劉曉敏 張?zhí)烀?/p>

摘要 甘肅省大部分地區(qū)干旱少雨，水資源承載力是制約甘肅省社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的因素之一，評價甘肅省水資源承載力可以指導(dǎo)其社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和水資源的可持續(xù)利用。選取水資源系統(tǒng)、社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)兩個方面的指標(biāo)，通過熵權(quán)法對甘肅省2005—2017年和2017年甘肅省各市水資源承載力進(jìn)行評價。結(jié)果表明：甘肅省2005—2016年水資源承載力較低;2017年甘肅省大部分市水資源承載力較低，差別較大，水資源承載力不平衡。甘肅省在快速發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時，水資源利用效率得到了提高。鑒于甘肅省水資源比較缺乏的現(xiàn)狀，提出了繼續(xù)提高甘肅省水資源利用效率、進(jìn)一步減少農(nóng)田灌溉用水量、促進(jìn)節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展，提高農(nóng)田灌溉用水效率的建議。

關(guān)鍵詞 水資源承載力;綜合評價;熵權(quán)法;甘肅省

中圖分類號 TV 213 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

文章編號 0517-6611（2021）14-0180-04

Abstract Most areas in Gansu Province are dry and rainless， and water resource carrying capacity is one of the factors that restrict the social and economic development of Gansu Province. Evaluation of water resource carrying capacity in Gansu Province can guide the sustainable development of social economy and the sustainable utilization of water resource. This paper selects two indexes of water resources system and social and economic system， and evaluates the water resources carrying capacity of each city in Gansu Province from 2005 to 2017 by entropy weight method. The evaluation results showed that the water resources carrying capacity of Gansu Province was low from 2005 to 2016. In 2017， the water resources carrying capacity of most cities in Gansu Province was relatively low， with large differences and unbalanced water resources carrying capacity. Along with the rapid development of economy， the efficiency of water resources utilization has been improved in Gansu Province. In view of the shortage of water resources in Gansu Province， this paper puts forward the suggestions of improving the efficiency of water resources utilization in Gansu Province， further reducing the water consumption of farmland irrigation， promoting the development of watersaving agriculture， and improving the water use efficiency of farmland irrigation.

Key words Water resource carrying capacity;Comprehensive evaluation;Entropy method;Gansu Province

基金項目 教育部人文社會科學(xué)研究一般項目（19YJC790118）;河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)京津冀一體化發(fā)展協(xié)同創(chuàng)新中心經(jīng)費(fèi)資助（0112200360）。

作者簡介 劉曉敏（1975—），女，河北蠡縣人，副研究員，博士，從事農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)、資源與環(huán)境經(jīng)濟(jì)研究。

收稿日期 2020-10-15;修回日期 2020-11-05

隨著人口的增長和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國尤其是北方地區(qū)水資源短缺愈加嚴(yán)重，成為制約社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。水資源短缺日趨嚴(yán)重，水資源合理開發(fā)利用、可持續(xù)利用已經(jīng)成為政府及社會各界的關(guān)注與重視的問題[1]。水資源承載力反映了水資源滿足社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的能力。水資源承載力是缺水地區(qū)制約社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“瓶頸”因素，它對一個國家或地區(qū)發(fā)展規(guī)模和綜合發(fā)展的影響至關(guān)重要[2]。評價水資源承載力可以為社會的可持續(xù)發(fā)展和水資源的可持續(xù)利用提供決策指導(dǎo)的作用[3]。目前，國內(nèi)外關(guān)于水資源承載力研究方法主要有常規(guī)趨勢法、系統(tǒng)動力學(xué)法、綜合評價法和多目標(biāo)分析法等[4]。熵權(quán)綜合評價法是通過熵權(quán)法客觀確定評價指標(biāo)的權(quán)重，然后通過線性加權(quán)法進(jìn)行綜合評價，避免了人為確定評價指標(biāo)權(quán)重主觀因素可能會引起的偏差。在水資源承載力評價研究中得到應(yīng)用[5-6]。水資源承載力的研究內(nèi)容主要涉及水資源人口承載力、水資源綜合評價等。該研究在借鑒已有研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，運(yùn)用熵權(quán)法綜合評價甘肅省的水資源承載力，期望研究結(jié)果能對甘肅省水資源可持續(xù)利用提供指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況

甘肅省位于中國西北地區(qū)，處于32°11′～42°57′N、92°13′～108°46′E，總面積42.58萬km2。甘肅地處黃土高原、青藏高原和內(nèi)蒙古高原三大高原的交匯地帶，氣候類型從南向北包括亞熱帶季風(fēng)氣候、溫帶季風(fēng)氣候、溫帶大陸性干旱氣候和高原山地氣候四大類型。甘肅省年平均氣溫0～15 ℃，大部分地區(qū)氣候干燥，干旱、半干旱區(qū)占總面積的75%。主要?dú)庀鬄?zāi)害有干旱、暴雨洪澇、冰雹、大風(fēng)、沙塵暴和霜凍等。全省各地年降水量在36.6～734.9 mm，大致從東南向西北遞減，烏鞘嶺以西降水明顯減少，隴南山區(qū)和祁連山東段降水偏多，降水主要集中在6—8月份，占全年降水量的50%～70%，年降雨量平均約300 mm。2018甘肅省年農(nóng)田灌溉用水量80.273 3億m3，林牧漁畜用水量8.884億m3，工業(yè)用水量9.249 1億m3，城鎮(zhèn)公共用水量3.489 1億m3，居民生活用水量5.738 7億m3，生態(tài)環(huán)境用水量4.673 2億m3，總用水量112.307 4億m3，2018年甘肅省農(nóng)田灌溉用水量占用水量的71%。2018年甘肅省供水量112.31億m3，需水量122.41億m3，全年缺水量10.1億m3，缺水程度達(dá)8.3%（《2018年甘肅省水資源公報》）。截至2018年末，甘肅省常住人口2 637.26萬，2018年實現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值（GDP）8 246.1億元，其中，第一產(chǎn)業(yè)增加值921.3億元，第二產(chǎn)業(yè)增加值2 794.7億元，第三產(chǎn)業(yè)增加值4 530.1億元，三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比為11.2∶33.9∶54.9，人均地區(qū)生產(chǎn)總值31 336元。甘肅省年均降雨量低且在全年不同季節(jié)及甘肅省不同地區(qū)間分布不均，甘肅省水資源供不應(yīng)求。

2 研究方法

2.1 評判因素的選取

參考水資源承載力評價指標(biāo)體系[7-10]，根據(jù)甘肅省及各市水資源利用的特點(diǎn)，并在評價指標(biāo)有代表性和數(shù)據(jù)可獲得性原則下，選出水資源系統(tǒng)、社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)兩個方面的甘肅省水資源承載力評價指標(biāo)體系。指標(biāo)計算方法和含義如下。

（1）水資源系統(tǒng)指標(biāo)。人均水資源量（m3， B1 ），即水資源總量與總?cè)丝跀?shù)的比值，反映人均擁有水資源情況;人均地下水資源量（m3/人， B2 ）。即地下水資源量與總?cè)丝跀?shù)比值，反映人均擁有地下水資源情況;產(chǎn)水模數(shù)（萬m3/km2， B3 ），水資源總量與區(qū)域面積的比值，反映區(qū)域水資源量情況;供水模數(shù)（萬m3/km2， B4 ），即供水量與區(qū)域面積的比值，反映區(qū)域水資源供給量情況;降雨量（mm， B5 ），統(tǒng)計數(shù)據(jù)，反映降雨量的情況;水資源開發(fā)利用率（%， B6 ），供水量與水資源總量的比值，反映水資源開發(fā)利用的程度;生態(tài)環(huán)境用水率（%， B7 ），即生態(tài)環(huán)境用水量與用水總量的比值，反映生態(tài)環(huán)境建設(shè)情況。

（2）社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)指標(biāo)。萬元GDP用水量（m3/萬元， B8 ），即用水量與萬元GDP的比值，反映單位GDP用水量情況;人口密度（人/km2， B9 ），即總?cè)丝跀?shù)與區(qū)域面積的比值，反映區(qū)域人口情況;人均GDP（元/人， B10 ），即GDP與總?cè)丝跀?shù)的比值，反映人均經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況;農(nóng)田灌溉用水率（%， B11 ），即農(nóng)田灌溉用水量與用水總量的比值，反映農(nóng)田灌溉用水效率情況;人均用水量（m3/人， B12 ），用水量與總?cè)丝跀?shù)的比值，反映人均用水量情況。

其中 B1、B2、B3、B5、B7、B10是正向指標(biāo)，B4、 B6、 B8、B9、B11、B12 是負(fù)向指標(biāo)。

2.2 評價方法

通過熵權(quán)法評價甘肅省水資源承載力。首先對評價指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，然后通過熵權(quán)法計算各評價指標(biāo)的權(quán)重，最后通過線性加權(quán)法對綜合評價甘肅省水資源承載力。熵權(quán)法是一種客觀的賦權(quán)法，熵值由評價指標(biāo)值的變異程度決定。線性加權(quán)法運(yùn)算原理是通過疊加對承載力不同影響程度的各評價指標(biāo)，計算出一個綜合值，根據(jù)綜合值對水資源承載力進(jìn)行評價，綜合值越大，水資源承載力越強(qiáng)，綜合值越小，水資源承載力越弱。計算過程如下：

（1）數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理。利用極差標(biāo)準(zhǔn)化法對指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，消除評價指標(biāo)的量綱差異。正向指標(biāo)，采用公式（1）計算其標(biāo)準(zhǔn)化值;負(fù)向指標(biāo)，采用公式（2）計算其標(biāo)準(zhǔn)化值。

式中， rij是第i個評價對象，第j個評價指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值;xij是第i個評價對象，第j個評價指標(biāo)的原始數(shù)值;xi max是 第j個指 標(biāo)中的最大數(shù)值; xi min是第 j 個指標(biāo)中的最小數(shù)值。

（2）構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)矩陣。 設(shè)m個被評價對象，n個指標(biāo)，指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)矩陣，標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)矩陣R表示：

3 甘肅省2005—2017年水資源承載力評價

3.1 甘肅省2005—2017年水資源承載力評價指標(biāo)值的獲取 甘肅省2005—2017年水資源承載力評價指標(biāo)值原始數(shù)據(jù)來源于《甘肅省水資源公報（2005—2017）》《甘肅統(tǒng)計年鑒2018》，國家統(tǒng)計局地區(qū)年度數(shù)據(jù)。根據(jù)原始數(shù)據(jù)計算得到甘肅省2005—2017年水資源承載力評價指標(biāo)值（表1）。

由表1可看出，甘肅省2005—2017年人均地下水資源量呈現(xiàn)下降趨勢。甘肅省2005—2017年降雨量變化不大，每年的降雨量都較少。甘肅省2005—2017年水資源開發(fā)利用率多數(shù)年份在50%左右，水資源開發(fā)利用率中等。甘肅省2005—2017年農(nóng)田灌溉用水率呈現(xiàn)下降的趨勢，但是依然較高，占到總用水率的70%以上。甘肅省萬元GDP用水量2005—2017年呈現(xiàn)下降趨勢，說明總體上甘肅省水資源利用效率得到提高。甘肅省2005—2017年人均GDP增長速度快，2017年的人均GDP是2005年的3倍多。生態(tài)環(huán)境用水率2015—2017相比2005—2014年增長較快，利于生態(tài)環(huán)境改善。

3.2 基于熵權(quán)法的甘肅省2005—2017年水資源承載力評價

通過極差標(biāo)準(zhǔn)化法公式（1）和（2），對甘肅省2005—2017年水資源承載力評價指標(biāo)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后，采用熵權(quán)法計算公式（3）和（4），計算出甘肅省2005—2017年水資源承載力評價指標(biāo)的權(quán)重（表2），然后采用公式（5）計算出綜合評價值（表3）。

由表2可知，甘肅省2005—2017年水資源承載力評價指標(biāo)中供水模數(shù) （B4）、農(nóng)田灌溉用水率（B11）權(quán)重相比其他指標(biāo)較高;萬元GDP用水量（B8）、人口密度（B9）、人均地下水資源量（B2） 權(quán)重相比其他指標(biāo)較低。

由表3可知，甘肅省2005—2017年水資源承載力呈現(xiàn)上升的趨勢，除2017年較高、2006和2008年較低外，其余年份變化不大，總體上2005—2016年甘肅省水資源承載力較低。

4 2017年甘肅省各市（州）水資源承載力評價

4.1 2017年甘肅省各市（州）水資源承載力評價指標(biāo)值的獲取

甘肅省各市2017年水資源承載力評價指標(biāo)值原始數(shù)據(jù)來源于《甘肅省水資源公報2017》，根據(jù)原始數(shù)據(jù)計算得到甘肅省各市2017年水資源承載力評價指標(biāo)值（表4）。由于嘉峪關(guān)市和金昌市水資源原始數(shù)據(jù)有誤，因此不分析這2市的水資源承載力。

由表4可看出，2017年甘南州、張掖市、酒泉市、隴南市人均水資源量較高，而蘭州市、白銀市、平?jīng)鍪腥司Y源量較低。2017年甘南州、酒泉市、張掖市、隴南市人均地下水資源量較高，而蘭州市、平?jīng)鍪小⑴R夏市、白銀市、天水市、慶陽市人均地下水資源量較低。2017年甘肅省降雨量各市很不平衡，隴南市、甘南州、慶陽市、平?jīng)鍪?、天水市、臨夏市降雨量較多，而酒泉市、武威市、張掖市降雨量較少。2017年甘肅省蘭州市、白銀市、武威市水資源開發(fā)利用率高，而甘南州、隴南市水資源開發(fā)利用率低。

2017年甘肅省各市（州）萬元GDP用水量很不平衡，慶陽市、蘭州市、隴南市、甘南州、天水市、平?jīng)鍪腥f元GDP用水量較低，水資源利用效率較高，而張掖市、酒泉市、武威市、白銀市萬元GDP用水量較高，水資源利用效率較低;2017年甘肅省各市（州）人口密度也不平衡，酒泉市、甘南州、張掖市、武威市、人口密度較低，蘭州市、臨夏州、天水市人口密度較高;2017年人均GDP蘭州市、酒泉市較高，而臨夏州、定西市、隴南市較低;2017年農(nóng)田灌溉用水率各市相差較大，甘南州、隴南市、蘭州市、慶陽市較低，而張掖市、酒泉市、武威市農(nóng)田灌溉用水率較高。

4.2 基于熵權(quán)法的甘肅省各市（州）2017年水資源承載力評價

通過極差標(biāo)準(zhǔn)化法公式（1）和（2），對甘肅省各市（州）2017年水資源承載力評價指標(biāo)值進(jìn)行準(zhǔn)化處理后，采用熵權(quán)法計算公式（3）和（4），計算出甘肅省各市2017年水資源承載力評價指標(biāo)的權(quán)重（表5），然后采用公式（5）計算出綜合評價值（表6）。

由表5可知，甘肅省各市（州）2017年水資源承載力評價指標(biāo)中人均水資源量 （B1）、人均地下水資源量（B2）權(quán)重相比其他指標(biāo)較高;供水模數(shù)（B4）、水資源開發(fā)利用率（B6）、人均用水量（B12）權(quán)重相比其他 指標(biāo)較低。

由表6可知，2017年甘肅省各市（州）水資源承載力差別較大，甘南州水資源承載力最強(qiáng)，隴南市、酒泉市、慶陽市、平?jīng)鍪兴Y源承載力中等;蘭州市、張掖市、天水市、定西市水資源承載力處于較弱的位置，武威市、白銀市、臨夏州2017年在甘肅省各市（州）中水資源承載力最弱。

5 結(jié)論

西北地區(qū)不僅干旱、水資源量少，而且蒸發(fā)量大，水資源對其社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展制約性相比全國來說較為嚴(yán)重，其水資源的合理開發(fā)利用顯得尤為重要。甘肅省是西北地區(qū)典型的大部分地區(qū)干旱少雨，重度缺水、生態(tài)環(huán)境脆弱的省份[11]。該研究參考全國水資源供需分析評價的指標(biāo)體系和水資源承載力評價研究，并在指標(biāo)有代表性和數(shù)據(jù)可獲得性條件下，選取水資源系統(tǒng)、社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)兩個方面的指標(biāo)，通過熵權(quán)法對甘肅省2005—2017年和2017年甘肅省各市（州）綜合評價了甘肅省水資源承載力。

甘肅省2005—2017年水資源承載力雖然呈現(xiàn)上升的趨勢，但是依然較低。2017年甘肅省區(qū)域間水資源承載力不平衡。究其原因，甘肅省農(nóng)田灌溉用水率由2005年的75.54%，下降到2017年的71.74%，雖然2005—2017年農(nóng)田灌溉用水率出現(xiàn)下降的趨勢，農(nóng)田灌溉用水效率得到提高，但是農(nóng)田灌溉用水率超過70%，農(nóng)業(yè)用水仍然是甘肅省用水主體。提高甘肅省水資源承載力的關(guān)鍵是進(jìn)一步減少農(nóng)田灌溉用水量，促進(jìn)節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展，提高農(nóng)田灌溉用水效率是甘肅省今后繼續(xù)攻克的難題。2005—2017年人均地下水資源量呈現(xiàn)下降趨勢，地下水資源利用效率須得到重視。2017年甘肅省區(qū)域間水資源承載力不平衡主要由人均水資源量、人均地下水資源量和產(chǎn)水模數(shù)的差距造成。

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