鄭 煒

(河海大學(xué) 商學(xué)院， 江蘇 南京 210000)

1 研究背景

水資源的安全隸屬于資源安全領(lǐng)域，能夠影響區(qū)域中的環(huán)境資源的可持續(xù)利用。工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加快，使各大產(chǎn)業(yè)對水資源的需求逐漸上升，導(dǎo)致我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水生態(tài)保護(hù)之間的矛盾日益加劇。推動人類與水資源系統(tǒng)安全，不僅能為人民的生產(chǎn)和生活創(chuàng)造青山綠水的美麗環(huán)境，而且也能為實現(xiàn)中華民族的永續(xù)發(fā)展、全球生態(tài)文明建設(shè)作出重要貢獻(xiàn)。

近幾年對水資源安全研究，從研究內(nèi)容上看，主要有張蕾[1]從資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會等方面進(jìn)行討論；楊振華等[2]建立了基于需水、缺水、承載、生態(tài)、響應(yīng)框架的水資源安全評價模型；聶靖璇等[3]從消費(fèi)水平及供給水平兩部分進(jìn)行討論；謝開杰等[4]從水資源與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)調(diào)度與水質(zhì)量的關(guān)系進(jìn)行研究；宋培爭等[5]在PSR模型的基礎(chǔ)上構(gòu)建區(qū)域水資源的定量評價體系；邵駿等[6]、王群等[7]以水貧乏指數(shù)作為評估水資源安全的指標(biāo)。從評價具體模型方法上看，主要有層次分析、主成分分析、模糊綜合評判、投影尋蹤等[8-14]各種方法都有其優(yōu)缺點，而運(yùn)用三角模型對水安全的評價研究較為缺乏。本研究在使用三角模型的基礎(chǔ)上分析了廣州市2010-2016年間水資源安全的有關(guān)數(shù)據(jù)，從水資源健康安全、水資源發(fā)展安全和水資源保障安全3方面內(nèi)容搭建指標(biāo)體系并對廣州市的水資源狀況進(jìn)行動態(tài)評價。

2 廣州市概況與數(shù)據(jù)來源

2.1 廣州市概況

廣州市位于廣東省中南部，坐落于三江交會處，地處珠三角圈中心，毗鄰澳門、香港等國際化大都市。廣州憑借其優(yōu)良的地理條件和快速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與北京、上海、深圳并列4大一線城市，廣州市兩千多年來一直是華南平原上的政治、文化中心。但是，在工業(yè)化進(jìn)程中忽視了對水資源安全的負(fù)面影響，損害了其可持續(xù)性，給水資源帶來了不可挽回的破壞。近幾年，廣州市大力推動生態(tài)文明建設(shè)工作，通過生態(tài)恢復(fù)、水體整治等方式來改善第一、二產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)條件。2010-2016年，廣州市城鎮(zhèn)污水處理率提升到了93.22%，城市人均綠地面積提高到了21.82 m2，人均水資源量上漲到655.13 m3，人均GDP也上升到136 188元。廣州市2015年末常住人口達(dá)到1404.35×104人，城鎮(zhèn)化率為86.06%，城鎮(zhèn)失業(yè)率為2.1%，當(dāng)?shù)厮Y源環(huán)境也在人口的迅速增加的影響下逐漸惡化。

2.2 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)主要來源于2010-2016年《廣州市統(tǒng)計年鑒》、《廣州市水資源公報》、《廣東省水資源公報》以及廣州市水務(wù)局所提供資料。

3 研究方法

3.1 三角模型概述

三角模型原為美國農(nóng)業(yè)部所采用的評價方法，后被環(huán)境科學(xué)及區(qū)域經(jīng)濟(jì)學(xué)所采用[15]。水資源安全系統(tǒng)是由自然-社會-經(jīng)濟(jì)組成的復(fù)合系統(tǒng)，本文選擇水資源健康安全(WH)、水資源發(fā)展安全(WD)和水資源保障安全(WS)3組互相關(guān)聯(lián)的指標(biāo)，選用等邊三角形的圖示并將X，Y和Z軸進(jìn)行5等分，如圖1。X，Y和Z軸分別為水資源發(fā)展安全(WD)、水資源健康安全(WH)和水資源保障安全(WS)。最后，通過該三角模型來對當(dāng)?shù)厮Y源的安全情況和變化趨向進(jìn)行定量評價。

分區(qū)指標(biāo)數(shù)值范圍WHWSWD相對指數(shù)值WHWSWD水資源安全I(xiàn)0.8～1.00～0.20～0.2極大極小極小極安全I(xiàn)I0.6～0.80～0.40～0.4大極小-小極小-小安全I(xiàn)II0.4～0.60～0.60～0.6中極小-中極小-中一般安全I(xiàn)V0.2～0.40～0.80～0.8小極小-大極小-大不安全V0～0.20～1.00～1.0極小極小-極大極小-極大極不安全

根據(jù)3組指標(biāo)的變化指數(shù)，在圖1所示的三角形中分劃出I - V表示在1年中水資源5個區(qū)安全狀況(另見表1)，并經(jīng)過計算，通過位置點所在的區(qū)域來表示水資源安全的狀況。圖1中三角形頂部的深色區(qū)域表示水資源極安全，下方較深區(qū)域表示安全，中間表示一般安全，中下部較淺區(qū)域表示不安全，最底部白色區(qū)域表示極不安全。

與此同時，相鄰年份間的數(shù)據(jù)會因為3組數(shù)據(jù)的變動而相應(yīng)的產(chǎn)生變化。圖1中T7作始點，水平向右為0°(360°)，每區(qū)60°，共6個區(qū)域，并將相鄰年份點的連線定位于其中。則T1-T7分別表示水資源安全相對趨勢[16](另見表2)。

表2 水資源安全相對安全趨勢表

3.2 構(gòu)建評價指標(biāo)體系

根據(jù)三角模型中3組指數(shù)不同的偏重，在水資源安全結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上構(gòu)建評價指標(biāo)體系。在系統(tǒng)的構(gòu)建過程中，評價指標(biāo)的選取除了要結(jié)合水資源環(huán)境現(xiàn)狀外，還要求涉及到人類活動等對水資源安全能夠產(chǎn)生重大影響的因素。因此，根據(jù)廣州市水資源健康條件以及發(fā)展?fàn)顩r等16個指標(biāo)，在構(gòu)建健康-發(fā)展-保障模型的基礎(chǔ)上構(gòu)建指標(biāo)評價體系如表3所示。其中，水資源健康安全主要涵蓋城市人均水資源量、地表水資源量、地下水資源量、城市人均公園綠地面積和森林覆蓋率5個指標(biāo)，用以衡量地區(qū)健康環(huán)境條件對水資源安全的影響；水資源發(fā)展安全主要包括人均GDP、居民可支配收入、人均消費(fèi)支出、三產(chǎn)總產(chǎn)值比例、城市化率和城鎮(zhèn)登記失業(yè)率6個指標(biāo)，用以表征地區(qū)發(fā)展生產(chǎn)狀況對水資源安全的影響；水資源保障安全主要包括萬元GDP用水量、萬元工業(yè)增加值用水量、工業(yè)污水排放量、城鎮(zhèn)生活污水排放量和城鎮(zhèn)污水處理率5個指標(biāo)，用以展示地區(qū)保障生活條件對水安全帶來的影響。

3.3 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

以極差法[17]對數(shù)據(jù)無量綱化。正、負(fù)向安全趨勢指標(biāo)的計算公式為(1)與(2)：

yij=(xij-xjmin)/(xjmax-xjmin)

(1)

yij=(xjmax-xij)/(xjmax-xjmin)

(2)

式中：xij為某一時段i第j個指標(biāo)原始值；yij為指標(biāo)原始值的標(biāo)準(zhǔn)化值；xjmin為指標(biāo)最小值；xjmax為指標(biāo)最大值。

3.4 權(quán)重確定

為了使權(quán)重具有客觀性，以熵權(quán)法[18]運(yùn)算權(quán)重。令Fij為j項指標(biāo)下第i個被評價的指標(biāo)比重，其計算公式為：

(3)

式中：n為研究期，此次研究中為6；j為指標(biāo)個數(shù)，此次研究中為16。

令ej為j項熵值，其計算公式為：

(4)

式中：k=1/lnm；若Fij=0，則lnFij=0。

令wj為j項熵值，其計算公式為：

(5)

指標(biāo)的信息熵與指標(biāo)值的變異程度和信息量呈反相關(guān)。根據(jù)上述公式得出各項評價指標(biāo)的權(quán)重(表3)。

表3 水資源安全評價指標(biāo)體系及權(quán)重

3.5 綜合指數(shù)

計算出指標(biāo)權(quán)重后，利用加權(quán)平均的方法分別得出廣州市2010-2016年水資源健康安全(WH)、水資源保障安全(WS)和水資源發(fā)展安全(WD)3個指數(shù)，其計算公式分別如下：

(6)

(7)

(8)

式中：i=1，2，3，4，5，6，7分別表示2010-2016年。

若水資源健康安全(WH)指數(shù)越大，水資源保障安全(WS)和水資源發(fā)展安全(WD)指數(shù)越小，則表示水資源安全情況越優(yōu)。

3.6 因子影響

挑選出廣州市水資源安全評價指標(biāo)體系中影響最大的因子，共計算公式為：

Li=wi·[1-P(bi)]

(9)

式中：Li為影響度；wi為權(quán)重；P(bi)為安全指數(shù)。

由式(9)求得各因子影響程度，再排序后獲得產(chǎn)生最大影響的因子。

4 結(jié)果與分析

由上述公式運(yùn)算，求得廣州市2010-2016年水資源安全指數(shù)狀態(tài)變化與數(shù)值見圖2。

圖2 廣州市2010-2016年水資源安全指數(shù)變化

由圖2可以看出廣州市水資源健康安全(WH)指數(shù)呈逐年穩(wěn)定增加態(tài)勢。由于完善分片聯(lián)網(wǎng)、統(tǒng)一供水的水廠布局，構(gòu)建高效、 靈活的應(yīng)急調(diào)度體系和應(yīng)急預(yù)案，全面提升廣州市的供水保障能力。具體指標(biāo)為：供水水源保證率達(dá)97%，供水水源水質(zhì)合格率全年達(dá)100%，居民生活應(yīng)急供水保證率逐步提高。推進(jìn)水環(huán)境質(zhì)量持續(xù)好轉(zhuǎn)，對東江、西江、北江和韓江飲用水源河道采取優(yōu)先保護(hù)措施，對河道領(lǐng)域內(nèi)的產(chǎn)業(yè)、建設(shè)和發(fā)展格局進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

水資源保障安全(WS)指數(shù)除呈穩(wěn)定微增長態(tài)勢，說明地區(qū)保障生活條件對水資源安全的影響比較穩(wěn)定。目前全市供水水源水質(zhì)、水量維持穩(wěn)定達(dá)標(biāo)；應(yīng)急狀態(tài)下，居民生活用水保障率達(dá)90%；再生水直接利用率達(dá)到城市污水排放量的30%，中心區(qū)及周邊工業(yè)園區(qū)中水利用量達(dá)2×108m3。廣州市在水資源管理方面加強(qiáng)了對水資源的合理配置，強(qiáng)化了節(jié)水，將用水總量、用水效率、入河湖排污總量嚴(yán)格控制在紅線以內(nèi)，使經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展與水資源更為協(xié)調(diào)。

水資源發(fā)展安全(WD)指數(shù)呈現(xiàn)規(guī)律性增長態(tài)勢。第一，新增水源區(qū)需要受到相關(guān)的保護(hù)，這將限制水源保護(hù)區(qū)域內(nèi)社會、土地和水資源的利用，也會對部分河道的水資源產(chǎn)業(yè)影響，這是因為新增的水源地相對于原有水源地的水資源消耗能力會比較高。但與此同時，對水源開發(fā)的約束也會使得供水保證率和水資源的開發(fā)利用程度得到提高；第二，取消的水源是基于水源的水文、水環(huán)境特征的考慮，認(rèn)為不適合作為常規(guī)供水水源或備用水源的河流水庫，不再作為供水水源點，對取消的水源的綜合治理力度會隨著對水資源保護(hù)措施的實施和管理的深入而不斷加強(qiáng)。因此，取消水源方案對廣州市供水體系的完善具有顯著的效果但同時又不會給環(huán)境帶來太大的壓力；第三，水資源配置工程的作用主要是提高供水源頭水系的水資源利用率和受水區(qū)的供水保證率，對社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供有力支撐；對供水區(qū)的水文情勢、水環(huán)境容量、下游供水戶產(chǎn)生一定影響。

4.1 水資源安全狀態(tài)分析

在圖2廣州市2010-2016年的水資源安全評價指數(shù)的基礎(chǔ)上得出的水資源安全狀態(tài)三角模型見圖3。

圖3 水資源安全狀態(tài)

從圖3可以看出，廣州市水資源安全狀況在2010-2016年間均處于安全到極安全的區(qū)間中。同時由于城市工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，WS值從2010年開始有逐年下降的趨勢，但仍舊處于較高的水平；WD值受大規(guī)模的工業(yè)的影響也在相對較高的區(qū)間內(nèi)保持波動狀態(tài)；WH值持續(xù)上升，這是由于廣州市的第二和第三產(chǎn)業(yè)在這個時期內(nèi)帶動廣州市的經(jīng)濟(jì)水平快速上升。綜合起來，廣州市水資源安全處于較安全狀態(tài)。

4.2 水資源安全趨勢分析

由圖3和表2可總結(jié)出廣州市水資源安全的趨勢：2010-2011年，為T2狀態(tài)(很穩(wěn)定)，WH值增大，WD值減小，WS值減小；2011-2012年，為T3狀態(tài)(較為穩(wěn)定)，WH值增大，WD值增大，WS值減?。?012-2013年，為T1狀態(tài)(較為穩(wěn)定)，WH值增大，WD值減小，WS值增大；2013-2014年，為T3狀態(tài)(較為穩(wěn)定)，WH值增大，WD值增大，WS值減小?？梢员砻髟谘芯砍跗趶V州市的水資源處于不安全狀態(tài)，水資源狀況也未能得到重視，隨著時間的推移，逐漸向較不安全狀態(tài)轉(zhuǎn)變。雖然廣州市整體采用先發(fā)展后治理的模式，但經(jīng)濟(jì)水平的提高使得廣州市常規(guī)供水水源與應(yīng)急備用水源在污染排放的壓力下，可能有逐漸惡化的趨勢，隨著治污力度的不斷加大和治污工程的不斷落實，水污染物排放將控制在環(huán)境容量允許的范圍內(nèi)，區(qū)域環(huán)境狀況才能逐漸有所好轉(zhuǎn)。因此，水資源的整體安全狀況仍需一段時間的改善。

4.3 主要影響因子分析

由因子影響計算求得各指標(biāo)的影響度，如表4所示。從表4中挑選出研究期間影響度大于等于0.6(中位數(shù))的指標(biāo)，分別為人均水資源量、地下水資源量、水發(fā)展層中的人均GDP、居民可支配收入、三產(chǎn)總產(chǎn)值比例、城市化率、工業(yè)污水排放量、城鎮(zhèn)生活污水排放量、城鎮(zhèn)污水處理率，共9個主要影響因子。

上述9個影響因子因為代表性強(qiáng)和影響程度大，故可以按照權(quán)重和影響度劃分為3種類型：一是影響因子權(quán)重和影響度屬較高的水平，且差值不大；二是影響度不大但影響因子所占權(quán)重較大，且差值也較大；三是影響度和權(quán)重都偏小，且差值不大，如圖4所示。因為權(quán)重以及影響度的數(shù)值偏小，無法在圖中比較兩者差值，所以采用差值取對數(shù)獲差值指數(shù)，求得不同影響因子的影響程度。如圖4所示，X軸為影響因子，Y軸為差值指數(shù)和差值水平，Z軸為權(quán)重及其影響度。

根據(jù)劃分規(guī)則，居民可支配收入、三產(chǎn)總產(chǎn)值比例以及城市化率3個指標(biāo)的影響度最大。說明如果要處理好水資源安全預(yù)警必須合理部署好這3個指標(biāo)的監(jiān)控措施；同時三產(chǎn)總產(chǎn)值比例以及城鎮(zhèn)污水處理率和水資源安全密不可分，應(yīng)維持現(xiàn)有狀態(tài)；其次人均水資源量、地下水資源量、水資源發(fā)展層中的人均GDP、工業(yè)污水排放量、城鎮(zhèn)生活污水排放量對水資源安全的影響作用較小，適當(dāng)予以關(guān)注即可。

表4 2010-2016年各指標(biāo)影響度

圖4 9個主要影響指標(biāo)的權(quán)重、影響度及差值比較

5 結(jié)論與討論

圍繞三角模型理論，運(yùn)用熵權(quán)法對廣州市2010-2016年的水資源安全狀況進(jìn)行評價，并對其區(qū)域隨時間變化的發(fā)展趨向進(jìn)行分析。結(jié)論：廣州市水資源自2011年起整體處于安全狀態(tài)并有向不安全狀態(tài)轉(zhuǎn)變的趨勢。從3組指數(shù)來看，廣州市水資源健康安全以持久的高速增長為主；水資源保障安全緩慢降低；水資源發(fā)展安全逐漸升高。反映出廣州市經(jīng)濟(jì)發(fā)展處于良好的狀態(tài)，也表明廣州市水資源安全逐漸進(jìn)入不斷改善的狀態(tài)，但要保障資源環(huán)境的合理性還需要進(jìn)一步采取措施。

從廣州市水資源安全的評價結(jié)果中發(fā)現(xiàn)：廣州市地區(qū)生產(chǎn)總值(GDP)對水資源的依賴性較大，萬元GDP耗水量為29.6 m3，按照廣州市的產(chǎn)業(yè)布局，絕大部分屬于第三產(chǎn)業(yè)，在出現(xiàn)供水不穩(wěn)定的情況下，若無備用應(yīng)急供水及時補(bǔ)充，對其直接經(jīng)濟(jì)影響非常大，將影響全市的經(jīng)濟(jì)總量和經(jīng)濟(jì)增長速度。隨著廣州市國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速的發(fā)展和人口的快速增加，導(dǎo)致對區(qū)域環(huán)境資源的需求量和消耗能力逐年增大。要保證區(qū)域社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展，最需要迫切解決的就是本區(qū)域經(jīng)濟(jì)和人口增加對水資源的數(shù)量和質(zhì)量需求的問題。目前廣州市污水處理系統(tǒng)已經(jīng)在扭轉(zhuǎn)區(qū)域水環(huán)境污染、改善主要河段水質(zhì)上做出了較大的貢獻(xiàn)，但其規(guī)模、服務(wù)范圍和處理量尚無法滿足日益增多的城市污水量。除中心城區(qū)外，各鎮(zhèn)區(qū)特別是在“城中村”區(qū)域中，基本上采用雨水污水合流排放或者明渠排放的形式，使得許多魚塘和河道受到污水的污染。因此，若不加強(qiáng)規(guī)劃和建設(shè)廣州市區(qū)的污水收集和處理系統(tǒng)，將會導(dǎo)致區(qū)域河段水質(zhì)現(xiàn)狀進(jìn)一步惡化，而由于水質(zhì)惡化帶來的一系列誘發(fā)環(huán)境問題和水生態(tài)環(huán)境惡化問題，最終會影響到區(qū)域整體水環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。因此根據(jù)影響因子分析結(jié)果，未來廣州市應(yīng)該建立用水總量控制和定額管理制度，落實最嚴(yán)格水資源管理制度“三條紅線”要求，加強(qiáng)對廣州市各區(qū)市的用水總量和定額管理；加強(qiáng)對區(qū)域土地利用的規(guī)劃控制，加大低耗水產(chǎn)業(yè)比重，提高循環(huán)經(jīng)濟(jì)水平，限制高耗水產(chǎn)業(yè)發(fā)展，從根本上扭轉(zhuǎn)對水資源的高度依賴，減輕水資源利用壓力；優(yōu)先滿足生活、生態(tài)用水，合理利用水能資源，科學(xué)確定取水規(guī)模，避免不合理的水資源開發(fā)利用帶來的生態(tài)環(huán)境問題；建立水源地水質(zhì)保護(hù)機(jī)構(gòu)并完善保護(hù)目標(biāo)責(zé)任制和考核辦法，明確管理機(jī)構(gòu)與職責(zé)；加大執(zhí)法力度，強(qiáng)化取水許可管理，實施排污許可制度；加大城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施建設(shè)，強(qiáng)化管網(wǎng)的配套建設(shè)，提高污水處理水平；建議主管部門針對調(diào)水工程開展生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制的專項研究，在總結(jié)東江流域生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制以及國內(nèi)外調(diào)水工程生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制成功經(jīng)驗的基礎(chǔ)上制定珠三角水資源配置工程生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制，以加強(qiáng)對調(diào)水水質(zhì)安全的保障。