng)是經(jīng)濟子系統(tǒng)的主要影響因子,這五年間山西省人均GDP逐年增加,其相對于經(jīng)濟發(fā)展系統(tǒng)的綜合權重為0.067 7.可見,生態(tài)環(huán)境改善是基礎,生活水平是保證,經(jīng)濟發(fā)展是目標。

3.4 經(jīng)濟發(fā)展水平變化趨勢分析

為判斷山西省經(jīng)濟發(fā)展綜合水平變化趨勢,將各子系統(tǒng)的綜合評價值繪制于圖5.可見在2011-2015年間山西省的經(jīng)濟發(fā)展水平g表現(xiàn)出上升趨勢,其綜合評價值由0.227 4上升到0.906 0,通過分析經(jīng)濟發(fā)展水平下的三個準則層即山西省經(jīng)濟子系統(tǒng)g1、人口子系統(tǒng)g2、生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)g3,得出生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)與經(jīng)濟發(fā)展水平系統(tǒng)具有相似的上升趨勢,說明生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)與經(jīng)濟發(fā)展水平在一定程度上具有相互影響的作用。

圖5 山西省經(jīng)濟發(fā)展綜合水平變化趨勢Fig.5 Trends in the comprehensive level of economic development in Shanxi Province

2011-2012年人口子系統(tǒng)水平由0.1953下降到0.1290,2013年開始呈上升趨勢,2011年山西省人均用水量為207 m3/人,2012年下降到203.75m3/人,2013年又上升到203.76m3/人,2013年以后逐年增加,這說明人均用水量對山西省經(jīng)濟發(fā)展水平有著一定程度上的影響。因此,在山西省經(jīng)濟發(fā)展系統(tǒng)評價中起主導作用的因子包括人均公園綠地面積、城市污水日處理能力、城鎮(zhèn)失業(yè)率、城市人口密度、建成區(qū)綠化覆蓋率、人均GDP、人均用水量7個因子。因此,在制定山西省未來經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略時可以首先考慮這幾個主要因子。

3.5 協(xié)調(diào)發(fā)展態(tài)勢分析

根據(jù)農(nóng)業(yè)水資源與經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展類型(見表5),將山西省農(nóng)業(yè)水資源與經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展類型大致可分為4種類型:

(1)2011年呈瀕臨失調(diào)衰退類經(jīng)濟損益型,農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟發(fā)展瀕臨失調(diào),經(jīng)濟發(fā)展水平相對較低,農(nóng)業(yè)可持續(xù)利用綜合水平相對較高,表現(xiàn)出農(nóng)業(yè)水資源對經(jīng)濟發(fā)展的脅迫作用。

表5 山西省農(nóng)業(yè)水資源與經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展水平及類型
Tab.5 Level and type of coordinated development of agricultural water resources and economy in Shanxi Province

年份TCD協(xié)調(diào)發(fā)展類型 20110.255 20.976 50.499 2瀕臨失調(diào)衰退類經(jīng)濟損益型 20120.350 90.995 70.591 1勉強協(xié)調(diào)發(fā)展類農(nóng)業(yè)水資源滯后型 20130.537 80.994 00.731 1中級協(xié)調(diào)發(fā)展類農(nóng)業(yè)水資源滯后型 20140.632 60.934 00.768 7中級協(xié)調(diào)發(fā)展類農(nóng)業(yè)水資源滯后型 20150.805 40.969 00.883 4良好協(xié)調(diào)發(fā)展類農(nóng)業(yè)水資源滯后型

(2)2012年呈勉強協(xié)調(diào)發(fā)展類農(nóng)業(yè)水資源滯后型,農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟發(fā)展勉強協(xié)調(diào),表現(xiàn)出農(nóng)業(yè)可持續(xù)利用的相對滯后。

(3)2013-2014年呈中級協(xié)調(diào)發(fā)展類農(nóng)業(yè)水資源滯后型,農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟發(fā)展比較協(xié)調(diào),但是由于不合理的農(nóng)業(yè)用水方式也在一定程度上減緩了農(nóng)業(yè)水資源利用水平的上升。

(4)2015年呈良好協(xié)調(diào)發(fā)展類農(nóng)業(yè)水資源滯后型,農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟發(fā)展處于良好協(xié)調(diào)狀態(tài),不過農(nóng)業(yè)水資源相對仍然存在一定滯后性,需要繼續(xù)推進合理利用。

4 結論

通過層次分析和均值-方差決策法建立了農(nóng)業(yè)水資源與經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展指標體系及協(xié)調(diào)發(fā)展類型判別標準。

經(jīng)過2011-2015年農(nóng)業(yè)水資源綜合水平變化分析,認為農(nóng)業(yè)用水占比、有效面積灌溉比率、生態(tài)環(huán)境用水占比、廢水排放量、水土流失治理面積是農(nóng)業(yè)水資源系統(tǒng)的主要影響因子。在經(jīng)濟發(fā)展系統(tǒng)中,人均公園綠地面積、城市污水日處理能力、城鎮(zhèn)失業(yè)率、城市人口密度、建成區(qū)綠化覆蓋率、人均GDP是該系統(tǒng)的主要影響因子。

目前山西省的農(nóng)業(yè)水資源與經(jīng)濟發(fā)展已經(jīng)由瀕臨失調(diào)逐漸發(fā)展過渡到良好協(xié)調(diào),但農(nóng)業(yè)水資源對經(jīng)濟發(fā)展的滯后性依然存在。