金占偉,孫 波,劉和昌

(1.水利部珠江水利委員會(huì)珠江水利綜合技術(shù)中心,廣東 廣州 510611;2.水利部珠江水利委員會(huì)技術(shù)咨詢(廣州)有限公司,廣東 廣州 510611)

水資源是基礎(chǔ)性自然資源和戰(zhàn)略性經(jīng)濟(jì)資源[1],在保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和維持生態(tài)環(huán)境平衡中具有不可替代作用。水資源承載力是指某一地區(qū)水資源在某一具體歷史發(fā)展階段下,以可以預(yù)見(jiàn)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展水平為依據(jù),以可持續(xù)發(fā)展為原則、以維護(hù)生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)發(fā)展為條件,經(jīng)過(guò)合理優(yōu)化配置后,對(duì)該地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最大支撐能力,其已成為衡量一個(gè)地區(qū)或流域可持續(xù)發(fā)展程度的重要指標(biāo)之一。

水資源承載力研究最早始于20世紀(jì)70年代,國(guó)際有關(guān)組織針對(duì)資源匱乏國(guó)家的土地、水等資源承載力進(jìn)行研究,提出了水資源承載力的相關(guān)概念[2]。在中國(guó),水資源承載力的概念由施雅風(fēng)等[3]于1989年首次明確提出,隨后有關(guān)水資源承載力的研究成果不斷完善和豐富[1-2,4-26]。目前,水資源承載力研究主要包括水資源承載力內(nèi)涵及基礎(chǔ)理論研究、評(píng)價(jià)方法與評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究、典型區(qū)域?qū)嵶C研究等。王建華等[4]從水量、水質(zhì)、水域空間和水流狀態(tài)4個(gè)維度賦予了水資源承載力新的內(nèi)涵,并基于新內(nèi)涵構(gòu)建了“四層三級(jí)”評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。朱一中等[8]指出可持續(xù)發(fā)展理論、水-生態(tài)-社會(huì)經(jīng)濟(jì)復(fù)合系統(tǒng)理論、二元模式下的水文循環(huán)機(jī)制和過(guò)程是水資源承載力研究的理論基礎(chǔ),對(duì)水資源承載力研究的基本內(nèi)容、評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立和評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了較為全面的概況和總結(jié)。左其亭[9]在梳理中國(guó)水資源承載力研究的發(fā)展歷程和研究方法對(duì)比分析的基礎(chǔ)上,對(duì)水資源承載力計(jì)算分析方法進(jìn)行了歸納總結(jié),指出水資源承載力定量計(jì)算方法主要有經(jīng)驗(yàn)公式法、多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)法、系統(tǒng)分析法等,而水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系多種多樣,評(píng)價(jià)方法也日趨豐富。唱彤等[10]基于對(duì)水資源承載主體、客體及承載過(guò)程的分析,以水資源承載支撐力、壓力和調(diào)控力描述承載過(guò)程,建立了基于承載過(guò)程的“水量-水質(zhì)-水生棲息環(huán)境-連通性”四維指標(biāo)體系。程軍蕊等[11]從承載對(duì)象角度構(gòu)建了反映水資源承載、壓力和承載度的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,體系包括水資源支撐指標(biāo)、供用水指標(biāo)和承載力評(píng)判指標(biāo)。王晗等[12]和崔東文等[13]選取水資源、經(jīng)濟(jì)社會(huì)和生態(tài)環(huán)境相關(guān)指標(biāo)分別以TOPSIS模型和風(fēng)力驅(qū)動(dòng)投影尋蹤模型對(duì)鄭州市和文山州近10 a的水資源承載力狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià)。袁艷梅等[14]將灰關(guān)聯(lián)系數(shù)應(yīng)用于模糊評(píng)價(jià)模型中,結(jié)合定性定量分析對(duì)江陰市水資源承載力進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。王麗等[15]建立了以水資源自然支持力、社會(huì)生活水平和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平3個(gè)子系統(tǒng)為主成分的承載驅(qū)動(dòng)回歸模型,以評(píng)價(jià)臨海市水資源承載綜合能力。張艷明[16]和孟珍珠等[17]均基于人水和諧理論,從健康、發(fā)展、協(xié)調(diào)3方面選取了26個(gè)指標(biāo),分別對(duì)遼寧省和安徽阜陽(yáng)市的水資源承載力進(jìn)行了評(píng)價(jià)。于倩雯等[18]和吳瓊[19]分別以模糊物元法和因子分析法對(duì)青海省水資源承載力進(jìn)行了評(píng)價(jià)。李娟芳等[20]選取了水質(zhì)、水量、水生態(tài)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)5個(gè)方面的28個(gè)指標(biāo),評(píng)價(jià)了洛陽(yáng)市的水資源承載力。任博等[21]基于熵權(quán)TOPSIS模型對(duì)遼寧省區(qū)水資源承載力評(píng)價(jià)研究,并采用耦合協(xié)調(diào)模型對(duì)系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)性進(jìn)行了分析研究。

綜合目前研究成果,水資源承載力的理論研究已經(jīng)比較完善,評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及評(píng)價(jià)方法日趨豐富,不同流域間水資源承載力相互比較以及同一流域水資源系統(tǒng)內(nèi)部協(xié)調(diào)性研究較多,但水資源承載效率研究甚少。水資源是集中自然、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)的復(fù)雜系統(tǒng),對(duì)水資源的開(kāi)發(fā)利用可以理解為一種龐大的投入產(chǎn)出系統(tǒng),投入要素中的水資源數(shù)量、水資源質(zhì)量、水域空間形態(tài)、水流情勢(shì)變化與水資源產(chǎn)出(或承載)的人口、GDP、能源、糧食、生物多樣性等之間具有復(fù)雜的投入產(chǎn)出關(guān)系,也存在效率高低問(wèn)題。本文以珠江水資源公報(bào)數(shù)據(jù)[27]為基礎(chǔ),通過(guò)對(duì)經(jīng)濟(jì)規(guī)律、自然規(guī)律、生態(tài)規(guī)律的認(rèn)識(shí)和把握,統(tǒng)籌自然演化、生態(tài)服務(wù)和社會(huì)服務(wù)三大功能,圍繞水資源載體主體、水資源承載客體以及主客體之間支撐保障途徑3個(gè)方面,構(gòu)建了包含32個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,采用TOPSIS模型、耦合協(xié)調(diào)模型,對(duì)珠江區(qū)27個(gè)重點(diǎn)流域的水資源承載力排位、水資源系統(tǒng)協(xié)調(diào)性進(jìn)行分析研究;并在此基礎(chǔ)上,借用生產(chǎn)函數(shù)概念提出水資源承載效率模型,對(duì)27個(gè)重點(diǎn)流域水資源承載效率進(jìn)行了分類,綜合水資源承載力相對(duì)排位、水資源系統(tǒng)內(nèi)部耦合協(xié)調(diào)程度以及水資源承載效率,對(duì)27個(gè)重點(diǎn)流域的水資源承載狀況進(jìn)行了研究與評(píng)價(jià),以便實(shí)現(xiàn)人口經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境的均衡發(fā)展。本分析評(píng)價(jià)研究結(jié)果可作為珠江區(qū)及重點(diǎn)流域水資源規(guī)劃、開(kāi)發(fā)、利用、保護(hù)和管理的重要參考,在水資源承載效率研究方面也為水資源承載力研究提供了一個(gè)全新的研究領(lǐng)域。

1 研究區(qū)域概況

珠江區(qū)地處中國(guó)東經(jīng)102°06′～117°18′、北緯3°41′～26°49′,是中國(guó)大陸最南端的一個(gè)水資源一級(jí)區(qū),包括珠江流域、韓江流域、粵東、粵西、桂南沿海諸河和海南島及南海各島諸河等水系,行政區(qū)域涉及云南、貴州、廣西、廣東、湖南、江西、福建、海南等八省(自治區(qū))以及香港、澳門特別行政區(qū),總面積57.91萬(wàn)km2。珠江區(qū)水系發(fā)達(dá)、河流眾多,集水面積大于1 000 km2的河流約有180條,分屬珠江、韓江、粵西、粵東、桂南沿河諸河、海南島諸河等水系,其中珠江流域最大,韓江流域次之。

同時(shí),以跨省(自治區(qū))重要江河、生態(tài)環(huán)境脆弱敏感河流、水事矛盾突出河流、水資源開(kāi)發(fā)利用需求強(qiáng)烈河流、現(xiàn)狀水資源開(kāi)發(fā)利用程度高河流作為重點(diǎn),確定了重點(diǎn)流域27個(gè),分別為西江、南盤江、黃泥河、北盤江、六硐河、柳江、都柳江、龍江、郁江、右江、桂江、賀江、北江、武水、東江、深圳河、韓江、汀江、榕江、漠陽(yáng)江、鑒江、九洲江、南流江、欽江、南渡江、昌化江、萬(wàn)泉河,重點(diǎn)流域總面積49.7萬(wàn)km2,占珠江區(qū)總面積的85.8%。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源及研究方法

采用的數(shù)據(jù)主要來(lái)源于珠江水資源公報(bào)。結(jié)合珠江區(qū)重點(diǎn)流域水資源自然特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展特征,圍繞水資源承載主體、承載客體以及主客體之間支撐保障途徑3個(gè)方面,構(gòu)建多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,采用隸屬度函數(shù)對(duì)單指標(biāo)量化、采用等權(quán)模型進(jìn)行多指標(biāo)綜合,利用TOPSIS模型、耦合協(xié)調(diào)模型和生產(chǎn)函數(shù)模型,對(duì)珠江區(qū)27個(gè)重點(diǎn)流域的水資源承載狀況進(jìn)行分析研究。

2.1 指標(biāo)體系建立

根據(jù)文獻(xiàn)[1]、[4],水資源承載系統(tǒng)由3部分構(gòu)成:承載主體、承載客體及途徑。承載主體即水資源的自然要素,具體為水量、水質(zhì)、水域空間以及水流情勢(shì);承載客體即水資源自然要素所能承載的人口、經(jīng)濟(jì)、糧食、能源、生態(tài)等;途徑即承載主體支撐承載客體在發(fā)展過(guò)程中的能力與效率,主要包括水資源開(kāi)發(fā)能力、節(jié)約用水效率、水污染治理水平等。

本文遵循指標(biāo)體系建立的科學(xué)性、代表性、完備性、可操作性等原則,選取32個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)(xij,i=1,2,…,27,j=1,2,…,32,i為評(píng)價(jià)對(duì)象,j為評(píng)價(jià)指標(biāo)),建立以目標(biāo)層、準(zhǔn)則層及指標(biāo)層為框架的水資源承載能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,見(jiàn)表1。

表1 珠江區(qū)重點(diǎn)流域水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

32個(gè)指標(biāo)中,正向指標(biāo)(指標(biāo)數(shù)值越大代表越優(yōu))24個(gè)、反向指標(biāo)(指標(biāo)數(shù)值越大代表越差)8個(gè)。為避免重點(diǎn)流域在集水面積大小、河流長(zhǎng)度、經(jīng)濟(jì)規(guī)模等指標(biāo)之間存在的懸殊差異給評(píng)價(jià)結(jié)論造成不客觀和難于橫向比的實(shí)際情況,本次評(píng)價(jià)指標(biāo)均采用單位指標(biāo)和相對(duì)指標(biāo),其中單位指標(biāo)14個(gè),相對(duì)指標(biāo)18個(gè),這些指標(biāo)大多是水資源調(diào)查評(píng)價(jià)中采用的基礎(chǔ)評(píng)價(jià)指標(biāo),概念明確、清晰、便于計(jì)算。其中,生物多樣性為綜合性指標(biāo),本次采用劣Ⅴ類河流長(zhǎng)度占比代替,認(rèn)為劣Ⅴ類河流占比越高則生物生存條件及多樣性越差。

2.2 單指標(biāo)量化

本文采用隸屬度函數(shù)量化指標(biāo)xij(i=1,2,…,27;j=1,2,…,32),量化后大小為[0,1]。正向指標(biāo)的隸屬度(rij)隨指標(biāo)值增大而增大,反向指標(biāo)的隸屬度隨指標(biāo)值增大而減小。計(jì)算公式見(jiàn)式(1)、(2)。

對(duì)于正向指標(biāo):

(1)

對(duì)于反向指標(biāo):

(2)

2.3 多指標(biāo)綜合

確定各指標(biāo)相對(duì)其準(zhǔn)則層的權(quán)重,根據(jù)各指標(biāo)的隸屬度,按照權(quán)重加權(quán)計(jì)算各準(zhǔn)則層指數(shù),即得到代表承載主體的水資源狀況指數(shù)(SKIi)、代表途徑的水資源能力與效率指數(shù)(SNIi)、代表承載客體的水資源承載量指數(shù)(SZIi),計(jì)算公式為:

(3)

(4)

(5)

2.4 多準(zhǔn)則集成及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)劃分

確定各準(zhǔn)則層相對(duì)目標(biāo)層的權(quán)重αj(j=1,2,3),本文采用TOPSIS模型進(jìn)行多準(zhǔn)則集成。TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution)評(píng)價(jià)模型于1981年由Hwang教授提出。該模型屬于多目標(biāo)決策的一種方法,其原理是通過(guò)計(jì)算評(píng)價(jià)對(duì)象與最優(yōu)、最劣理想解之間距離,從而對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行優(yōu)劣排序。首先,該模型根據(jù)各待評(píng)對(duì)象數(shù)據(jù)計(jì)算出正理想解(最優(yōu))與負(fù)理想解(最劣);其次,分別計(jì)算各待評(píng)對(duì)象與正、負(fù)理想解之間的距離;最后,對(duì)所有對(duì)象進(jìn)行排序,從而反映出評(píng)價(jià)結(jié)果的優(yōu)劣。由于TOPSIS評(píng)價(jià)模型計(jì)算方法簡(jiǎn)潔,已廣泛應(yīng)用于資源環(huán)境評(píng)價(jià)等領(lǐng)域,計(jì)算過(guò)程如下[1,21]。

a)正負(fù)理想點(diǎn)。準(zhǔn)則層中代表主體、客體、途徑的相應(yīng)水資源指數(shù)的理想目標(biāo)劃分為正、負(fù)理想點(diǎn),計(jì)算方法如下:

(6)

(7)

b)測(cè)度距離的計(jì)算。正負(fù)理想點(diǎn)與水資源指數(shù)之間的綜合測(cè)度距離D1、D2采用歐拉距離定義,其表達(dá)式為式(8)、(9)。

(8)

(9)

c)確定貼近度。理想點(diǎn)貼近度Ui可反映水資源承載力水平,其是在各評(píng)價(jià)指標(biāo)的綜合影響下形成的相對(duì)值,理想點(diǎn)貼近度的計(jì)算見(jiàn)式(10)。

(10)

式中Ui——貼近正理想點(diǎn)程度的參數(shù),取值區(qū)間為[0,1],其值越大則越接近于正理想點(diǎn),可將其劃分為7個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí),見(jiàn)表2。

表2 水資源承載力評(píng)價(jià)等級(jí)劃分

2.5 耦合協(xié)調(diào)模型及協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

水資源承載力是受多個(gè)子系統(tǒng)耦合作用形成的動(dòng)力系統(tǒng),分析水資源承載主體、承載客體、途徑3個(gè)子系統(tǒng)之間相互影響的程度大小,可采用耦合協(xié)調(diào)度模型[21]。計(jì)算見(jiàn)式(11)—(13):

(11)

T=α1×SKI×α2×SNI×α3×SZI

(12)

(13)

式中 SKI、SNI、SZI——水資源承載主體、承載客體、途徑系統(tǒng)的水資源指數(shù),具體水資源狀況指數(shù)(SKIi)、水資源能力與效率指數(shù)(SNIi)、水資源承載量指數(shù)(SZIi);C——耦合度;T——發(fā)展度;D——耦合協(xié)調(diào)度。

根據(jù)文獻(xiàn)[21]相關(guān)研究,耦合協(xié)調(diào)度劃分見(jiàn)表3。

表3 水資源系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展水平度量標(biāo)準(zhǔn)

2.6 權(quán)重確定

權(quán)重確定的方法有多種,本文采用指標(biāo)等權(quán)處理。等權(quán)處理簡(jiǎn)單而且不會(huì)特別強(qiáng)調(diào)某個(gè)指標(biāo)也不會(huì)弱化某個(gè)指標(biāo),可以兼顧每個(gè)指標(biāo)在綜合評(píng)價(jià)中地位與作用,避免了因某一個(gè)指標(biāo)對(duì)計(jì)算結(jié)果的過(guò)度集中而失去綜合評(píng)價(jià)意義。指標(biāo)層指標(biāo)權(quán)重分別為:ωj=1/17(j=1,…,17)、ωj=1/9(j=18,…,26)、ωj=1/8(j=27,…,32);準(zhǔn)則層指數(shù)αj=1/3(j=1,2,3)。

經(jīng)等權(quán)TOPSIS模型及耦合協(xié)調(diào)度模型計(jì)算,27個(gè)重點(diǎn)流域2010、2016年水資源承載力及其代表承載主體、承載客體、途徑的水資源狀況指數(shù)、水資源能力與效率指數(shù)、水資源承載量指數(shù)見(jiàn)表4、圖1,2010、2016年水資源系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度及協(xié)調(diào)水平見(jiàn)表5、圖2。

圖1 重點(diǎn)流域水資源承載力分布

圖2 重點(diǎn)流域水資源系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度分布

表4 重點(diǎn)流域水資源承載力計(jì)算

表5 重點(diǎn)流域水資源系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度及協(xié)調(diào)水平

2.7 生產(chǎn)函數(shù)模型

“生產(chǎn)”在經(jīng)濟(jì)學(xué)中是一個(gè)具有普遍意義的概念,其不僅僅意味著制造一臺(tái)機(jī)床或是紡織一匹布,它還包含了其他各種各樣的經(jīng)濟(jì)活動(dòng),如經(jīng)營(yíng)一家商店或證券公司、出租車的客運(yùn)服務(wù)、為他人打官司、劇團(tuán)的演出、為病人看病等等。表示這種經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)過(guò)程中投入與產(chǎn)出的數(shù)量關(guān)系即為生產(chǎn)函數(shù),通用的生產(chǎn)函數(shù)表達(dá)式為:Q=f(L,K),其中Q為產(chǎn)出量,L為投入量,K為科技水平。一般情況下,在相同的科技水平條件下,投入量越大則產(chǎn)出量越大;在投入量一定的情況下,科技水平越高則產(chǎn)出量越高。

水資源系統(tǒng)中的承載主體、承載客體以及主客體支撐保障途徑也可以理解為一種水資源投入產(chǎn)出關(guān)系,其具體的數(shù)量關(guān)系即為水資源承載力生產(chǎn)函數(shù)。其中,水資源承載主體即為投入量,具體為投入的水資源數(shù)量、水資源質(zhì)量、水域空間形態(tài)、水流情勢(shì)變化,水資源承載客體即為產(chǎn)出量,具體為產(chǎn)出或者承載的人口、GDP、能源、糧食、生物多樣性等。主客體支撐保障途徑即為水資源生產(chǎn)過(guò)程中的科技水平,具體為水資源開(kāi)發(fā)能力、節(jié)約用水效率、水污染治理水平等。與經(jīng)濟(jì)學(xué)意義上的生產(chǎn)函數(shù)不同,水資源承載力投入與產(chǎn)出的數(shù)量關(guān)系更為復(fù)雜。

本文利用建立的水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系以及準(zhǔn)則層水資源狀況指數(shù)SKI、水資源能力與效率指數(shù)SNI、水資源承載量指數(shù)SZI,建立水資源承載效率函數(shù):SZI=f(SKI,SNI),重點(diǎn)流域 2010—2016 年平均水資源承載效率函數(shù)關(guān)系見(jiàn)圖 3。

3 結(jié)果分析

3.1 水資源承載力排位

重點(diǎn)流域2016年水資源承載力為0.762～0.146,平均值為0.561,其中良好狀態(tài)流域13個(gè),占比為48.1%;中等狀態(tài)的流域11個(gè),占比為40.7%;很差狀態(tài)流域2個(gè),占比為7.4%;極差流域1個(gè),占比為3.7%。重點(diǎn)流域總體上以良好狀態(tài)河流為主。南渡江、桂江、萬(wàn)泉河、北江流域水資源承載力排位相對(duì)居前,九洲江、黃泥河、欽江、鑒江流域水資源承載力排位相對(duì)居后。九洲江流域位于桂南沿海,源短流急,水資源豐枯變化大,水資源與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展之間矛盾突出,人均水資源量1 912 m3、為重點(diǎn)流域平均水平的45.0%,人均GDP3.0萬(wàn)元、為重點(diǎn)流域平均水平的74.1%,水資源開(kāi)發(fā)利用率高達(dá)46.1%,全年期符合或優(yōu)于地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(優(yōu)良)的河流長(zhǎng)度占比為76.0%、水庫(kù)蓄水量占比為60.0%,水庫(kù)輕度富營(yíng)養(yǎng)占比為60.0%,是唯一一個(gè)水資源承載力處于極差狀態(tài)的流域。

對(duì)比2010、2016年各重點(diǎn)流域水資源承載力,水資源承載力提高的流域18個(gè)、占比為66.7%,降低的流域9個(gè)、占比為33.3%,總體上水資源承載力以提高為主,說(shuō)明珠江區(qū)重點(diǎn)流域水資源承載狀態(tài)逐步向理想狀態(tài)發(fā)展。水資源承載力降低的流域有黃泥河、賀江、北江、東江、鑒江、九洲江、南流江、欽江、漠陽(yáng)江,其中南流江、東江、鑒江、北江、漠陽(yáng)江流域水資源承載力下降主要是因?yàn)樗w水質(zhì)變差導(dǎo)致水資源狀況指數(shù)下降進(jìn)而影響承載力排位,其2010—2016年全年期符合或優(yōu)于地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(優(yōu)良)的河流長(zhǎng)度占比分別下降了42.4%、12.5%、12.5%、10.4%、6.0%;黃泥河、賀江流域水資源承載力下降主要是水資源承載客體規(guī)模不足,經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展相對(duì)落后所致;九洲江、欽江流域水資源承載力下降主要是水資源豐枯變化大、水資源利用條件差,而水資源利用效率、治理與保護(hù)水平跟不上經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平所致。

2010—2016年重點(diǎn)流域水資源承載等級(jí)無(wú)變化的流域24個(gè),變化的流域3個(gè),分別為:汀江、深圳河水資源承載等級(jí)由中等提高至良好,欽江水資源承載等級(jí)由中等降至很差,九洲江水資源承載等級(jí)由很差降至極差,九洲江流域人水矛盾短期內(nèi)尚未徹底扭轉(zhuǎn)。

3.2 水資源系統(tǒng)協(xié)調(diào)性

重點(diǎn)流域2016年水資源耦合協(xié)調(diào)度為0.484～0.263,平均值為0.406,其中瀕臨失調(diào)流域17個(gè),占比為63.0%;輕度失調(diào)流域9個(gè),占比為33.3%;中度失調(diào)流域1個(gè),占比為3.7%;重點(diǎn)流域總體上以瀕臨失調(diào)為主,無(wú)協(xié)調(diào)級(jí)別的流域,這符合珠江區(qū)水資源時(shí)空分布不均的自然特點(diǎn)以及地區(qū)之間經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平差異較大、水資源開(kāi)發(fā)治理與保護(hù)水平不一的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展階段。鑒江、九洲江、南流江、欽江等東部及沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平相對(duì)較高,但河道外用水量及廢污水排放量大,水環(huán)境質(zhì)量面臨較大的承載壓力;南盤江、黃泥河、北盤江、六硐河、都柳江、龍江等西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平落后,水環(huán)境質(zhì)量普遍較高,但水資源承載客體規(guī)模相對(duì)較小。

對(duì)比2010、2016年各重點(diǎn)流域水資源耦合協(xié)調(diào)度及協(xié)調(diào)水平,協(xié)調(diào)水平未發(fā)生變化的流域20個(gè),占比為74.1%,協(xié)調(diào)水平逐步提高的流域7個(gè),占比為25.9%,其中深圳河、韓江、汀江、榕江、右江流域協(xié)調(diào)水平由輕度失調(diào)調(diào)整為瀕臨失調(diào),黃泥河、北盤江流域協(xié)調(diào)水平由中度失調(diào)調(diào)整為輕度失調(diào)。九洲江流域水資源耦合協(xié)調(diào)度由2010年的0.244提高至2016的0.263,仍然是流域唯一一個(gè)水資源中度失調(diào)河流。

3.3 水資源承載效率

根據(jù)圖3,可將27個(gè)重點(diǎn)流域水資源承載效率分為3類。①低效率曲線型(Ⅰ型):相應(yīng)流域?yàn)槟?yáng)江、鑒江、昌化江、九洲江等4個(gè),水資源承載效率曲線為SZI=0.96×f(SKI,SNI)-0.02(R2=0.97)。在當(dāng)前水資源狀況條件和能力與效率水平下,相應(yīng)流域單位水資源投入變化量可以新增0.96個(gè)單位的承載規(guī)模。②中效率曲線型(Ⅱ型):相應(yīng)流域?yàn)闁|江、柳江、桂江、萬(wàn)泉河、南渡江、深圳河、郁江、龍江、右江、欽江、榕江、南流江等12個(gè),水資源承載效率曲線為SZI=1.00×f(SKI,SNI)-0.15(R2=0.81),在當(dāng)前水資源狀況條件和能力與效率水平下,相應(yīng)流域單位水資源投入變化量可以新增1.00個(gè)單位的承載規(guī)模。③高效率曲線型(Ⅲ型):相應(yīng)流域?yàn)楸苯?、汀江、賀江、西江、武水、韓江、都柳江、六硐河、黃泥河、北盤江、南盤江等11個(gè),水資源承載效率曲線為SZI=1.41×f(SKI,SNI)-0.57(R2=0.92);在當(dāng)前水資源狀況條件和水資源能力與效率水平下,相應(yīng)流域單位水資源投入變化量可以新增1.41個(gè)單位的承載規(guī)模。

圖3 重點(diǎn)流域2010—2016年水資源承載效率函數(shù)

對(duì)各重點(diǎn)流域做橫向比較,當(dāng)水資源投入量一定情況下,Ⅰ型流域水資源承載產(chǎn)出量大于Ⅱ型流域水資源承載產(chǎn)出量,Ⅱ型流域水資源承載產(chǎn)出量大于Ⅲ型流域水資源承載產(chǎn)出量。據(jù)此,Ⅰ型流域?yàn)榈托?、高產(chǎn)出,屬于強(qiáng)承載;Ⅱ型流域?yàn)橹行省⒅挟a(chǎn)出,屬于中承載;Ⅲ型流域?yàn)楦咝?、低產(chǎn)出,屬于低承載。

3.4 水資源承載狀況

綜合水資源承載力排位、耦合協(xié)調(diào)程度以及承載效率分析成果,水資源承載力排位(WRCC)與耦合協(xié)調(diào)程度之間具有高度的線性相關(guān)關(guān)系,曲線為:WRCC=2.54×D-0.47(R2=0.97),說(shuō)明水資源系統(tǒng)內(nèi)部要素之間越協(xié)調(diào)水資源承載力越高,反之而越低;而水資源承載力排位、耦合協(xié)調(diào)程度與承載效率之間無(wú)明顯的相關(guān)性。

綜合水資源承載力排位、系統(tǒng)協(xié)調(diào)性以及承載效率,可以將27個(gè)流域綜合為5組:第一組為九洲江、鑒江、欽江,其水資源承載力排位低、系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)性差、水資源承載效率為Ⅱ～Ⅰ型,綜合水資源承載狀況不佳;第五組為北江、西江、武水、賀江、汀江,其水資源承載力排位高、系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)性較好、水資源承載效率為Ⅲ型,綜合水資源承載狀況相對(duì)較佳;第二組為昌化江、龍江、南流江、黃泥河;第三組為漠陽(yáng)江、右江、榕江、都柳江、六硐河、南盤江、北盤江,第四組為南渡江、桂江、萬(wàn)泉河、郁江、柳江、深圳河、東江、韓江,其綜合水資源承載狀況介于第一組至第五組之間。

4 結(jié)語(yǔ)

本文圍繞水資源承載主體、承載客體、途徑3個(gè)維度,構(gòu)建了水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,采用TOPSIS模型、耦合協(xié)調(diào)模型以及生產(chǎn)函數(shù)模型,對(duì)珠江區(qū)27個(gè)重點(diǎn)流域水資源承載狀況進(jìn)行了分析研究。

結(jié)果表明:南渡江、桂江、萬(wàn)泉河、北江流域水資源承載力排位居前,九洲江、黃泥河、欽江、鑒江流域水資源承載力排位居后;重點(diǎn)流域水資源系統(tǒng)內(nèi)部要素之間以瀕臨失調(diào)為主,瀕臨失調(diào)流域17個(gè)、輕度失調(diào)流域9個(gè)、中度失調(diào)流域1個(gè);重點(diǎn)流域水資源承載效率曲線呈低、中、高3種類型,低效率型流域4個(gè)、中效率型流域12個(gè)、高效率型流域11個(gè);綜合水資源承載力排位、耦合協(xié)調(diào)程度以及承載效率,九洲江、鑒江、欽江流域水資源承載狀況不佳,北江、西江、武水、賀江、汀江流域水資源承載狀況處于最佳狀態(tài)。

采用隸屬度函數(shù)法量化評(píng)價(jià)指標(biāo)并等權(quán)計(jì)算了水資源指數(shù),并據(jù)此計(jì)算了水資源承載力、耦合協(xié)調(diào)系數(shù)、承載效率函數(shù)。承載效率函數(shù)為本次研究首次提出,為水資源承載力研究提供一個(gè)新領(lǐng)域。