基于DPSIR模型的黃河中游水資源與經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展評價

吳 丹，劉孟瑤

（北方工業(yè)大學 經(jīng)濟管理學院，北京 100144）

水資源在流域生態(tài)保護、農(nóng)田灌溉、工業(yè)生產(chǎn)等方面發(fā)揮著重要作用。黨的十九大報告提出建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展的經(jīng)濟體系，《國家節(jié)水行動方案》強調全面貫徹節(jié)水優(yōu)先與系統(tǒng)治理的理念，《生態(tài)文明體制改革總體方案》明確區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展不能超出當?shù)厮Y源的承載能力和生態(tài)環(huán)境容量，《自然資源“十四五”規(guī)劃編制工作方案》提出加快工業(yè)節(jié)水減排目標導向的節(jié)水型社會建設。這些政策舉措為進一步推動流域節(jié)水控水、促進水資源與經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展提供了有利支撐。開展流域水資源與經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展評價，對于優(yōu)化流域水資源系統(tǒng)供需結構、推進產(chǎn)業(yè)用水結構合理化、提升流域經(jīng)濟發(fā)展質效意義重大。

1 研究綜述

國內外關于水資源與經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展的研究主要聚焦在3個方面：一是水資源利用與經(jīng)濟發(fā)展的耦合關系研究，如Higano等［1］評價了日本霞浦湖流域水資源與經(jīng)濟發(fā)展的關系，Dennis［2］評價了埃及灌溉用水量與經(jīng)濟增長的關系，Katz［3］驗證了水資源利用與經(jīng)濟增長存在倒U形關系，Ngorana等［4］指出用水量和勞動力數(shù)量是實現(xiàn)經(jīng)濟增長的關鍵驅動因素；二是水資源與經(jīng)濟發(fā)展耦合協(xié)調模型研究，如Prodanovic等［5］構建了氣候和經(jīng)濟條件變化下水資源系統(tǒng)和經(jīng)濟系統(tǒng)耦合模型，評價了氣候變化下人類經(jīng)濟活動、陸地系統(tǒng)和水循環(huán)之間的作用機理，Kalbacher等［6］和Voisin等［7］構建了陸地系統(tǒng)和水循環(huán)耦合模型，研究了經(jīng)濟條件變化下的水資源供應與水質變化；三是水資源投入對經(jīng)濟產(chǎn)出效益的影響及其優(yōu)化方向研究［8－10］，如Ariel［8］構建了水資源和經(jīng)濟價值耦合模型，明晰了地區(qū)不同部門的優(yōu)先用水情況和經(jīng)濟效益，探索了水資源稀缺情況下西班牙東北部Llobregat河經(jīng)濟效益產(chǎn)出最大化路徑，實現(xiàn)了伊朗東北部馬什哈德市農(nóng)業(yè)、城市和工業(yè)用水部門缺水損失最小、利潤最大化的目標。這些成果可為我國開展水資源與經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展評價提供寶貴經(jīng)驗。

我國水資源與經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展評價研究主要聚焦在兩個方面：一是水資源與經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展評價指標體系構建，如朱玉仙等［11］構建了總量－比例－強度指標、徐良芳等［12］構建了發(fā)展水平－協(xié)調水平－發(fā)展能力指數(shù)、馮耀龍等［13］構建了目標層－準則層－指標層結構的評價指標體系；二是水資源與經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展評價方法構建及應用，如學者們運用集對分析理論［14］、脫鉤評價模型［15－16］、協(xié)調度模型［17］和水足跡理論［18］，從時空層面評價了中國不同地區(qū)水資源和經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展狀況，系統(tǒng)剖析了水資源利用與經(jīng)濟發(fā)展脫鉤的內在機理；應用水生態(tài)足跡理論［19］、耦合協(xié)調度模型［20－22］和Tapio彈性分析法［20－23］，評價了黃河流域水資源與社會經(jīng)濟發(fā)展協(xié)調性的時空分異特征，衡量水資源環(huán)境－經(jīng)濟－生態(tài)系統(tǒng)耦合協(xié)調度，結果表明水資源利用與經(jīng)濟發(fā)展過程符合驅動力－壓力－狀態(tài)－影響－響應（DPSIR）模型框架思路；應用DPSIR模型，評價了黃河流域高質量發(fā)展現(xiàn)狀［24］、滇池等流域水生態(tài)安全狀況［25］、長江流域中部地區(qū)水環(huán)境治理績效［26］。

通過梳理文獻可知，應用DPSIR模型開展黃河中游地區(qū)水資源與經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展評價的研究尚少。為此，本文基于DPSIR模型，構建黃河中游地區(qū)水資源與經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展評價指標體系，并應用匹配性評價法、灰關聯(lián)分析法與耦合協(xié)調度模型，構建黃河中游地區(qū)水資源與經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展評價方法，綜合評價黃河中游地區(qū)水資源與經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展能力并明晰時空分異特征，從而提出有效提升黃河中游地區(qū)水資源與經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展能力的對策建議。

2 研究方法

2.1 評價指標體系設計

黃河中游地區(qū)水資源與經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展機理表現(xiàn)為：黃河中游地區(qū)水資源系統(tǒng)與經(jīng)濟社會系統(tǒng)相互作用，一方面，水資源供給為經(jīng)濟社會系統(tǒng)提供了有力支撐；另一方面，經(jīng)濟社會系統(tǒng)導致水資源需求增加，對水資源系統(tǒng)造成壓力。通過水利科技創(chuàng)新、水資源管理、水利政策、水市場等水資源管理手段，優(yōu)化黃河中游地區(qū)水資源系統(tǒng)供需結構，進行水資源的有序開發(fā)、穩(wěn)定供給、高效配置和集約利用，不斷提高黃河中游地區(qū)水資源系統(tǒng)與經(jīng)濟社會系統(tǒng)的協(xié)調性，促進水資源與經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展。黃河中游地區(qū)水資源與經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展機理如圖1所示。

圖1 黃河中游地區(qū)水資源與經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展機理

由圖1可知，黃河中游地區(qū)水資源與經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展機理符合DPSIR模型框架思路。通過識別黃河中游地區(qū)水資源與經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展的關鍵因素，遵循科學性、動態(tài)性、數(shù)據(jù)可得性和層次性原則，構建黃河中游地區(qū)水資源與經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展評價指標體系（見表 1）。

表1 黃河中游地區(qū)水資源與經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展評價指標體系

2.2 評價方法

采用匹配性評價法、灰關聯(lián)分析法與耦合協(xié)調度模型，評價黃河中游地區(qū)水資源與經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展能力，步驟如下。

（1）根據(jù)黃河中游地區(qū)產(chǎn)業(yè)用水結構與產(chǎn)業(yè)結構變化特征，應用匹配性評價法，對黃河中游地區(qū)產(chǎn)業(yè)用水結構與產(chǎn)業(yè)結構匹配度進行測算。計算公式為

其中

式中：Hit為第i地區(qū)第t時期產(chǎn)業(yè)用水結構與產(chǎn)業(yè)結構匹配度，Hit越大表示產(chǎn)業(yè)用水結構與產(chǎn)業(yè)結構越匹配；Pit為第i地區(qū)第t時期的產(chǎn)業(yè)結構偏水度；GDPit為第i地區(qū)第t時期的國內生產(chǎn)總值；GDPijt為第i地區(qū)第t時期第j產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟增加值；A為第i地區(qū)第j產(chǎn)業(yè)的位置值，若第i地區(qū)第j產(chǎn)業(yè)的用水效率最低，則位置值為1，次低為2，依此類推；Cit為第t時期第i地區(qū)產(chǎn)業(yè)用水結構粗放度；Wit為第t時期第i地區(qū)用水總量；Wijt為第t時期第i地區(qū)第j產(chǎn)業(yè)的用水量。

（2）采用灰關聯(lián)分析法，確定不同時期黃河中游地區(qū)評價指標與指標理想集的灰關聯(lián)度，計算公式為

其中式中：Rit為第t時期第i地區(qū)指標與指標理想集的灰關聯(lián)度；ritk為第t時期第i地區(qū)第k指標與指標理想集的灰關聯(lián)系數(shù)；maxyitk為第t時期第i地區(qū)第k指標的指標理想值；yitk為標準化后的加權指標值；wk為第k指標權重，為減少人為因素的干擾，依據(jù)表1，采用層次等權法，先確定一級維度的權重，再確定一級維度對應的二級維度權重，最終確定二級維度對應的指標權重；ρ為分辨系數(shù)，通常取0.5；citk為指標原始數(shù)據(jù)值。

（3）采用耦合協(xié)調度模型，確定不同時期黃河中游地區(qū)水資源與經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展能力，計算公式為

其中

式中：Dit為第t時期第i地區(qū)水資源與經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展能力；Uit為第t時期第i地區(qū)水資源與經(jīng)濟協(xié)調指數(shù)；Iit為第t時期第i地區(qū)水資源與經(jīng)濟耦合指數(shù)；Rit1、Rit2、Rit3、Rit4、Rit5分別為第t時期第i地區(qū)的驅動力指數(shù)、壓力指數(shù)、狀態(tài)指數(shù)、影響指數(shù)、響應指數(shù)。

3 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

黃河中游涉及內蒙古、山西、陜西、河南4個?。▍^(qū)）。2006—2019年，黃河中游地區(qū)第一產(chǎn)業(yè)用水比重高于第二產(chǎn)業(yè)用水比重、第二產(chǎn)業(yè)用水比重高于第三產(chǎn)業(yè)用水比重。除山西外，其他3個?。▍^(qū)）的第一產(chǎn)業(yè)用水比重均有所下降，其中：內蒙古、陜西、河南分別從2006年的80%、68%、62%降至2019年的73%、60%、51%，山西維持在58%左右。對于第二產(chǎn)業(yè)用水比重，山西下降較為明顯，從2006年的26%降至2019年的18%，陜西穩(wěn)定在16%左右；內蒙古、河南波動較大，分別從2006年的9%、21%降至2019年的8%、19%。對于第三產(chǎn)業(yè)用水比重，陜西、河南維持在12%左右，山西從2006年的9%增至2019年的11%，內蒙古從2006年的6%降至2019年的4%。總體來看，河南第一產(chǎn)業(yè)用水比重、山西第二產(chǎn)業(yè)用水比重的下降幅度較大，山西第三產(chǎn)業(yè)用水比重的上升幅度最大。從產(chǎn)業(yè)結構來看，黃河中游地區(qū)第三產(chǎn)業(yè)比重高于第二產(chǎn)業(yè)比重、第二產(chǎn)業(yè)比重高于第一產(chǎn)業(yè)比重，且第一產(chǎn)業(yè)比重和第二產(chǎn)業(yè)比重均有所下降，第三產(chǎn)業(yè)比重均有所上升。第一產(chǎn)業(yè)比重，內蒙古、陜西、河南分別從2006年的15%、10%、16%降至2019年的11%、8%、9%，山西維持在5%左右；第二產(chǎn)業(yè)比重，內蒙古、山西、陜西、河南分別從2006年的41%、59%、49%、53%降至2019年的39%、44%、46%、43%；第三產(chǎn)業(yè)比重，內蒙古、山西、陜西、河南分別從2006年的43%、35%、40%、32%增至2019年的50%、51%、47%、48%?？傮w來看，河南第一產(chǎn)業(yè)比重、山西第二產(chǎn)業(yè)比重的下降幅度較大，河南第三產(chǎn)業(yè)比重的上升幅度最大。

本文所用的黃河中游地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展數(shù)據(jù)主要來源于2006—2019年《中國統(tǒng)計年鑒》，水資源數(shù)據(jù)主要來源于2006—2019年《中國水利統(tǒng)計年鑒》《中國水資源公報》。

4 結果與討論

4.1 黃河中游地區(qū)產(chǎn)業(yè)用水結構與產(chǎn)業(yè)結構匹配度的時空分異特征

利用式（1），計算得到2006—2019年黃河中游地區(qū)產(chǎn)業(yè)用水結構與產(chǎn)業(yè)結構匹配度（見表 2）。

表2 2006—2019年黃河中游地區(qū)產(chǎn)業(yè)用水結構與產(chǎn)業(yè)結構匹配度

從產(chǎn)業(yè)用水結構粗放度變化看，河南的平均值最低（0. 68），內蒙古的平均值最高（0. 86），河南和陜西有所下降，降幅分別為2.49%、3.36%；從產(chǎn)業(yè)結構偏水度變化看，河南下降最為顯著（降幅28.36%），其次依次為山西（23.51%）、內蒙古（15.24%）、陜西（12.33%）；從產(chǎn)業(yè)用水結構與產(chǎn)業(yè)結構匹配度變化看，河南上升最為顯著（升幅19.83%），其次依次為山西（12.90%）、內蒙古（9.03%）、陜西（8.59%）。黃河中游地區(qū)用水效率不斷提高，產(chǎn)業(yè)用水結構與產(chǎn)業(yè)結構不斷優(yōu)化，但產(chǎn)業(yè)用水結構與產(chǎn)業(yè)結構匹配度仍有待提升。

4.2 黃河中游地區(qū)水資源與經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展能力的時空分異特征

利用式（4）～式（8），計算得到2006—2019年黃河中游地區(qū)水資源與經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展能力（見表 3）。從驅動力指數(shù)變化看，黃河中游地區(qū)均高于0.80且持續(xù)提高至0.90以上，表明經(jīng)濟發(fā)展水平均得到有效提升，其中山西驅動力指數(shù)增幅最大（為18.67%），其次依次為陜西（16.93%）、河南（15.46%）、內蒙古（13.81%）；從壓力指數(shù)變化看，黃河中游地區(qū)均呈現(xiàn)上升—下降—上升變化趨勢，表明應對用水需求壓力的能力總體得到有效提升，其中山西壓力指數(shù)增幅最大（26.22%），其次依次為河南（20.93%）、陜西（16.68%）、內蒙古（10.08%）；從狀態(tài)指數(shù)變化看，黃河中游地區(qū)均呈現(xiàn)上升態(tài)勢，表明水資源供給能力均得到有效提高，其中山西狀態(tài)指數(shù)增幅最大（94.65%），其次依次為河南（61.23%）、陜西（43.39%）、內蒙古（37.67%）；從影響指數(shù)變化看，黃河中游地區(qū)均高于0.78且持續(xù)提高至0.95以上，表明用水效率和排污績效均持續(xù)提高，其中河南影響指數(shù)增幅最大（27.37%），其次依次為內蒙古（25.58%）、陜西（24.93%）、山西（24.04%）；從響應指數(shù)變化看，黃河中游地區(qū)均持續(xù)提高，表明產(chǎn)業(yè)結構不斷優(yōu)化且產(chǎn)業(yè)發(fā)展質量不斷提升，其中河南響應指數(shù)增幅最大（39.31%），其次依次為山西（28.44%）、內蒙古（19.90%）、陜西（16.91%）。

表3 2006—2019年黃河中游水資源與經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展能力

總體來看，2006—2019年，黃河中游地區(qū)水資源與經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展能力均呈穩(wěn)定增長態(tài)勢，山西、內蒙古、河南、陜西分別從0.38、0.51、0.43、0.50增至0.92、0.90、0.97、0.93，其中 山 西和 河 南 的增 幅 較 大（分 別 為140.81%、125.83%）。若將黃河中游地區(qū)水資源與經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展能力劃分為［0.70，0. 80）、［0.80，0. 90）、［0.90，1.00］3個等級，分別對應一般協(xié)調、較協(xié)調、協(xié)調等級，則至2019年，4個省（區(qū)）均為協(xié)調等級，且河南水資源與經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展能力等級最高。

5 結論與建議

5.1 結 論

黃河中游地區(qū)產(chǎn)業(yè)用水結構與產(chǎn)業(yè)結構不斷優(yōu)化，提高了黃河中游地區(qū)產(chǎn)業(yè)用水結構與產(chǎn)業(yè)結構匹配度。同時，黃河中游地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平均得到有效提升，產(chǎn)業(yè)發(fā)展質量不斷提升，水資源與經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展能力呈穩(wěn)定增長態(tài)勢。從黃河中游地區(qū)水資源與經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展評價結果來看，對于驅動力指標，黃河中游地區(qū)均受人均GDP的顯著影響；對于壓力指標，黃河中游地區(qū)均受生態(tài)環(huán)境用水的顯著影響，其中：山西受第二產(chǎn)業(yè)用水的顯著影響，內蒙古受第一產(chǎn)業(yè)用水的顯著影響，河南受第一產(chǎn)業(yè)用水的顯著影響，陜西受第一產(chǎn)業(yè)用水和生活用水的顯著影響；對于狀態(tài)指標，黃河中游地區(qū)均受地表水和地下水供水量的顯著影響；對于影響指標，黃河地區(qū)均受萬元GDP用水量、人均用水量、萬元第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值用水量、萬元第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值用水量、萬元GDP廢水排放量的顯著影響，其中內蒙古受單位灌溉面積用水量的顯著影響；對于響應指標，黃河中游地區(qū)均受產(chǎn)業(yè)結構優(yōu)化和產(chǎn)業(yè)發(fā)展質量指標的顯著影響。

5.2 建 議

（1）針對黃河中游地區(qū)水資源系統(tǒng)供需結構優(yōu)化，建立健全最嚴格水資源管理制度體系，強化雙控行動方案，制訂節(jié)水行動計劃，加速推進節(jié)水技術創(chuàng)新，嚴格控制第一產(chǎn)業(yè)用水量；利用工程技術手段，完善黃河中游地區(qū)水資源供給保障體系，減少地下水開采量，提高污水資源化技術手段，提高再生水等其他供水量占用水總量的比重。

（2）針對黃河中游地區(qū)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)發(fā)展質量提升，推進產(chǎn)業(yè)結構優(yōu)化升級，有效提升第二、第三產(chǎn)業(yè)用水效率。建立水資源剛性約束制度，把水污染排放績效納入黃河中游地區(qū)政府考核體系，嚴控水環(huán)境質量底線和水生態(tài)保護紅線，在對口承接地區(qū)產(chǎn)業(yè)轉移的同時，堅決避免水污染轉移，降低萬元GDP廢水排放量，提升水環(huán)境承載能力。

（3）完善水市場建設，通過水權轉讓等制度協(xié)調水資源在黃河中游地區(qū)及其產(chǎn)業(yè)之間配置比例，優(yōu)化地區(qū)產(chǎn)業(yè)用水結構，降低產(chǎn)業(yè)用水結構粗放度和產(chǎn)業(yè)結構偏水度，提升產(chǎn)業(yè)用水結構與產(chǎn)業(yè)結構匹配度。