江西省水資源量質(zhì)耦合承載力評價及提升對策

摘要：

為了合理評價和提升江西省水資源承載能力，耦合風險矩陣評價和政策情景模擬方法，從水資源數(shù)量和水資源質(zhì)量雙重角度，對江西省2015～2019年的水資源承載力進行評價，并從用水效率和用水結(jié)構(gòu)兩個方面進行情景模擬，探討了江西省水資源承載力提升路徑。研究結(jié)果表明：2019年江西省水資源承載壓力較大，11個地市中有7個地市的水資源承載狀況為臨界狀態(tài)或者超載狀態(tài)，并呈現(xiàn)西北部最高、南部次之、東北部最低的空間分布特征；江西省用水效率在長江經(jīng)濟帶中較低，若提高至長江經(jīng)濟帶低用水效率水平，則可將水資源承載力處于臨界狀態(tài)或者超載狀態(tài)的地市降為2個；江西省農(nóng)業(yè)用水占比處于長江經(jīng)濟帶第二高位，若提高用水結(jié)構(gòu)均衡度，降低農(nóng)業(yè)用水量占比，水資源承載力處于臨界狀態(tài)或者超載狀態(tài)的地市也可降為2個。研究成果可為提高江西省水資源承載力提供一種實現(xiàn)路徑，對促進江西省水資源空間均衡和區(qū)域經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展具有一定現(xiàn)實意義。

關(guān) 鍵 詞：

水資源承載力； 量質(zhì)耦合； 用水效率； 用水結(jié)構(gòu)； 風險矩陣； 江西省

中圖法分類號： TV213

文獻標志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.03.016

0 引 言

水資源是社會經(jīng)濟發(fā)展必不可少的自然資源，決定著社會經(jīng)濟的發(fā)展水平和前景。習近平總書記在黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展座談會上的講話時強調(diào)“要堅持以水定城、以水定地、以水定人、以水定產(chǎn)，把水資源作為最大的剛性約束”［1］。開展水資源承載力研究，對于源頭強化水資源剛性約束要求具有十分重要的意義。中國水資源承載力研究起步于20世紀80年代對西北干旱區(qū)水資源供需狀況的調(diào)查［2］，大致可分為理論雛形初步完成階段［2-4］、研究方法完善階段［5-7］、影響因素分析與應(yīng)用階段［8-10］。目前，水資源承載力的概念主要有兩類：一類是從水資源系統(tǒng)出發(fā)，研究水資源的最大可開發(fā)規(guī)模［11-12］；另一類是從社會經(jīng)濟系統(tǒng)出發(fā)，通過水資源的合理優(yōu)化配置，研究水資源能夠支撐的社會經(jīng)濟發(fā)展規(guī)模［13-14］。本文將水資源承載力定義為：在一定的社會經(jīng)濟、科學技術(shù)水平下，在滿足生態(tài)環(huán)境用水的同時，以可持續(xù)發(fā)展為原則，水資源對社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的最大支撐能力［15-16］。

目前，水資源承載力的研究方法較為豐富，常見的有主成分分析法［17-19］、TOPSIS法［20-22］、系統(tǒng)動力學法［23-24］、生態(tài)足跡法［25-26］、投影尋蹤法［27-28］、突變級數(shù)法［29］、綜合模型法［30-31］等。上述部分方法計算過程復雜，指標功能重復，前期需要耗費大量時間查找相關(guān)指標數(shù)據(jù)。風險矩陣法首先誕生于風險管理中，其概念清晰，所需指標數(shù)量少且具有針對性，同時操作方便，因此也被應(yīng)用于水資源承載力的研究中。例如，金菊良等［32］構(gòu)建了水資源承載力評價的風險矩陣方法，將其運用在安徽省淮河流域的水資源承載力評價中。徐翔宇等［33］提出了基于量-質(zhì)-域-流4要素和風險矩陣的水資源承載力評價模型，并將其應(yīng)用于西遼河流域3個水資源三級區(qū)的水資源承載力評價，評價結(jié)果與區(qū)域?qū)嶋H情況相似，證明了方法的有效性。Wu等［34］將水資源承載力大系統(tǒng)分為壓力、支撐力、調(diào)節(jié)力子系統(tǒng)，運用多維先決條件云與風險矩陣的耦合模型對2005～2015年安徽省水資源承載力進行了評價。但上述研究側(cè)重于從水資源可利用量角度開展，較少考慮最嚴格水資源管理制度的約束作用。

本文以江西省為研究對象，以最嚴格水資源管理制度和水污染工作防治計劃下達的水量水質(zhì)要求為約束，從水資源量質(zhì)耦合角度，將風險矩陣評價和政策情景模擬相結(jié)合，對江西省2015～2019年的水資源承載力進行分析，并從用水效率和用水結(jié)構(gòu)兩個方面進行情景模擬，探明江西省水資源承載力提升對策，以期為江西省可持續(xù)發(fā)展提供合理的對策建議。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

江西省位于中國長江中下游南岸，下轄11個地級市。江西省水資源豐富，多年平均水資源總量為1 565億m3，然而該地區(qū)水資源時空分布不平衡，旱澇災害頻發(fā)［35］。江西省目前處于從農(nóng)業(yè)大省向工業(yè)化大省發(fā)展的轉(zhuǎn)型階段，城市生產(chǎn)生活用水不斷增加［36］，但江西省水資源利用效率較低，水資源供需矛盾逐漸突出。最嚴格水資源管理制度下達的江西省2020年用水總量紅線為260億m3，但是2019年用水總量已達253.34億m3，水資源承載壓力較大。

1.2 研究方法

水資源承載力不僅體現(xiàn)在水資源的數(shù)量上，水環(huán)境的優(yōu)劣制約著水體功能的正常運轉(zhuǎn)，因此水質(zhì)也是水資源承載力的一個重要方面。構(gòu)建水資源承載力風險矩陣要充分考慮水量和水質(zhì)兩個要素。即先分別對水量要素、水質(zhì)要素的指標進行評價，比較各指標值與規(guī)定的指標值大小得出判斷結(jié)果，根據(jù)判斷結(jié)果得出研究區(qū)域水量要素的水資源承載情況和水質(zhì)要素的水資源承載情況，然后采用風險矩陣法綜合雙要素承載狀態(tài)進行綜合評價，得到最終承載結(jié)果。該評價主要包括水量要素的承載力評價、水質(zhì)要素的承載力評價和綜合評價3方面內(nèi)容。

1.2.1 水量要素水資源承載力評價

以最嚴格水資源管理制度規(guī)定的2020年用水總量控制指標W0為約束目標，以地級行政區(qū)為評級單元，對比W0和現(xiàn)狀用水總量W進行評價，根據(jù)金菊良等［32］的相關(guān)研究方法，劃定嚴重超載、超載、臨界狀態(tài)、不超載4種狀態(tài)，即：W≥1.2W0為嚴重超載；W0≤W＜1.2W0為超載；0.95W0≤W＜W0為臨界狀態(tài)；W＜0.95W0為不超載。

1.2.2 水質(zhì)要素水資源承載力評價

以水污染防治工作計劃中規(guī)定的2020年各地級市的地表水達到或好于Ⅲ類水體的比例達標要求作為約束目標Q0，將地級行政區(qū)地表水達到或好于Ⅲ類水體的比例Q與Q0進行比較，根據(jù)金菊良等［32］的相關(guān)研究，劃定嚴重超載、超載、臨界狀態(tài)、不超載4種狀態(tài)，即：Q≤0.6Q0為嚴重超載；0.6Q0＜Q≤0.8Q0為超載；0.8Q0＜Q≤0.9Q0為臨界狀態(tài)；Q＞0.9Q0為不超載。

1.2.3 基于風險矩陣法的綜合評價

根據(jù)水質(zhì)要素和水量要素評價的具體結(jié)果，利用風險矩陣法進行綜合評價，判定雙要素綜合條件下承載力等級，即嚴重超載、超載、臨界狀態(tài)、不超載。本文在綜合雙要素進行綜合評價的時候，以用水總量評價結(jié)果為主，參考地表水達到或好于Ⅲ類水體的比例的評價結(jié)果進行修正。根據(jù)以上思路，采用風險矩陣法綜合評價水資源承載狀況，判別標準如表1所列。

1.2.4 數(shù)據(jù)來源

本次研究數(shù)據(jù)主要來源于2015～2019年長江經(jīng)濟帶各省市、江西省11個地級市的《水資源公報》《生態(tài)環(huán)境公報》《水污染防治工作計劃》《國民經(jīng)濟與社會發(fā)展統(tǒng)計公報》《統(tǒng)計年鑒》等。

2 江西省水資源承載狀況評價結(jié)果

2.1 水量要素評價結(jié)果

按照1.2.1節(jié)的方法，得到江西省11個地級市水量要素承載狀況評價結(jié)果，如圖1所示。從時間變化來看，景德鎮(zhèn)、萍鄉(xiāng)、鷹潭、上饒市2015～2019年間均處于不超載狀態(tài)，宜春市則均為超載狀態(tài)；南昌、吉安市除2015年為不超載狀態(tài)外，其余年份均為臨界狀態(tài)；贛州市2015年和2016年處于不超載狀態(tài)，2017～2019年均處于臨界狀態(tài)；九江和撫州市呈波動趨勢，2019年分別為超載狀態(tài)和臨界狀態(tài)?？梢钥闯?，江西省水量要素承載壓力逐漸變大，主要原因是實際用水總量呈現(xiàn)增加趨勢。從空間分布來看，江西省水量要素承載壓力呈現(xiàn)西北部最高、南部次之、東北部最低的趨勢。

2.2 水質(zhì)要素評價結(jié)果

按照1.2.2節(jié)的方法，得到江西省11個地級市2015～2019年的水質(zhì)要素承載狀況評價結(jié)果，如圖2所示。2015年，南昌、宜春、萍鄉(xiāng)市呈臨界狀態(tài)，其余城市均為不超載狀態(tài)；2016年，僅有南昌市呈臨界狀態(tài)；2017～2018年，僅有南昌、萍鄉(xiāng)市為臨界狀態(tài)；至2019年，11個地級市水質(zhì)要素承載力均呈不超載狀態(tài)?？梢钥闯觯魇∷|(zhì)要素承載壓力較小且逐年向好發(fā)展。

2.3 綜合評價結(jié)果

將水量要素和水質(zhì)要素的評價結(jié)果進行綜合分析，得到江西省各地級市水資源承載狀況評價結(jié)果，如圖3所示。從時間變化來看，2015～2019年間，景德鎮(zhèn)市、上饒市、鷹潭市均為不超載狀態(tài)，南昌市均為臨界狀態(tài)，宜春市則均為超載狀態(tài)；吉安市、贛州市從不超載狀態(tài)先后變?yōu)榕R界狀態(tài)；新余市從臨界狀態(tài)變?yōu)槌d狀態(tài)；萍鄉(xiāng)市、撫州市在不超載狀態(tài)和臨界狀態(tài)間呈波動變化；九江市在超載狀態(tài)和臨界狀態(tài)間呈波動變化。從空間分布來看，江西省水資源承載壓力呈現(xiàn)西北部最高、南部次之、東北部最低的趨勢，與水量要素承載壓力一致。主要原因是江西省大部分地市水質(zhì)要素承載力均為不超載狀態(tài)，水資源承載力的短板體現(xiàn)在水量要素上。

3 江西省水資源承載力提升對策

3.1 用水效率提升對水資源承載力的影響

3.1.1 長江經(jīng)濟帶用水效率分析

2019年長江經(jīng)濟帶11個省市的用水效率如圖4所示。長江經(jīng)濟帶平均萬元GDP用水量為59 m3，其中上海市萬元GDP用水量最少，為20 m3；江西省萬元GDP用水量最多，為108 m3。長江經(jīng)濟帶平均萬元工業(yè)增加值用水量為46.41 m3，其中浙江省萬元工業(yè)增加值用水量最少，為18 m3；江西省萬元工業(yè)增加值用水量在11個省市中從小到大排第十位，達到了61 m3。長江經(jīng)濟帶平均農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)為0.546，上海市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)最高，為0.738，江西省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)在11個省市中從大到小排第七位，僅為0.513。江西省萬元GDP用水量、萬元工業(yè)增加值用水量均高于長江經(jīng)濟帶平均值，農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)低于長江經(jīng)濟帶平均值，用水效率處于較低水平，有較大的提升空間。

3.1.2 不同用水效率下水資源承載狀況

將長江經(jīng)濟帶2019年萬元GDP用水量劃分為高用水效率、中用水效率、低用水效率3個水平。上海市、浙江省、重慶市、江蘇省萬元GDP用水量未超過50.0 m3，取其平均值32.0 m3作為長江經(jīng)濟帶高用水效率水平。取長江經(jīng)濟帶11個省市萬元GDP用水量的平均值59.1 m3，作為長江經(jīng)濟帶中用水效率水平。貴州、安徽、湖南、江西省萬元GDP用水量超過70 m3，取其平均值83.6 m3，作為長江經(jīng)濟帶低用水效率水平。

收集整理江西省11個地級市2019年的GDP數(shù)據(jù)，并與長江經(jīng)濟帶不同的用水效率水平相乘，得到不同用水效率水平下用水總量，并開展水資源承載狀況評價，結(jié)果如圖5所示。目前南昌市的萬元GDP用水量低于長江經(jīng)濟帶低用水效率水平下的萬元GDP用水量，因此在低用水效率水平下，南昌市仍然采用其實際用水效率水平開展評價。

結(jié)果表明：在低用水效率水平下，九江市仍為超載狀態(tài)，南昌市仍為臨界狀態(tài)，新余市由超載狀態(tài)變?yōu)榕R界狀態(tài)，其余城市均變?yōu)椴怀d狀態(tài)；在中用水效率水平下，除南昌市為臨界狀態(tài)外，其余城市均為不超載狀態(tài)；而在高用水效率水平下，江西省11個地級市均為不超載狀態(tài)。由此，將南昌市用水效率在目前水平下適當提升，將其余各地級市用水效率提高至長江經(jīng)濟帶低用水效率水平，就可以有效緩解江西省的水資源承載力壓力。

3.2 用水結(jié)構(gòu)調(diào)整對水資源承載力的影響

3.2.1 長江經(jīng)濟帶用水結(jié)構(gòu)分析

2015～2019年間，長江經(jīng)濟帶的農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、生活用水、生態(tài)用水數(shù)據(jù)分別占用水總量的51.15%，26.97%，19.22%和1.66%。在農(nóng)業(yè)用水占比方面，浙江省、安徽省、湖南省、云南省呈負增長狀態(tài)，江蘇省、湖北省、重慶市處于平穩(wěn)波動狀態(tài)，江西省、上海市、貴州省、四川省處于正增長狀態(tài)；在工業(yè)用水占比方面，上海市、浙江省、貴州省、安徽省、重慶市、四川省處于負增長狀態(tài)，江蘇省、湖北省、湖南省、云南省處于波動下降狀態(tài)；在生活用水和生態(tài)用水占比方面，長江經(jīng)濟帶11省市均處于平穩(wěn)增長或波動增長狀態(tài)。

國內(nèi)外城市用水結(jié)構(gòu)調(diào)整方向可以概括為“農(nóng)業(yè)用水負增長、工業(yè)用水零增長、生活用水及生態(tài)用水適度增長”。2019年江西省農(nóng)業(yè)用水量162.47億m3，占用水總量的64.12%，僅次于云南省的68.67%，遠高于長江經(jīng)濟帶平均值（51.15%），還有優(yōu)化調(diào)整空間。

3.2.2 調(diào)整用水結(jié)構(gòu)下水資源承載狀況

信息熵H可以度量系統(tǒng)的無序程度，將其與水資源系統(tǒng)結(jié)合，構(gòu)造出用水結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的信息熵和均衡度，用來描述用水結(jié)構(gòu)的演化趨勢［37］。而在不同的發(fā)展階段，區(qū)域用水部門的數(shù)量會有所增減，單純用信息熵來分析用水結(jié)構(gòu)較為片面，因此在信息熵的基礎(chǔ)上，引入均衡度J。均衡度是系統(tǒng)實際信息熵與最大信息熵比值，0≤J≤1，當J=0時，城市用水處于最不均勻狀態(tài)；當J=1時，城市用水達到理想狀態(tài)［38］。

采用孔祥仟等［39］給出的方法，計算江西省11個地級市2019年用水結(jié)構(gòu)的均衡度，得到萍鄉(xiāng)市均衡度最高（為0.773 8）。將其余各地級市的用水總量乘以萍鄉(xiāng)市的農(nóng)業(yè)用水占比，得到用水結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的農(nóng)業(yè)用水量，將其與工業(yè)用水、生活用水、生態(tài)用水相加，得到各地級市用水總量，并開展江西省各地級市水資源承載力評價，結(jié)果如圖6所示。調(diào)整用水結(jié)構(gòu)后，新余市由超載狀態(tài)變?yōu)榕R界狀態(tài)，宜春市仍呈超載狀態(tài)，其余城市均變?yōu)椴怀d狀態(tài)。

3.3 水資源承載力提升對策

（1） 大力提高水資源利用效率，全面推進節(jié)水型社會建設(shè)。江西省水資源利用效率處在較低水平，特別是萬元工業(yè)增加值用水量在長江經(jīng)濟帶11個省市中倒數(shù)第二大，遠高于長江經(jīng)濟帶平均水平。因此，江西省應(yīng)深入實施國家節(jié)水行動，進一步健全節(jié)水激勵約束機制，建立健全節(jié)水制度政策；嚴格取水許可審批工作，從源頭倒逼高耗水高污染企業(yè)開展節(jié)水工作；高質(zhì)量高標準推動節(jié)水型企業(yè)、節(jié)水型機關(guān)、節(jié)水型小區(qū)、節(jié)水型高校等節(jié)水型載體創(chuàng)建工作，倒逼用水方式向節(jié)約集約轉(zhuǎn)變。其中，九江、吉安、宜春3個地級市需要重點提高工業(yè)用水效率；景德鎮(zhèn)、萍鄉(xiāng)、新余、鷹潭、宜春、上饒6個地級市需要重點提高農(nóng)業(yè)用水效率；南昌、撫州2個地級市需要進一步提高水資源利用效益，增強全民節(jié)水意識。

（2） 強化水資源剛性約束，堅持“四水四定”原則，將經(jīng)濟社會發(fā)展規(guī)?？刂圃诤侠矸秶鷥?nèi)。江西省部分地級市農(nóng)業(yè)用水占比過高，因此需要調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，提高節(jié)水、高效作物種植面積，同時積極推廣先進節(jié)水灌溉技術(shù)，積極推進大中型灌區(qū)節(jié)水技術(shù)改造和配套設(shè)施建設(shè)。以水資源為剛性約束，制定國土空間規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，統(tǒng)籌生產(chǎn)、生活、生態(tài)用水，實施用水總量和用水強度“雙控”，努力實現(xiàn)水資源的合理開發(fā)、優(yōu)化配置、高效利用和有效保護。

4 結(jié) 論

本文采用風險矩陣評價和政策情景模擬相結(jié)合的方法，從水資源量質(zhì)耦合角度評價分析了江西省各地市級水資源承載狀況，探討了水資源承載能力提升對策和實施效果。

（1） 2019年江西省11個地市水質(zhì)要素承載狀況均為不超載，7個地市水量要素承載狀況為臨界狀態(tài)或者超載狀態(tài)，水資源承載力的短板體現(xiàn)在水量要素上。從空間分布來看，江西省水資源承載壓力呈現(xiàn)西北部最高、南部次之、東北部最低的分布。

（2） 江西省萬元GDP用水量、萬元工業(yè)增加值用水量在長江經(jīng)濟帶中處于高位，農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)處于低位，用水效率處于較低的水平；農(nóng)業(yè)用水占總用水量比例較大，處于長江經(jīng)濟帶第二高位。若適當提高用水效率，提高用水結(jié)構(gòu)均衡度，可有效提高江西省水資源承載力。

（3） 對水資源利用效率較低的豐水地區(qū)，適當提高農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生活用水效率，是提高地區(qū)水資源承載能力的有效手段；對用水總量控制紅線偏緊的豐水地區(qū)，強化水資源剛性約束，合理配置水資源，優(yōu)化調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，是提高地區(qū)水資源承載能力的迫切需求。

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（編輯：謝玲嫻）

Comprehensive evaluation on water resources quantity-quality coupling carrying capacity in Jiangxi Province and improvement strategies

CHEN Shu1，WANG Jinyu2，LEI Caixiu3，LI Qingqing1

（1.Water Resources Comprehensive Research Department，Changjiang River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China； 2.College of Urban and Environmental Science，Central China Normal University，Wuhan 430079，China； 3.Hubei Institute of Water Resources Survey and Design，Wuhan 430070，China）

Abstract：

In order to reasonably evaluate and improve the water resources carrying capacity of Jiangxi Province，the risk matrix method and policy scenario simulation method were coupled to evaluate the water resources carrying capacity of Jiangxi Province during 2015～2019 from the dual perspectives of water resources quantity and water quality.Based on the above research，the improvement path of water resources carrying capacity in Jiangxi Province was discussed through scenario simulation from two aspects of water use efficiency and water use structure.The results showed that the water resources carrying pressure in Jiangxi Province was relatively high in 2019，7 out of 11 cities were in a critical or overloaded state of water resources，and it showed a spatial distribution characteristics of the highest water resources carrying pressure in the northwest，followed by the south and the lowest in the northeast.Jiangxi Province had a lower water use efficiency in the Yangtze River Economic Belt.If the water use efficiency of Jiangxi Province is improved to the low water use efficiency level of the Yangtze River Economic Belt，the number of cities in a critical or overloaded state will be reduced to 2.The proportion of agricultural water use in Jiangxi Province is the second highest in the Yangtze River Economic Belt.If the equilibrium of water use structure is improved and the proportion of agricultural water consumption is reduced，the number of cities in a critical or overload state can also be reduced to 2.The research results can provide a realization path for improving the water resources carrying capacity of Jiangxi Province，and has certain practical significance for promoting the spatial balance of water resources and the high-quality economic and social development in Jiangxi Province.

Key words：

water resources carrying capacity；quantity-quality coupling；water use efficiency；water use structure；risk matrix；Jiangxi Province