河南省各地級(jí)市水資源承載力評(píng)價(jià)研究

劉建廳 劉芮妍 續(xù)衍雪

關(guān)鍵詞：水資源承載力;熵權(quán)法;變異系數(shù)法;TOPSIS模型;“以水四定”;河南省

中圖分類號(hào)：TV213.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2022.03.011

引用格式：劉建廳，劉芮妍，續(xù)衍雪.河南省各地級(jí)市水資源承載力評(píng)價(jià)研究[J].人民黃河，2022，44（3）：53-58.

習(xí)近平總書記在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展座談會(huì)上提出，“要堅(jiān)持以水定城、以水定地、以水定人、以水定產(chǎn)，把水資源作為最大的剛性約束”[1]。隨著全球氣候變化和人類活動(dòng)的影響，黃河流域水資源緊缺的問(wèn)題日益凸顯，給經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展帶來(lái)不利影響[2-3]。開展水資源承載力研究對(duì)水資源優(yōu)化配置、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)具有重要意義[4-5]。

河南省位于黃河流域中下游，在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展國(guó)家戰(zhàn)略中發(fā)揮重要作用，但隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，河南省水資源短缺問(wèn)題更加突出，如何以有限的水資源保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展成為當(dāng)前的重要課題。相關(guān)學(xué)者對(duì)河南省水資源研究的成果頗多，涉及水資源短缺[6]、水資源污染[7]、水資源管理[8]等多個(gè)方面，其中關(guān)于水資源承載力的研究多為對(duì)全省、某個(gè)市或幾個(gè)市水資源承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)，例如：陳海濤等[9]對(duì)河南省2008—2017年水資源承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)，安強(qiáng)等[10]對(duì)河南省中原城市群10個(gè)城市的水資源承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)，劉明洋[11]對(duì)2011—2015年周口市的水資源承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)，李小萌[12]對(duì)鄭州市1999—2013年的水資源承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)，杜華民[13]對(duì)河南省18個(gè)地級(jí)市2011年的水資源承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)。整體來(lái)看，對(duì)河南省各地級(jí)市進(jìn)行連續(xù)多年水資源承載力評(píng)價(jià)的研究不多。

水資源承載力研究中，一般通過(guò)主觀權(quán)重、客觀權(quán)重、主客觀權(quán)重組合的方式確定權(quán)重。主觀權(quán)重沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，沒有客觀權(quán)重可靠，但是客觀權(quán)重也有自身的缺陷，將主觀權(quán)重與客觀權(quán)重進(jìn)行組合可使研究結(jié)果更具有科學(xué)性和參考性[14]。筆者采用變異系數(shù)法和熵權(quán)法，結(jié)合最小信息熵原理的組合權(quán)重TOPSIS模型，對(duì)2010—2020年河南省18個(gè)地級(jí)市的水資源承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期為河南省水資源優(yōu)化配置和可持續(xù)利用提供參考。

1研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1研究區(qū)概況

河南省大部分地處暖溫帶氣候區(qū)，南部跨亞熱帶，氣候特征顯著，四季分明。全省轄18個(gè)地級(jí)市，國(guó)土面積約16.7萬(wàn)km，占全國(guó)總面積的1.74%。境內(nèi)有黃河、淮河、海河、長(zhǎng)江四大水系，多年平均降水量771mm，多年平均水資源量403.5億m（其中地表水資源量304億m，地下水資源量189億m，重復(fù)計(jì)算量為89.5億m3）;人均水資源量約為383m，僅為全國(guó)人均水資源量的20%。

1.2數(shù)據(jù)來(lái)源

2010—2020年河南省各地級(jí)市人均生活用水量、灌溉面積、人均GDP等數(shù)據(jù)來(lái)源于《河南統(tǒng)計(jì)年鑒》《河南省水資源公報(bào)》以及各地級(jí)市水資源公報(bào)、水利廳官網(wǎng)等，人均水資源量、供水模數(shù)等數(shù)據(jù)通過(guò)相應(yīng)公式計(jì)算得出。

2研究方法

2.1指標(biāo)體系構(gòu)建

本文從“以水定城、以水定地、以水定人、以水定產(chǎn)”（簡(jiǎn)稱“以水四定”）的思路出發(fā)，通過(guò)分析河南省各地級(jí)市水資源狀況，并參閱相關(guān)研究成果[15-16]，選取11個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建包含“以水定人”“以水定地”“以水定產(chǎn)”3個(gè)準(zhǔn)則層的水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（見表1）。

根據(jù)河南省水資源現(xiàn)狀，參考河南省《農(nóng)業(yè)與農(nóng)村生活用水定額》（DB41_T958—2020）、《工業(yè)與城鎮(zhèn)生活用水定額》（DB41_T385—2020），將水資源承載力分為Ⅰ級(jí)（可載）、Ⅱ級(jí)（弱可載）、Ⅲ級(jí)（臨界）、Ⅳ級(jí)（超載）、Ⅴ級(jí)（強(qiáng)超載）5個(gè)等級(jí)，分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[17]見表2。

2.2權(quán)重確定

鑒于水資源系統(tǒng)具有隨機(jī)性、模糊性等特點(diǎn)[18]，為避免人為因素影響，采用熵權(quán)法和變異系數(shù)法計(jì)算水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)的客觀權(quán)重。采用組合權(quán)重法計(jì)算權(quán)重，可避免單一方法計(jì)算權(quán)重的不足，能更準(zhǔn)確地反映指標(biāo)的重要程度，使評(píng)價(jià)結(jié)果更為可靠。

2.2.1熵權(quán)法

熵權(quán)法是根據(jù)各個(gè)指標(biāo)提供的信息量大小確定權(quán)重的方法，指標(biāo)的信息熵越小，表明指標(biāo)值變異程度越大，在評(píng)價(jià)中越重要，權(quán)重越大[14]。它根據(jù)指標(biāo)變異程度，利用信息熵計(jì)算指標(biāo)的熵權(quán)，進(jìn)而對(duì)權(quán)重進(jìn)行修正，使評(píng)價(jià)結(jié)果更客觀精確，主要步驟如下。

（1）將樣本數(shù)為m、指標(biāo)數(shù)為n的一組數(shù)據(jù)進(jìn)行正向化處理，即對(duì)n個(gè)指標(biāo)中逆向指標(biāo)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行正向化處理，公式為

由圖1可知，水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系“以水定人”準(zhǔn)則層組合權(quán)重最大，“以水定產(chǎn)”準(zhǔn)則層組合權(quán)重次之，“以水定地”準(zhǔn)則層組合權(quán)重最小。

由圖2可知：“以水定人”準(zhǔn)則層下，平頂山、安陽(yáng)、三門峽組合權(quán)重較大，主要原因是其人均水資源量較大而人均生活用水量相對(duì)較小;“以水定地”準(zhǔn)則層下，新鄉(xiāng)、周口、許昌組合權(quán)重較大，主要原因是其農(nóng)田有效灌溉率較高;“以水定產(chǎn)”準(zhǔn)則層下，漯河、商丘、開封組合權(quán)重較大，主要原因是其三次產(chǎn)業(yè)用水量較小;其他地級(jí)市各準(zhǔn)則層組合權(quán)重相差不大，說(shuō)明水資源承載力空間分布差異不明顯。

加入指標(biāo)分級(jí)臨界值，與指標(biāo)值共同構(gòu)成決策矩陣，結(jié)合TOPSIS模型計(jì)算河南省各地級(jí)市的貼近度[20]，結(jié)果見表4。由表4可知，河南省各地級(jí)市2010—2020年水資源承載力貼近度Ci值具有差異性，其中2011年Ci值為0.367～0.609（最大值與最小值的差值最大，為0.242），各地水資源承載力差異相對(duì)最大;2016年Ci值為0.373～0.532（最大值與最小值的差值最小，為0.159），各地級(jí)市水資源承載力差異相對(duì)最小。研究期內(nèi)Ci值最大值與最小值的差值整體變化不大，表明研究期內(nèi)各地級(jí)市水資源承載力差異不大。

2010—2020年河南省各地級(jí)市水資源承載力評(píng)價(jià)等級(jí)臨界貼近度見表5。以2020年為例，（0，0.188）、[0.188，0.386）、[0.386，0.612）、[0.612，0.773）、[0.773，1.000]區(qū)間分別代表Ⅴ級(jí)（強(qiáng)超載）、Ⅳ級(jí)（超載）、Ⅲ級(jí)（臨界）、Ⅱ級(jí)（弱可載）、Ⅰ級(jí)（可載）。

2010—2020年河南省各地級(jí)市水資源承載力評(píng)價(jià)等級(jí)見表6。由表6可知，河南省各地級(jí)市水資源承載力等級(jí)整體偏低，在Ⅲ級(jí)（臨界）與Ⅳ級(jí)（超載）之間波動(dòng)，雖均未達(dá)到Ⅱ級(jí)（弱可載）及以上等級(jí)，但也未出現(xiàn)Ⅴ級(jí)（強(qiáng)超載）等級(jí)，差異性不明顯;安陽(yáng)、新鄉(xiāng)、商丘、周口4個(gè)地級(jí)市研究期內(nèi)出現(xiàn)Ⅳ級(jí)（超載）等級(jí)，鄭州等其他14個(gè)地級(jí)市研究期內(nèi)始終保持在Ⅲ級(jí)（臨界）等級(jí)。

4結(jié)論與建議

（1）2010—2020年河南省各地級(jí)市水資源承載力等級(jí)整體偏低，在Ⅲ級(jí)（臨界）與Ⅳ級(jí)（超載）之間波動(dòng)，雖均未達(dá)到Ⅱ級(jí)（弱可載）及以上等級(jí)，但也未出現(xiàn)Ⅴ級(jí)（強(qiáng)超載）等級(jí)，差異性不大;安陽(yáng)、新鄉(xiāng)、商丘、周口4個(gè)地級(jí)市研究期內(nèi)出現(xiàn)Ⅳ級(jí)（超載）等級(jí)，鄭州等其他14個(gè)地級(jí)市研究期內(nèi)始終保持在Ⅲ級(jí)（臨界）等級(jí)。

（2）2010—2020年河南省各地級(jí)市水資源承載力存在波動(dòng)，人均水資源量、人口密度、單位面積農(nóng)田灌溉用水量、人均GDP對(duì)水資源承載力影響較為顯著?？傮w來(lái)看，“以水定人”及“以水定產(chǎn)”相關(guān)指標(biāo)是影響水資源承載力的重要因素。

水資源承載力相對(duì)較好的鄭州等14個(gè)地級(jí)市可在控制開發(fā)強(qiáng)度的前提下，有計(jì)劃地加快發(fā)展步伐;其他水資源承載壓力較大的地級(jí)市，可在原有基礎(chǔ)上尋求節(jié)水發(fā)展之路。各地級(jí)市既要因地制宜制定水資源相關(guān)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策，又要相互合作，協(xié)同聯(lián)動(dòng)，緊跟國(guó)家戰(zhàn)略導(dǎo)向。應(yīng)加快建立由省級(jí)有關(guān)部門、18個(gè)地級(jí)市共同參與的水資源統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理機(jī)制，并合作投資建設(shè)調(diào)水工程，加強(qiáng)地區(qū)間供水聯(lián)系;聯(lián)合制定公平合理的調(diào)水價(jià)格，引導(dǎo)受水區(qū)節(jié)約用水;嚴(yán)格把控供水質(zhì)量，保證供水安全，嘗試分質(zhì)供水，促進(jìn)水資源優(yōu)化配置，充分發(fā)揮各地級(jí)市（尤其是沿黃地區(qū)）的水資源稟賦。首先，從“以水定產(chǎn)”準(zhǔn)則層考慮，各地需加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，加快制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，把節(jié)水作為水資源開發(fā)、利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的前提，全面實(shí)施新用水定額標(biāo)準(zhǔn)，限制高耗水行業(yè)發(fā)展。其次，從“以水定地”準(zhǔn)則層考慮，應(yīng)大力推進(jìn)農(nóng)業(yè)等重點(diǎn)領(lǐng)域節(jié)水，因地制宜擴(kuò)大耐旱型低耗水作物種植面積并推廣農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉等技術(shù)，農(nóng)作物種植調(diào)整與節(jié)水技術(shù)雙向發(fā)力。最后，從“以水定人”準(zhǔn)則層考慮，繼續(xù)提升生活供水保障水平，推進(jìn)跨區(qū)域水量分配，保障地區(qū)供水安全平衡。為更科學(xué)地“以水定城”，盡快建立嚴(yán)格的水資源剛性約束制度，對(duì)水資源臨界區(qū)與超載區(qū)實(shí)施差別化管理（如對(duì)超載區(qū)暫停新增取水許可），加強(qiáng)各地級(jí)市之間的水資源合作，構(gòu)建水資源共同體，共同提高水資源承載力，實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)保護(hù)和經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。

【責(zé)任編輯 張華興】