劉 芳，梁紅軍

（1.石河子大學經濟與管理學院，新疆石河子832003；2.石河子大學馬克思主義學院，新疆石河子832003）

一、引言

水資源是區(qū)域生態(tài)環(huán)境改善、生態(tài)服務產品供給、社會經濟活動承載、人類文明演化的基礎和核心元素。水資源的空間分配、產業(yè)分配和功能分配的有效性影響著區(qū)域經濟、社會和人口發(fā)展的協(xié)調性和穩(wěn)定性。黨中央歷來重視生態(tài)文明建設，“綠水青山就是金山銀山”已經成為全國人民發(fā)展現代經濟、創(chuàng)造美好生活的新理念。新疆生產建設兵團（以下簡稱兵團）地處西北干旱區(qū)，肩負著屯墾戍邊和維穩(wěn)戍邊的重要使命，是新疆實現社會穩(wěn)定和長久治安總目標的重要力量，同時也是邊疆生態(tài)文明建設的重要力量。水資源是兵團發(fā)展各項事業(yè)的基礎性、戰(zhàn)略性資源，經過六十多年的發(fā)展，兵團人興修水利、開墾荒地，形成了一個個田陌連片、渠系縱橫、林帶成網、道路暢通的綠洲生態(tài)網格。然而，在兵團社會經濟快速發(fā)展過程中，水資源利用仍存在產業(yè)分配失調、利用效率較低、水環(huán)境污染管控遲滯、生態(tài)用水無法持續(xù)保障等一系列問題，不僅直接制約水資源的生態(tài)承載容量，而且間接引致兵團南北區(qū)域發(fā)展不平衡、邊境團場農戶貧弱等諸多經濟、社會問題。為促進兵團資源、經濟、社會和人口可持續(xù)發(fā)展，充分發(fā)揮水資源要素供給與生態(tài)調節(jié)作用，維護和保障水資源生態(tài)安全是必由之路、迫切之需。因此，本文研究兵團水資源生態(tài)安全這一問題，對于推進兵團屯墾戍邊和維穩(wěn)戍邊事業(yè)發(fā)展，確保邊疆安全穩(wěn)定具有重要的學術價值和實踐意義。

國內外眾多學者分別從不同角度、不同側面圍繞水資源生態(tài)安全進行了研究。國外研究側重水生態(tài)系統(tǒng)風險評估[1-2]、水環(huán)境管理制度優(yōu)化[3]、水權市場建設[4]、水污染原因追溯及水污染治理技術創(chuàng)新[5-6]等方面；而國內研究內容主要涉及流域水生態(tài)承載力評估[7-8]、基于水生態(tài)承載力的產業(yè)結構優(yōu)化[9]、水資源約束下城鎮(zhèn)發(fā)展[10]、多元驅動的水資源優(yōu)化利用[11]等，研究方法因學科而異，表現為多樣性，如均方差—TOPSIS[12]、遺傳投影尋蹤法[13]、模糊綜合評價法[14]、PSR模型[15]、系統(tǒng)動力學模型[16]等，研究成果對于促進兵團水資源生態(tài)環(huán)境改善具有一定借鑒意義。國內研究較多以全國、省域或流域為研究對象，側重水生態(tài)安全狀況結果的判定，而對西北干旱區(qū)，特別是綠洲水資源生態(tài)安全的評價及影響因素研究較少，缺乏對綠洲水生態(tài)安全關鍵制約因素的判定與解釋，相關政策的實踐指導作用較弱。為此，本文以兵團為例，運用P（壓力）-S（狀態(tài)）-R（響應）模型和熵值法綜合產業(yè)、城鎮(zhèn)和人口因素構建水資源生態(tài)安全指標體系，對兵團2009—2016年間的水資源生態(tài)安全狀況進行評估、辨識警情，結合障礙度分析法剖析影響水資源生態(tài)安全的制約因素，以期為兵團制定科學水資源保護與利用政策、提升水資源生態(tài)安全水平、促進兵團屯墾戍邊和維穩(wěn)戍邊事業(yè)發(fā)展，提供學術依據和理論參考。

二、研究區(qū)域與研究方法

（一）研究區(qū)域概況

兵團下轄14個師，178個農牧團場，地處東經73°40′～96°23′，北緯34°25′～49°10′之間，土地面積為7.06萬km2，占新疆總面積的4.24%，屬典型的大陸性干旱氣候。兵團境內有伊犁河、瑪納斯河、塔里木河等400多條河流經過。2016年末人口283.41萬，城鎮(zhèn)化率達66%，三大產業(yè)對經濟貢獻率分別為14.5%、51.4%和34.1%。據《兵團水利年報》數據統(tǒng)計，2016年兵團農業(yè)灌溉、工業(yè)生產、城鄉(xiāng)生活、生態(tài)環(huán)境用水量分別達到107.42億m3、3.34億m3、2.19億m3、13.26億m3。

（二）研究方法

1.水資源生態(tài)安全評價指標體系構建

PSR模型最早由加拿大學者于1979年提出，用于探討人口發(fā)展與資源消耗、環(huán)境變化之間的動態(tài)關系及相互影響。目前，兵團眾多團場發(fā)展面臨水資源緊缺、水生態(tài)負載重等環(huán)境約束。本文以PSR理論為指導，從壓力、狀態(tài)、響應三方面構建。包含準則層、指數層、指標層3個層次、25個單項指標的水資源生態(tài)安全綜合評估指標體系（見表1)。其中，水資源壓力來源于經濟增長、三產用水和人口增長等方面，狀態(tài)表現為水資源經消耗、使用后的存量狀態(tài)以及支持社會經濟發(fā)展得到經濟產出結果和生態(tài)污染結果，響應則是人們?yōu)榱烁纳扑Y源環(huán)境、緩解水資源壓力而采取的政策與措施。文中研究數據主要來源于《新疆生產建設兵團統(tǒng)計年鑒（2010—2017年）》《新疆統(tǒng)計年鑒（2010—2017年）》《新疆水資源公報（2010—2017年）》及《兵團水利年報》，部分指標數據通過年鑒基礎數據計算轉換取得。

2.指標權重的確定

熵值法是根據指標在各被評價對象之間的差異大小，即分辨能力大小來確定權重，計算簡單、應用廣泛，對原始數據利用比較充分，信息損失少。本文采用熵值法來確定評價指標權重，并結合相關專家建議和兵團情況適當調整權重，以提高評價質量。熵值法具體步驟如下：

（1）數據標準化處理。為消除指標量綱差異對評價結果的影響，進行指標標準化轉換：

式中，X*ij為指標的標準化值，Xij為第i師的第j項指標原值,Xmax為所有師的第j項指標的最大值,Xmin為所有師的第j項指標的最小值。正向指標的標準化選用前者，逆向指標的標準化選后者。

（2）構建比重矩陣。計算第i師的第j項指標比重Yij,建立數據比重矩陣

（3）計算指標信息熵值和信息效用值。式中,ej是熵值，K為常數,K=1/(ln(m))；dj是信息效用值。

（4）計算指標權重。權重越大，對評價結果貢獻越大，第j項指標的權重為：

（5）采用加權求和公式計算第i師水資源生態(tài)安全綜合評價值U，U越大表明水資源生態(tài)安全狀況越好；m為指標個數。權重計算結果見表1。

表1 兵團水資源生態(tài)安全評價指標體系

3.水資源生態(tài)安全級別及預警評判標準

為科學辨識、把握兵團水資源生態(tài)安全狀況及演化趨勢，并進行有效預警，結合已有生態(tài)安全預警研究成果，設置5級評判標準（見表2）。

表2 水資源資源生態(tài)安全級別及預警標準評判表

三、兵團水資源生態(tài)安全結果分析

兵團整體及各師水資源生態(tài)安全狀況評價結果分析如下。

（一）整體態(tài)勢評價

兵團水資源生態(tài)安全特征（見表3）及其原因可總結為以下三個方面：

1.多年水資源生態(tài)安全級別較低。2009—2014年間，兵團水資源生態(tài)一直處于“較不安全”和“敏感”階段，警情由橙色預警向黃色預警過渡，水資源生態(tài)環(huán)境較差，社會經濟、城鎮(zhèn)人口的發(fā)展遠遠超過水資源承載能力。主要原因是：隨著人口的增長和城鎮(zhèn)化水平的提高，人均用水量、工業(yè)污水排放量和城鎮(zhèn)居民生活污水排放量也隨之增長，水資源生態(tài)系統(tǒng)壓力倍增。

2.水資源生態(tài)安全整體呈趨好態(tài)勢。2015年是兵團水資源生態(tài)安全級別轉變的分水嶺，水資源生態(tài)狀況開始進入“較安全”階段，表現為藍色預警，水資源生態(tài)系統(tǒng)能夠較好地支撐兵團經濟發(fā)展。主要原因是兵團認真落實國務院設定的最嚴格水資源管理制度。從用水總量、用水效率和水功能區(qū)納污限制三個方面對水資源進行系統(tǒng)管理，開展規(guī)劃水資源論證工作，編制規(guī)劃水資源論證報告，逐步推進水價綜合改革，促進水資源的優(yōu)化配置和水利事業(yè)健康發(fā)展。特別是塔里木河流域實現水資源統(tǒng)一管理，結束了“九龍治水”的分割局面，對兵團用水安全提供了根本的制度保障。據《兵團水利年報》統(tǒng)計，2009—2016年，兵團農田水利投資年均30億元，建成大中小型水庫共計137座等。①數據來源：新疆生產建設兵團年鑒編輯委員會《兵團年鑒（2016）》，第57-63頁。通過大力推廣噴、滴、微灌等節(jié)水技術，兵團農業(yè)綜合灌溉畝均用水量由2009年的628.7立方米下降到2016年619.7立方米，農業(yè)年節(jié)水量超過10億m3。②數據來源：新疆維吾爾自治區(qū)水利廳編制《新疆維吾爾自治區(qū)水利資源公報（2009—2016）》，第18-21頁。萬元GDP用水量和萬元工業(yè)增加值用水量分別由2009年的1906.30立方米、90.70立方米下降到2016年的624.58立方米、41.68立方米，通過技術創(chuàng)新不斷提升污水處理能力，工業(yè)廢水達標排放率和污水處理率分別由2009年的63.30%、39.40%提升到2016年的78.9%和78.5%。③數據來源：新疆維吾爾自治區(qū)水利廳編制《新疆維吾爾自治區(qū)水利資源公報（2009—2016）》，第22-23頁。

3.水資源生態(tài)安全等級提升空間很大。通過綜合治理，兵團水資源生態(tài)安全狀況趨于好轉，但是總體而言，水資源處在承載力邊緣，其生態(tài)服務功能有待進一步提高。產業(yè)層面：農業(yè)用水總量占比依然在90%以上，特別是地處南疆的兵團，受氣候干燥、蒸發(fā)量大、降水量少等自然條件的影響，其農業(yè)灌溉畝均用水遠遠超過北疆的兵團。這意味著兵團要繼續(xù)加大高新節(jié)水灌溉面積，進一步挖掘節(jié)水空間，通過高標準農田建設，完善田、林、路、渠規(guī)劃，降低渠道滲漏量，提高農業(yè)用水效率。兵團工業(yè)在節(jié)水和污水治理方面取得顯著進步，但仍存在改進空間，其中，食品行業(yè)和化工行業(yè)的大多數企業(yè)因平均規(guī)模小、生產工藝較落后而耗水量偏大。因此，工業(yè)方面需要企業(yè)增強節(jié)水意識，不斷加強技術創(chuàng)新，通過中水回用、生產廢水循序使用、提高水循環(huán)冷卻系統(tǒng)技術等措施獲得更好的節(jié)水效果。

表3 2009—2016年兵團水資源生態(tài)安全演化態(tài)勢

（二）兵團各師水資源生態(tài)安全狀況及警情分析

根據兵團各師水資源生態(tài)安全測度指數及預警判斷標準，對兵團各師2010年和2015年進行水資源生態(tài)安全的空間格局分析（見表4），結論如下：

1.整體看，2010年到2015年兵團水資源生態(tài)安全格局沒有呈現非常明顯的“北強南弱”的局面?？赡艿慕忉屖侨司盟?、農業(yè)綜合灌溉畝均用水量、萬元GDP用水量、萬元工業(yè)增加值用水量、森林覆蓋率、工業(yè)廢水達標排放率等多為相對指標、比例指標，而南北疆兵團的水資源分布非均衡性較強，地區(qū)差異大，水資源生態(tài)環(huán)境優(yōu)劣分布基本類似，同時人口密度、人口增長率、工業(yè)污染等分布也表現類似特征，使得人均數據分布相對均衡，從數據本身更能反映自然資源、經濟行為、社會狀況和人力干擾對水資源生態(tài)安全影響的真實性。

2.從水資源生態(tài)安全壓力指標看，2010年遭受水資源壓力排前三位的是十四師、八師和六師，而且相應的壓力等級狀態(tài)持續(xù)到了2015年，表明這三個師來自生態(tài)、環(huán)境、經濟和社會四個方面的壓力較大。2010年水資源生態(tài)壓力相對較小的是三師、五師，到了2015年相對較小的是一師和三師。

3.水資源生態(tài)安全響應指數在2010和2015年表現出較強的離散特點，各師表現出不同層次的響應特點。水資源生態(tài)安全響應指標主要由森林覆蓋率、工業(yè)廢水達標排放率、污水處理率、農田水利投資、每萬職工擁有科技人員指標構成，直接或間接反映各師對生態(tài)文明建設、森林資源撫育、工業(yè)廢水處理、基礎水利設施建設等政策的響應和貫徹落實程度，可能的解釋是各師地處流域、資源稟賦、政策強度等差異造成不同的響應程度。

4.2010年，只有二師和六師的水資源生態(tài)安全處于敏感的黃色預警狀態(tài)，其他各師基本還處在較不安全的橙色預警狀態(tài)，表明兵團各師水資源承載能力極其脆弱。經過5年的發(fā)展，一師、五師、八師和十四師的水資源生態(tài)安全提升到敏感的黃色預警狀態(tài)，其他各師則過渡到較安全的藍色預警狀態(tài)，三師、四師、七師、九師、十二師和十三師的水資源生態(tài)改善狀況較為明顯。

表4 兵團各師水資源生態(tài)安全狀況比較

四、兵團水資源生態(tài)安全制約因素分析

（一）制約因素診斷方法

為緩解兵團水資源生態(tài)壓力，提升水資源承載能力，需進一步探明水資源生態(tài)安全的制約因素及制約度。水資源生態(tài)安全制約度分析可理解為單一指標值對水資源生態(tài)安全綜合值影響程度的定量分解，表明該單項指標對水資源生態(tài)安全的障礙程度。水資源生態(tài)安全制約度依次通過計算指標貢獻度、指標偏離度和指標制約度得到，公式如下：

（1）指標貢獻度：

式中，Cij表示指標貢獻度，反映單項指標對水資源生態(tài)安全的影響水平。Akj為第j項單項指標所屬的第k個準則層的權重，Bj為第j項單項指標權重。

（2）指標偏離度：

式中，Dij表示指標偏離度，反映單項指標與水資源生態(tài)安全綜合評價值的偏離程度。X*ij為第i師第j項指標標準化值。

（3）指標制約度：

式中，Eij表示指標制約度，反映單項指標對水資源生態(tài)安全制約程度高低。

（4）各準則層指標對水資源生態(tài)安全制約度：

（二）制約因素結果分析

1.因素制約度分析

本文分別選取2010年和2015年相關數據，依據上述制約度測算公式計算得到兵團水資源生態(tài)安全排名前十二位的主要影響因素及其制約度（見表5）。

表5 兵團水資源生態(tài)安全主要制約因素及其制約度排序

由表5分析可知，穩(wěn)定的制約因素：始終對兵團水資源生態(tài)安全有制約影響的因素是農田水利投資、每萬職工擁有科技人員和人口增長率。其中，農田水利投資的制約度由2010年的16.34%上升到2015年27.54%，每萬職工擁有科技人員的制約度由2010年的9.59%上升到2015年25.82%，人口增長率的制約度由2010年的2.77%上升到2015年3.27%。水是關系農業(yè)健康發(fā)展的第一位要素。自古興修水利本是應對氣候變化、抵御自然災害、改善生產條件、保障糧食安全的大事，因此，農田水利建設投資到任何時候都不能減弱放松。目前兵團面臨水資源總量少和季節(jié)性缺水雙重壓力，必須通過新建、改建調蓄工程解決季節(jié)性缺水問題，充分保障供水能力。研究期內，兵團每萬名職工科技人員年均流失率為1.04%，科技進步靠人才，科技人員的流失直接或間接影響到水利工程建設科技水平的提升、水污染修復技術的研發(fā)與應用等，進而影響了水生態(tài)安全，同時也從反面說明，技術進步帶來的經濟總體用水量的減少在一定程度上能提高水資源的安全度。兵團總人口增加帶來更多水資源的消耗和居民生活污水排放的增加。水質和水量是影響水資源人口承載力的兩個重要指標，只有對水資源進行科學合理的開發(fā)和利用，對污水采取更嚴格的凈化措施才能提升水資源綜合承載力。

變動的制約因素：從2010到2015年其他制約因素的變動也充分表明，水資源生態(tài)安全是動態(tài)的不斷演化的過程，具有內在的聯(lián)系性和規(guī)律性。2010年，兵團水資源生態(tài)安全的其他制約因素為污水處理率、二三產業(yè)從業(yè)人員比重、自然災害損失、連隊常住居民及城鎮(zhèn)居民家庭人均可支配收入、城鎮(zhèn)化水平、二三產業(yè)生產總值構成、萬元工業(yè)增加值用水量、人均GDP，其制約度分別為14.74%、8.35%、7.10%、6.66%、6.57%、5.21%、4.69%、4.19%和3.07%。而到了2015年，這些因素的制約度遠遠低于1.44%，可能的解釋為污水處理率、城鎮(zhèn)化水平的提升及自然災害損失的減少有利于兵團所屬流域水質的改善和水污染的降低；二三產業(yè)生產總值比重的持續(xù)提升和萬元工業(yè)增加值用水量的持續(xù)減少，反映出產業(yè)結構和產業(yè)用水結構的調整對水資源生態(tài)安全的改善具有貢獻性。連隊常住居民及城鎮(zhèn)居民家庭人均可支配收入和人均GDP的增長，表明經濟的增長在一定程度上有利于水生態(tài)安全級別的提升。一方面收入的增長促使人們追求飲用更健康的水；另一方面經濟發(fā)展和GDP增長為生產、生活水質水量的需求提供了堅實的物質保障。2015年，制約度躍升的因素有人口密度、單位面積水資源量、人均水資源量、地均農藥用量、地均化肥用量、人均用水量、污水排放量、工業(yè)污染物和農業(yè)綜合灌溉畝均用水量，其制約度分別為10.43%、8.20%、7.08%、4.63%、4.25%、3.83%、1.98%、1.52%和1.44%?？赡艿慕忉尀槿丝诿芏?、地均農藥用量、地均化肥用量、污水排放量、工業(yè)污染物的增加，直接或間接增加了土壤、大氣污染，伴隨污染物的運動和物質循環(huán)，水體污染也隨之加劇，進而降低水生態(tài)承載力。人均水資源量的減少、人均用水量的增加、單位面積水資源量的減少抑制了水資源生態(tài)安全級別提升。盡管兵團農業(yè)綜合灌溉畝均用水量在研究期內是遞減的，但農業(yè)用水占比依然很高，對水資源生態(tài)安全構成威脅，這充分表明農業(yè)節(jié)水潛力有待挖掘。城鎮(zhèn)化建設的加快，促進了人口聚集，也加大了城鎮(zhèn)用水。數據表明，兵團城鎮(zhèn)生活用水量由2010年的9 037.34萬立方米上升為2015年的13 443.25萬立方米①數據來源：新疆生產建設兵團水利局編制《兵團水利年報（2010—2015）》，第8-12頁。，其中一半以上的水來自地下水，特別是兵團一些師地下水接近可開采量，個別師地下水超采嚴重。主要原因是這些師的地表水資源較為匱乏，對地下水依賴度程度較高。

2.系統(tǒng)制約度分析

為進一步分析準則層的制約度，把準則層包含的各因素制約度相疊加，得出各個方面的總制約度。計算結果表明：2010年壓力層系統(tǒng)總制約度為34.11%，狀態(tài)層系統(tǒng)總制約度為23.50%，響應層系統(tǒng)總制約度為42.39%，到2015年三個子系統(tǒng)對應的總制約度分別為22.89%、23.75%和53.36%。可見，響應層系統(tǒng)是影響兵團水資源生態(tài)安全的首位子系統(tǒng)，其制約度上升了10.97%，需要增加森林覆蓋率、農田水利投資、每萬職工擁有科技人員，提升工業(yè)廢水達標排放率和污水處理率，減輕水資源壓力、提升承載力。狀態(tài)層系統(tǒng)制約度相對穩(wěn)定，壓力層系統(tǒng)制約度呈現降低特征，減少了10.6%。

五、研究結論與啟示

通過對新疆兵團2009-2016年間水資源生態(tài)安全狀況評估、警情辨別及其制約因素分析，得到以下結論：（1）兵團水資源生態(tài)安全級別較低，但總體趨向安全發(fā)展，預警信號由橙色轉為藍色。2015年是兵團水資源生態(tài)安全轉變的分水嶺，得益于節(jié)水技術的持續(xù)應用和最嚴格水資源管理制度的實施。（2）兵團各師地域差異和社會經濟發(fā)展差異顯著，水資源生態(tài)安全壓力、響應指數表現為空間離散性，北疆兵團水資源安全狀況略優(yōu)于南疆兵團。（3）水資源生態(tài)承載力代表水資源生態(tài)系統(tǒng)支撐社會經濟發(fā)展的一種能力，其大小與社會經濟系統(tǒng)開發(fā)利用水資源深度緊密相關，兵團水資源生態(tài)安全的級別高低主要受農田水利投資、萬名職工擁有科技人員數、人口增長、城鎮(zhèn)發(fā)展水平、產業(yè)結構等因素制約。

通過以上分析，研究啟示如下：（1）全面落實最嚴格水資源管理制度。實施用水總量控制，加快推進由粗放用水方式向節(jié)約用水方式的根本性轉變，由低效利用向高效產出配置方向轉變，以農業(yè)節(jié)水為重點，通過節(jié)水挖潛與水資源優(yōu)化配置，將節(jié)出的水量用于工業(yè)、城鎮(zhèn)化發(fā)展和生態(tài)環(huán)境改善。（2）增強科技創(chuàng)新力，調整產業(yè)結構。大力研發(fā)農業(yè)節(jié)水技術、工業(yè)節(jié)水技術，污水凈化技術，加強水資源的循環(huán)利用，提高用水效率。通過產業(yè)結構優(yōu)化、用水結構優(yōu)化，改善水生態(tài)承載容量。（3）優(yōu)化財政支農政策，加大農田水利投資建設，提高供水保障能力。建設現代化灌區(qū)，對有自壓條件的地方采用管道輸水，減少輸水損失和田間無效蒸發(fā)，降低農業(yè)毛灌定額，提高水資源綜合利用效率。（4）大力實施污染水體修復、水土流失綜合治理工程。加強水環(huán)境治理與水污染修復技術開發(fā)與應用，通過防護林建設，恢復天然植被，防治水土流失，營造綠洲生態(tài)。（5）保持適度人口規(guī)模，提高人口素質。在兵團水資源生態(tài)承載范圍內適度擴大人口規(guī)模，優(yōu)化人口結構，通過激勵性政策引進、培養(yǎng)創(chuàng)新科技人才，開展各類科普活動，提高公民科學素養(yǎng)，培養(yǎng)人人節(jié)約用水、愛護水環(huán)境的良好習慣。