江西省水资源承载力评价及障碍因子诊断

(南昌大学 管理学院，江西 南昌 330031)

1 研究背景

许多学者对水资源承载力进行了研究。水资源承载力是区域生态环境建设和确定社会经济健康发展方向的基础，是对水资源在时间和空间上的一个度量尺度[1]。社会经济发展与水资源承载力有着密不可分的关系，水资源承载力可以促进地区经济的发展，也可制约、滞后其发展。分析水资源承载力可以阐述特定区域中社会经济、人口、水资源三者之间的关系，要实现对水资源的合理利用以及优化配置，不仅需要对水资源承载力进行分析，还需要进一步对水资源的供需状况进行预测，进而实现区域社会经济和自然资源的协调发展。20世纪90年代，我国学者开始涉足水资源承载力的研究，虽然众多学者对水资源承载力进行了深入研究，但是还未形成完整的理论和方法体系，仍需不断地发展和完善[2]。因此，研究水资源承载力对区域的可持续发展和水资源的合理利用具有重要的现实意义和理论意义。

近年来，国内外学者针对区域水资源承载力开展的研究，在定性和定量方面都有较大进展。傅春[3]等在讨论水资源承载力概念及其内涵的基础上，通过对江西省各行各业的需水进行预测，从人口和经济承载力2个方面阐述、分析和评价了江西省水资源承载能力，分析了影响江西省水资源可持续利用的因素并且提出了解决措施。邢军[4]等将因子分析与模糊综合评判方法相结合，定性和定量地评价了合肥市水资源承载力，得出了影响水资源承载力的主要影响因素，为水资源管理提出了相关的理论依据。肖迎迎[5]等采用主成分分析法，选取9个指标建立了指标体系，通过分析，得到了影响榆林市水资源承载力的四大主成分，对榆林市各区域水资源可持续利用状况进行了综合评价，并提出了加强榆林市水资源可持续发展的建议。项琼[6]以研究区域内7个县市为对象，利用模型形成决策矩阵、确定权重、建立加权决策矩阵、计算各评价对象与理想解的相对贴近度，由此得到了不同区域水资源承载力水平。戴昌军[7]等，针对武汉市的实际情况，运用水足迹研究方法定量评价了水资源盈余情况，评价结果可为有效缓解水资源的短缺情况提供技术支撑。覃绍一[8]等采取倒算法对四川省的水资源承载力进行了初探，预测结果有助于用水不合理的地区有针对性地进行改进。

邹进[9]等首先提出了承载单元这一概念，并以昆明市的水资源承载力为评价对象，应用“二元水循环”理论建立了质量能结构下的指标体系，用以对昆明市的水资源承载力做出评价。康艳[10]等改进了灰色关联模型，同时根据灰色系统理论建立了变权灰色关联模型，并根据水资源承载力系统的不确定性来构建指标体系，对区域水资源承载力进行分析进而提供了合理利用的科学依据。潘兴瑶[11]等建立了区域水资源承载力指标数据库，并在GIS技术和模糊综合评判模型的基础上，建立了区域水资源承载力综合评价模型，最终对区域内水资源承载力的空间差异进行了深入分析。郭倩[12]等综合考虑了影响水资源系统的五大因素，通过研究水资源系统的内在机理，构建了基于DPSIRM概念框架的评价指标体系，将模拟退火算法与耦合SA-PP模型用于对云南省水资源承载力的综合评价，并将评价结果作为区域水资源规划与管理的科学决策依据。

本研究依据的理论观点是在水资源总量有限的基础上，合理分配和有效利用水资源，使其与经济、生态环境协调发展，达到水资源开发利用的最大规模[3]。当前，关于水资源承载力的评价研究还没有比较统一和成熟的方法。采用的主要评价方法为综合指数法、相对评价法、系统动力学方法以及多目标分析方法。其中融合了情景分析的多目标分析方法可以考虑人类不同目标和价值取向，融入决策者的思想，比较适合于涉及社会、经济、生态、资源的趋于复杂系统的水资源承载能力的研究，故本文采用TOPSIS方法对江西省水资源承载力进行评价研究[13-14]。

本文选取了制约江西省水资源可持续发展的主要因素，以此构建江西省水资源承载力评价指标体系。应用客观确权法——熵权法对各指标赋权；在此基础上，结合多目标决策的TOPSIS法，对江西省2006～2015年的水资源承载力进行了评价，以期为今后江西省水资源开发利用提供科学的决策性依据。本文研究结果对于采取措施提高江西省水资源承载力，加强江西省经济社会与水资源的可持续发展，将具有重要的现实意义。

2 评价指标体系的构建

2.1 指标选取原则

影响水资源承载力的因素是多样的，比如：人均水资源量、人均供水量、耕地灌溉率、万元国内生产总值用水量以及生态环境用水率等。因此，对水资源承载力综合评价指标的确定与选取，应遵循完整性原则、可得性原则、层次性原则、差异性原则以及动态性原则等原则。

2.2 综合评价指标体系的确定

本文遵循以上原则，在前人研究的基础上，综合考虑了使用频率较高的评价指标，并考虑到了江西省水资源及其利用的特点，通过对江西省水资源系统及各影响因素进行综合分析，参照全国水资源供需分析中的指标体系，在充分考虑江西省水资源自然储存量的差异及其开发利用方式不同的基础上，主要从经济、生态以及水资源3个方面进行了评价指标的选择，构建了评价指标体系，如表1所示。

3 评价模型的建立

3.1 数据处理

对数据进行标准化[15]处理。公式如下：

(1)

式中，Xij为指标的原始统计数据；Pij为标准化后的变量数据。

3.2 熵权法确权

申农将熵引入信息论，且熵权法当前已经在多个领域得到了非常广泛的应用[16-18]。如果指标的信息熵越小，该指标提供的信息量越大，在评价中起的作用越大，则该指标的权重就越高[19]。利用熵权法确权，

表1 水资源综合评价指标体系Tab.1 Comprehensive evaluation indicator system for water resources

可以极大程度地克服人为因素的影响。

熵权法确定权重的方法描述如下。

(1) 求各指标的信息熵。设标准化后的值为Pij，则一组数据的信息熵为

(2)

若Pij=0，则limPijlnPij=0

(2) 计算各指标的权重。

(3)

式中，K为指标个数。

将评价指标构成判断矩阵来确定各指标的权重，能在一定程度上避免人为因素在权重计算中的干扰，使得评价结果更加合理。

3.3 TOPSIS模型

TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution)法是根据有限个评价对象与理想化目标的接近程度进行排序的方法，是在现有的对象中进行相对优劣的评价[20]。

(1) 构建决策矩阵。假设多指标决策问题有n个样本，k个方案，其指标集、方案集构成多目标决策矩阵，即：

(4)

(2) 数据归一化。

(5)

(3) 将归一化后的矩阵与各指标的权重相乘，即可得到加权决策矩阵。

(4) 确定理想向量。

(6)

(5) 评价最优方案和最劣方案以及接近度。

最优方案：

(7)

最劣方案：

(8)

其接近度Cj为

(9)

(6) 排序。将最终结果按照相近接近度大小进行排序，越接近1，则水平越优；越接近0，则水平越劣[21]。

3.4 障碍度模型

运用障碍度模型评价耕地利用绩效并分析与诊断影响耕地利用绩效的障碍因子，对于调整区域耕地利用行为，实现耕地高效有序的使用具有重要意义。因此，运用障碍度模型来分别测算江西省水资源承载力因子层和指标层的障碍度，并诊断其主要障碍因素，可以有效地提高耕地利用系统的健康水平。障碍因素诊断主要涉及3个衡量指标，即因子贡献度、指标偏离度和障碍度。

(1) 确定因子贡献度Fi，指标偏离度Ii。

Fi=Wi×Xij

(10)

Ii=1-xij

(11)

式中，Wi表示第i个单项指标的权重；Xij表示第i个单项指标所属的第j个准则层的权重；xij代表标准化后的指标数值。

(2) 第i个指标对水资源承载力的障碍度Pi。

(12)

(3) 计算各准则层指标对水资源承载力的障碍度Ui。

Ui=∑Pij

(13)

4 江西省水资源承载力实证分析

4.1 数据来源

本文以江西省2006～2015的数据为基础数据，选取了8个指标对水资源承载力进行分析。研究中所用的原始数据来自江西省统计年鉴以及《江西省水资源公报》，该区域的原始评价指标数据如表2所列。

4.2 模型计算

(1) 权重计算。利用熵权法对指标权重进行计算，各评价指标权重如表3所列。

(2) 接近度Ci。接近度的评价结果列于表4。

4.3 结果分析

根据表4列出的数据，绘制出了江西省2006～2015年水资源承载力评价结果折线图，如图1所示。

从表3各指标权重可以看出，相比其余6个指标,耗水率、供水模数和水资源开发程度占据着较大的权重，所以这3个指标对水资源承载力影响较大，应着重对其进行改善。

表2 江西省水资源承载力评价指标的原始数据Tab.2 Raw data of evaluation indicators for water resources carrying capacity in Jiangxi Province

表3 水资源承载力各评价指标权重Tab.3 Weight of each evaluation index of water resources carrying capacity

表4 江西省水资源承载力评价结果Tab.4 Evaluation results of water resources carrying capacity in Jiangxi Province

图1 江西省2006～2015年水资源承载力评价结果折线图Fig.1 The line chart of water resources carrying capacity evaluation in Jiangxi Province from 2006 to 2015

图1中的实线为2006～2015年江西省水资源承载力的折线图，虚线为趋势图。由图1可以看出：2006年得分最低，2015年得分最高，2009年增长速度最快。虽然江西省2006～2015年水资源承载力变化曲线有波动，但总体而言仍呈上升的趋势，总体评分值不断增大，至2015年，达到了10 a内的最大值。2015年的水资源承载力得分是2006年的2.80倍，即水资源承载力呈上升的趋势。表明江西省的水资源承载力还有待开发[15]。

不同时段的水资源承载力综合得分值曲线的斜率表明：水资源承载力虽然在增加，但是增长速度却变得缓慢。前期(2008～2009年)的增长速度最快，是后期(2011～2015年)的11.34倍，是中期(2009～2010年)的64.50倍，这显示出虽然水资源承载力后期在增加，但是进一步利用的潜力在减小。由原始数据可以看出：由于2009年的水资源开发程度较2008年有很大幅度的增长，从而间接导致了2009年水资源承载力的大幅度增长。

4.4 障碍因子诊断

水资源承载力的障碍因子诊断包含着对影响水资源承载力因素的梳理，找出威胁水资源安全的病灶所在。因此，本文进一步对水资源承载力影响因素进行诊断，以便政府对影响水资源承载力的行为进行调整，实现水资源的健康可持续发展。表5为江西省水资源承载力指标层主要障碍因子障碍度。

障碍度是根据障碍度模型中的公式计算得出的江西省水资源承载力指标层对目标层的障碍因子障碍度。本文将障碍度罗列出来，从表5中可以很直观地看出，水资源类的指标对承载力的障碍度最高，4个指标均排在前列。在指标层障碍因子中，主要表现在万元GDP用水量、产水模数、供水模数和水资源开发程度。

由表5可以看出：综合2006～2015年指标变化态势来看，万元GDP用水量对水资源承载力的障碍度在逐年减小，呈下降的趋势；产水模数的障碍度呈“W”型变化，研究末期的16.02%要高于研究初期的15.34%，仍为影响水资源承载力的较大因素。通过分析发现：水资源开发程度在2015年成为影响水资源承载力的主要障碍因素，并且在2010年时超过了20%。这些因素仍然威胁着水资源的安全，都是威胁水资源承载力的主要障碍因素。

表5 江西省水资源承载力指标层主要障碍因子障碍度Tab.5 Main barrier factors of the water resources carrying capacity index in Jiangxi Province %

对于经济和社会因素，与水资源因素相比，障碍度较小。其中，生态环境用水率呈先减小后增大的趋势，2015年障碍度几乎是2009年的2倍，仍需改善；耗水率障碍度基本上呈上升的趋势，在2015年达到了9.59%。该结果表明：江西省的水资源耗水量高，水资源利用效率降低；人均GDP障碍度呈大幅下降趋势，由2006年的8.71%下降到2015年的6.33%。该趋势表明，江西省的整体经济呈上升趋势，经济水平得以提高，这对水资源承载力的保障和提高有积极的作用。

综上所述，江西省水资源承载力近些年来虽然处于逐年增长的态势，但是增长速度缓慢。根据障碍因子进行分析，万元GDP用水量、产水模数、供水模数、水资源开发程度4个指标对水资源承载力的影响较大，故从水资源配置和节约用水2个方面提出了改进措施，改善4个指标以提高水资源承载力。因此，必须积极采取相应整改措施，提升江西省的水资源承载力，实现水资源与社会经济的协调发展。为此，建议今后在水资源的配置和合理利用方面应采取以下措施。

(1) 加强水利工程建设，挖掘水资源开发潜力。随着居民消费水平的增长，对水资源的需求会逐步增长，所以要从源头上解决水资源供不应求的问题。政府应该提高对水利基础设施建设的财政支出，大力兴建水利工程，确保破解水资源供需不平衡的局面，实现生态与社会经济的协调发展。

(2) 探索“节约型”发展道路，加强水资源的合理利用。要想降低用水量，节约工作非常必要。江西省必须从节约和保护入手，对节水工艺进行发展改进，发展高科技节水技术，制定相应的节水战略措施，合理配置水资源；同时控制用水总量，充分利用雨洪资源，统筹考虑污水处理的再利用，以此来缓解江西省的水资源短缺问题，提升江西省的水资源承载力。

(3) 加强水资源规划与管理，实现水资源的优化配置。① 在行政手段方面，以万元国内生产总值用水量为重要指标，建立分地区、分产业的水资源配置方案；② 在经济手段方面，制定合适的水价，以其为经济杠杆建立水资源短缺的忧患意识；③ 在社会手段方面，加大对产业结构的调整力度，保证对高利用率、高附加值、低耗水、低污染的产业水资源可持续供应，实现水资源的优化配置。

5 结 论

(1) 本文使用了熵权法与TOPSIS、障碍度模型相结合的方法对水资源承载力进行了评价研究。分析评价结果表明：江西省水资源承载力仍有待开发，尚有很大的开发空间。评价结果可为江西省水资源承载力的提高提供更科学的理论支持，对后续的相关研究也将具有一定的参考价值。

(2) 本研究在研究方法上运用了熵权法确权，极大程度地避免了人为因素的干扰，使评价结果具有更高的准确性。

(3) 受数据可得性的影响，本研究在指标的选取与指标体系的建立上可能并不全面，因此，在今后的研究中仍需继续完善。