發(fā)布時間：2019-12-30所屬分類：農(nóng)業(yè)論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：以長江經(jīng)濟帶水資源承載力綜合評價為中心，構(gòu)建涵蓋水資源、社會經(jīng)濟、生態(tài)等方面的水資源承載力綜合評價指標體系。運用TOPSIS綜合評價方法，測算研究了20072016年長江經(jīng)濟帶11省市水資源承載力動態(tài)變化及區(qū)域差異，并利用ArcGIS10.2軟件，可視化2007
摘要：以長江經(jīng)濟帶水資源承載力綜合評價為中心，構(gòu)建涵蓋水資源、社會經(jīng)濟、生態(tài)等方面的水資源承載力綜合評價指標體系。運用TOPSIS綜合評價方法，測算研究了2007—2016年長江經(jīng)濟帶11省市水資源承載力動態(tài)變化及區(qū)域差異，并利用ArcGIS10.2軟件，可視化2007年與2016年長江經(jīng)濟帶11省市水資源承載力等級分布。結(jié)果表明：2007—2016年長江經(jīng)濟帶水資源承載力呈波動上升趨勢，承載力水平基本維持在警戒和中級水平;經(jīng)濟發(fā)達的東段地區(qū)水資源承載力高于經(jīng)濟欠發(fā)達的中段和西段地區(qū)，近年來差距不斷擴大;長江經(jīng)濟帶11省市水資源承載力年均增長率位于前三的分別是貴州、上海和云南，而湖北、重慶、四川年均增長率為負值;長江經(jīng)濟帶各省市水資源承載力整體水平仍較低，且各省市間水資源承載力均衡性差異并未隨著時間推移而產(chǎn)生大的改觀。
關(guān)鍵詞：長江經(jīng)濟帶;水資源承載力;TOPSIS模型
水是人類社會可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略支撐條件之一，隨著人口增長和城鎮(zhèn)化進程加快，水資源短缺和水環(huán)境惡化已成為全球性問題。長江經(jīng)濟帶橫貫我國東、中、西部三大區(qū)域，涵蓋上海、江蘇、浙江、安徽、江西、湖北、湖南、重慶、四川、云南、貴州11個省市，其人口總數(shù)、地區(qū)生產(chǎn)總值、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值均超過全國的40%，現(xiàn)已成為中國經(jīng)濟實力最強、戰(zhàn)略支撐作用最大的區(qū)域之一。然而長期粗放型增長方式和經(jīng)濟社會高速發(fā)展使得長江經(jīng)濟帶水資源需求壓力和水生態(tài)破壞壓力并存，水資源需求由2007年的2478.8億m3增加為2016年的2607.1億m3，凈增加128.2m3，該增加量相當于每年1/4個南水北調(diào)工程的調(diào)水總量。用水量占全國比重也由2007年的42.6%上升為2016年的43.2%，提升了0.6%。而廢水、氨氮、化學需氧量等水體污染物排放量占全國比重分別由2007年的43.3%，40.7%，41.4%提升到了2016年的44.2%，47.3%，48.6%，水體污染與水生態(tài)破壞問題日益嚴重。長江經(jīng)濟帶應(yīng)如何立足流域水資源綜合治理，實現(xiàn)經(jīng)濟社會發(fā)展與水資源可持續(xù)利用耦合協(xié)同，是當前迫切需要解決的重要課題之一。因此，科學評價長江經(jīng)濟帶水資源承載力，分析其時空演變趨勢及成因，對長江經(jīng)濟帶制定科學有效的水資源承載力提升對策有重要參考價值。
目前水資源研究成果主要集中在水資源效率測度[1]、水資源開發(fā)利用[2]、水資源優(yōu)化配置[3]以及水資源承載力測度[4]等方面，尤以水資源承載力更加值得深入研究。水資源承載力是指在某一具體的歷史發(fā)展階段下，以可預見的技術(shù)、經(jīng)濟和社會發(fā)展水平為依據(jù)，以社會可持續(xù)發(fā)展和水資源可持續(xù)利用為原則，以維護生態(tài)環(huán)境良性發(fā)展為條件，以水資源合理開發(fā)和配置為前提，水資源可支撐的特定區(qū)域社會、經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的規(guī)模[5]。近年來，關(guān)于水資源承載力定性與定量研究均取得了豐富成果。研究重點集中在水資源承載力評價，研究內(nèi)容包括水資源承載力定義[6]、水資源承載力指標體系構(gòu)建[7]、水資源承載力預測[8]等。研究對象包括城市水資源承載力[9]、區(qū)域水資源承載力[10]以及流域水資源承載力評價等[11]。從研究方法來看，代表性的研究方法有投影尋蹤評價模型[12]、系統(tǒng)動力學法[8]及主成分分析法[13]。上述研究在豐富水資源承載力相關(guān)理論的同時，也為水資源的綜合利用提供了有效指導。其不足之處在于：(1)現(xiàn)有研究偏重于水資源承載力評價方法的研究，而理論研究有所不足;(2)多數(shù)研究集中于水資源承載力時間或空間單一維度，對水資源承載力時空差異關(guān)注較少。水資源承載力評價最終目的在于接近水資源承載力的最佳狀態(tài)，遠離水資源承載力的最劣狀態(tài)，而TOPSIS法就是測度目標對象與正負理想解的距離。鑒于此，本文從水資源子系統(tǒng)—社會經(jīng)濟子系統(tǒng)—生態(tài)子系統(tǒng)3個聯(lián)系緊密又相互作用的系統(tǒng)出發(fā)構(gòu)建長江經(jīng)濟帶水資源承載力評價指標體系，運用TOPSIS法實證測度評價水資源承載力，利用ArcGIS10.2軟件繪制2007年與2016年長江經(jīng)濟帶水資源承載力等級分布地圖，可視化表達承載力測算結(jié)果，為長江經(jīng)濟帶水資源綜合治理提供依據(jù)，亦為區(qū)域水資源承載力研究提供參考。
1水資源承載力評價指標體系構(gòu)建及數(shù)據(jù)來源
指標體系的構(gòu)建通常分為兩類，第1類是基于系統(tǒng)論的思想，將系統(tǒng)劃分為既聯(lián)系又獨立的不同層次和要素構(gòu)成的子系統(tǒng);第2類是基于框架模型，如壓力—狀態(tài)—響應(yīng)(PSR)、驅(qū)動力—壓力—狀態(tài)—影響—響應(yīng)(DPSIR)、驅(qū)動力—壓力—狀態(tài)—影響—響應(yīng)—管理(DPSIRM)等選取水資源承載力評價指標。充分的文獻研究發(fā)現(xiàn)，兩種方法都是將水資源系統(tǒng)作為一個內(nèi)部各要素之間相互聯(lián)系、相互作用的復雜大系統(tǒng)。指標選取上，都將影響水資源承載力的人口、資源、社會、經(jīng)濟與生態(tài)等指標考慮在內(nèi)，切實反映水資源承載力研究中各組成部分的和諧共存關(guān)系。鑒于此，本文在參考《長江經(jīng)濟帶生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃》基礎(chǔ)上，從水資源—社會—經(jīng)濟—生態(tài)等方面選取水資源承載力評價指標，綜合考慮影響水資源承載力的多種因素，對長江經(jīng)濟帶水資源承載力作出系統(tǒng)評價。本研究在參考大量有關(guān)水資源承載力評價文獻[14-16]基礎(chǔ)上，綜合頻度統(tǒng)計與理論分析方法選取使用頻率較高的指標，同時考慮到數(shù)據(jù)的可獲得性，力求做到既涵蓋統(tǒng)計年鑒直接可查的指標，又涵蓋根據(jù)年鑒數(shù)據(jù)計算而成的指標，盡可能體現(xiàn)指標的代表性、綜合性和全面性，具體的指標體系見表1。
本文原始數(shù)據(jù)來源于2007—2016年的《水利發(fā)展統(tǒng)計公報》、《水資源公報》、《中國統(tǒng)計年鑒》，部分指標數(shù)據(jù)根據(jù)中國統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)及各省統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)計算而成。
2長江經(jīng)濟帶水資源承載力評價方法———TOPSIS法
TOPSIS(TechniqueforOrderPreferencebySimilaritytoanIdealSolution)法是一種常見的基于多目標的評價方法，該方法在指標多少、樣本含量和數(shù)據(jù)分布等方面都沒有嚴格的限制和要求，且能夠?qū)崿F(xiàn)不同評價指標在同一年份之間的橫向比較和同一評價指標在不同年份間的縱向比較[17]，原理是通過測度備選方案評價值與正負理想解的相對距離進行排序優(yōu)選。TOPSIS法基本步驟如下：
2.1評價指標同趨勢化
TOPSIS法進行評價時，要求所有指標變化方向一致(即所謂同趨勢化)，一般將低優(yōu)指標轉(zhuǎn)化為高優(yōu)指標，轉(zhuǎn)化方法常用倒數(shù)法，即令原始數(shù)據(jù)中低優(yōu)指標xij，通過變換而轉(zhuǎn)化成高優(yōu)指標。
3實證研究
為了具體考察長江經(jīng)濟帶水資源承載力的區(qū)域差異，考慮到各地的水資源承載力與經(jīng)濟發(fā)展水平密切相關(guān)，因此將長江經(jīng)濟帶劃分為3個地區(qū)，分別為經(jīng)濟發(fā)達的東段地區(qū)(上海、江蘇、浙江)、經(jīng)濟次發(fā)達的中段(安徽、江西、湖北、湖南)和西段地區(qū)(重慶、四川、貴州、云南)。
3.1長江經(jīng)濟帶水資源承載力縱向評價及分析
利用式(4)并結(jié)合2007—2016年長江經(jīng)濟帶11個省市數(shù)據(jù)，計算東段、中段、西段及長江經(jīng)濟帶水資源綜合承載力水平，數(shù)值越大，表明水資源承載力越強，評價結(jié)果見圖1。圖1直觀顯示，樣本考察期內(nèi)，長江經(jīng)濟帶水資源承載力與東段、中段、西段地區(qū)水資源承載力水平保持相似的變化趨勢，波動幅度較小，總體呈上升趨勢。東段地區(qū)水資源承載力由2007年的0.419增加到2016年的0.611，增幅為45.7%;中段地區(qū)水資源承載力增幅最小，為0.8%;西段地區(qū)水資源承載力由2007年的0.459增加為2016年0.503，增幅為14%。可以將圖1分成3個時間段：
第一段為2007—2009年，此時間段內(nèi)東、中、西段水資源承載力呈下降趨勢，因此長江經(jīng)濟帶水資源承載力也呈下降趨勢，由2007年的0.464下降為2009年的0.3345，下降幅度為25.6%，水資源承載力等級由中級降為警戒等級。結(jié)合表3，可以看出2007—2009年長江經(jīng)濟帶11個省市中，只有上海市水資源承載力保持上升趨勢，其余10個省市的水資源承載力都呈下降趨勢。2007—2009年上海市經(jīng)濟增速放緩，2009年GDP增長率為6.94%，但其產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，2009年第三產(chǎn)業(yè)占比59.35%，經(jīng)濟發(fā)展帶來了污水處理技術(shù)的普及，單位產(chǎn)值耗水與污染排放減少也是上海市水資源承載力提升的原因。2007—2009年長江經(jīng)濟帶其余10省市，GDP增長率一直保持兩位數(shù)增長，多省GDP增長率高達20%以上，萬元GDP用水量比上海市高出2～5倍。高速增長的經(jīng)濟與水資源承載力協(xié)調(diào)能力較差，水資源消耗、浪費嚴重，用水效率和效益低，直接導致長江經(jīng)濟帶水資源承載力逐年降低。
第二段為2010—2013年，此時間段內(nèi)東、中、西段水資源承載力呈低值小幅度的波動趨勢。東段、中段和長江經(jīng)濟帶水資源承載力均呈小幅度波動下降趨勢，分別由2010年的0.421，0.432，0.419下降為2013年的0.381，0.368，0.4，承載力等級均由中級水平降為警戒水平;西段水資源承載力呈小幅度波動上升趨勢，由2010年的0.403上升為2013年的0.442，承載力等級由警戒水平上升為中級水平。雖然在經(jīng)歷2007—2009年水資源承載力大幅下降之后，長江經(jīng)濟帶11省市出臺了一系列綜合治理水環(huán)境的對策措施，使得2010年水資源承載力小幅上升。但多年粗放型經(jīng)濟增長方式和“先污染后治理”老路對水資源造成的破壞，并非一朝一夕之功能徹底扭轉(zhuǎn)的，這也是2010—2013年水資源承載力波動的原因之一。
第三階段為2014—2016年，長江經(jīng)濟帶11省市水資源承載力均呈較大幅度上升，東段水資源承載力顯著高于中段、西段水資源承載力，2016年為0.685，已達優(yōu)質(zhì)水平。并且東段與中段、西段水資源承載力差距逐漸拉大。原因是水資源日趨匱乏制約社會經(jīng)濟發(fā)展的弊端日益顯現(xiàn)，東部經(jīng)濟發(fā)達省份借助先發(fā)優(yōu)勢，在經(jīng)濟社會發(fā)展的同時更加注重水資源的集約高效利用，并投入大量資金用于綠色創(chuàng)新技術(shù)研發(fā)和生態(tài)環(huán)境治理，使得水資源承載力與經(jīng)濟社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境優(yōu)化漸趨協(xié)調(diào)。而中段和西段省市經(jīng)過多年開發(fā)建設(shè)，加之2012年后生態(tài)文明建設(shè)成果累積效應(yīng)的顯現(xiàn)，水資源承載力也漸趨穩(wěn)定增長態(tài)勢。但與東段地區(qū)相比，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、資源利用效率、環(huán)保意識等差距短期內(nèi)將一直存在，甚至是拉大，導致中、西段水資源承載力低于東段。
3.2長江經(jīng)濟帶水資源承載力橫向評價及分析
從均值看，2007—2016年長江經(jīng)濟帶11省市水資源承載力平均值位列前三的分別是東段的浙江、中段的江西以及西段的重慶，其承載力均值分別為0.463，0.458，0.457，處于水資源合理使用階段，承載力等級為中級。之后按照承載力平均值大小排名依次為：上海、江蘇、四川、云南、湖南、湖北、貴州、安徽。11省市只有安徽省水資源承載力處于警戒狀態(tài)，相關(guān)研究[19]表明，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是安徽省水資源消耗量最大的產(chǎn)業(yè)，不合理的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)嚴重制約省內(nèi)水資源安全，水資源緊缺程度十分嚴重，水資源處于不安全狀態(tài)，制約著社會經(jīng)濟的發(fā)展。值得注意的是，湖北和貴州水資源承載力接近警戒狀態(tài)，未來需重點關(guān)注。
從年均增長率看，長江經(jīng)濟帶11省市水資源承載力年平增長率位于前三的分別是貴州省、上海市和云南省，增長率分別為11.41%，10.1%，9.14%;而湖北、重慶、四川年均增長率均為負值，分別為-0.97%，-1.03%，-1.18%。安徽省與湖南省水資源承載力年均增長率也較低，僅為1.41%和2.75%。
利用ArcGIS10.2軟件繪制2007年與2016年長江經(jīng)濟帶11省市水資源承載力等級空間分布圖(圖2)，空間分布圖顯示：上海水資源承載力由2007年的警戒等級上升為2016年的優(yōu)質(zhì)等級，上升幅度最大;江蘇、浙江、湖南由2007年中級等級上升為2016年的良好等級;安徽、湖北、四川、重慶由2007年良好等級降為2016年的中級等級;江西、云南、貴州分別由2007年的警戒等級上升為2016年的良好等級。東段省市水資源承載力上升主要得益于良好的經(jīng)濟基礎(chǔ)，經(jīng)濟的快速發(fā)展帶來節(jié)水減排技術(shù)的進步，使得水資源利用效率和效益提高。長江經(jīng)濟帶中段地區(qū)產(chǎn)業(yè)偏重，沿江地區(qū)高耗水型重化工業(yè)林立，部分地區(qū)磷礦、重金屬污染嚴重。另外，節(jié)能減排技術(shù)落后導致水資源利用效率低，浪費嚴重。加之資源管理模式陳舊，水污染治理不力導致水環(huán)境質(zhì)量下降。這些因素都制約了中段地區(qū)部分省份水資源承載力的進一步提高。四川、重慶雖然部分指標有所改善，如生態(tài)環(huán)境用水率逐年增加，萬元GDP用水逐年降低等，但嚴重的水土流失和大規(guī)模礦產(chǎn)資源開發(fā)帶來的環(huán)境污染和生態(tài)破壞，導致水資源惡化程度超出其改善程度，水資源承載力相應(yīng)降低。云南、貴州由于獨特的地理環(huán)境限制了其經(jīng)濟發(fā)展，人類活動對水資源破壞較小，水資源承載力處于良好等級。
相關(guān)期刊推薦：《水土保持研究》(雙月刊)創(chuàng)刊于1985年，是由中國科學院、中國科學院水利部水土保持研究所主辦的地球科學類期刊。報道本學科前沿領(lǐng)域科學理論、技術(shù)創(chuàng)新及其實踐應(yīng)用研究最新成果，積極引導和推動水土保持學科和水土保持實踐的發(fā)展與繁榮。從事水保科技研究、教學與推廣的科教工作者及有關(guān)行政管理人員;國內(nèi)外環(huán)境科學、地學、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利等相關(guān)學科科教人員及大專院校師生。有投稿需求的作者，可以直接與在線編輯聯(lián)系。
此外，研究還發(fā)現(xiàn)，2007年長江經(jīng)濟帶11省市水資源承載力與2016年相比，除東段3省市外，其余8省市承載等級出現(xiàn)了較大反轉(zhuǎn)，具體表現(xiàn)為北岸的安徽、湖北、重慶、四川均由2007年的良好等級下降為2016年的中級等級，而南岸的江西、湖南、貴州、云南均由警戒或中級等級上升為2016年的良好等級。上文已經(jīng)分析了東段3省承載力上升的原因，此處不再贅述。而其余8省市承載力出現(xiàn)較大反轉(zhuǎn)可能原因如下：第一，從經(jīng)濟社會發(fā)展與水資源承載力協(xié)調(diào)能力看，8省市均有提升，如2016年萬元GDP用水量、城市污水處理能力等相比2007年均有改善。這解釋了雖然南北兩岸8省市水資源承載力出現(xiàn)了較大反轉(zhuǎn)，但北岸4省市僅從良好等級降為中級等級，并未出現(xiàn)大幅下降，說明承載力變化差異大需要結(jié)合自然與經(jīng)濟社會發(fā)展綜合分析;第二，反轉(zhuǎn)的直觀表現(xiàn)是北岸4省市承載力下降，南岸4省市承載力上升，并形成承載力等級差異。深入分析可得，這一截然不同的發(fā)展趨勢可能是因為8省市經(jīng)濟發(fā)展狀況和自然資源稟賦差異共同作用所致。分析8省市水資源承載力影響因素原始數(shù)據(jù)可知，與2007年相比，2016年南岸的江西、湖南、貴州、云南4省在降水量和水資源總量增加的同時，除個別省份供水量增幅5%以內(nèi)，供水量和水資源開發(fā)利用率均下降，尤其是水資源開發(fā)利用率下降顯著。負向因素改善，正向因素提高，共同推動了南岸4省水資源承載力的大幅提升，從警戒或中級水平上升為良好水平。反觀北岸四省市，雖然安徽、湖北2016年降水量和水資源總量相比2007年有所增加，但其供水總量分別增長了25.3%和9%，供水總量大幅增加，一方面反映了水資源需求的快速增長，供需矛盾可能加劇。
