賀成民

（陜西省水文水資源勘測(cè)中心，陜西 西安 710000）

隨著陜西省社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，陜西省居民生活水平得到了顯著提高，工業(yè)化進(jìn)程也得到了進(jìn)一步的發(fā)展，城鎮(zhèn)化水平不斷提升，與此同時(shí)居民生活用水量和工農(nóng)業(yè)用水量逐年增大，陜西省面臨著嚴(yán)峻的水資源短缺問(wèn)題。

1921年帕克和伯吉斯就在有關(guān)人類生態(tài)學(xué)的研究中，提出了承載力的概念[1]。國(guó)內(nèi)對(duì)水資源承載力的研究起步較晚，但是發(fā)展迅速，施雅風(fēng)等對(duì)烏魯木齊河流域運(yùn)用常規(guī)趨勢(shì)法進(jìn)行水資源承載力研究[2]；王建華采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，預(yù)測(cè)分析了烏魯木齊市1993年～2020年間水資源承載力[3]；曲耀光等在分析黑河流域不同階段水資源開(kāi)發(fā)利用程度的基礎(chǔ)上，分析計(jì)算了黑河流域中游地區(qū)的水資源承載力[4]；左其亭等在提出“基于模擬和優(yōu)化的控制目標(biāo)反推模型”的基礎(chǔ)上，考慮水資源、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境等目標(biāo)，結(jié)合氣候變化的影響，通過(guò)承載人口的計(jì)算，對(duì)塔里木河流域不同水平年的水資源承載力進(jìn)行了分析[5]；余灝哲等基于PSR模型對(duì)陜西省水資源承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)[6]。孫雅茹等基于topsis對(duì)鹽城市水資源進(jìn)行評(píng)價(jià)并進(jìn)行障礙因素診斷[7]。

本文以陜西省各市為研究對(duì)象，基于陜西省各市2015年的指標(biāo)數(shù)據(jù)，采用熵權(quán)法確定權(quán)重，以障礙因素診斷模型作為理論基礎(chǔ)，對(duì)陜西省各市水資源承載力影響因素識(shí)別，為陜西省水資源規(guī)劃與保護(hù)提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

陜西省地處我國(guó)內(nèi)陸的中緯度地帶，土地面積20.58萬(wàn)km2，下轄西安、寶雞、咸陽(yáng)、渭南、銅川、漢中、安康、商洛、榆林和延安十市。年平均降水量為656.2 mm，降水量呈南多北少，水資源時(shí)空分配嚴(yán)重不均，年降水量多集中于夏秋季。水資源量區(qū)域分布不均衡，地表徑流量受地形影響很大，地域性差異十分明顯，徑流深由南向北遞減，陜南地區(qū)徑流量較為豐富，占全省三分之一面積，徑流量占全省三分之二。

水資源是與區(qū)域發(fā)展社會(huì)運(yùn)行息息相關(guān)的重要資源。水資源承載力是評(píng)價(jià)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展程度的重要指標(biāo)，制約或影響著地區(qū)的綜合發(fā)展。基于水規(guī)總院2016年印發(fā)的水資源承載能力監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)大綱來(lái)計(jì)算，陜西省目前水資源承載力的承載狀態(tài)良好，十個(gè)省轄市中渭南市處于水資源超載狀態(tài)，西安市、寶雞市、漢中市和安康市均處于臨界超載狀態(tài)，剩余五市處于不超載狀態(tài)。

本研究針對(duì)陜西省各市水資源承載力展開(kāi)障礙因素診斷，根據(jù)《陜西省統(tǒng)計(jì)年鑒》《陜西省水資源公報(bào)》《陜西省水利發(fā)展“十三五”規(guī)劃》《陜西省國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展公報(bào)》等相關(guān)資料，統(tǒng)計(jì)出數(shù)據(jù)。

2 模型的建立

2.1 指標(biāo)體系的構(gòu)建

水資源承載力與社會(huì)和經(jīng)濟(jì)有著緊密的關(guān)系，相互影響。本文研究根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，從水資源稟賦條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r和水資源開(kāi)發(fā)利用情況3個(gè)方面考慮，選擇了14個(gè)指標(biāo)作為水資源承載力障礙因素診斷指標(biāo)體系[8～9]，該指標(biāo)體系較為全面的描述了水資源承載力的相關(guān)影響因素，從而可以對(duì)地區(qū)水資源承載力障礙因素做出準(zhǔn)確的診斷識(shí)別。各指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 水資源承載力障礙因素診斷指標(biāo)體系

2.2 障礙因素診斷模型的構(gòu)建

為了提高區(qū)域水資源承載力，需要對(duì)影響區(qū)域水資源承載力的主要影響因素進(jìn)行識(shí)別，找出對(duì)區(qū)域水資源承載力產(chǎn)生負(fù)面影響的主要障礙因素。目前障礙因素診斷模型還處于初步發(fā)展階段，該模型主要是采用因子貢獻(xiàn)度、指標(biāo)偏離度和障礙度進(jìn)行診斷[10～12]。因子貢獻(xiàn)度Tj是單項(xiàng)指標(biāo)對(duì)總體目標(biāo)的影響程度，通?？梢杂弥笜?biāo)權(quán)重wj來(lái)表示；指標(biāo)偏離度Sij是第i區(qū)域第j指標(biāo)與水資源承載力最優(yōu)目標(biāo)的差距，可以用1與各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值Xij'之差來(lái)表示；障礙度Pij是第i區(qū)域第j指標(biāo)對(duì)水資源承載力的影響度。計(jì)算公式如下:

3 障礙因素識(shí)別判斷方法

（1）標(biāo)準(zhǔn)化處理

指標(biāo)分為正向指標(biāo)（指標(biāo)值越大越好）和負(fù)向指標(biāo)（指標(biāo)值越小越好），為統(tǒng)一指標(biāo)的單位與量綱，使各指標(biāo)具可比性，采用極差法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，具體計(jì)算公式如下:

對(duì)于正向作用的指標(biāo):

對(duì)于負(fù)向作用的指標(biāo):

式中:Xij'為第i個(gè)區(qū)域第j項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值；Xij為第i個(gè)區(qū)域第j項(xiàng)指標(biāo)的原始值；Xjmax為標(biāo)準(zhǔn)化前某項(xiàng)指標(biāo)最大值；Xjmin為標(biāo)準(zhǔn)化前某項(xiàng)指標(biāo)最小值。

（2）權(quán)重確定

目前評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定有主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法兩種，主觀賦權(quán)法多采用德?tīng)柗品?、層次分析法等，但主觀賦權(quán)法多帶有人為因素，常常因?qū)＜业牟煌町愝^大，使分析結(jié)果趨于不穩(wěn)定。本文為了避免人為因素的影響，使指標(biāo)權(quán)重確定更加具有科學(xué)性，采用客觀賦權(quán)法中的熵權(quán)法[12]來(lái)確定指標(biāo)權(quán)重。

熵在信息論中是對(duì)不確定性的一種度量?？梢酝ㄟ^(guò)計(jì)算熵值來(lái)判斷某個(gè)指標(biāo)的離散程度，指標(biāo)的離散程度越大，該指標(biāo)對(duì)總體目標(biāo)的影響程度越大，因此，可利用信息熵這個(gè)工具，計(jì)算出各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，為障礙因素診斷識(shí)別提供依據(jù)。熵值法確定權(quán)重計(jì)算過(guò)程如下:

現(xiàn)有m個(gè)待評(píng)區(qū)域，n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，形成原始數(shù)據(jù)矩陣:

①數(shù)據(jù)的非負(fù)化處理

對(duì)于越大越好的指標(biāo):

對(duì)于越小越好的指標(biāo):

R=（rij）m×n，式中:rij為第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象在第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)上的標(biāo)準(zhǔn)值，rij∈[0，1]，標(biāo)準(zhǔn)化方法與上一小節(jié)相同。

②計(jì)算第j個(gè)指標(biāo)下第i個(gè)區(qū)域的指標(biāo)值的比重pij

③計(jì)算第j個(gè)指標(biāo)的熵值ej

其中k＞0，ln為自然對(duì)數(shù)，ej≥0，式中常數(shù)k與樣本數(shù)m有關(guān)，一般令k=1/lnm，則 0≤ej≤1。

④計(jì)算第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重wj

（3）障礙因素識(shí)別

將計(jì)算好的指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值和權(quán)重值帶入障礙因素診斷模型。

根據(jù)計(jì)算的單項(xiàng)指標(biāo)障礙度，為了找出主要障礙因素，按障礙度大小進(jìn)行排序，各區(qū)域選出前六項(xiàng)指標(biāo)作為水資源承載力的障礙因素，即影響區(qū)域水資源承載力的主要因素。

4 陜西省各市水資源承載力主要影響因素計(jì)算及結(jié)果分析

4.1 權(quán)重確定

根據(jù)上文構(gòu)建的陜西省各市水資源承載力指標(biāo)體系，運(yùn)用熵權(quán)法，求得權(quán)重，具體結(jié)果見(jiàn)表2。

4.2 障礙因素識(shí)別判斷

根據(jù)式（3），計(jì)算各指標(biāo)障礙度，基于障礙度排序找出影響陜西省各市水資源承載力的主要影響因素，具體計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 各指標(biāo)權(quán)重

表3 陜西省各市水資源承載力障礙因素計(jì)算結(jié)果

4.3 計(jì)算結(jié)果分析

由表3可以看出，根據(jù)障礙因素診斷并排序后，陜西省各市中除了安康市，影響其余九市水資源承載狀態(tài)的主要影響因素是水資源天然稟賦條件的不足，其中人均水資源量是其主要影響因素，這符合西北地區(qū)資源型缺水的特點(diǎn)。除了受到天然稟賦條件的影響，對(duì)于西安市來(lái)說(shuō)，還受到人均日生活用水量和二產(chǎn)用水占比過(guò)的影響；銅川市還受到灌溉覆蓋率和二產(chǎn)用水占比的影響，結(jié)合實(shí)際可以發(fā)現(xiàn)銅川市是“礦業(yè)型”城市，鋁業(yè)和電力等耗水型產(chǎn)業(yè)是其支柱產(chǎn)業(yè)，所以二產(chǎn)用水占比會(huì)影響其水資源承載力；渭南市、咸陽(yáng)市和寶雞市還受到人均GDP和灌溉水利用系數(shù)的影響，結(jié)合實(shí)際發(fā)現(xiàn)三市為陜西省主要糧食產(chǎn)地，灌溉水利用系數(shù)會(huì)影響其水資源承載力；延安市和榆林市還受到灌溉覆蓋率和二產(chǎn)用水占比的影響，結(jié)合地區(qū)實(shí)際發(fā)現(xiàn)，兩市的支柱產(chǎn)業(yè)為油氣、電力和化工產(chǎn)業(yè)，耗水型企業(yè)多，二產(chǎn)用水量大；對(duì)于商洛市來(lái)說(shuō)，還受到人均GDP和灌溉覆蓋率的影響，結(jié)合實(shí)際發(fā)現(xiàn)，商洛市的人均GDP排在陜西省十市的倒數(shù)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展也處于落后的位置，主要經(jīng)濟(jì)以一產(chǎn)為主。對(duì)于漢中市來(lái)說(shuō)，地區(qū)水資源總量相對(duì)豐富，但是人均水資源量仍然是地區(qū)水資源承載力的主要影響因素，地區(qū)還受到人均GDP、一產(chǎn)用水占比和灌溉覆蓋率的影響。安康市的水資源天然稟賦條件相對(duì)較好，地區(qū)水資源承載力主要受到人均GDP的影響，當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展水平一直在陜西省處于落后狀態(tài)，人均GDP處于倒數(shù)的位置。此外，安康市還受到灌溉覆蓋率、灌溉水利用系數(shù)、人均日生活用水量和工業(yè)用水重復(fù)利用率的影響。

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

（1）本文在探究陜西省各市水資源承載力主要影響因素時(shí)，考慮到了指標(biāo)的正、負(fù)性對(duì)診斷結(jié)果的干擾，采用了熵權(quán)法來(lái)確定指標(biāo)權(quán)重，從而準(zhǔn)確診斷出了陜西省各市水資源承載力的主要影響因素。該方法科學(xué)簡(jiǎn)便，對(duì)區(qū)域水資源承載力判斷有一定參考價(jià)值。

（2）根據(jù)障礙因子診斷模型的計(jì)算結(jié)果來(lái)看，影響陜西省各市水資源承載力的主要因素是水資源天然稟賦條件，具體指標(biāo)來(lái)說(shuō)人均水資源量是主要影響因素，對(duì)于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r和水資源開(kāi)發(fā)利用狀況來(lái)說(shuō)，主要是人均GDP、灌溉水利用系數(shù)和三產(chǎn)用水占比的影響。

（3）對(duì)于人均水資源量的影響，一方面陜西省需要增加地區(qū)的水資源量，另一方面可以考慮“生態(tài)移民”；對(duì)于人均GDP的影響，陜西省經(jīng)濟(jì)發(fā)展落后地區(qū)需要大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)；對(duì)于灌溉水利用系數(shù)的影響，陜西省需要在主要糧食產(chǎn)區(qū)合理選擇種植結(jié)構(gòu)，還需要推廣節(jié)水灌溉；對(duì)于三產(chǎn)用水占比不合理，陜西省需要針對(duì)地區(qū)不同問(wèn)題，合理調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，把耗水型產(chǎn)業(yè)進(jìn)行轉(zhuǎn)移，推廣水資源集約型產(chǎn)業(yè)。

5.2 建議

為了提高陜西省各市水資源承載力，保證地區(qū)的水資源可持續(xù)發(fā)展，各市亟需根據(jù)各自水資源承載力的主要影響因素采取對(duì)應(yīng)的措施。針對(duì)人均水資源量，一方面可以增加地區(qū)水資源量，對(duì)水資源進(jìn)行優(yōu)化配置，提高水資源利用效率，另一方面可以進(jìn)行“生態(tài)移民”，這也符合國(guó)家“生態(tài)移民”的政策；針對(duì)人均日生活用水量，西安市應(yīng)該大力推行生活節(jié)水器具，合理制定水價(jià)，加大節(jié)水宣傳力度，提高居民節(jié)水意識(shí)；針對(duì)人均GDP，經(jīng)濟(jì)發(fā)展落后地區(qū)需要大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展領(lǐng)先地區(qū)需要加快發(fā)展模式的轉(zhuǎn)型，大力發(fā)展“綠色經(jīng)濟(jì)”；針對(duì)灌溉覆蓋率和灌溉水利用系數(shù)，各地區(qū)一方面需要合理選擇種植結(jié)構(gòu)，選擇適應(yīng)地區(qū)特點(diǎn)且經(jīng)濟(jì)效益高的農(nóng)作物，另一方面需要推行“噴灌”、“滴灌”等節(jié)水型灌溉方式，及時(shí)修復(fù)和維護(hù)老化的農(nóng)田水利設(shè)施；針對(duì)用水占比，各地區(qū)需要合理調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與產(chǎn)業(yè)布局，推廣水資源集約型產(chǎn)業(yè)，促使一、二、三產(chǎn)用水達(dá)到合理比重；針對(duì)工業(yè)水重復(fù)利用率，安康市需要從政策和經(jīng)濟(jì)上支持企業(yè)改善設(shè)備、改良技術(shù)，提高工業(yè)水重復(fù)利用率。

在水資源管理方面，各地市需要嚴(yán)格執(zhí)行“最嚴(yán)格的水資源管理制度”，堅(jiān)持用水“三條紅線”，改變不合理的用水方式，以保障水資源承載力處于一個(gè)良好的狀態(tài)。