黃楚珩, 蔣志云, 楊志廣, 黃文惠, 陳曉瀅, 楊 肖

(華南師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院， 廣東 廣州 510631)

1 研究背景

水資源是保障人類(lèi)生存、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定不可替代的重要資源[1]。近幾十年來(lái)，隨著人口增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，世界范圍內(nèi)水資源緊張局勢(shì)日益嚴(yán)峻，據(jù)估計(jì)，全球約有80%的人口面臨水安全問(wèn)題[2]，水資源已經(jīng)成為制約人類(lèi)生存與全球發(fā)展的關(guān)鍵因素。因此，近年來(lái)關(guān)于水資源安全研究，特別是區(qū)域水資源安全評(píng)價(jià)，已成為國(guó)內(nèi)外水資源科學(xué)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題[3-4]。Olli等[5]通過(guò)全球范圍內(nèi)水資源四個(gè)維度的定量分析，發(fā)現(xiàn)水資源對(duì)糧食安全具有重要影響。Dong等[6]利用集對(duì)分析(SPA)原理，對(duì)2006-2016年洛陽(yáng)市的水資源安全進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明洛陽(yáng)市水資源壓力主要來(lái)源于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。石衛(wèi)等[7]利用水資源敏感性和抗壓性分析方法，從流域尺度分析了山東省的水資源安全現(xiàn)狀。現(xiàn)有研究大多從水資源量和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀等單一維度對(duì)區(qū)域水資源安全狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，難以全面反映區(qū)域水資源安全的實(shí)際情況。

水資源安全是一個(gè)綜合性概念，受自身?xiàng)l件(水資源量壓力)及外界條件(社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量)等多重因素制約[8]。選取少量指標(biāo)對(duì)水資源安全進(jìn)行評(píng)價(jià)存在片面性，因此需要建立水資源綜合安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，以評(píng)價(jià)水資源安全狀況和影響因素[9]。建立水資源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系需確定各指標(biāo)賦值權(quán)重，目前指標(biāo)權(quán)重的確定一般采用層次分析法(AHP)[10]、集對(duì)分析法(SPA)[6,11]、物元分析法[12]等，這些方法識(shí)別問(wèn)題系統(tǒng)性強(qiáng)，但在賦值的過(guò)程中容易丟失部分信息，存在一定的主觀性。為減少主觀性，已有研究采用熵值法[13]或BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[14]等構(gòu)建水資源安全評(píng)價(jià)模型，但由于缺乏先驗(yàn)知識(shí)而使得計(jì)算較為復(fù)雜。通過(guò)結(jié)合熵值法與層次分析法構(gòu)建水資源安全評(píng)價(jià)體系，能夠更加客觀和便捷地對(duì)水資源安全進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

廣東省處于我國(guó)低緯度沿海地區(qū)，水資源總量較為充沛，但人均水資源量卻低于全國(guó)和世界人均水資源量[15]。作為我國(guó)改革開(kāi)放的排頭兵，廣東省在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的形勢(shì)下，仍面臨十分嚴(yán)峻的水資源問(wèn)題，如許多地區(qū)仍受水質(zhì)性缺水、工程性缺水、資源性缺水以及管理性缺水問(wèn)題的困擾[16]。水資源安全問(wèn)題己成為制約廣東省經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一，引起社會(huì)廣泛關(guān)注與研究。向紅梅[17]研究發(fā)現(xiàn)廣東省水旱災(zāi)害對(duì)區(qū)域水安全存在較大影響。陳充[18]利用供水安全管理評(píng)價(jià)體系對(duì)廣東省各市的供水安全管理能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，指出廣東省水資源量地區(qū)分布不均，水質(zhì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān)。陶倩君等[19]研究發(fā)現(xiàn)2000-2014年廣東省水資源生態(tài)足跡呈上升趨勢(shì)，水污染問(wèn)題已成為影響廣東省水資源可持續(xù)利用的關(guān)鍵因素。雖然近年來(lái)關(guān)于廣東省水資源的研究不斷增多，但主要集中在水資源量或生態(tài)環(huán)境等單一領(lǐng)域，并未考慮到廣東省各區(qū)域間經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和生態(tài)環(huán)境狀況存在較大差異的實(shí)際情況[20-21]，綜合考慮水資源量、水生態(tài)環(huán)境及社會(huì)經(jīng)濟(jì)等對(duì)廣東省水資源安全進(jìn)行評(píng)價(jià)的研究較為欠缺。

本文基于廣東省水資源安全現(xiàn)狀，通過(guò)熵值法和層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，構(gòu)建水資源安全評(píng)價(jià)體系，對(duì)廣東省水資源安全的影響因素進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)與分析，以期豐富廣東省水資源安全的研究?jī)?nèi)容，為廣東省水資源的合理高效利用與可持續(xù)發(fā)展提供參考。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)概況

廣東省位于我國(guó)東南沿海地區(qū)(109°15′～117°20′E，20°09′～25°31′N(xiāo))，主要分為珠三角、粵東、粵西和粵北4個(gè)區(qū)域，下轄21個(gè)地級(jí)市。全省地勢(shì)北高南低，北部以山地和丘陵為主，南部以平原和臺(tái)地為主。氣候類(lèi)型為熱帶和亞熱帶季風(fēng)氣候，溫暖濕潤(rùn)，降水量豐富，全省多年平均降水量1 789.3 mm，降水時(shí)空分配不均，降水量年內(nèi)與年際變幅較大，旱澇災(zāi)害頻繁且嚴(yán)重[20]。廣東省水資源豐富并且水系發(fā)達(dá)，全省多年平均水資源總量1 830×108m3，主要河系有珠江的西江、東江、北江和三角洲水系、韓江水系以及粵東、粵西沿海諸河[21]。

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文收集了廣東省2007-2016年的水資源數(shù)據(jù)和經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)主要來(lái)源于《全國(guó)城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒》《廣東省水資源公報(bào)》《廣東省統(tǒng)計(jì)年鑒》以及廣東省各市的統(tǒng)計(jì)年鑒和公報(bào)。

在數(shù)據(jù)處理的過(guò)程中，由于某些地區(qū)與年份的數(shù)據(jù)有少量缺失，采用鄰近年份的平均值進(jìn)行填補(bǔ)。由于順德區(qū)在2009年后才恢復(fù)地級(jí)市的管理權(quán)限，為保持?jǐn)?shù)據(jù)一致性，仍將其劃歸為佛山市。

2.3 水資源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)選取

目前對(duì)水資源安全評(píng)價(jià)的研究角度主要集中在供需關(guān)系、與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的關(guān)系及可持續(xù)發(fā)展與水生態(tài)安全等方面。本文主要參考劉斌濤等[9]關(guān)于水資源安全評(píng)價(jià)體系的指標(biāo)選取原則和考慮因素，選取水資源量、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和水生態(tài)環(huán)境作為水資源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)。其中水資源量指數(shù)包括人均水資源量、產(chǎn)水模數(shù)、供水模數(shù)、人均蓄水量和水資源開(kāi)發(fā)利用率5個(gè)指數(shù)；社會(huì)經(jīng)濟(jì)指數(shù)包括人均用水量、萬(wàn)元GDP用水量、農(nóng)村居民人均純收入、耕地單產(chǎn)量和人均GDP 5個(gè)指標(biāo)。水生態(tài)環(huán)境指標(biāo)包括森林覆蓋率、廢水排放總量、城市污水處理率、工業(yè)廢水排放達(dá)標(biāo)率及入河污水量5個(gè)指標(biāo)。

2.4 水資源綜合評(píng)價(jià)方法

采用多因子綜合評(píng)價(jià)模型，綜合評(píng)價(jià)廣東省水資源安全狀況，其表達(dá)式如公式(1)。

(1)

式中：I為水資源安全指數(shù)，指數(shù)愈大則水資源安全程度愈高；Wi為評(píng)價(jià)因子的權(quán)重；Ii為評(píng)價(jià)因子歸一化指標(biāo)值。

評(píng)價(jià)指標(biāo)歸一化的方法見(jiàn)公式(2)～(3)。

正向指標(biāo)計(jì)算公式：

(2)

負(fù)向指標(biāo)計(jì)算公式：

(3)

式中：Fi為評(píng)價(jià)因子原始數(shù)值；Imax為評(píng)價(jià)因子的最大值；Imin為評(píng)價(jià)因子的最小值。

按照安全等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行水資源安全評(píng)價(jià)，由于目前還沒(méi)有統(tǒng)一的安全等級(jí)的劃分方法，本研究以0.2為極差，將水資源安全綜合指數(shù)劃分為安全、較安全、一般安全、臨界安全和不安全5個(gè)等級(jí)[22]，根據(jù)廣東省水資源的分布特點(diǎn)，參考國(guó)內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)[14, 22-23]，最終確定的15個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的水資源安全綜合指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)閾值見(jiàn)表1。

2.5 水資源安全評(píng)價(jià)權(quán)重確定

采用層次分析法(AHP)計(jì)算出各因子的權(quán)重，再采用熵值法對(duì)權(quán)重系數(shù)進(jìn)行修正，修正方法如公式(4)[22]。

(4)

式中：pj為第j項(xiàng)的指標(biāo)層權(quán)重；vj為第j項(xiàng)的信息權(quán)重；rj為修正后的權(quán)重系數(shù)。

廣東省水資源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及各指標(biāo)權(quán)重見(jiàn)表2。

表1 水資源安全綜合指數(shù)各指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)閾值

表2 廣東省水資源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及各指標(biāo)權(quán)重

2.6 影響因素模型的建立

通過(guò)建立因素強(qiáng)度系數(shù)模型來(lái)定量分析各要素對(duì)水資源安全的影響程度，因素強(qiáng)度系數(shù)D的計(jì)算公式為：

(5)

若D≥1.30，則該因素為優(yōu)勢(shì)因素；若D≤0.70，則該因素為劣勢(shì)因素；若0.70

表3 優(yōu)、劣勢(shì)因素判斷準(zhǔn)則

3 結(jié)果分析

3.1 廣東省水資源安全時(shí)間變化特征

2007-2016年廣東省水資源安全指數(shù)隨時(shí)間變化情況見(jiàn)圖1。圖1表明，2007-2016年廣東省水資源量安全指數(shù)始終介于0.4～0.6之間，變化趨勢(shì)不顯著，屬一般安全等級(jí)；水生態(tài)安全指數(shù)由2007年的0.642波動(dòng)下降至2016年的0.546，從較安全下降為一般安全等級(jí)，水生態(tài)環(huán)境趨于惡化；社會(huì)經(jīng)濟(jì)安全指數(shù)除2009年有所下降外，由2007年的0.441上升至2016年的0.716，從一般安全上升為較安全等級(jí)；水資源綜合安全指數(shù)平均值為0.56，總體呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，屬一般安全等級(jí)。

3.2 廣東省水資源安全空間格局

人均水資源量可以作為水資源壓力指數(shù)以度量區(qū)域水資源稀缺程度。根據(jù)Falkenmark等[24]對(duì)人均水資源量安全等級(jí)的劃分標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算出廣東省各市人均水資源量等級(jí)，見(jiàn)圖2。由圖2發(fā)現(xiàn)，廣東省人均水資源量地區(qū)分布不均，珠三角核心區(qū)人均水資源量較為緊缺，特別是深圳市與東莞市已處于不安全等級(jí)?；洊|的潮汕地區(qū)(汕頭、潮州和揭陽(yáng)3市)與粵西的湛江市人均水資源量存在短缺風(fēng)險(xiǎn)，其中汕頭市屬于不安全等級(jí)。

另外，廣東省各市水資源安全綜合評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖3可看出，2007-2016年廣東省21個(gè)地級(jí)市水資源綜合安全指數(shù)均介于一般安全至較安全等級(jí)之間，屬一般安全等級(jí)的共有11個(gè)市，屬較安全等級(jí)的共有10個(gè)市。其中陽(yáng)江市水資源安全指數(shù)最高，為0.739，深圳市水資源安全指數(shù)最低，僅為0.408，最高值約為最低值的1.8倍，廣東省水資源安全狀況地區(qū)差異顯著。

除珠海市外，珠三角核心區(qū)的水資源均屬一般安全等級(jí)，粵東的潮汕地區(qū)以及粵西的湛江市水資源屬于一般安全等級(jí)，其余地區(qū)屬較安全等級(jí)。廣東省水資源安全指數(shù)分布格局與人均水資源量分布格局基本一致。在水資源量安全方面，珠海市、粵東的汕頭、潮州和揭陽(yáng)3市以及粵西的湛江市水資源量較為緊張，汕頭市水資源量安全指數(shù)僅為0.324，排名倒數(shù)第1；而韶關(guān)、河源、梅州、陽(yáng)江、云浮和江門(mén)市水資源量較為豐富。在水生態(tài)安全方面，除珠海市外，珠三角核心區(qū)的水生態(tài)環(huán)境均處于不安全至臨界安全等級(jí)，其中廣州市與佛山市水生態(tài)安全指數(shù)分別為0.023和0.031，位列全省倒數(shù)第1和第2。珠三角核心區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)安全指數(shù)最高，而粵東地區(qū)的汕尾市和梅州市社會(huì)經(jīng)濟(jì)安全指數(shù)最低。

圖1 2007-2016年廣東省水資源安全指數(shù)時(shí)間變化

圖2 2007-2016年廣東省各市人均水資源量分布

采用最小二乘法擬合廣東省各市水資源安全指數(shù)的斜率，用以綜合反映水資源安全的時(shí)空變化特征，結(jié)果見(jiàn)圖4。圖4表明，2007-2016年廣東省各地市水資源量安全指數(shù)整體變化趨勢(shì)不明顯，梅州市水資源量安全指數(shù)有所上升，而江門(mén)市、東莞市、汕尾市和中山市則有所下降；在水生態(tài)安全指數(shù)上，珠三角核心區(qū)的廣州市、東莞市和深圳市水生態(tài)環(huán)境有所改善，但仍有10個(gè)市的水生態(tài)安全指數(shù)呈現(xiàn)下降態(tài)勢(shì)；除江門(mén)市和東莞市外，2007-2016年廣東省各地市社會(huì)經(jīng)濟(jì)安全指數(shù)不斷提高，社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷向前發(fā)展；在水資源安全指數(shù)上，韶關(guān)市和陽(yáng)江市上升最快，水資源安全狀況持續(xù)改善，但茂名市的水資源安全指數(shù)卻呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

3.3 水資源安全影響因素

廣東省水資源安全優(yōu)、劣勢(shì)影響因素分析結(jié)果見(jiàn)表4。結(jié)果表明，珠三角核心區(qū)水資源安全的優(yōu)勢(shì)因素為社會(huì)經(jīng)濟(jì)，而劣勢(shì)因素為水生態(tài)，粵東、粵西、粵北以及珠三角外圍區(qū)的優(yōu)勢(shì)因素為水資源量和水生態(tài)，劣勢(shì)因素為社會(huì)經(jīng)濟(jì)。整體而言，廣東省水資源安全影響因素呈現(xiàn)明顯的地區(qū)差異。

4 討 論

本文研究結(jié)果(圖1)表明，2007-2016年廣東省水資源量基本保持平穩(wěn)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，水資源安全指數(shù)不斷提高，但水生態(tài)安全指數(shù)呈顯著下降態(tài)勢(shì)。對(duì)比2007-2016年廣東省社會(huì)經(jīng)濟(jì)安全和水資源安全指數(shù)的變化趨勢(shì)可看出，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平是促進(jìn)廣東省水資源安全提高的基礎(chǔ)。社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提高了水資源的利用率，改善了廣東省在水量或水質(zhì)層面的供水能力[18]，水資源安全指數(shù)持續(xù)上升，但與此同時(shí)，廣東省需水量和排污量隨之增加，水生態(tài)環(huán)境趨向惡化，水資源壓力增大[19]。

圖3 2007-2016年廣東省各市水資源安全評(píng)價(jià)

圖4 2007-2016年廣東省水資源安全指數(shù)空間變化(p<0.05)

表4 廣東省水資源安全優(yōu)、劣勢(shì)影響因素分析

另外，研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)廣東省水資源安全形勢(shì)空間差異顯著(圖3)，尤其是珠三角核心區(qū)的水資源安全形勢(shì)不容樂(lè)觀，其中深圳市和東莞市的水資源安全指數(shù)最低。雖然珠三角地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，但水資源量和水生態(tài)環(huán)境是影響其水資源安全的劣勢(shì)因素。已有研究指出珠三角核心區(qū)水資源承載力較低，城市現(xiàn)有的社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與水資源利用匹配性較差，容易出現(xiàn)水資源短缺的現(xiàn)象[25]。此外，粵東的潮汕地區(qū)和粵西的湛江市水資源安全指數(shù)也較低，造成該區(qū)域水資源安全問(wèn)題的主要原因有兩個(gè)：一是水資源量稀缺。汕頭市與湛江市水資源量安全指數(shù)在廣東省分列倒數(shù)第1與倒數(shù)第3。雖然粵東地區(qū)水資源總量較大，但人口高度集中，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求超過(guò)水資源的承載能力[19]，而粵西的湛江市過(guò)境徑流多，地表水資源廢棄量大，且干旱出現(xiàn)頻率高，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，水資源較為脆弱[26]；二是社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平較低，經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式較為粗放。該區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平排名大都處于全省的中下水平，尤其是粵東地區(qū)高耗能污染企業(yè)多，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后，綜合治理能力弱[27]，湛江市所處的雷州半島水資源調(diào)節(jié)性能很差，供水狀況不平衡，水資源開(kāi)發(fā)利用程度不高[28]。

整體來(lái)看，廣東省水資源安全狀況與區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不協(xié)調(diào)，經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)的珠三角核心區(qū)、粵東和粵西沿海地區(qū)水資源安全形勢(shì)更為嚴(yán)峻。根據(jù)《廣東省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)“十三五”規(guī)劃》[29]中對(duì)廣東省主體功能區(qū)的劃分，珠三角地區(qū)為國(guó)家優(yōu)先開(kāi)發(fā)區(qū)，粵西與粵東的沿海地區(qū)為國(guó)家重點(diǎn)開(kāi)發(fā)區(qū)，而粵北地區(qū)為國(guó)家和省級(jí)的生態(tài)功能區(qū)，未來(lái)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展將帶來(lái)更大的水資源壓力。因此，珠三角、粵東及粵西兩翼未來(lái)的發(fā)展應(yīng)該更加注重對(duì)水資源的合理利用，提高水資源利用效率、減少水污染、保護(hù)當(dāng)?shù)氐乃鷳B(tài)環(huán)境，避免因水資源短缺而制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，粵北地區(qū)應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)水源地的保護(hù)，發(fā)展綠色產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)生態(tài)與經(jīng)濟(jì)效益雙豐收。

5 結(jié) 論

本文采用熵值法和層次分析法構(gòu)建了廣東省水資源安全評(píng)價(jià)體系，并綜合分析了2007-2016年全省水資源安全狀況，結(jié)果表明：

(1)2007-2016年廣東省水資源綜合安全指數(shù)平均值為0.56，始終介于0.4～0.6之間，屬于一般安全等級(jí)。水資源量變化趨勢(shì)不顯著，水資源和社會(huì)經(jīng)濟(jì)安全指數(shù)穩(wěn)步提升，但水生態(tài)安全指數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

(2)廣東省水資源安全指數(shù)空間分異明顯，珠三角核心區(qū)、粵東的潮汕地區(qū)及粵西的湛江市水資源安全等級(jí)較低，水資源量安全指數(shù)較高的區(qū)域集中在珠三角外圍及粵北地區(qū)，珠三角核心區(qū)的水生態(tài)指數(shù)較低，社會(huì)經(jīng)濟(jì)安全指數(shù)由珠三角核心區(qū)向外圍逐步遞減。

(3)廣東省水資源安全影響因素存在區(qū)域差異，珠三角地區(qū)水資源安全的優(yōu)勢(shì)因素為社會(huì)經(jīng)濟(jì)，劣勢(shì)因素為水生態(tài)環(huán)境，而粵東、粵西及粵北地區(qū)的優(yōu)勢(shì)因素為水資源量與水生態(tài)環(huán)境，劣勢(shì)因素為社會(huì)經(jīng)濟(jì)。

綜合來(lái)看，廣東省水資源安全狀況與區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度不匹配，經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)的珠三角核心區(qū)、粵東和粵西沿海地區(qū)水資源安全形勢(shì)較為嚴(yán)峻，廣東省在發(fā)展社會(huì)經(jīng)濟(jì)的同時(shí)要加強(qiáng)對(duì)水資源管理和保護(hù)，在提高水資源利用效率的同時(shí)改善水生態(tài)環(huán)境，避免使水資源成為制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的阻礙因素。