黃河流域中下游地區(qū)農(nóng)村供水用水管理耦合協(xié)調(diào)分析

黃一丹

(華北水利水電大學(xué)水利學(xué)院，河南 鄭州 450046)

水是農(nóng)業(yè)命脈，是農(nóng)村經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的必要因素，也是農(nóng)村居民生產(chǎn)生活不可或缺的資源[1,2]。而面對(duì)日益增長(zhǎng)的生產(chǎn)生活需求以及我國可開發(fā)利用水資源的匱乏現(xiàn)狀，我國農(nóng)村水資源現(xiàn)狀成為制約農(nóng)村經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境維穩(wěn)的重要因素之一[3]?！八佟?、“水污染嚴(yán)重”是農(nóng)村水資源面臨的2大問題，水環(huán)境一旦進(jìn)一步惡化，水的供需矛盾將會(huì)被激化[4]。

黃河流域中下游地區(qū)很早就成為我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地，但仍然存在生態(tài)系統(tǒng)與經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱以及水資源不足等問題[5]。農(nóng)業(yè)是農(nóng)村的主要產(chǎn)業(yè)，農(nóng)民是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要?jiǎng)趧?dòng)力，作為黃河流域人口占比很大的群體，農(nóng)村人民對(duì)水資源的需求應(yīng)當(dāng)?shù)玫街匾暎鐣?huì)各部門各環(huán)節(jié)應(yīng)當(dāng)對(duì)農(nóng)村用水進(jìn)行管理[6,7]。黃河流域中下游地區(qū)各省、自治區(qū)針對(duì)農(nóng)業(yè)農(nóng)村生產(chǎn)生活供水用水現(xiàn)狀，陸續(xù)提出農(nóng)村供水用水管理?xiàng)l例或農(nóng)村飲用水管理等一系列農(nóng)村供水用水管理措施，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與農(nóng)村供水用水等各個(gè)方面均有體現(xiàn)，但效果不一[8-10]。近期關(guān)于黃河流域水-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)分析與綜合評(píng)價(jià)涌現(xiàn)，彭俊杰[11]等認(rèn)為，2010年后黃河流域水-能源-糧食系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)兩級(jí)分化區(qū)域明顯；崔璟坤[12]等通過構(gòu)建黃河流域經(jīng)濟(jì)帶鄉(xiāng)村-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展評(píng)價(jià)體系，提出黃河流域應(yīng)長(zhǎng)期堅(jiān)持“環(huán)境優(yōu)先”的戰(zhàn)略；高志遠(yuǎn)[13]等分析了黃河流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境、水資源的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展機(jī)理，認(rèn)為經(jīng)濟(jì)發(fā)展質(zhì)量需進(jìn)一步提升，但對(duì)于黃河流域中下游地區(qū)農(nóng)村水資源與水環(huán)境方面鮮有報(bào)道。農(nóng)村供水用水管理是發(fā)展節(jié)水型新農(nóng)村的重要舉措，在近幾年黃河流域各省陸續(xù)提出農(nóng)村供水用水管理辦法，但實(shí)施效果與未來方向仍然需要深入分析與研究。

故本文建立包括黃河流域中下游地區(qū)山西省、山東省、河南省、陜西省與內(nèi)蒙古自治區(qū)5個(gè)省份2000—2020年的農(nóng)業(yè)用水量、農(nóng)業(yè)水污染量以及新增節(jié)水灌溉面積、農(nóng)村居民用水定額等指標(biāo)與5個(gè)省份主要糧食作物小麥和玉米近20a的產(chǎn)量、價(jià)格指數(shù)以及水利工程建筑投資等共19個(gè)指標(biāo)的指標(biāo)體系，構(gòu)成以農(nóng)村生態(tài)、農(nóng)業(yè)水資源和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)為子系統(tǒng)的農(nóng)村供水用水管理系統(tǒng)，對(duì)黃河流域中下游地區(qū)農(nóng)村供水用水管理進(jìn)行耦合協(xié)調(diào)分析，評(píng)價(jià)黃河流域中下游地區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村供水用水管理實(shí)施現(xiàn)狀，并預(yù)測(cè)未來4a農(nóng)村供水用水管理協(xié)調(diào)發(fā)展趨勢(shì)，以保障黃河流域中下游地區(qū)農(nóng)村供水用水安全為目標(biāo)，為積極發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)、新型農(nóng)業(yè)提供技術(shù)參考與支持。

1 數(shù)據(jù)來源、研究方法及預(yù)測(cè)

1.1 研究區(qū)概況

黃河流域，是指黃河水系從源頭到入海這條河流所影響的地理生態(tài)區(qū)域，本文把黃河中下游流經(jīng)省區(qū)的相關(guān)面積稱之為黃河流域中下游地區(qū)。黃河中下游流經(jīng)的省份有內(nèi)蒙古自治區(qū)、陜西省、山西省、河南省、山東省。氣候特征為溫差懸殊，自西向東由冷變暖,光照充足，太陽輻射較強(qiáng)，降水集中，分布不均、年際變化大。主要種植糧食作物為小麥、玉米。

圖1 黃河流域中下游研究區(qū)圖

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

本研究使用內(nèi)蒙古自治區(qū)、陜西省、山西省、河南省、山東省2000—2020年共21a的數(shù)據(jù)分析黃河流域中下游地區(qū)農(nóng)村供水用水管理的演變特征。原始數(shù)據(jù)來源于《中國農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》、《內(nèi)蒙古自治區(qū)水資源公報(bào)》、《山西省水資源公報(bào)》、《河南省水資源公報(bào)》、《陜西省水資源公報(bào)》、《山東省水資源公報(bào)》以及部分省統(tǒng)計(jì)公報(bào)。極少數(shù)缺失數(shù)據(jù)采用擬合法估算而得。

1.3 指標(biāo)體系構(gòu)建及權(quán)重的確定

本研究綜合考慮黃河流域中下游地區(qū)農(nóng)村供水用水實(shí)際情況，結(jié)合農(nóng)村供水用水管理系統(tǒng)的作用機(jī)理，科學(xué)、客觀地建立耦合協(xié)調(diào)度指標(biāo)體系如表1所示，來綜合反映黃河流域中下游地區(qū)農(nóng)村供水用水管理的水平。

表1 黃河流域中下游地區(qū)農(nóng)村供水用水耦合協(xié)調(diào)度評(píng)級(jí)體系

本研究相關(guān)指標(biāo)共19個(gè)，采用熵值法確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重通過測(cè)度各指標(biāo)的觀測(cè)值內(nèi)部差異程度來計(jì)算其權(quán)重值，從而在一定程度上避免了定性方法的不足，得出的各指標(biāo)權(quán)重如表1所示。

1.4 耦合協(xié)調(diào)模型及類型劃分

本研究采用耦合協(xié)調(diào)度模型，以便更好地評(píng)價(jià)農(nóng)村供水用水管理系統(tǒng)耦合發(fā)展的協(xié)調(diào)程度。根據(jù)相關(guān)研究[14]確定耦合度和耦合協(xié)調(diào)度計(jì)算方法:

(1)

(2)

T=af(x)+bg(y)+ch(z)

(3)

式中，C為耦合度；D為耦合協(xié)調(diào)度；T為指標(biāo)系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)；a、b、c為3個(gè)子系統(tǒng)的權(quán)系數(shù)。本研究認(rèn)為，農(nóng)村水資源、農(nóng)業(yè)生態(tài)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)3個(gè)子系統(tǒng)對(duì)農(nóng)村供水用水管理方面影響與表現(xiàn)力作用相似，故取a=b=c=1/3。通過參考相關(guān)文獻(xiàn)[15,16]，確定耦合度和耦合協(xié)調(diào)類型劃分標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 耦合度及耦合協(xié)調(diào)類型劃分標(biāo)準(zhǔn)

1.5 ARIMA預(yù)測(cè)模型

ARIMA模型是差分整合移動(dòng)平均自回歸模型，是時(shí)間序列預(yù)測(cè)分析方法之一。ARIMA(p，d，q)中，AR是“自回歸”；p為自回歸項(xiàng)數(shù)；MA為“滑動(dòng)平均”；q為滑動(dòng)平均項(xiàng)數(shù)；d為使之成為平穩(wěn)序列所做的差分次數(shù)(階數(shù))。模型可表示為：

(4)

式中，L是滯后算子(Lag operator)。

2 結(jié)果與分析

根據(jù)公式(1)～(3)，計(jì)算2000—2020年黃河流域中下游地區(qū)農(nóng)村供水用水管理系統(tǒng)的耦合度C和耦合協(xié)調(diào)度D，并對(duì)其進(jìn)行類型劃分，結(jié)果見圖2、表3。

表3 耦合協(xié)調(diào)度計(jì)算結(jié)果

由表3計(jì)算可以得出，2000—2020年黃河流域中下游地區(qū)耦合協(xié)調(diào)度均值為0.60。從總體上看，2000—2020年耦合協(xié)調(diào)度呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)，耦合協(xié)調(diào)度由2000年的0.223增加至2020年的0.853，由此可見，黃河流域中下游地區(qū)農(nóng)村供水用水管理系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)速度快，質(zhì)量穩(wěn)定。具體來看，2000—2020年黃河流域各省份系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度呈現(xiàn)的上升趨勢(shì)的表現(xiàn)形式不同，系統(tǒng)總體呈上升趨勢(shì)，但在耦合協(xié)調(diào)度類型上看，從2000—2003年，系統(tǒng)協(xié)調(diào)程度呈現(xiàn)中度失調(diào)的狀態(tài)，2004年系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)程度由中度失調(diào)轉(zhuǎn)變?yōu)檩p度失調(diào)，2005—2006年為瀕臨失調(diào)，到2007年，系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)程度由失調(diào)轉(zhuǎn)為勉強(qiáng)協(xié)調(diào)，再到2008年的初級(jí)協(xié)調(diào)。2009—2013年一直處于中級(jí)協(xié)調(diào)，到2014年協(xié)調(diào)程度下降，到2015年又有所回升，在2018年，系統(tǒng)協(xié)調(diào)程度提升為良好協(xié)調(diào)，一直保持到2020年。整體呈現(xiàn)“起點(diǎn)低、有波動(dòng)、后發(fā)有優(yōu)勢(shì)”的發(fā)展特點(diǎn)。這說明在研究期初期，黃河流域中下游地區(qū)各省、自治區(qū)相對(duì)落后，農(nóng)業(yè)水資源、農(nóng)村生態(tài)與農(nóng)村經(jīng)濟(jì)均處于建設(shè)的初級(jí)階段，對(duì)于農(nóng)村供水用水管理的建設(shè)規(guī)劃甚少，系統(tǒng)的整體開發(fā)與需求也處于較低水平；2010年后，系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)水平整體提升，但是受黃河流域地域資源限制與黃河流域中下游地區(qū)生態(tài)發(fā)展與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的制衡，發(fā)展的質(zhì)量與速度有限，這一結(jié)論與趙良仕[17]等的研究相似?？傊S河流域中下游地區(qū)農(nóng)村供水用水管理系統(tǒng)總體跨入了良好協(xié)調(diào)范圍。

從圖2可以看出，黃河流域中下游地區(qū)農(nóng)村供水用水管理系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度(以下簡(jiǎn)稱“D值”)在2000—2020年期間有所波動(dòng)，在研究期初期D值較低，從2004年開始大幅上升，到2009年后D值隨時(shí)間的變化波動(dòng)逐漸變小，從2010年后趨于平穩(wěn)，在2018年有所攀升；出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因是從21世紀(jì)起，在黃河流域中下游地區(qū)大多數(shù)省、自治區(qū)為水資源發(fā)展滯后性的大背景下，既包括因自然條件較差導(dǎo)致水資源缺少的中西部省份，如山西、內(nèi)蒙古、陜西，也包括由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展過多消耗水資源的東部地區(qū)山東以及因生態(tài)環(huán)境保護(hù)不足和資源節(jié)約利用能力較差，為生態(tài)環(huán)境滯后型的河南，黃河流域中下游地區(qū)日益緊張的水資源供求矛盾對(duì)農(nóng)村供水用水管理系統(tǒng)造成壓力，農(nóng)村供水用水規(guī)劃管理的重要性開始顯現(xiàn)，中央及有關(guān)部門將視線由經(jīng)濟(jì)優(yōu)先發(fā)展逐步轉(zhuǎn)變?yōu)樯鷳B(tài)優(yōu)先發(fā)展，即從相對(duì)發(fā)展的角度看，2004—2010年黃河流域中下游地區(qū)鄉(xiāng)村社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平同步于生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，系統(tǒng)呈現(xiàn)出良好的協(xié)調(diào)發(fā)展勢(shì)頭。而在2010年后，波動(dòng)逐漸減少，主要原因是在2010年，黃河水利委員會(huì)提出實(shí)施最嚴(yán)格的流域管理制度，嚴(yán)格監(jiān)察黃河流域及周邊省水土保持建設(shè)進(jìn)展，農(nóng)村生態(tài)子系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度在2010年后趨于穩(wěn)定，且在2011年后黃河流域各省的鄉(xiāng)村振興發(fā)展水平提高，對(duì)于農(nóng)村供水用水管理的規(guī)章制度也相繼涌出，隨著經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的保護(hù)與治理，農(nóng)業(yè)生態(tài)質(zhì)量得到改善，3個(gè)子系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度趨于平穩(wěn)。在2014年，中央對(duì)水利工作的重視正式落實(shí)，以“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的新思路集中建設(shè)重大水利工程，解決農(nóng)村人口的飲水安全問題，把水利作為加快農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要支撐，加強(qiáng)生態(tài)與經(jīng)濟(jì)建設(shè)齊頭并進(jìn)。從2016—2020年，黃河流域中下游地區(qū)山西省、河南省、陜西省、山東省、內(nèi)蒙古自治區(qū)陸續(xù)提出一系列農(nóng)村供水用水管理制度，分別有《內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)村牧區(qū)飲用水供水條例》、《山西省農(nóng)村飲水安全工程建設(shè)管理辦法》、《關(guān)于征求<河南省農(nóng)村供水管理辦法>(草案)》、《關(guān)于做好農(nóng)村供水保障工作的指導(dǎo)意見》、《陜西省“十四五”農(nóng)村供水保障規(guī)劃》等，細(xì)化農(nóng)村供水用水管理，落實(shí)運(yùn)行與管理，故在研究期后期農(nóng)村供水用水管理系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度提升。

以2020年農(nóng)村生態(tài)-農(nóng)業(yè)水資源-農(nóng)村經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度值為基準(zhǔn)，運(yùn)用ARIMA預(yù)測(cè)模型向后設(shè)置4期預(yù)測(cè)，為期4a，如圖2所示。由圖2可以看出，向后1期D值稍有回落，但向后2期、3期、4期、5期D值都穩(wěn)定增加，直到2024年系統(tǒng)達(dá)到優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)，因此需保持經(jīng)濟(jì)、資源與生態(tài)協(xié)同發(fā)展的理念，以經(jīng)濟(jì)與資源作生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的支撐，方能保證農(nóng)村供水用水管理系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展。

圖2 耦合協(xié)調(diào)度D值模型擬合和預(yù)測(cè)

3 結(jié)論與對(duì)策建議

本文針對(duì)黃河流域中下游地區(qū)5個(gè)省份開展了農(nóng)村生態(tài)-農(nóng)業(yè)水資源-農(nóng)村經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)研究，分析評(píng)價(jià)了2000—2020年各省及自治區(qū)的農(nóng)村供水用水管理規(guī)劃與發(fā)展，對(duì)農(nóng)村生態(tài)-農(nóng)業(yè)水資源-農(nóng)村經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度進(jìn)行預(yù)測(cè)。主要結(jié)論如下。

從時(shí)間上看，2000—2020年黃河流域中下游地區(qū)農(nóng)村供水用水管理耦合協(xié)調(diào)度總體呈上升趨勢(shì)，且上升速率不低，各耦合協(xié)調(diào)等級(jí)由2000年中度失調(diào)提升到2020年的良好協(xié)調(diào)，耦合協(xié)調(diào)等級(jí)整體上不低。

研究期后期即2014—2020年耦合協(xié)調(diào)等級(jí)高，但仍有持續(xù)的波動(dòng)情況，各子系統(tǒng)具有明顯的不均衡發(fā)展特征。

對(duì)黃河流域中下游地區(qū)進(jìn)行耦合協(xié)調(diào)度為期4a的預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果良好，但整體上要從良好協(xié)調(diào)提高到優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)、在未來幾年保持良好狀態(tài)并波動(dòng)不大，仍有很大的距離，應(yīng)持續(xù)保持經(jīng)濟(jì)、資源與生態(tài)協(xié)同發(fā)展的理念。主要建議如下。

堅(jiān)持“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的治水思路，堅(jiān)持“四水四定”(以水定城、以水定地、以水定人、以水定產(chǎn))，把水資源作為最大剛性約束，加強(qiáng)農(nóng)村供水用水管理，規(guī)范農(nóng)村供水用水安全，為黃河流域中下游地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展提供堅(jiān)強(qiáng)的水安全保障。

在短期內(nèi)，黃河流域中下游地區(qū)應(yīng)堅(jiān)持實(shí)施“生態(tài)環(huán)境在前，經(jīng)濟(jì)發(fā)展并進(jìn)”、“優(yōu)先生態(tài)建設(shè)”的發(fā)展理念，堅(jiān)持把“環(huán)境優(yōu)先”作為黃河流域中下游地區(qū)農(nóng)村供水用水管理的優(yōu)先戰(zhàn)略。加強(qiáng)農(nóng)村供水用水管理，規(guī)范農(nóng)村供水用水活動(dòng)，保障農(nóng)村供水用水安全，維護(hù)供水單位和用戶合法權(quán)益，改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，控制農(nóng)村環(huán)境污染，保障農(nóng)村用水質(zhì)量和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)利用，推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)。