張 乾，張永福

（新疆大學地理與遙感科學學院/教育部綠洲生態(tài)重點實驗室，烏魯木齊 830046）

全球淡水資源的蓄存量十分有限，僅占全球總水量的2.5%，且淡水資源大部分儲存在極地冰帽和冰川中［1］。關于水資源承載力的定義研究者給出了解釋，大致可以分為水資源開發(fā)規(guī)模論、水資源可承載最大人口論、水資源支撐社會經(jīng)濟系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展能力論［2］。經(jīng)過多年的發(fā)展，有關水資源承載力的評價理論體系日趨完善［3-5］。李治軍等［6］通過社會經(jīng)濟、水資源、生態(tài)環(huán)境3 個方面構(gòu)建指標體系分析長春市水資源承載力，通過熵權(quán)法和變異系數(shù)法組合賦權(quán)的方式確定指標的權(quán)重，再通過TOPSIS 模型來計算水資源承載力，研究認為2011—2019 年長春市水資源承載力整體呈上升趨勢。閔慶文等［7］基于模糊數(shù)學理論進行山西省河津市水資源承載力研究，選取了人均水資源可利用量、人均實際供水量、水資源利用率、耕地灌溉率、供水模數(shù)、需水模數(shù)、生活用水定額、生態(tài)用水率8 個主要因素作為評價因素分析出了該市水資源承載力現(xiàn)狀不理想，存在諸多用水困境，并結(jié)合當?shù)卣哌M行了梳理，針對性地指出造成水資源困境的直接、間接因素。吳丹等［8］采用匹配性評價法、灰關聯(lián)分析法與耦合協(xié)調(diào)度模型，評價黃河中游地區(qū)水資源與經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展能力并明晰了其時空分異特征，研究表明黃河中游地區(qū)水資源與經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展能力呈穩(wěn)定增長態(tài)勢，河南省水資源與經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展能力最高。本研究基于DPSR 模型分析溫宿縣水資源承載力，選取4 個子系統(tǒng)14 個指標組成指標體系，為達到客觀要求，采用標準化處理和均方差決策法分別確定各指標在子系統(tǒng)和綜合體系中的權(quán)重，再計算出各子系統(tǒng)的承載力指數(shù)和綜合承載力指數(shù)，以期為水資源承載力方面的研究提供參考。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

溫宿縣隸屬新疆維吾爾自治區(qū)阿克蘇地區(qū)，位于西部天山中段的托木爾峰南麓，塔里木盆地西北邊緣。地處北緯40°52—42°15′，東經(jīng)79°28′—81°30′，東西長171 km，南北寬158 km，東與拜城縣、新和縣交界，南和阿克蘇市毗鄰，西隔托什干河與烏什縣相望，北同新疆伊犁哈薩克自治州的昭蘇縣接壤?？偯娣e1.46 萬km2。下轄8 個鎮(zhèn)、5 個鄉(xiāng)。2019 年，溫宿縣戶籍人口為268 688 人，主要有維吾爾族、漢族、柯爾克孜族等28 個民族。2021 年全縣地方生產(chǎn)總值99.32 億元。溫宿縣地勢北高南低，地形崎嶇，冰川密布，具有獨特的冰蝕地貌。溫宿縣屬典型的大陸性氣候［9］。礦產(chǎn)資源豐富，已初步探明礦種31種。

溫宿縣水資源較為充沛，2010 年在阿克蘇地區(qū)七縣兩市水資源總量中占42%，且比例逐年上升，境內(nèi)有五大灌區(qū)，分別為臺蘭河灌區(qū)、庫托河灌區(qū)、巴依里克灌區(qū)、博孜墩灌區(qū)、吾斯塘布依灌區(qū)，其中主要的是西部的庫托河灌區(qū)和東部的臺蘭河灌區(qū)。

1.2 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)主要來源于阿克蘇地區(qū)、溫宿縣2010—2020 年統(tǒng)計年鑒、水資源公報、部分調(diào)研數(shù)據(jù)。

2 研究方法

2.1 DPSR 模型

基于DPSR 模型研究溫宿縣水資源承載力，DPSR 模型即驅(qū)動力-壓力-狀態(tài)-響應模型，是生態(tài)環(huán)境科學中比較常用的研究方法［10-14］，該研究方法主要聚焦于人與自然相互作用的內(nèi)在邏輯和外在關系，人類從自然獲取生存所需的一切資源并且向自然中釋放各種活動產(chǎn)物，進而改變自身所處自然環(huán)境，而自然環(huán)境的改變又作用于人類本身，為了對抗或加強這種作用，人類從政策、經(jīng)濟、文化等方面做出改變，來響應這種變化從而達到一種循環(huán)，具體分為4 個指標類型，見表1。

表1 溫宿縣水資源承載力評價指標體系

2.2 極差標準化處理

由于指標體系中各指標單位不同、性質(zhì)各異，故將其進行標準化處理，本研究采用極差標準化方法，處理后結(jié)果處于（0，1），從而進行比較分析，具體算式如下。

2.3 均方差決策法計算指標權(quán)重

關于體系化指標的權(quán)重確定有許多經(jīng)典方法，為避免賦權(quán)過程的主觀性，如專家評價法等，本研究采用均方差決策法計算各指標權(quán)重，以達到充分客觀的要求，該方法的原理借鑒了信息熵的設計，指標的變化程度越小，信息熵越大，權(quán)重越小，具體計算式如下。

1）求隨機變量的均值：

2）求隨機變量的均方差：

3）求隨機變量的權(quán)重系數(shù)：

式中，n為年份，i= 1,2,3,…,n；m為評價指標數(shù)，j= 1,2,3,…,m；Zij為第i年中第j個指標的標準化值；Yj為j項指標的權(quán)重值；Xi表示第i項指標。

2.4 水資源承載力

由于已對各指標進行標準化處理并求出各指標對應權(quán)重，為了綜合評價各指標的影響程度又保證相對客觀的評價結(jié)果，將各指標的標準化指數(shù)賦予權(quán)重后的累計值作為水資源承載力指數(shù)，計算式如下。

式中，Mi表示第i個評價因素的承載力綜合指數(shù)，Yj表示第j個指標的權(quán)重，Zij表示第i年第j個指標的標準化值。

將綜合承載力指數(shù)按照0.2 來進行分級，0.8～1.0 為Ⅰ級、0.6～0.8 為Ⅱ級、0.4～0.6 為Ⅲ級、0.2～0.4 為Ⅳ級、0～0.2 為Ⅴ級。

3 結(jié)果與分析

通過計算得到溫宿縣水資源承載力評價指標體系標準化指數(shù)（表2），進一步得到溫宿縣水資源承載力評價指標體系分系統(tǒng)權(quán)重和體系權(quán)重（表3、表4）。

表2 溫宿縣水資源承載力評價指標體系標準化指數(shù)

表3 溫宿縣水資源承載力評價指標體系子系統(tǒng)權(quán)重

表4 溫宿縣水資源承載力評價指標體系權(quán)重

由表3 可知，當把每個子系統(tǒng)單獨計算權(quán)重時，驅(qū)動力系統(tǒng)中的5 個指標權(quán)重相近，均在0.200 0 附近，指標權(quán)重較為均衡，其中權(quán)重最大的是第二產(chǎn)業(yè)增長率，這是由于溫宿縣二、三產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值浮動較大的緣故；壓力系統(tǒng)中的3 個指標權(quán)重相近，其中水資源開發(fā)利用率權(quán)重最大；狀態(tài)系統(tǒng)中3 個指標權(quán)重均在0.300 0 以上，其中灌溉水利用系數(shù)的權(quán)重最大；響應系統(tǒng)中3 個指標權(quán)重相差較大，其中人均供水量權(quán)重最高，為0.408 2。

由表4 可知，綜合所有指標權(quán)重，驅(qū)動力系統(tǒng)整體權(quán)重偏低，壓力系統(tǒng)整體權(quán)重較高，但所有指標的權(quán)重整體波動較小，其中直接涉及到水資源的指標水資源開發(fā)利用率、地表水用水量及比例、灌溉水利用系數(shù)和污水處理率的權(quán)重都較大。

從表5 分析，驅(qū)動力系統(tǒng)承載力指數(shù)從2010—2019 年處于波動變化趨勢，2018 年出現(xiàn)了最低值，為0.225 5，2019 年迅速上升，這是因為驅(qū)動力指標中的二、三產(chǎn)業(yè)增長率在這兩年呈現(xiàn)較大變化。

表5 溫宿縣水資源承載力指數(shù)

2010—2015 年壓力系統(tǒng)承載力指數(shù)變化趨勢比較平緩，2016—2018 年該指數(shù)大幅度降低，2019年開始快速升高。驅(qū)動力系統(tǒng)承載力指數(shù)在2015年也出現(xiàn)較大幅度的降低。在驅(qū)動力-壓力系統(tǒng)影響下，狀態(tài)子系統(tǒng)承載力指數(shù)變化比較明顯且稍顯滯后，2010—2014 年狀態(tài)子系統(tǒng)承載力指數(shù)呈穩(wěn)定上升趨勢，在2016 年達到峰值后快速降低，2017 年以后又快速升高。

2010—2015 年響應子系統(tǒng)承載力指數(shù)變化呈比較平緩的趨勢，2015 年后一直呈波動升高趨勢，尤其是從2017 年開始上升趨勢更明顯。結(jié)合4 個子系統(tǒng)后的綜合水資源承載力指數(shù)，2010—2016 年變化趨勢較為平緩，2017—2019 年呈波動變化趨勢。

綜合承載力指數(shù)按照0.2 來進行分級，分級結(jié)果見表6。

表6 溫宿縣水資源承載力指數(shù)分級

從以上分析可以看出，2015 年前水資源承載力較為穩(wěn)定，2015 年后水資源承載力指數(shù)變化較大且有上升趨勢，一方面是因為社會經(jīng)濟的發(fā)展，各單位各行業(yè)用水效率提高，水資源分配更加科學合理，浪費相對減少，另一方面從2015 年開始阿克蘇地區(qū)為了落實水資源管理“三條紅線”控制指標開始實行嚴格的水資源管理制度，并于2018 年出臺了各縣市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)，各產(chǎn)業(yè)、各流域用水總量控制方案和分解細則，并結(jié)合非法開荒治理、渠道治理、退減灌溉耕地等一系列措施來提高水資源利用效率。尤其是年均1 400 hm2以上的耕地退減灌溉節(jié)約集約利用了大量水資源，并且在2010—2019 年農(nóng)業(yè)部門實施了約44 700 hm2高標準農(nóng)田建設，其中高效節(jié)水工程通過將粗獷式的大水漫灌模式改為精確滴灌模式，實施面積在35 000 hm2以上，結(jié)余水量超過1.1 億m2。與此同時，林糧間作、套作模式使部分耕地、林地蒸騰減少，利用率提高，灌溉用水量下降，也起到了一定作用，在各行業(yè)、地區(qū)用水量上升的條件下使得水資源承載力向好發(fā)展，綜合調(diào)控成果顯著。

4 小結(jié)

本研究運用DPSR 模型對溫宿縣2010—2019 年水資源承載力進行研究，結(jié)果表明，2015 年前溫宿縣水資源承載力發(fā)展趨勢較為平緩，水資源利用效率與社會經(jīng)濟發(fā)展處于較為平衡的狀態(tài)，2015 年后水資源承載力呈波動上升趨勢，主要原因包含2 個方面。①2015 年開始阿克蘇地區(qū)層面用水政策收緊，對水資源的規(guī)劃分配更加嚴格科學，且出臺了相應政策對各地方、各產(chǎn)業(yè)單位、各類用水量進行嚴密的監(jiān)督。②2010—2019 年溫宿縣國土、農(nóng)業(yè)、水利相關部門落實了一系列土地、水利工程，使得農(nóng)業(yè)用水量減少較為明顯，農(nóng)業(yè)灌溉效率提高，并且集約節(jié)約優(yōu)先供水給優(yōu)質(zhì)耕地，逐步退出部分低質(zhì)量耕地，使得用水效率得到提高。

針對以上研究成果，實現(xiàn)水資源的科學規(guī)劃、合理配置和可持續(xù)利用是保障經(jīng)濟和可持續(xù)發(fā)展的基礎，合理的政策導向是提高水資源承載力較為直接的方法。