張炳林，王秉琦，甄俊杰，4，王成軍，王若軒

（1.陜西省地質(zhì)調(diào)查院，陜西 西安 710054； 2.陜西省礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710068；3.中國(guó)自然資源學(xué)會(huì)秦巴研究分會(huì)，陜西 西安 710068； 4.西北大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，陜西 西安 710127； 5.西安建筑科技大學(xué) 管理學(xué)院，陜西 西安 710055）

水資源是人民生活與社會(huì)生產(chǎn)的基礎(chǔ)性自然資源，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，水資源短缺、水污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻，平衡好經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與水資源的可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用是當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。 已有關(guān)于水資源綜合利用水平評(píng)價(jià)的研究主要集中在兩個(gè)方面：一是關(guān)于水資源綜合利用水平的測(cè)度，國(guó)內(nèi)外學(xué)者多采用綜合評(píng)價(jià)模型與DEA 模型進(jìn)行分析，如周和平等［1］采用綜合評(píng)價(jià)和柯布道格拉斯模型對(duì)新疆水資源綜合利用水平進(jìn)行評(píng)價(jià)，為新疆水資源與經(jīng)濟(jì)社會(huì)均衡發(fā)展提出了政策建議；Zhou 等［2］在區(qū)分經(jīng)濟(jì)用水和社會(huì)用水兩大用水部門(mén)的基礎(chǔ)上，采用DEA 模型對(duì)水資源綜合利用水平進(jìn)行評(píng)價(jià)。 二是關(guān)于水資源綜合利用與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展之間的關(guān)系研究，如高志遠(yuǎn)等［3］基于協(xié)同發(fā)展理論，對(duì)黃河流域水資源-經(jīng)濟(jì)發(fā)展-生態(tài)環(huán)境協(xié)同發(fā)展進(jìn)行評(píng)價(jià)，并詳細(xì)分析了三者間的演變關(guān)系；Haak 等［4］構(gòu)建了水資源與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動(dòng)態(tài)指數(shù)，并考慮廢水處理、水資源修復(fù)等可持續(xù)性因素，為深入了解城市水資源與經(jīng)濟(jì)協(xié)同發(fā)展提供了實(shí)踐思路；Zamanzad 等［5］以水資源為中心框架，通過(guò)構(gòu)建水資源-社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境綜合可持續(xù)發(fā)展指數(shù)，對(duì)美洲35 個(gè)國(guó)家進(jìn)行考察，并基于單一和混合人工智能基因表達(dá)編程方法，對(duì)國(guó)家層面水資源與社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境系統(tǒng)之間的聯(lián)系進(jìn)行評(píng)估。

陜西省水資源匱乏，嚴(yán)重制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。 筆者基于水資源承載力-管理韌性彈性適配視角，采用縱橫向拉開(kāi)檔次法，對(duì)陜西省2013—2020年水資源綜合利用水平進(jìn)行評(píng)價(jià)，并對(duì)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，以期為實(shí)現(xiàn)陜西省水資源可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 研究區(qū)概況

陜西省總面積為20.56 萬(wàn)km2，分屬黃河、長(zhǎng)江兩大流域。 水資源分布不均，全年降水量主要集中于7—10月。 陜北地區(qū)年降水量?jī)H占全省年降水量的20%，屬于半干旱地區(qū)；關(guān)中地區(qū)與陜南地區(qū)分別屬于半濕潤(rùn)地區(qū)和濕潤(rùn)地區(qū)。 關(guān)中地區(qū)與陜北地區(qū)屬黃河流域，總面積占全省的64.83%、年降水量為全省平均值的53.97%，水資源總量?jī)H占全省的29.46%；陜南地區(qū)屬長(zhǎng)江流域，面積、年降水量分別占全省的35.17%、46.03%，水資源總量占全省的70.54%。 陜西省主要地貌分布見(jiàn)圖1。

圖1 陜西省主要地貌分布

2 指標(biāo)體系構(gòu)建與數(shù)據(jù)來(lái)源

產(chǎn)權(quán)理論指出，水資源作為公共物品，由于產(chǎn)權(quán)沒(méi)有清晰的邊界，因此勢(shì)必導(dǎo)致過(guò)度使用而枯竭［6］。 水資源承載力是指以可預(yù)見(jiàn)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展水平為依據(jù)，以社會(huì)可持續(xù)發(fā)展和水資源可持續(xù)利用為原則，水資源對(duì)地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最大支撐能力。水資源可持續(xù)利用理論認(rèn)為，水資源可以在地區(qū)人口、資源與環(huán)境的協(xié)同謀劃下實(shí)現(xiàn)可持續(xù)利用［7］。 人作為生態(tài)系統(tǒng)中的重要影響主體，是水資源綜合利用中的核心要素，建設(shè)具有韌性的水資源管理體系是水資源綜合利用的重要前提。 基于以上理論，從地區(qū)水資源承載力與水資源管理韌性彈性適配研究視角，考慮科學(xué)性、綜合性和可操作性原則，構(gòu)造“壓力-承壓-管理-韌性”的陜西省水資源綜合利用水平評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（見(jiàn)表 1）。

表1 陜西省水資源綜合利用水平評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

本研究所用數(shù)據(jù)主要來(lái)源于中國(guó)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)（https：／／www.ceicdata.com）、中經(jīng)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)（https：／／db.cei.cn）、《陜西省統(tǒng)計(jì)年鑒》《陜西省水資源公報(bào)》。 對(duì)于少部分缺失的數(shù)據(jù)值，采用線(xiàn)性插值法補(bǔ)齊。

3 研究方法

3.1 縱橫向拉開(kāi)檔次法

目前關(guān)于自然資源評(píng)價(jià)主要有主觀賦權(quán)［8-9］和客觀賦權(quán)［10-12］兩種方法，主觀賦權(quán)法因容易受個(gè)人主觀影響而應(yīng)用較少，客觀賦權(quán)法因各項(xiàng)指標(biāo)在不同年份存在非一致性變化而難以適用于多主體歷年跨期的面板數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)。 因此，本文采用縱橫向拉開(kāi)檔次法對(duì)水資源綜合利用水平進(jìn)行評(píng)價(jià)，該方法完全基于數(shù)據(jù)原有的內(nèi)在特征，不受主觀因素影響［13］，同時(shí)能較好避免指標(biāo)跨期帶來(lái)的動(dòng)態(tài)誤差［14］，具體測(cè)算與評(píng)價(jià)步驟如下。

（1）標(biāo)準(zhǔn)化處理。 鑒于各指標(biāo)的屬性不同，采用極差變換法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行無(wú)量綱化處理：

式中：Xij（t）為在t年第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象第j項(xiàng)指標(biāo)Xij（t）無(wú)量綱化處理后的值，Xij（t）∈［0，1］；maxxj（t）、minxj（t）分別為在t年第j項(xiàng)指標(biāo)的最大值、最小值。

（2）確定指標(biāo)權(quán)重。 與傳統(tǒng)客觀賦權(quán)方法不同的是，縱橫向拉開(kāi)檔次法能夠區(qū)別不同主體間的差異，使得不同評(píng)價(jià)對(duì)象綜合評(píng)價(jià)指數(shù)yi（t）間的總離差平方和最大，由于數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化處理，因此其中：M＝ （ω1，ω2，…，ωm） ，ωj為第j項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重；H＝是m×m的 對(duì) 稱(chēng) 矩 陣，當(dāng)e2取得最大值時(shí)，限定MTM＝1，矩陣H的最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量即為各指標(biāo)權(quán)重。

（3）計(jì)算綜合評(píng)價(jià)指數(shù)。 綜合評(píng)價(jià)指數(shù)的計(jì)算公式為

3.2 Tapio 彈性適配模型

彈性適配模型由Tapio［15］于2005年提出，可以很好捕捉不同系統(tǒng)在不同尺度下的彈性適配程度。 與傳統(tǒng)Tapio 模型不同，本文著重計(jì)算陜西省水資源承載力與水資源管理韌性?xún)纱笞酉到y(tǒng)間的彈性適配程度，以此評(píng)價(jià)陜西省水資源綜合利用水平。 構(gòu)建的模型表達(dá)式為

式中：δ為水資源承載力與水資源管理韌性間的適配指數(shù)；ΔWCC、ΔWMR分別為地區(qū)水資源承載力與水資源管理韌性的變化率。

參考已有研究成果［16-17］，將水資源承載力與水資源管理韌性脫鉤情況分為8 個(gè)區(qū)間，見(jiàn)圖2。

圖2 水資源承載力與水資源管理韌性脫鉤情況界定標(biāo)準(zhǔn)

3.3 Kernel 密度估計(jì)法

Kernel 密度估計(jì)法作為一種非參數(shù)方法，對(duì)模型的依賴(lài)性不強(qiáng)且具備優(yōu)良的統(tǒng)計(jì)性能，在探究空間分布非均衡問(wèn)題中得到廣泛運(yùn)用［18］。 Kernel 密度估計(jì)法測(cè)算模型表達(dá)式為

式中：f（x）為待估計(jì)指數(shù)的密度函數(shù)；h為最優(yōu)帶寬，常數(shù)；K［］為核密度估計(jì)函數(shù)為觀測(cè)值的均值；Xi（t）為獨(dú)立同分布的觀測(cè)值。

3.4 Markov 鏈預(yù)測(cè)模型

Markov 鏈預(yù)測(cè)模型通過(guò)構(gòu)建Markov 概率矩陣，對(duì)離散后的不同水資源綜合利用水平等級(jí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬。 首先將待預(yù)測(cè)指數(shù)離散為4 種類(lèi)型，然后計(jì)算每種類(lèi)型指數(shù)的概率，使得Markov 模擬過(guò)程近似逼近指數(shù)演變的整個(gè)過(guò)程［19］，計(jì)算公式為

式中：Psq為s類(lèi)型地區(qū)轉(zhuǎn)移為q類(lèi)型地區(qū)的概率；γsq為s類(lèi)型地區(qū)轉(zhuǎn)移為q類(lèi)型地區(qū)的數(shù)量；γq為q類(lèi)型地區(qū)的總數(shù)。

本文在傳統(tǒng)Markov 鏈預(yù)測(cè)模型的基礎(chǔ)上加入空間滯后效應(yīng)，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)Markov 鏈預(yù)測(cè)模型的不足。將待預(yù)測(cè)的相鄰地區(qū)指數(shù)與空間權(quán)重矩陣的乘積作為空間滯后值，采用臨近空間矩陣作為權(quán)重矩陣（地區(qū)間相鄰時(shí)權(quán)重為1，否則權(quán)重為0）。

4 彈性適配視角下陜西省水資源綜合利用水平

采用縱橫向拉開(kāi)檔次法，計(jì)算2013—2020年陜西省水資源綜合利用指數(shù)（見(jiàn)表2），指數(shù)越大表示水資源綜合利用水平越高。 由表2 可知，陜西省各地級(jí)市水資源綜合利用水平總體呈現(xiàn)差異化明顯、震蕩式下降的特點(diǎn)。 從空間維度而言，榆林市、西安市、寶雞市和延安市水資源綜合利用指數(shù)年均值均大于0.5，位于全省前列；漢中市、咸陽(yáng)市、銅川市、安康市年均值為0.4～0.5；商洛市、渭南市年均值均低于0.4，屬于水資源綜合利用水平亟待提高的地區(qū)。 從時(shí)間維度而言，除安康市、商洛市外，其他各地級(jí)市2013—2020年水資源綜合利用指數(shù)增長(zhǎng)率均為負(fù)值，其中榆林市、銅川市下降幅度最大，分別為19.89%、17.59%。

表2 2013—2020年陜西省水資源綜合利用指數(shù)計(jì)算情況

利用式（3），采用彈性適配模型對(duì)陜西省水資源承載力與水資源管理韌性子系統(tǒng)彈性適配情況進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表3。 陜西省水資源承載力與水資源管理韌性彈性適配狀態(tài)主要分為3 類(lèi)：第一類(lèi)為水資源承載力與水資源管理韌性均正增長(zhǎng)的良好適配狀態(tài)，包括擴(kuò)張性負(fù)脫鉤與弱脫鉤；第二類(lèi)為水資源承載力與水資源管理韌性相對(duì)滯后發(fā)展的中等適配狀態(tài)，包括強(qiáng)脫鉤與強(qiáng)負(fù)脫鉤；第三類(lèi)為水資源承載力與水資源管理韌性同時(shí)退化的較差適配狀態(tài)，包括弱負(fù)脫鉤、衰退性連接與衰退性脫鉤。

表3 陜西省水資源承載力與水資源管理韌性彈性適配情況

由表3 可知，除西安市水資源承載力與水資源管理韌性持續(xù)保持良好適配狀態(tài)外，其他地級(jí)市均不穩(wěn)定。 其中：銅川市、咸陽(yáng)市從較差適配狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橹械冗m配狀態(tài)，寶雞市由中等適配狀態(tài)轉(zhuǎn)為良好適配狀態(tài)，表明地區(qū)水資源承載力與水資源管理韌性適配狀態(tài)雖有所改善，但仍有進(jìn)一步提升的空間；渭南市、安康市和商洛市由良好適配狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橹械冗m配狀態(tài)，榆林市由中等適配狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^差適配狀態(tài)，表明水資源承載力與水資源管理韌性間的適配狀態(tài)有所惡化；延安市、漢中市的水資源承載力與水資源管理韌性間的適配狀態(tài)均穩(wěn)定保持在中等適配狀態(tài)。

5 陜西省水資源綜合利用水平動(dòng)態(tài)演化及預(yù)測(cè)

5.1 陜西省水資源綜合利用水平動(dòng)態(tài)演化

為深入了解陜西省水資源利用的動(dòng)態(tài)演化狀況，繪制了2013—2020年陜西省水資源綜合利用水平、水資源承載力與水資源管理韌性的三維Kernel 密度分布圖，分別見(jiàn)圖3～圖5。

圖3 陜西省水資源綜合利用水平演化趨勢(shì)

圖5 陜西省水資源管理韌性演化趨勢(shì)

由圖3 可知：Kernel 密度函數(shù)中心呈現(xiàn)顯著的移動(dòng)特征，表明總體上陜西省水資源綜合利用水平呈現(xiàn)先下降后上升的動(dòng)態(tài)演化過(guò)程；2013—2020年Kernel 密度函數(shù)的主峰高度不斷提升，2020年的波峰分布最為陡峭、峰值最大，且歷年Kernel 密度函數(shù)波峰變窄，說(shuō)明陜西省水資源綜合利用水平的地區(qū)間差距逐漸縮??；研究期內(nèi)Kernel 密度函數(shù)并未出現(xiàn)明顯的多峰現(xiàn)象，表明陜西省水資源綜合利用水平并未出現(xiàn)兩極分化現(xiàn)象。

由圖4 可知：2014年水資源承載力比2013年有顯著提升，但2014年之后Kernel 密度函數(shù)中心未出現(xiàn)明顯移動(dòng)現(xiàn)象，表明陜西省水資源承載力未發(fā)生明顯變動(dòng)；Kernel 密度函數(shù)的波峰呈現(xiàn)先上升后震蕩趨平的特征，表明研究期內(nèi)陜西省各地區(qū)間水資源承載力差距呈現(xiàn)先縮小后趨于穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)演進(jìn)過(guò)程；雖然2014年水資源承載力出現(xiàn)明顯的雙峰現(xiàn)象，但后期并未出現(xiàn)明顯的兩極分化現(xiàn)象。

圖4 陜西省水資源承載力演化趨勢(shì)

由圖5 可知：Kernel 密度函數(shù)中心不斷向右移動(dòng)，表明陜西省水資源管理韌性水平不斷提高；Kernel 密度函數(shù)的波峰高度呈現(xiàn)先上升后下降的特征，表明研究期內(nèi)陜西省各地區(qū)間水資源管理韌性呈現(xiàn)先縮小后擴(kuò)大的趨勢(shì)特征；研究期內(nèi)Kernel 密度函數(shù)未出現(xiàn)明顯的多峰現(xiàn)象，表明陜西省水資源管理韌性未出現(xiàn)顯著的兩極分化現(xiàn)象。

5.2 陜西省水資源綜合利用水平趨勢(shì)預(yù)測(cè)

依據(jù)Markov 預(yù)測(cè)模型，對(duì)陜西省水資源綜合利用水平發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。 首先將待預(yù)測(cè)變量進(jìn)行離散化處理，采用四分位數(shù)法將陜西省水資源綜合利用水平劃分為Ⅰ（低水平）、Ⅱ（中低水平）、Ⅲ（中高水平）、Ⅳ（高水平）4 種類(lèi)型，考慮空間滯后因素的影響，構(gòu)建空間Markov 預(yù)測(cè)模型，并與傳統(tǒng)Markov 概率矩陣進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 陜西省水資源綜合利用水平預(yù)測(cè)Markov 概率矩陣

不考慮空間滯后因素影響的陜西省水資源綜合利用水平發(fā)展趨勢(shì)：①水資源綜合利用水平整體呈現(xiàn)條件收斂特征，預(yù)測(cè)矩陣對(duì)角線(xiàn)元素概率分別為0.905、0.643、0.571、0.762，表明水資源綜合利用水平保持原狀態(tài)的概率至少為57.1%，且低水平和高水平維持現(xiàn)狀的概率遠(yuǎn)高于中低水平與中高水平。 ②水資源綜合利用水平提升概率較大，但存在降級(jí)風(fēng)險(xiǎn)。 預(yù)測(cè)矩陣表明，低水平、中高水平地區(qū)依舊有9.5%和28.6%的概率實(shí)現(xiàn)躍遷，具有較大提升概率；中低水平地區(qū)提升和下降的概率均為14.3%，有7.1%的概率實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展；高水平地區(qū)退化的概率較大（19.0%），因此需要特別警惕異質(zhì)性水資源發(fā)展水平的退化風(fēng)險(xiǎn)。

考慮空間滯后因素影響的陜西省水資源綜合利用水平發(fā)展趨勢(shì)：①相同水平的臨近地區(qū)會(huì)進(jìn)一步強(qiáng)化低水平與中低水平地區(qū)的路徑依賴(lài)。 隨著鄰近地區(qū)水資源綜合利用水平的影響，各地區(qū)水資源綜合利用水平維持現(xiàn)狀的概率總體顯著增大；對(duì)于低水平和中低水平地區(qū)而言，當(dāng)鄰近地區(qū)水資源綜合利用處于同等水平時(shí)，本地區(qū)不會(huì)改變現(xiàn)有狀態(tài)。 ②伴隨著鄰近地區(qū)水資源綜合利用水平的提升，低水平地區(qū)實(shí)現(xiàn)躍遷的概率顯著增大，表現(xiàn)出顯著的示范帶動(dòng)效應(yīng)；當(dāng)鄰近地區(qū)水資源綜合利用水平高于低水平地區(qū)時(shí)，類(lèi)型Ⅰ變?yōu)轭?lèi)型Ⅱ的概率由16.7%提升至25.0%，最終可以提升到38.0%，可見(jiàn)發(fā)揮臨近地區(qū)的示范帶動(dòng)效應(yīng)是提升陜西省水資源綜合利用水平的重要途徑。

6 結(jié)論與建議

6.1 結(jié) 論

（1）2013—2020年，陜西省水資源綜合利用水平表現(xiàn)出差異化明顯、震蕩式下降的特點(diǎn)，總體上呈現(xiàn)先下降后上升的動(dòng)態(tài)演化過(guò)程，且存在兩極分化的趨勢(shì)。

（2）陜西省各地區(qū)水資源綜合利用水平下降的主要原因是地區(qū)水資源承載力與水資源管理韌性間不匹配，地區(qū)間水資源承載力的異質(zhì)性狀況是水資源綜合利用水平出現(xiàn)差異化的主要原因。

（3）陜西省水資源綜合利用水平整體呈現(xiàn)條件收斂特征，相同水平下的臨近地區(qū)會(huì)進(jìn)一步強(qiáng)化低水平與中低水平地區(qū)的路徑依賴(lài)；隨著鄰近地區(qū)水資源綜合利用水平的提升，低水平地區(qū)實(shí)現(xiàn)躍遷的概率增大，表現(xiàn)出顯著的示范帶動(dòng)效應(yīng)。

6.2 建 議

（1）堅(jiān)持管住用水、科學(xué)調(diào)水的原則，在保證用水合理的前提下構(gòu)建現(xiàn)代化水網(wǎng)。 通過(guò)陜西省水量的統(tǒng)一調(diào)度，解決各地區(qū)水資源超載、過(guò)載的不均衡問(wèn)題。

（2）做好惜水節(jié)水宣傳工作。 強(qiáng)化居民保護(hù)水源、節(jié)水惜水意識(shí)，提高水資源綜合利用水平，實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)發(fā)展。

（3）加大污水處理投資力度與生態(tài)修復(fù)工程建設(shè)力度，實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用和生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展。在開(kāi)源節(jié)流的同時(shí)，提高地區(qū)水資源承載力的韌性。