基于障礙因素診斷模型的陜西省水資源承載力影響因素識別

賀成民

（陜西省水文水資源勘測中心，陜西 西安 710000）

隨著陜西省社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，陜西省居民生活水平得到了顯著提高，工業(yè)化進程也得到了進一步的發(fā)展，城鎮(zhèn)化水平不斷提升，與此同時居民生活用水量和工農(nóng)業(yè)用水量逐年增大，陜西省面臨著嚴峻的水資源短缺問題。

1921年帕克和伯吉斯就在有關人類生態(tài)學的研究中，提出了承載力的概念[1]。國內(nèi)對水資源承載力的研究起步較晚，但是發(fā)展迅速，施雅風等對烏魯木齊河流域運用常規(guī)趨勢法進行水資源承載力研究[2]；王建華采用系統(tǒng)動力學模型，預測分析了烏魯木齊市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發(fā)利用程度的基礎上，分析計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)化的控制目標反推模型”的基礎上，考慮水資源、社會經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境等目標，結合氣候變化的影響，通過承載人口的計算，對塔里木河流域不同水平年的水資源承載力進行了分析[5]；余灝哲等基于PSR模型對陜西省水資源承載力進行評價[6]。孫雅茹等基于topsis對鹽城市水資源進行評價并進行障礙因素診斷[7]。

本文以陜西省各市為研究對象，基于陜西省各市2015年的指標數(shù)據(jù)，采用熵權法確定權重，以障礙因素診斷模型作為理論基礎，對陜西省各市水資源承載力影響因素識別，為陜西省水資源規(guī)劃與保護提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

陜西省地處我國內(nèi)陸的中緯度地帶，土地面積20.58萬km2，下轄西安、寶雞、咸陽、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，水資源時空分配嚴重不均，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)展社會運行息息相關的重要資源。水資源承載力是評價區(qū)域可持續(xù)發(fā)展程度的重要指標，制約或影響著地區(qū)的綜合發(fā)展?；谒?guī)總院2016年印發(fā)的水資源承載能力監(jiān)測預警技術大綱來計算，陜西省目前水資源承載力的承載狀態(tài)良好，十個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)。

本研究針對陜西省各市水資源承載力展開障礙因素診斷，根據(jù)《陜西省統(tǒng)計年鑒》《陜西省水資源公報》《陜西省水利發(fā)展“十三五”規(guī)劃》《陜西省國民經(jīng)濟與社會發(fā)展公報》等相關資料，統(tǒng)計出數(shù)據(jù)。

2 模型的建立

2.1 指標體系的構建

水資源承載力與社會和經(jīng)濟有著緊密的關系，相互影響。本文研究根據(jù)相關文獻，從水資源稟賦條件、社會經(jīng)濟發(fā)展狀況和水資源開發(fā)利用情況3個方面考慮，選擇了14個指標作為水資源承載力障礙因素診斷指標體系[8～9]，該指標體系較為全面的描述了水資源承載力的相關影響因素，從而可以對地區(qū)水資源承載力障礙因素做出準確的診斷識別。各指標見表1。

表1 水資源承載力障礙因素診斷指標體系

2.2 障礙因素診斷模型的構建

為了提高區(qū)域水資源承載力，需要對影響區(qū)域水資源承載力的主要影響因素進行識別，找出對區(qū)域水資源承載力產(chǎn)生負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度、指標偏離度和障礙度進行診斷[10～12]。因子貢獻度Tj是單項指標對總體目標的影響程度，通常可以用指標權重wj來表示；指標偏離度Sij是第i區(qū)域第j指標與水資源承載力最優(yōu)目標的差距，可以用1與各指標標準化值Xij'之差來表示；障礙度Pij是第i區(qū)域第j指標對水資源承載力的影響度。計算公式如下:

3 障礙因素識別判斷方法

（1）標準化處理

指標分為正向指標（指標值越大越好）和負向指標（指標值越小越好），為統(tǒng)一指標的單位與量綱，使各指標具可比性，采用極差法對數(shù)據(jù)進行標準化處理，具體計算公式如下:

對于正向作用的指標:

對于負向作用的指標:

式中:Xij'為第i個區(qū)域第j項指標的標準值；Xij為第i個區(qū)域第j項指標的原始值；Xjmax為標準化前某項指標最大值；Xjmin為標準化前某項指標最小值。

（2）權重確定

目前評價指標權重的確定有主觀賦權法和客觀賦權法兩種，主觀賦權法多采用德爾菲法、層次分析法等，但主觀賦權法多帶有人為因素，常常因專家的不同而差異較大，使分析結果趨于不穩(wěn)定。本文為了避免人為因素的影響，使指標權重確定更加具有科學性，采用客觀賦權法中的熵權法[12]來確定指標權重。

熵在信息論中是對不確定性的一種度量?？梢酝ㄟ^計算熵值來判斷某個指標的離散程度，指標的離散程度越大，該指標對總體目標的影響程度越大，因此，可利用信息熵這個工具，計算出各個指標的權重，為障礙因素診斷識別提供依據(jù)。熵值法確定權重計算過程如下:

現(xiàn)有m個待評區(qū)域，n個評價指標，形成原始數(shù)據(jù)矩陣:

①數(shù)據(jù)的非負化處理

對于越大越好的指標:

對于越小越好的指標:

R=（rij）m×n，式中:rij為第i個評價對象在第j個評價指標上的標準值，rij∈[0，1]，標準化方法與上一小節(jié)相同。

②計算第j個指標下第i個區(qū)域的指標值的比重pij

③計算第j個指標的熵值ej

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

④計算第j個指標的權重wj

（3）障礙因素識別

將計算好的指標標準化值和權重值帶入障礙因素診斷模型。

根據(jù)計算的單項指標障礙度，為了找出主要障礙因素，按障礙度大小進行排序，各區(qū)域選出前六項指標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算及結果分析

4.1 權重確定

根據(jù)上文構建的陜西省各市水資源承載力指標體系，運用熵權法，求得權重，具體結果見表2。

4.2 障礙因素識別判斷

根據(jù)式（3），計算各指標障礙度，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，具體計算結果見表3。

表2 各指標權重

表3 陜西省各市水資源承載力障礙因素計算結果

4.3 計算結果分析

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。除了受到天然稟賦條件的影響，對于西安市來說，還受到人均日生活用水量和二產(chǎn)用水占比過的影響；銅川市還受到灌溉覆蓋率和二產(chǎn)用水占比的影響，結合實際可以發(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)用水占比會影響其水資源承載力；渭南市、咸陽市和寶雞市還受到人均GDP和灌溉水利用系數(shù)的影響，結合實際發(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，結合地區(qū)實際發(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；對于商洛市來說，還受到人均GDP和灌溉覆蓋率的影響，結合實際發(fā)現(xiàn)，商洛市的人均GDP排在陜西省十市的倒數(shù)，經(jīng)濟發(fā)展也處于落后的位置，主要經(jīng)濟以一產(chǎn)為主。對于漢中市來說，地區(qū)水資源總量相對豐富，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較好，地區(qū)水資源承載力主要受到人均GDP的影響，當?shù)亟?jīng)濟發(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)用水重復利用率的影響。

5 結論與建議

5.1 結論

（1）本文在探究陜西省各市水資源承載力主要影響因素時，考慮到了指標的正、負性對診斷結果的干擾，采用了熵權法來確定指標權重，從而準確診斷出了陜西省各市水資源承載力的主要影響因素。該方法科學簡便，對區(qū)域水資源承載力判斷有一定參考價值。

（2）根據(jù)障礙因子診斷模型的計算結果來看，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，具體指標來說人均水資源量是主要影響因素，對于社會經(jīng)濟發(fā)展狀況和水資源開發(fā)利用狀況來說，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”；對于人均GDP的影響，陜西省經(jīng)濟發(fā)展落后地區(qū)需要大力發(fā)展經(jīng)濟；對于灌溉水利用系數(shù)的影響，陜西省需要在主要糧食產(chǎn)區(qū)合理選擇種植結構，還需要推廣節(jié)水灌溉；對于三產(chǎn)用水占比不合理，陜西省需要針對地區(qū)不同問題，合理調(diào)整產(chǎn)業(yè)結構，把耗水型產(chǎn)業(yè)進行轉移，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應的措施。針對人均水資源量，一方面可以增加地區(qū)水資源量，對水資源進行優(yōu)化配置，提高水資源利用效率，另一方面可以進行“生態(tài)移民”，這也符合國家“生態(tài)移民”的政策；針對人均日生活用水量，西安市應該大力推行生活節(jié)水器具，合理制定水價，加大節(jié)水宣傳力度，提高居民節(jié)水意識；針對人均GDP，經(jīng)濟發(fā)展落后地區(qū)需要大力發(fā)展經(jīng)濟，經(jīng)濟發(fā)展領先地區(qū)需要加快發(fā)展模式的轉型，大力發(fā)展“綠色經(jīng)濟”；針對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構，選擇適應地區(qū)特點且經(jīng)濟效益高的農(nóng)作物，另一方面需要推行“噴灌”、“滴灌”等節(jié)水型灌溉方式，及時修復和維護老化的農(nóng)田水利設施；針對用水占比，各地區(qū)需要合理調(diào)整產(chǎn)業(yè)結構與產(chǎn)業(yè)布局，推廣水資源集約型產(chǎn)業(yè)，促使一、二、三產(chǎn)用水達到合理比重；針對工業(yè)水重復利用率，安康市需要從政策和經(jīng)濟上支持企業(yè)改善設備、改良技術，提高工業(yè)水重復利用率。

在水資源管理方面，各地市需要嚴格執(zhí)行“最嚴格的水資源管理制度”，堅持用水“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良好的狀態(tài)。