基于熵權(quán)TOPSIS 模型的黑龍江省水資源承載力評(píng)價(jià)研究

崔麗影，錢 龍

（東北石油大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，黑龍江 大慶 163318）

水資源是人類賴以生存的自然資源，也是人類社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中不可替代的戰(zhàn)略資源，水資源承載力是評(píng)價(jià)地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的重要指標(biāo)，水資源的安全影響著地區(qū)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)及生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。隨著我國(guó)工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展及城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，水資源在各個(gè)領(lǐng)域得到了應(yīng)用，水資源短缺、水環(huán)境污染及水生態(tài)系統(tǒng)退化問(wèn)題等[1-2]也因此逐漸出現(xiàn)。黨的二十大報(bào)告強(qiáng)調(diào)，要統(tǒng)籌水資源、水環(huán)境、水生態(tài)治理。國(guó)家也出臺(tái)了一系列政策舉措以推進(jìn)水資源可持續(xù)發(fā)展，如《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定》《關(guān)于建立資源環(huán)境承載能力監(jiān)測(cè)預(yù)警長(zhǎng)效機(jī)制的若干意見(jiàn)》《地下水保護(hù)利用管理辦法》等，基于此，本文借鑒采用熵權(quán)TOPSIS 模型，構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，研究黑龍江省12 市水資源承載力，為黑龍江省水資源開(kāi)發(fā)利用及可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

黑龍江省總面積為4.73×105km2，地處我國(guó)東北部，處在松花江、黑龍江、烏蘇里江、綏芬河四大水系組成的流域，氣候以溫帶季風(fēng)氣候?yàn)橹鳌?021 年，全省GDP 為14 858.2 億元，總?cè)丝诩s為3 125 萬(wàn)人，人口自然增長(zhǎng)率為-5.11‰，城鎮(zhèn)化率為65.7%，森林覆蓋率為43.8%，平均年降水量647.7 mm，水資源總量1 196.28億m3，地表水資源量1 020.53 億m3，地下水資源量362.70 億m3，全省用水量達(dá)324.37 億m3，水資源利用率為27.11%。作為我國(guó)的農(nóng)業(yè)大省和重要的糧食生產(chǎn)基地，農(nóng)業(yè)灌溉大量耗用地下水資源，結(jié)合黑龍江省獨(dú)特地形和地勢(shì)特征，水資源存在時(shí)空分布不均、年內(nèi)年際變化較大及開(kāi)發(fā)利用不合理等問(wèn)題。

2 研究設(shè)計(jì)

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建及數(shù)據(jù)來(lái)源

本文以黑龍江省為研究對(duì)象，參考現(xiàn)有文獻(xiàn)研究[3-5]的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了包含水資源、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)環(huán)境4 個(gè)子系統(tǒng)共20 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)在內(nèi)的水資源承載力評(píng)價(jià)體系（見(jiàn)表1），對(duì)黑龍江省12 市的水資源承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。研究數(shù)據(jù)主要來(lái)自于2013—2021 年《黑龍江省統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國(guó)城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒》、黑龍江省水資源公報(bào)、各市統(tǒng)計(jì)年鑒及國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)等，缺失數(shù)據(jù)采用插值法處理。

表1 黑龍江省水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.2 熵權(quán)-TOPSIS 模型

熵權(quán)法依據(jù)樣本數(shù)據(jù)的離散程度確定指標(biāo)權(quán)重，TOPSIS 模型通過(guò)測(cè)度各評(píng)價(jià)單元與正理想解、負(fù)理想解之間的距離進(jìn)行排序，如果評(píng)價(jià)單元距離正理想解最近且距離負(fù)理想解最遠(yuǎn)，則為最優(yōu)，否則不是最優(yōu)。熵權(quán)TOPSIS 的步驟如下。

1）度量指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理。根據(jù)指標(biāo)指向性不同，進(jìn)行統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化處理公式，如式（1）和（2），式中i，j分別表示年份與第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，dij為標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)值。

2）計(jì)算第i年第j個(gè)承載力指標(biāo)所占該指標(biāo)的比重。

3）計(jì)算指標(biāo)的信息熵ej和冗余值fj，其中k=1/lnm。

4）計(jì)算指標(biāo)的熵權(quán)。

6）計(jì)算貼近度。Ci表示在第i個(gè)年份水資源承載力的大小，0≤Ci≤1，得分越高表示水資源承載力表現(xiàn)越好，得分越低則水資源承載力表現(xiàn)較差。

為了更直觀評(píng)價(jià)黑龍江省12 市水資源承載力的差異，本文將貼近度劃分為5 個(gè)等級(jí)：0≤Ci＜0.2 為警戒，0.2≤Ci＜0.4 為低級(jí)，0.4≤Ci＜0.6 為中級(jí)，0.6≤Ci＜0.8 為良好，0.8≤Ci＜1 為高級(jí)，不同等級(jí)表示水資源承載力的不同水平及人類活動(dòng)與水資源協(xié)調(diào)發(fā)展情況。

3 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

3.1 水資源承載力的綜合評(píng)價(jià)分析

黑龍江省12 市2013—2020 年水資源承載力的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表2。結(jié)果表明：①整體上，黑龍江省水資源承載力處于低級(jí)等級(jí)。一方面，黑龍江省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)未得到全面優(yōu)化，大部分地區(qū)以第一產(chǎn)業(yè)和第二產(chǎn)業(yè)為主，而2 個(gè)產(chǎn)業(yè)用水量占總用水量的90%以上，此外，黑龍江省城市污水處理率較低，2019 年居全國(guó)末位；另一方面，黑龍江省水資源開(kāi)發(fā)利用不合理也是使水資源承載力處于低級(jí)水平的原因，如黑河和伊春水資源總量豐富，2015—2020 年平均水資源開(kāi)發(fā)利用率卻不到0.5%。②從地區(qū)角度分析，哈爾濱由2013 年中級(jí)過(guò)渡為2020 年良好等級(jí)，齊齊哈爾及牡丹江水資源承載力雖處低級(jí)等級(jí)但持續(xù)增長(zhǎng)，大慶由2013 年中級(jí)滑為2015 年低級(jí)等級(jí)，此后保持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，其他地區(qū)水資源承載力雖處低級(jí)或警戒等級(jí)，但也逐年遞增。③黑龍江省水資源承載力存在明顯的空間差異，研究期間內(nèi)，齊齊哈爾水資源承載力提升較快，這主要與近年來(lái)《非居民用水超定額超計(jì)劃累進(jìn)加價(jià)制度》的有序?qū)嵤?，用水在線計(jì)量體系及用水單位的重點(diǎn)監(jiān)管等有關(guān)，大慶水資源承載力排名下降但仍處于省內(nèi)前列，大慶的經(jīng)濟(jì)發(fā)展依賴石油等能源的生產(chǎn)與消費(fèi)，進(jìn)而帶來(lái)了較高的耗水量和污水排放量，用水壓力大，水資源承載力下降。

表2 黑龍江省各地區(qū)水資源承載力評(píng)價(jià)結(jié)果

3.2 水資源承載力的子系統(tǒng)分析

黑龍江省2020 年各地區(qū)各子系統(tǒng)的評(píng)價(jià)值如圖1 所示。從水資源子系統(tǒng)分析，牡丹江、黑河、齊齊哈爾3 座城市的水資源子系統(tǒng)承載力超過(guò)0.6；而大慶最低，小于0.2，大慶地區(qū)傳統(tǒng)能源生產(chǎn)對(duì)水資源產(chǎn)生大量消耗和污染，進(jìn)而導(dǎo)致水資源供需問(wèn)題。從社會(huì)子系統(tǒng)分析，哈爾濱的評(píng)價(jià)值最高，在0.6 以上；綏化的評(píng)價(jià)值最低，小于0.2，綏化地區(qū)人口平均數(shù)在黑龍江省位居前列，且人均日生活用水量居高，對(duì)有限的水資源產(chǎn)生較大壓力。從經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)分析，大慶的評(píng)價(jià)值最高，在0.4 以上；伊春的評(píng)價(jià)值最低，小于0.1，伊春人均GDP 較低且萬(wàn)元GDP 耗水量居高，水資源利用率低。從生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)分析，哈爾濱的評(píng)價(jià)值最高，達(dá)0.9 以上；牡丹江、鶴崗、雙鴨山、七臺(tái)河、伊春和黑河的評(píng)價(jià)值較低，小于0.2；哈爾濱全面實(shí)施生態(tài)環(huán)境分區(qū)治理，落實(shí)“三線一單”措施，加強(qiáng)水環(huán)境治理，對(duì)水資源承載力的影響也較大。綜合來(lái)看，對(duì)黑龍江省水資源承載力貢獻(xiàn)最大的系統(tǒng)為水資源子系統(tǒng)，其余依次為社會(huì)子系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)。究其原因，黑龍江省水資源相對(duì)豐富，水資源總量及水庫(kù)容量對(duì)水資源子系統(tǒng)的影響較大，進(jìn)而對(duì)水資源綜合承載力具有較大貢獻(xiàn)；黑龍江省作為農(nóng)業(yè)大省和東北老工業(yè)基地之一，農(nóng)業(yè)產(chǎn)值密度較高，農(nóng)業(yè)灌溉耗水量較大，工業(yè)生產(chǎn)耗水及污水排放量較多，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展一定程度上對(duì)水資源產(chǎn)生了壓力，降低了水資源承載力。

圖1 黑龍江省12 市2020 年各子系統(tǒng)水資源承載力評(píng)價(jià)結(jié)果

4 結(jié)論

本文對(duì)2013—2020 年黑龍江省水資源承載力進(jìn)行分析，結(jié)果表明：①?gòu)恼w上看，黑龍江省水資源承載力呈緩慢上升趨勢(shì)，處于較差等級(jí)，主要與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)未得到全面優(yōu)化、水資源開(kāi)發(fā)利用不合理及污水處理率低有關(guān)；各地區(qū)的水資源承載力均呈上升趨勢(shì)，但省際間存在差異。②從各個(gè)子系統(tǒng)來(lái)看，黑龍江省4 個(gè)子系統(tǒng)的承載力均呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，但水資源子系統(tǒng)承載力高于社會(huì)子系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)；各地區(qū)子系統(tǒng)水資源承載力均也呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)狀態(tài)，但評(píng)價(jià)值存在差異性。