張玉澤，王 爽

（1.濟南大學 商學院，山東 濟南 250022；2.山東省標準化研究院，山東 濟南 250014）

1 引 言

2019年9月18日，習近平總書記在鄭州主持召開座談會，將黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展上升為重大國家戰(zhàn)略，提出“把水資源作為最大的剛性約束”。“水多、水少、水臟、水渾”是治黃歷史矛盾，新時期“水少”逐漸演化成主要矛盾［1］。2021年中共中央、國務(wù)院印發(fā)的《黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃綱要》指出，黃河流域最大的矛盾是水資源短缺，黃河流域水資源開發(fā)利用率高達80%，遠超40%的生態(tài)警戒線。當前黃河流域面臨的糧食安全、能源安全、生態(tài)安全及經(jīng)濟發(fā)展滯后等問題，都與水息息相關(guān)［2］。隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，黃河流域水資源短缺的態(tài)勢將更加凸顯。科學評價黃河流域水資源承載力和水資源安全水平是保障流域用水安全、實現(xiàn)水資源與經(jīng)濟社會協(xié)調(diào)發(fā)展的前提［3］。

近年來，學界關(guān)于水資源安全評價的研究較多，集中在水資源安全評價的內(nèi)涵、指標體系構(gòu)建、評價方法與典型區(qū)域評價等方面［4－5］。水資源安全評價用于衡量一個國家或地區(qū)（流域）在現(xiàn)有或可預(yù)見的經(jīng)濟、技術(shù)條件下，按照可持續(xù)發(fā)展原則，水資源能否滿足國民經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的需要，其實質(zhì)在于評價水資源供給能否滿足合理的用水需求［3］?；诖藘?nèi)涵，國內(nèi)學者建議綜合考慮水資源對區(qū)域人口、資源、環(huán)境和經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展的支撐能力，從水量安全、水質(zhì)安全、水生態(tài)環(huán)境安全、與水有關(guān)的經(jīng)濟社會安全等維度構(gòu)建綜合評價指標體系［6－7］，評價方法主要有層次分析法［8－10］、模糊綜合評價法［11］、物元分析法［12］、投影尋蹤法［13］、水足跡法［14］、DPSIR模型［15－16］等。一些學者對黃河流域部分區(qū)域的水資源安全進行評價，如張修宇等［10－11］分別對河南省引黃受水區(qū)和黃河下游引黃灌區(qū)進行了評價，武蘭珍等［17］對黃河流域甘肅段進行了評價，但少有學者對黃河流域整體的水資源安全進行評價。因此，筆者選擇能夠反映指標間因果關(guān)系的DPSIR（驅(qū)動力－壓力－狀態(tài)－影響－響應(yīng)）模型，對黃河流域水資源安全進行評價，以期為黃河流域水資源與經(jīng)濟社會生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展提供參考。

2 研究方法

2.1 評價指標體系構(gòu)建

水資源安全是“人－水耦合系統(tǒng)”的動態(tài)演變過程，評價指標體系既要反映系統(tǒng)目前的狀態(tài)，又要反映其發(fā)展態(tài)勢，同時要體現(xiàn)各省（區(qū)）間、各子系統(tǒng)之間相互影響、互為因果的關(guān)系。DPSIR模型是在PSR（壓力－狀態(tài)－響應(yīng)）模型基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，是一種在環(huán)境系統(tǒng)評價中被廣泛使用的概念模型，該模型從系統(tǒng)的角度看待人與環(huán)境系統(tǒng)的相互作用，比較適用于流域水資源安全評價［18］。具體而言，驅(qū)動力反映人類活動（人口增長、經(jīng)濟社會發(fā)展等）對水資源系統(tǒng)演化的原始驅(qū)動力，表征經(jīng)濟社會發(fā)展對水資源安全的保障能力；壓力伴隨驅(qū)動力產(chǎn)生，主要反映人類活動對水資源產(chǎn)生的壓力，即人口及經(jīng)濟社會各個部門發(fā)展對水資源需求量的增加造成的水資源系統(tǒng)變化（水體污染、水質(zhì)惡化、可利用水資源量減少等）；狀態(tài)反映水資源系統(tǒng)在壓力作用下所處的狀態(tài)，表征水資源的流量、存量以及水質(zhì)的變化；影響反映水資源開發(fā)利用過程及當前狀態(tài)對人類社會的影響；響應(yīng)反映政府和社會針對水資源系統(tǒng)演化過程中出現(xiàn)的問題所采取的措施，體現(xiàn)為政策、法律及經(jīng)濟手段等。根據(jù)DPSIR模型，結(jié)合黃河流域發(fā)展狀況及已有研究成果［15－16］，從水資源、經(jīng)濟社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境等維度選擇了21項指標，構(gòu)建黃河流域水資源安全評價指標體系（見表1）。

表1 黃河流域水資源安全評價指標體系

2.2 利用熵值法計算水資源安全評價值的步驟

（1）數(shù)據(jù)標準化處理。利用極差標準化方法對指標數(shù)據(jù)進行標準化處理：

式中：Xij為i地區(qū)的第j個指標值；X′ij為數(shù)據(jù)標準化后的指標值；Xjmin、Xjmax分別為第j個指標的最小值、最大值。

（2）計算指標信息熵值和信息效用值。第j項指標的信息熵值計算公式為

式中：ej為信息熵值，對于一個信息完全無序的系統(tǒng)，其有序度為0，信息熵值最大，ej＝1；K為常數(shù)，與系統(tǒng)的地區(qū)數(shù)m有關(guān)，當m個樣本處于完全無序分布狀態(tài)時，K＝1／lnm。

第j項指標的信息效用值計算公式為

（3）計算指標權(quán)重。第j項指標的權(quán)重計算公式為

（4）計算水資源安全評價值。i地區(qū)第j個指標的評價值計算公式為

第i個地區(qū)的水資源安全評價值計算公式為

2.3 水資源安全評價等級劃分

上述運用熵值法得出的水資源安全評價值在0與1之間，評價值越接近1說明水資源安全狀況越好，評價值越接近0說明水資源安全狀況越差。為便于分析，在參考相關(guān)文獻［19］的基礎(chǔ)上，經(jīng)過專家討論，將水資源安全狀態(tài)劃分為Ⅰ級（不安全）、Ⅱ級（較不安全）、Ⅲ級（中等安全）、Ⅳ級（較安全）和Ⅴ級（安全）5個等級（見表2）。

表2 黃河流域水資源安全狀態(tài)等級劃分

3 黃河流域水資源安全評價

3.1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

黃河自西向東流經(jīng)青海、四川、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古、山西、陜西、河南、山東9個省（區(qū)），其中四川省絕大部分地區(qū)屬于長江流域，僅阿壩藏族羌族自治州部分地區(qū)屬于黃河流域，考慮行政區(qū)的完整性，選擇青海、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古、山西、陜西、河南、山東8個?。▍^(qū)）為研究區(qū)。水資源短缺是黃河流域的最大矛盾，上中游大部分地區(qū)位于400 mm年降水量等值線以西，氣候干旱少雨，黃河流域多年平均降水量446 mm，僅為長江流域的40%；多年平均水資源總量647億m3，不到長江的7%。黃河流域是我國重要的農(nóng)業(yè)主產(chǎn)區(qū)和能源基地，流域內(nèi)城市群規(guī)模不斷擴大，農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水及生活用水量均較大，導致用水矛盾尖銳。

研究數(shù)據(jù)來源于上述8個省（區(qū)）的統(tǒng)計年鑒（2006—2020年）、《中國統(tǒng)計年鑒》（2006—2020年）、《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》（2006—2020年）、《中國水利統(tǒng)計年鑒》（2006—2020年）、《中國水資源公報》（2005—2019年）、《黃河水資源公報》（2005—2019年）等，黃河流域的數(shù)據(jù)按照上述8個?。▍^(qū)）的相關(guān)數(shù)據(jù)累加求得。

3.2 黃河流域水資源安全變化趨勢

總體來看，2005—2019年黃河流域水資源安全評價值呈現(xiàn)波動上升趨勢（見表3）。2005—2012年黃河流域水資源安全評價值在0.2～0.4范圍波動，為Ⅱ級，其中2006年評價值僅為0.275，說明該時段黃河流域水資源處于較不安全狀態(tài)，水資源短缺，不能夠滿足國民經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的需要；2013年黃河流域水資源安全評價值為0.432，達到Ⅲ級，此后呈現(xiàn)明顯上升趨勢，2017年評價值為0.598，說明黃河流域水資源安全得到初步改善，水資源基本能夠滿足國民經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的需要；2018年評價值達到峰值0.694，2019年小幅度回落至0.687，仍為Ⅳ級，說明2018年和2019年黃河流域水資源能夠滿足國民經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的需要，達到了較為安全的狀態(tài)。2005—2019年黃河流域水資源安全狀態(tài)從Ⅱ級上升到Ⅳ級，改善明顯，但仍未達到Ⅴ級，未來仍有提升空間。

表3 2005—2019年黃河流域水資源安全評價結(jié)果

結(jié)合DPSIR模型，從5個準則分析黃河流域水資源安全狀況改善的原因。從表3可以看出，2005—2019年驅(qū)動力評價值小幅度上升，壓力、影響評價值小幅度下降，狀態(tài)、響應(yīng)評價值上升趨勢明顯。具體而言，驅(qū)動力評價值由0.089波動上升到0.094，年均增長率僅為0.37%，說明人均GDP、第一產(chǎn)業(yè)比重、人口密度、城鎮(zhèn)化率等指標對水資源安全提升的貢獻很小，經(jīng)濟社會發(fā)展為水資源安全提供的保障不大；壓力評價值由0.122波動下降到0.118，說明從單位產(chǎn)出用水量和居民人均用水量等指標來看，黃河流域經(jīng)濟發(fā)展、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活對水資源造成的壓力增大，流域水體污染、水質(zhì)惡化有所加重；狀態(tài)評價值由0.008波動上升到0.249（年均增長率為28.41%），響應(yīng)評價值由0.016波動上升到0.132（年均增長率為16.22%），這兩個準則評價值增長較為明顯，說明政府和社會針對水資源問題采取的措施較為有效，使水資源數(shù)量和質(zhì)量得到改善，提升了水資源安全水平；影響評價值由0.105波動下降到0.095，說明從廢水中COD排放量、廢水中氨氮排放量、農(nóng)田高效節(jié)水灌溉面積率和人均年供水量等指標看，水資源問題對經(jīng)濟社會發(fā)展產(chǎn)生不利影響，水資源安全狀況有所下降。

綜上所述，2005—2019年黃河流域水資源安全改善主要得益于狀態(tài)和響應(yīng)指標的提升；經(jīng)濟社會發(fā)展未能為水資源安全提供充分的保障，而是形成了壓力，水資源一定程度上對經(jīng)濟社會發(fā)展構(gòu)成了約束?？梢哉f，當前對黃河流域水資源的治理已達到較高水平，未來較難有所突破，現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的用水效率很難大幅度提升，通過調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)提升水資源安全是未來的努力方向。這與國內(nèi)其他學者的研究結(jié)論較為一致，如張曉濤等［20］研究發(fā)現(xiàn)黃河流域工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)耗用水資源的同時貢獻了相同比例的GDP，認為未來節(jié)水只能從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和發(fā)展節(jié)水技術(shù)入手；王浩等［1］研究發(fā)現(xiàn)黃河流域水資源利用效率僅次于京津冀地區(qū)，認為通過深度節(jié)水緩解水資源供需矛盾的潛力不大。

3.3 黃河流域水資源安全空間格局分析

由表4可知，2005—2019年黃河流域水資源安全狀況呈好轉(zhuǎn)趨勢，?。▍^(qū)）間差異減小。2005年黃河流域上、中、下游水資源安全狀況差距較大，青海為Ⅳ級，內(nèi)蒙古、陜西和山東為Ⅲ級，甘肅、山西和河南為Ⅱ級（較不安全），寧夏僅處于Ⅰ級。2012年寧夏水資源安全狀況有所改善，達到Ⅱ級，其他?。▍^(qū)）評價值小幅度增加，水資源安全等級未發(fā)生改變。2019年流域水資源安全狀況繼續(xù)好轉(zhuǎn)，青海仍為Ⅳ級（水資源安全評價值達到0.713），寧夏為Ⅱ級（較不安全），其他省（區(qū)）均為Ⅲ級。2005—2019年各?。▍^(qū)）對水資源保護力度加大，但水資源開發(fā)利用大都采用以需定供模式。經(jīng)濟較發(fā)達地區(qū)水資源開發(fā)利用程度較高，驅(qū)動力和響應(yīng)指標評價值較高，壓力、狀態(tài)和影響各指標評價值較低；經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)情況相反，導致經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)和欠發(fā)達地區(qū)的評價值差距逐漸縮小。雖然2005—2019年黃河流域水資源安全狀況有所好轉(zhuǎn)，但整體形勢仍不容樂觀，2019年絕大部分?。▍^(qū)）為Ⅲ級及以下等級，流域水資源沒有達到“較安全”或者“安全”的狀態(tài)。究其原因，一是黃河流域水資源稟賦先天不足、水資源與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不匹配；二是流域水資源規(guī)劃管理長期遵循以需定供的模式，強調(diào)保障供水、滿足生產(chǎn)用水需求，導致水資源過度開發(fā)。

表4 典型年各?。▍^(qū)）水資源安全評價結(jié)果

具體到各省（區(qū)）來看，青海省水資源安全狀態(tài)相對理想，2005—2019年青海省水資源安全評價值從0.607增至0.713，為Ⅳ級（較安全），水資源能夠滿足國民經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的需要，達到良好狀態(tài)。青海省水資源稟賦較好、人口密度小，人均水資源量遠大于其他省（區(qū)），雖然人均GDP、第一產(chǎn)業(yè)比重、單位產(chǎn)出用水量等指標評價值小于其他?。▍^(qū)），但其水資源安全評價值仍高于其他?。▍^(qū)）。

2005—2019年陜西、內(nèi)蒙古、山東三省（區(qū)）經(jīng)濟相對發(fā)達、用水效率較高，水資源為Ⅲ級（中等安全）。陜西水資源相對豐富，經(jīng)濟發(fā)展較好，人均GDP、第一產(chǎn)業(yè)比重、單位產(chǎn)出用水量、人均水資源量等指標具有優(yōu)勢，因而其驅(qū)動力、壓力、狀態(tài)評價值較高。內(nèi)蒙古人口密度、人均水資源量指標優(yōu)勢明顯，單位產(chǎn)出用水量和人均用水量等壓力指標評價值較小。山東作為沿海經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，水資源利用效率較高，驅(qū)動力、壓力、影響和響應(yīng)各指標均具有一定優(yōu)勢，水資源安全評價值由2005年的0.413增大到2019年的0.497。

2005—2019年河南、山西、甘肅三省水資源安全由Ⅱ級（較不安全）改善為Ⅲ級（中等安全），2019年三省水資源安全評價值分別為0.450、0.412、0.403，水資源基本能夠滿足國民經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的需要，說明2005—2019年三省水資源安全得到較大改善，但仍有較大進步空間。

2005—2019年寧夏水資源安全評價值由0.196增長到0.351，從Ⅰ級（不安全）演變?yōu)棰蚣墸ㄝ^不安全），說明寧夏水資源短缺，不能滿足國民經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的需要。寧夏位于黃河中上游，受氣候條件、地形地貌等因素限制，降水量少、人均水資源量不足、經(jīng)濟相對落后、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理、單位產(chǎn)出用水量和人均用水量大、水土流失和草場退化嚴重，是黃河流域水資源治理的重點地區(qū)。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié) 論

2005—2019年黃河流域水資源安全評價值呈現(xiàn)波動上升趨勢，2019年評價值為0.687，達到Ⅳ級（較安全）。流域水資源安全狀況改善主要得益于狀態(tài)和響應(yīng)指標的提升，經(jīng)濟社會發(fā)展未能為水資源安全提供充分的保障，而是形成了壓力，水資源一定程度上對經(jīng)濟社會發(fā)展構(gòu)成了約束。從空間分布來看，流域水資源安全?。▍^(qū)）間差異性減小，但整體形勢仍不容樂觀，2019年絕大部分?。▍^(qū)）為Ⅲ級及以下等級。究其原因，一是流域水資源稟賦先天不足，水資源與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不匹配；二是流域水資源規(guī)劃管理長期遵循以需定供模式，強調(diào)保障生產(chǎn)用水需求，導致水資源過度開發(fā)。具體分析各?。▍^(qū)）的水資源安全狀況，青海省水資源稟賦較好，水資源安全等級穩(wěn)定保持在Ⅳ級（較安全）；陜西、內(nèi)蒙古、山東三省（區(qū)）用水效率較高，水資源安全等級穩(wěn)定保持在Ⅲ級（中等安全）；河南、甘肅、山西三省受氣候條件、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等因素限制，水資源安全等級由Ⅱ級（較不安全）改善為Ⅲ級，仍有較大發(fā)展空間；寧夏水資源安全等級從Ⅰ級（不安全）演變?yōu)棰蚣墸Y源短缺，不能滿足國民經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的需要，是黃河流域水資源治理的重點地區(qū)。

4.2 建 議

為了提高黃河流域水資源安全水平，減小水資源對經(jīng)濟社會發(fā)展的制約，需轉(zhuǎn)變以需定供的用水思路，按照“把水資源作為最大的剛性約束，以水而定、量水而行”的原則，努力提升流域水資源安全水平，實現(xiàn)水資源可持續(xù)發(fā)展。一是根據(jù)流域可開發(fā)的水資源量調(diào)整發(fā)展規(guī)模和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，優(yōu)先生活用水，控制生產(chǎn)用水，重點加強農(nóng)業(yè)節(jié)水，限制低用水效率產(chǎn)業(yè)發(fā)展，適度促進高用水效率產(chǎn)業(yè)發(fā)展；二是根據(jù)各?。▍^(qū)）水資源安全狀況和水資源對各產(chǎn)業(yè)的約束大小調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，推動產(chǎn)業(yè)從供水條件較差、水資源約束較大的地區(qū)向約束較小的地區(qū)轉(zhuǎn)移；三是繼續(xù)推進南水北調(diào)工程建設(shè)，綜合考慮流域其他資源和要素進行水資源調(diào)配。