基于CNKI数据库的水资源利用效率评价研究进展

刘 志 罗朝晖 陈 丹 陈 菁

（1.河海大学 水利水电学院，南京 210098；2.南京农业大学 资源与环境科学学院，南京 210095）

近年来日益严重的水问题已成为制约我国经济社会可持续发展的主要瓶颈，而水资源利用利用效率不高是其重要方面之一.2011年初中共中央在建国后首次以“中央一号文件”的形式，系统部署了水利改革发展全面工作的决定（《国务院关于加快水利改革发展的决定》），也特别强调了当前加快水利建设、水资源管理改革的历史紧迫性.2012年1月，国务院发布了《关于实行最严格水资源管理制度的意见》，确立水资源开发利用控制、用水效率控制和水功能区限制纳污3条红线.2013年1月2日，国务院办公厅又发布了《实行最严格水资源管理制度考核办法》.由此可见，水资源管理越来越受到重视，最严格水资源管理制度也将开展全面部署和具体落实.这些文件提出的相关指标和考核办法，将有力地推进我国最严格水资源管理制度的实施.例如，确立了用水效率控制红线，提出“到2030年用水效率达到或接近世界先进水平，万元工业增加值用水量降低到40m3以下，农田灌溉水有效利用系数提高到0.6以上”.然而，水资源利用效率问题牵涉不同行业和地区、用水习惯等多方面因素，提高水资源利用效率是一项复杂的系统工程，开展利用效率的现状评价与问题诊断是解决问题的基础.目前根据《关于实行最严格水资源管理制度的意见》所确立指标，有利于以行政区域为单元的管理考核与落实，但如何考虑不同行业或区域特点以对指标进行细化，开展深入的评价和对比分析，以此提出有针对性的、有利于提高水资源利用效率的相关措施，是当前迫切需要深入研究的问题.

随着水资源利用效率问题逐渐成为社会的热点，水资源利用效率评价的学术研究也越来越受到重视.目前，对水资源利用效率评价的理论研究主要包括评价指标与评价方法两方面.不同学者所选取的指标、指标的分类和计算等都不尽相同，所采用的评价方法或模型等也不完全相同，同样的指标与数据采用不同的方法所得到的结果也不尽相同.关于水资源利用效率指标的定义与选取、指标的量化和指标标准、以及定量评价方法等方面，在学界尚无统一的定论，仍然是研究和讨论的热点.

以已有的水资源利用效率评价公开研究成果为基础，开展相应的统计、对比分析和研究进展总结，从而把握研究动态和趋势，为水资源利用效率评价指标体系和方法科学界定与选取提供参考依据，以此对不同地区的水资源利用效率作出科学、合理、客观、准确而有指导性意义的评价，提出有针对性的水资源利用效率提高措施，将为水资源的可持续利用提供有力依据.

1 文献数量与总体概况

1.1 文献数量

本文所统计的文献均来自于CNKI（中国知识基础设施工程，China National Knowledge Infrastructure）数据库，以“水资源”、“效率”和“评价”作为关键词，通过主题检索的方式，对CNKI全库进行检索，获取1986年至2012年收录的与水资源利用效率评价相关文献，共计1 080篇.历年文献发表数量情况如图1所示.可见，近年来与该主题相关的研究与日俱增，这也与我国近些年对水资源效率问题高度重视的实际情况相符.

图1 历年文献发表数量分布图

本文主要选取了与“水资源利用效率评价”这一主题最为紧密相关的50篇文献，其中包括硕士学位论文9篇、博士学位论文4篇，下文将以这50篇文献展开相应的统计分析.

1.2 研究对象

根据行业性质不同，水资源利用一般包括农业用水、工业用水、生活用水及生态用水等.基于与“水资源利用效率评价”紧密相关的50篇文献数据，对其中按照行业进行分类评价的文献进行统计，占71.43%的文献是针对农业、工业、生活等各个行业开展的水资源综合利用效率评价研究，近20%的文献是针对农业用水效率的专项研究，另外有8.57%的文献是针对工业用水效率研究.

由此可见，大部分学者关注的是各个用水行业的水资源综合利用效率评价，其次是农业用水效率的研究，工业用水效率的专项研究也占有一定的比例，这与我国农业水资源利用效率不高、工业用水效率提高空间也较大的实际情况相符.

1.3 空间研究尺度

统计分析可知，针对全国尺度水资源利用效率评价的文献占40%，针对某一个省份的研究占37.14%，然后是针对某一城市的评价研究，占22.86%.由此可见，我国水资源利用效率评价研究的空间尺度相对较大，以全国和省域为主.

1.4 指标分类现状

指标是水资源利用效率评价的基础和重要内容，目前的文献中关于指标体系的研究，一般将整个体系分为3层，即目标层、准则层及指标层，而目标层一般是一个，即“水资源利用效率”，指标层是具体的各项指标，但对于准则层的指标分类，不同的文献不完全相同.

对将准则层归类的文献进行了统计，将近一半（46.67%）的文献倾向于将评价指标体系的准则层按照用水行业分为综合用水效率、农业用水效率、工业用水效率、生活用水效率和生态用水效率等5个方面，40%的文献将其分为投入和产出两类，13.33%的文献将评价指标体系分为综合效率、技术效率、经济效率、社会效率及规模效率.

准则层的指标划分方法主要是按照用水行业或投入产出，由此可见按照用水行业的划分方法比较适宜，这样可以较为直观地对不同行业的水资源利用效率进行对比，进而为提出针对不同用水行业的提高水资源利用效率措施.下一节对指标开展使用频率分析时，也采用按行业用水效率指标进行分类分析.

2 评价指标与评价方法的文献发表频率分析

2.1 评价指标选取的频率分析

2.1.1 综合用水效率评价指标频率分析

对使用了综合用水效率这一准则层的文献进行统计，综合用水效率评价指标在文献中使用频率最高的为万元GDP（Gross Domestic Product，国内生产总值）用水量（或单方水GDP产出量），达76.92%；其次则是人均综合用水量，使用频率为61.54%；再次为水资源开发利用率，其使用频率为15.38%.其中，水资源开发利用率这一指标，是指某一年份的供水量占当年水资源总量的比例，反映某一地区对水资源的开采程度，其指标数值越大，表示对生态环境所造成的压力越大［1］.

2.1.2 工业用水效率评价指标频率分析

对使用了工业用水效率这一准则层的文献进行统计，工业用水效率评价指标中所有的文献均选取了万元工业增加值（GDP）用水量这一指标；其次为工业用水比例，使用频率为30.77%；再次为工业用水重复利用率，使用频率为15.38%.

2.1.3 农业用水效率评价指标频率分析

对使用了农业用水效率这一准则层的文献进行统计，农业用水效率评价指标中使用频率最高的是农田灌溉定额（亩均用水量）（57.12%），其次是万元农业GDP用水量（35.71%），再次为单方水粮食产量（单位产量粮食用水量）（36%）和去区域气候变异化的农业水分利用率（28.57%）.其中，去区域气候变异化的农业水分利用率这一指标的计算公式为去区域气候变异化的农业水分利用率＝参考作物蒸散量／（灌溉用水量＋有效降水量）［2］，用来综合反映去除地区气候变异的农业用水效率.

2.1.4 生活用水效率评价指标频率分析

对使用了生活用水效率这一准则层的文献进行统计，生活用水效率评价指标中使用频率最高的是人均生活用水量（70%），其次为农村人均生活用水量以及城镇人均生活用水量，使用频率均为20%左右.

2.1.5 生态与环境评价指标频率分析

对使用了生态与环境用水效率这一准则层的文献进行统计，生态与环境评价指标中使用频率最高的指标是水资源可持续性利用指标和人均COD（Chemical Oxygen Demand，化学需氧量）排放量，使用频率均为42%左右；其次是生态环境用水比例，使用频率约为25%；再次是水土流失面积，使用频率为16.67%.其中，对于水资源可持续性（利用）指标，可将其表示为（水资源可利用量－用水量）／总人口，单位为立方米／人，反映一个地区水资源可持续利用性的高低［3］.

2.2 评价方法的使用频率分析

通过对比分析各文献所采用的评价方法，下面从综合评价方法、投入产出评价方法、其他技术方法与视角以及权重计算及数据统计分析方法等方面对水资源利用效率评价方法的使用频率进行分析.

2.2.1 综合评价方法

据统计分析可知，对水资源利用效率评价所采用的综合评价方法按照频率由大到小分别为层次分析法（Analytic Hierarchy Process，简称 AHP）、聚类方法、遗传投影寻踪方法、因子分析方法及主成分分析法（Principal Component Analysis，简称PCA）等.

层次分析方法（AHP）将一层次元素两两比较的重要性进行定量描述.而后，利用数学方法计算反映每一层次元素的相对重要性次序的权值，通过所有层次之间的总排序计算所有元素的相对权重并进行排序［4］.在水资源利用效率评价中，指标体系也通常被分为3个层面，该方法可以有效地用于准则层中评价指标以及判断矩阵的确定，进而可以给出最终的评价模型.

聚类方法是以方差分析为基础，使同一类样品的离差平方和较小，而不同类样品的离差平方和较大［3］.在水资源利用效率评价中，可以用于计算水资源利用效率的经验等级，进而为其他方法奠定基础.

遗传投影寻踪方法通过把高维数据投影到低维子空间上，寻找出能反映原高维数据的结构或特征的投影方向.该方法具有稳健性，抗干扰性和准确度高等优点［3］.在水资源利用效率评价中，可用该方法将各个评价指标作为变量投影到一维子空间上，进而对各个地区的水资源利用状况进行相应评估.

因子分析方法把变量表示成各因子的线性组合，重点在于解释各变量之间的协方差.在水资源利用效率评价中，在对指标作正向化和标准化后，运用因子分析法，对工业用水、农业用水和生活用水效率分别作因子分析，得到特征值和因子载荷矩阵，进而得出某一地区水资源利用效率的因子得分［5］.但是其只能面对综合性的评价，且对数据的数据量和成分也有要求，需要先对数据进行相应检测，以确定其是否可以运用因子分析法.

主成分分析法（PCA）是指把主成分表示成各变量的线性组合，重点在于解释各变量的总方差.评价指标间的相关性较高时，这种方法能消除指标间信息的重叠，而且能根据评价指标所提供的信息，通过数学运算而自动生权，避免了人为因素带来的偏差，但该方法过分依赖于客观数据［6］.在水资源利用效率评价中，采用主成分分析法可以求解出评价指标的主成分特征值、方差百分比及方差累计贡献率，进而确定权重等，得出该地区水资源丰富度及利用程度的定性化、定量化结果，进而为水资源可持续性发展提供参考依据.

2.2.2 投入产出评价方法

各文献采用的投入产出评价方法主要有数据包络分析方法（Data Envelopment Analysis，简称DEA）、投入产出比法、生产函数法等.对使用到评价方法的文献进行统计，数据包络分析方法（DEA）在文献中使用频率最高（达32.35%），投入产出比法的使用频率为5.88%.

数据包络分析方法（DEA）根据多指标投入与多指标产出，对同类型的部门或单位（称为决策单元DMU＜Decision Making Unit＞）进行相对有效性或效益评价的非参数分析法.评价结果与量纲选取无关.不过，评价结果只能说明研究区域或行业水资源利用效率的相对高低，还需要结合其他方法找出提高效率的对策［7］.

2.2.3 其他技术方法

在目前的水资源利用效率评价研究文献中，部分学者还采用水足迹理论［8］、BP（Back Propagation）神经网络模型［9］、GIS（Geographic Information System）空间分析技术［10］等技术方法，为水资源利用效率评价方法提供了创新性的视角和技术支持.

水足迹（Water Footprint）理论可以较为真实地反应某一地区水资源真实消费情况.水足迹（WF）被定义为一定区域内人口消费的产品和服务所使用的水资源总量［11］.由于贸易的存在，一个国家或地区的水足迹等于该国家或地区所生产产品和服务的总用水量与虚拟水进出口量的代数和，主要有2部分构成，表达式为WF＝IWF＋EWF，式中，WF为一个国家或地区的水足迹；IWF表示生产该国家或地区当地居民所消费的所有产品和服务的区域内水资源需求总量，即内部水足迹；EWF表示由其他地区生产并被本地区居民所消费的产品和服务所消耗的水量，即外部水足迹［8］.

分析可知，对于具体的评价方法其使用频率不尽相同，其中使用频率较高的有数据包络分析方法（DEA）、层次分析法（AHP）、聚类方法、遗传投影寻踪方法和因子分析方法等，使用频率高说明该方法得到各位学者的认同度比较高，使用的合理性也比较受到学术界的认可.当然，对于同样的数据若采用不同的评价方法所得到的评价结果不尽相同，部分文献为验证方法的可行性或增强评价结果的可靠性，同时采用多种评价方法并对结果进行比较分析［12］.

2.2.4 权重计算方法

水资源利用效率指标的综合计算分析时一般会遇到权重计算问题，根据文献统计分析，可以将所用到的权重计算方法分为包括主观方法、客观方法和主客观结合方法.据统计结果可知，使用频率较高的为熵值法；其次为均方差法、Delphi方法、对数平均迪氏因式分解法、协方差法.权重计算结果是否合理对分析结果有较大的影响，一般采用不同的权重计算方法所得到的指标权重不一样，结合目前文献所采用的方法，采用主客观结合即主观赋值与客观计算相结合的权重计算方法，并结合实际情况来综合确定指标的权重更为合理.但是以上所述权重计算方法并不仅仅计算权重，其还可以单独作为一种评价方法使用［13］.

当然，仅依靠频率分析来筛选学术认同度较高的评价指标和评价方法是不全面的.除此之外，评价指标应当具有科学性、可比性、客观性、整体性、系统性、层次性、简洁性以及定量化与定性化的相结合，且优先考虑定量化.在构建水资源利用效率评价指标体系时，还应兼顾指标体系的描述性和预警性，即考虑施加在水资源系统上促使水资源利用效率变化的压力（工业、农业、城镇居民需水效率指标），同时考虑水资源可持续利用和水生态环境预警性指标，突出对水资源利用效率系统的分类以及综合描述［14－17］.由于评级指标计算中需要用到的数据一般是通过查阅全国或地区的统计年鉴、水资源公报等来获取，因此在选取评价指标时候还应当着重考虑数据获取便利程度和数据的准确性.当然，对于指标权重计算和评价方法的选择，也应当着重考虑其评价区域特点、评价指标和数据的适应性等方面，才能保证评价计算结果符合实际情况.

3 结论与展望

通过对CNKI数据库中与水资源利用效率评价相关的文献的统计分析可知，该领域已经逐渐受到广泛关注，并逐渐成为学术研究的一个热点.

1）在整体研究现状方面，研究对象以综合所有行业和农业进行评价的文献居多，空间研究尺度以全国和省域尺度居多，评价指标分类以分为综合用水效率、农业用水效率、工业用水效率、生活用水效率和生态用水效率或从投入和产出两方面为主.

2）在评价指标方面，综合指标以万元GDP用水量、人均综合用水量、水资源开发利用率为主，工业方面指标以万元工业增加值用水量、工业用水比例、工业用水重复利用率为主，农业方面指标以农田灌溉定额、万元农业GDP用水量、单方水粮食产量、去区域气候变异化的农业水分利用率为主，生活方面指标以人均生活用水量、农村人均生活用水量、城镇人均生活用水量为主，生态与环境方面指标以水资源可持续性指标、人均COD排放量、生态环境用水比例、水土流失面积为主.

3）在评价方法方面，使用数据包络分析方法（DEA）、层次分析法（AHP）、聚类方法、遗传投影寻踪方法和因子分析方法者占大多数.

水资源利用效率评价的研究仍然以评价指标体系和评价方法为主要内容.为了更好地开展水资源利用效率评价研究，应当慎重考虑不同评价区域的经济发展特点以及自然地理、气候条件、水资源条件等方面的差异，选取适宜的指标和评价方法，以便于对评价结果开展不同时空尺度的相关比较.此外，水资源开发利用的生态环境及其社会影响的重视度在逐渐增加，在指标选取方面也应特别重视.当然，水资源利用效率评价研究的最终目的是为了诊断评价区域或对象在水资源利用方面的效率高低及其经验与问题，并以评价结果对比分析为基础提出有利于提高效率的针对性措施或建议，因此应特别注重评价指标和评价方法所得到计算结果的深入讨论和分析.此外，由于本文是基于CNKI中文数据库的相关分析，研究对象限于国内的水资源利用效率评价研究文献，对国外相关研究进展分析有待在后续研究中开展.

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