长江经济带水资源承载力综合评价研究

长江经济带水资源承载力综合评价研究

0 引言

承载力的概念由来已久，最早被应用于人口学的研究。马尔萨斯人口增长理论的提出开辟了承载力研究的先河。现在承载力被用于各类学科的研究中，其中关于水资源承载力的研究尤为突出。水资源是人类生存、生产和发展不可替代的基础自然资源，是制约区域社会、经济发展的重要因素。据统计，我国有超过2/3的城市面临不同程度的缺水，其中缺水严重的城市有110多个，严重阻碍了区域的可持续发展。水资源承载力成为水资源科学领域和政府关注的重点问题。2016年3月，水利部印发《水利部办公厅关于做好建立全国水资源承载能力监测预警机制工作的通知》，部署建立全国水资源承载能力检测预警机制工作，要求用3年时间研究建立水资源承载能力检测预警机制。

长江经济带覆盖我国11个省市，对推动我国经济高质量发展起着重要作用。2014年中央政府报告将长江经济带建设纳入国家战略中，自此长江经济带成为国家参与全球竞争与经济建设的重要增长极。然而，随着经济的不断发展与人民生活水平的逐渐提高，长江经济带出现了各种各样的生态环境问题，长江经济带沿江流域水环境状况变得十分严峻，水质型缺水、饮用水源安全隐患、水环境质量和水生态破坏等问题都未能得到根本性解决。分析长江经济带水资源承载力，提高长江经济带水资源利用效率，对完善长江经济带的生态保护具有重要意义。

关于水资源承载力的内涵，学术界进行了较多探索和研究，但是国内尚未形成明确统一的概念。自施雅风等(1992)对水资源承载力进行研究之后，后续学者（刘佳骏等，2011；余茹等，2018；刘晓等，2014；吴景辉等，2019）在此基础上做了进一步探究。目前关于水资源承载力定义比较流行的三大观点为水资源的最大支撑力、水资源的最大支撑规模、水资源的最大开发容量(黄贤金等，2018)。笔者参照惠泱河等(2001)的解释，将水资源承载力定义为在可持续发展原则之下，兼顾生态环境建设，促进社会经济发展的最大支持力。水资源承载力是一个系统性的概念，影响水资源承载力的因素包括很多方面，大部分学者选择从经济、社会、生态等角度系统地构建指标体系(王晗等，2018)，也有少部分学者从水资源承受压力方面构建指标体系（刘雁慧等，2019）。梳理相关文献发现，水资源承载力指标体系的构建都综合考虑了社会、经济以及自然等因素。国外学者在水资源承载力方面的研究取得了重要成果，Tramblay等( 2018)从水资源可持续发展角度对水资源的可利用性进行了相关研究，提出了相应的水资源管理政策，Rijiberman等(2000)从水资源安全角度分析了城市水资源承载力。

还有部分学者围绕水资源价值以及水资源可持续性评价标准进行了一系列探究（Wei等，2017；Pires等，2017）。在水资源承载力测算方面，不同学者利用不同方法进行了一系列测算研究。王晗等(2018)利用熵值法和TOPSIS法对郑州市水资源承载力进行了综合评价研究，得出郑州市水资源承载力总体呈上升趋势的结论；吴传余( 2018)采用突变级数法对六安市近10年水资源承载力进行了综合评价；王长建等( 2015)采用改进的相对资源承载力模型，对塔里木河流域的相对资源人口承载力和相对资源经济承载力进行了综合评价，并提出了相应的对策措施。也有相关学者(王新娜，2015；马海良等，2016；段新光等，2014)利用面板数据模型以及问卷调查法、层次分析法和模糊综合评价法计算出地区水资源承载力。综上所述，前人关于水资源承载力的研究可谓是硕果累累，为后续学者的研究提供了参考和经验，但是也依旧存在一些问题：很多文章从静态角度分析，并未从动态时空角度进行水资源承载力的探究；部分文章仅仅只研究单个省（市）。研究城市群或区域水资源承载力的文章较少：本文参照前人研究成果，利用TOPSIS模型构建长江经济带水资源承载力综合评价指标，并辅之以耦合协调发展模型分析长江经济带水资源承载力情况，进一步通过灰色关联度模型研究指标间的关联度，为长江经济带水资源开发与保护提供借鉴与参考。

1 研究区概况及研究方法

1.1研究区域概况

长江经济带是指我国沿江附近的经济圈，覆盖上海、江苏、浙江、安徽、江西、湖北、湖南、重庆、四川、云南、贵州11个省市，横跨了我国东、中、西三大区域，总面积约为205万km2拥有得天独厚的优势和巨大的发展潜力。长江经济带作为我国淡水资源极为丰富的地区，水资源的利用与保护显得尤为重要。

1.2研究方法

1.2.1 TOPSIS模型

目前，水资源承载力的评价方法主要有主成分分析法（王壬等，2015）、层次分析法(张辉等，2011)等。TOPSIS (technique for order preference by similarity to an idealsolution)模型作为评价方法之一，处理对象由实际观测数据统计而得，避免主观因素的干扰，同时计算简单且易于进行横向与纵向分析（卢艳，2008），故本文选取此方法。 Hwang等(1981)首次提出该方法是系统工程中多目标决策方法之一，一般可用于效益评价、决策和管理等多个领域。其基本原理是通过测度各评价单元与最优解、最劣解的距离来进行排序。若评价对象靠近最优解的同时又是最远距离解，则为最优，否则不是最优。

1.2.2耦合协调发展模型

耦合协调发展模型通常被用来衡量系统之间的协调发展关系。水资源承载力各系统之间的协调发展尤为重要。通过该模型，可以清晰地看出水资源承载力下的社会子系统、经济子系统、生态子系统与水资源子系统之间的协调发展关系，能够对未来长江经济带水资源的合理利用起到借鉴作用。目前耦合协调发展模型应用广泛，参照相关学者的研究（盖美等，2018），将耦合协调发展模型函数形式设

2 指标构建与数据来源

2.1 水资源承载力评价指标体系构建

相关研究（郑凯，2013）认为水资源指标体系的构建需要系统考虑，指标要涵盖人口、经济、生态、环境等多个方面，而这些方面又要与一定的发展阶段相联系。在此研究基础上，本文构建的水资源承载力评价指标体系包括目标层、准则层和指标层3个层次。

2.2数据来源

相关数据来源于2007-2016年《中国统计年鉴》《中国水资源公报》《中国环境统计公报》以及长江经济带11个省市的统计年鉴、水资源公报及环境统计公报等资料。

3结果分析

3.1 长江经济带水资源承载力的纵向评价及分析

根据TOPSIS综合评价方法及步骤，基于归一化后的数据，参照相关学者的研究（何刚等，2019；李焕等，2017；李燕等，2017；蓝希等，2018)，对2007-2016年长江经济带水资源承载力进行综合评价。

1)从目标层评价结果看，样本考察期内，长江经济带水资源承载力综合评价值由2007年的0. 525 1减少到2016年的0.510 0，2007-2016年水资源承载力变动幅度较小，但整体呈现下降趋势。承载力最大的年份是2009年，综合评价值为0. 538 4，承载力最小的年份是2014年，综合评价指标为0. 507 0。其中，贡献度最大的是水资源子系统，其均值为0. 609 7，其后依次为社会子系统、生态子系统，经济子系统的贡献度最小，其均值为0.453 3。这一结果说明长江经济带的经济发展对水资源承载力的贡献度较低，表明在工业化进程中，长江经济带存在耗水量大但水资源利用效率不高的问题。2012年国务院批复《长江流域综合规划（2012-2020年）》，这一规划得到了长江经济带各省市的积极响应，各省（市）全面开展长江流域水生态资源保护与修复行动，逐渐加大生态治理力度。大规模的环境治理投资和切实可行的生态环境治理措施使得长江经济带的生态环境质量得到改善，生态系统承载力逐渐恢复．对水资源承载力的贡献也逐渐增大。从社会经济发展进程看，目前长江经济带各省市处于工业化发展的不同阶段，资源消耗量大且污染排放多，一定程度上弱化了社会子系统对水资源承载力的贡献力度。

2)水资源子系统的评价值较为稳定，有缓慢增长的趋势，其对水资源综合承载力的贡献逐年增加。社会子系统的评价值波动较大，对水资源承载力的贡献力度也相对波动。从构成社会子系统的具体指标看，社会子系统主要受人口密度、城市人均日生活用水量和生活用水总量的影响，近年来长江经济带人口自然增长率有一定幅度的上升，与此同时，随着居民收入水平的提高和城市规模的扩大，人均生活用水量也呈上升趋势。人口数量以及人均用水需求量的不断增长，对社会子系统造成了一定的压力，导致其评价值的波动，影响了社会子系统对水资源综合承载力的贡献。经济子系统有明显的下降趋势，且自2013年开始下降幅度加大，整体上对水资源承载力的贡献力度逐渐降低。生态子系统的评价值波动幅度较小，变化曲线较为平滑，其对水资源承载力的贡献度逐渐减小。综合4个子系统，可以看出经济子系统对水资源承载力的贡献力度逐渐下降，生态子系统与水资源承载力在数值上较为贴合，社会子系统对水资源承载力的贡献力度逐渐增加，长江经济带的水资源承载力主要依靠水资源子系统来拉动。

3)从指标层看，构成水资源子系统的各个指标中，人口对水资源承载力的贡献度最大，均值为0. 741 8，这符合长江经济带的现实情况。长江经济带人口密集，以21. 27%的国土面积承载超过40%的总人口。资源承载力贡献度较大的指标为供水模数、水资源开发利用率、生态环境用水率以及地表水资源占比，其评价值分别为0. 737 6、0.727 7、0.705 3和0.686 4。长江经济带人口密集，经济发达，正处于工业化发展的更高阶段，生活用水以及工业用水需求量较大，因此水资源开发利用率在该地带具有较高水平。生态环境用水率对水资源承载力贡献较大则体现了长江经济带对生态环境的重视，而长江经济带各省市分布在长江沿岸，具有丰富的地表水资源，是水资源承载力的重要体现。贡献度最低的3个指标是城市污水日处理能力、GDP以及城镇化率，其评价值分别为0. 339 4、0.353 9和0.357 2，这反映了长江经济带各省市在发展经济以及推进城镇化的过程中，对水资源的消耗巨大，且利用效率低、浪费、污染等问题严重，加之城市污水处理能力不足，由此降低了长江经济带水资源承载力。

3.2长江经济带水资源承载力的横向评价及分析

评价长江经济带省市水资源承载力的主要目的，在于通过横向比较来解释水资源承载力的地域差异，以便从地区协调角度寻求提高长江经济带水资源承载力的有效方法。对长江经济带11个省（市）水资源承载力进行综合评价。

1)从目标层评价结果来看，长江经济带水资源承载力综合评价值为0. 513 0。各区域综合评价值由高到低依次为上游成渝经济区(0. 515 2)、中游城市群(0. 514 3)和下游长三角地区(0. 509 4)。各城市评价值由高到低依次为：江西、贵州、上海、湖南、云南、江苏、四川、浙江、重庆、湖北和安徽。其中，重庆、湖北和安徽的水资源承载力评价结果低于总体均值，其余8个城市均高于总体均值，安徽省最低，仅为0. 485 0。上游地区水资源相对充沛，生态环境状况良好，人口压力小，尤其是贵州，其水资源承载力在长江经济带第一。中游城市群水资源总量虽然相对匮乏，但是其人口密度较小，对水资源的压力较小，并且中游城市群经济形势较为乐观，尤其是江西省，其水资源承载力位居长江经济带第一。但中游城市群地区的湖北省生态环境较差，工业废水排放居高不下，废水治理设施处理能力较差，情况有待改善。下游长三角地区水资源承载力参差不齐，除安徽省水资源较为缺乏外，其他城市水资源则相对丰富。安徽省水资源承载力最差，是需要进一步关注的重点。

2)从准则层评价结果看，长江经济带水资源子系统评价值为0. 487 1，各省市评价值由高到低依次为江西、湖南、贵州、浙江、上海、江苏、云南、四川、浙江、重庆、湖北、安徽，其中江西省的水资源子系统综合承载力为0. 540 3，而安徽省最低，评价值为0. 397 5。从社会子系统看，长江经济带社会子系统的综合评价值为0. 514 9，各省市评价值由高到低依次为上海、重庆、湖北、贵州、四川、浙江、江苏、云南、安徽、湖南和江西，其中上海市的社会子系统综合承载力为0. 5374，而江西省最低，为0.457 7。从经济子系统来看，长江经济带经济子系统评价值为0.532 1，各省（市）评价值由高到低依次为湖北、湖南、贵州、江西、安徽、四川、云南、上海、江苏、重庆、浙江，其中湖北的经济子系统评价值最高，为0. 563 2，浙江最低，为0.480 0。从生态子系统来看，长江经济带生态子系统评价值为0.517 8，各省市评价值由高到低依次为江西、江苏、上海、浙江、云南、重庆、四川、贵州、湖南、安徽和湖北，其中江西的生态子系统评价值最高，为0. 5677，而湖北最低，为0. 464 0。从总体上看，经济子系统对长江经济带水资源承载力贡献力度最大。

3)长江经济带水资源承载力徘徊在中等水平。主要原因在于：a．人口压力较大，节水意识不足。长江经济带以较小的面积承受全国近40%的人口，生活用水需求等对水资源造成了较大压力，此外居民节水意识不足，在水资源使用过程中浪费严重。 b．产业结构不合理。长江经济带各省市处于工业化发展的不同阶段，农业用水和工业用水是水资源的主要用途，农业用水对水资源消耗最大，加快产业结构优化升级，减少农业水资源用量是提高水资源承载力的途径之一。c．水资源利用效率较低。长江经济带各省市万元GDP用水量均值均在1万 m3以上，江苏、上海的万元GDP用水量在2万m3以下，而部分省市如贵州、云南、江西等达到了5万m3，说明各省市在经济发展的同时也要注重水资源的利用效率，减少浪费、污染，由此提高各省市的水资源承载力。

3.3长江经济带水资源承载力时空变化特征

利用ArcGIS10.3绘制2007年、2011年与2016年长江经济带水资源承载力空间分布图，该图直观展示了长江经济带水资源承载力的空间分布特征。2007-2016年长江经济带水资源承载力分布情况有着或多或少的差异，水资源分布不均情况较为严重。上游成渝经济区、中游城市群以及下游长三角地区的空间分布呈现不同的变化规律，其中水资源承载力较好的省（市）主要分布在上游的贵州省、中游的江西省和湖南省、下游的江苏省和上海市。江苏省与上海市地处长三角地区，经济发展较好，水资源充足，因而水资源承载力总体在空间分布上处于良好态势。贵州省地处上游成渝经济区，生态环境好，且人口环境压力较小，因而水资源承载力较强。但是反观同处于长三角地区的安徽省，其水资源承载力一直呈现较弱状态。根据上文分析，10年间安徽省水资源子系统与生态子系统的承载力都处于较低状态，水资源缺乏与生态保护不够完善或成阻碍安徽省水资源承载力提高的最大原因。日后应当重视区域水资源不均的现状，均衡各地区水资源发展，促进水资源承载力提升。

从时间上看，在经济、社会、生态以及水资源4个子系统的综合作用之下，长江经济带各省（市）的水资源承载力大体呈先下降后上升的趋势。2007年、2011年与2016年水资源承载力一直下降的只有湖北省，持续上升的有上海市和云南省，其他各省则呈现先下降后上升的趋势。10年间上海市社会子系统、经济子系统、生态子系统以及水资源子系统承载力均处于较高状态，且其综合评价值较高，故其水资源承载力呈上升趋势。云南省的水资源承载力处于持续上升趋势，原因在于云南省人口压力较小，且其是著名的旅游城市，对于生态的建设、水资源的利用与保护较为完善。湖北省虽然生态文明建设有所成效，但是水污染等问题依旧严峻。湖泊污染问题、三峡大坝工程带来的生态问题依旧是当下湖北省水资源保护亟需解决的问题。在过去注重经济优先发展，水资源的利用与保护往往不受重视，因而2007-2011年水资源承载力呈下降趋势，社会、经济、生态以及水资源这4个子系统并没有协调发展。而今在经济由高速增长转向高质量发展的背景下，长江经济带的生态文明建设得到重视，水资源污染等问题得到改善，水资源的开发、利用与保护引起政府和企业的关注，故水资源承载力在2011-2016年有所上升。

3.4长江经济带子系统协调发展分析

在对长江经济带水资源承载力进行纵向与横向评价分析之后，辅之以系统协调度的分析，能够全面深入了解长江经济带10年间的水资源承载力协调发展状况。运用耦合协调模型计算的耦合协调度。通过等距断点法将耦合协调度划分为5个等级：0. 707～0.712、0.713～0.718、0. 718～0.723、0.724～0.729、0.730～0.735，分别对应耦合协调度极低、较低、中等、较高与极高。长江经济带2007-2016年水资源承载力系统耦合协调度总体呈下降趋势，其中2007-2011年系统耦合协调度呈上升趋势，2012-2016年大致呈下降趋势，这说明经济子系统、社会子系统、生态子系统以及水资源子系统之间的发展协诟度越来越低。究其原因，可能由于经济的迅速发展，使得政府对长江经济带的生态发展有所忽视，生态文明建设近些年才被提上日程。此外，虽然长江经济带水资源丰富，但是由于居民节水意识不强造成大量水资源浪费，也严重影响了水资源子系统与其他系统之间的协调度，进而影响了长江经济带水资源承载力系统之间的协调发展。

3.5指标关联度分析

运用灰色关联度模型分析长江经济带11个省（市）水资源承载力与各指标之间的关系，通过 Matlab绘制各系统指标关联色块矩阵图。从水资源子系统来看，C1（产水模数）与各省（市）水资源承载力的关联度最强，均值达到0.714；从社会子系统来看，Cll（城市人均日生活用水量）关联度最强，均值达到0. 695；从经济子系统来看，C14（GDP增长率）与承载力的关联度最强，均值达到0. 732;从生态子系统来看，C22（废水治理投资占 GDP比重）与各省（市）水资源承载力关联度最高，均值达到0. 747。这表明水资源的动态变化、城市居民人均用水情况、地区经济发展动力以及政府对废水治理的重视程度是影响水资源承载力的最重要的指标。从总体情况来看，各省（市）的指标关联程度的高低不尽相同。湖北、江苏、江西、上海这4个省（市）的关联度值均在0.7以上，表明经济、社会、生态、水资源4个系统的指标与这些省（市）的承载力关联度较高。

4 结论与建议

基于2007-2016年长江经济带11个省（市）的水资源、社会、经济以及生态的数据，使用 TOPSIS综合评价方法，从横向及纵向两个方面对长江经济带水资源承载力进行评价及分析，同时进一步研究长江经济带子系统之间的耦合协调度，并增加了各系统指标关联度分析，得出如下结论：

1)长江经济带水资源承载力总体呈下降趋势，承载力最大的年份是2009年，综合评价值为0. 538 4；承载力最小的年份是2014年，综合评价值为0. 507 0。其中，贡献度最大的是水资源子系统，其均值为0. 609 7，其后依次为社会子系统、生态子系统，经济子系统的贡献度最小，其均值为0.453 3。

2)各区域水资源承载力差异较小，上游成渝经济区水资源承载力最大，中游城市群次之，下游长三角地区最小。对省市10年间综合水资源承载力由高到低排序依次为：江西、贵州、上海、湖南、云南、江苏、四川、浙江、重庆、湖北和安徽。

3)从空间分布上来看，水资源承载力较强的省（市）主要为上游的贵州省、中游的江西省和湖南省、下游的江苏省和上海市。从时间变化来看，长江经济带水资源承载力总体呈先下降后上升的趋势，水资源承载力的情况在慢慢好转，但是依旧有待提高。

4)采用灰色关联度模型分析长江经济带水资源承载力与各系统指标的关联程度发现：产水模数、城市日均生活用水量、GDP增长率以及废水治理投资占比是各系统里对水资源承载力影响较大的指标，均值几乎都在0.7及以上。此外，各指标关联度较高的省市主要有上海、江苏、江西等。

5)整体而言，长江经济带水资源承载力处于中等水平，各系统间的协调度不高。究其原因，可能在于人口增加给生态环境造成了巨大的压力，加之居民节水意识不强，造成水资源利用效率低下。此外，产业结构不合理也造成水资源承载力下降。

因此政府应当加大环保的宣传力度，提高居民的节水意识，同时重视区域水资源分布不均的现象，促进区域水资源均衡发展。居民应当树立起节能环保的正确观念，从小事做起，保护水资源。企业需要加大科研投入，加快企业转型升级的步伐，往创新型企业靠拢。此外，应根据各指标关联程度，有针对性地提出相应措施，制定相应计划，促进社会、经济、生态、水资源的协调发展，提升长江经济带的水资源承载力。

摘自：《资源与产业》2020年第1期