水資源開發利用合理性評價模型構建及應用

周 璞，侯華麗，安翠娟，黃 合

（1.中國國土資源經濟研究院，北京101149；

2.國土資源部資源環境承載力評價重點實驗室，北京101149；3.重慶市規劃研究中心，重慶400020）

水資源開發利用合理性評價模型構建及應用

周 璞1，2，侯華麗1，2，安翠娟1，2，黃 合3

（1.中國國土資源經濟研究院，北京101149；

2.國土資源部資源環境承載力評價重點實驗室，北京101149；3.重慶市規劃研究中心，重慶400020）

從規模強度、結構、布局、效率效益4個維度，基于協調度指數和模糊綜合評判法，構建了水資源開發利用合理性評價的指標體系和模型，并對我國各省（區、市）開展了實踐研究.結果表明，我國僅半數省份水資源開發利用整體處于基本合理以上水平；水資源開發利用合理性水平區域分異規律明顯，結構、布局不合理問題尤為突出；各省份水資源開發利用合理性的制約因素差異性大.構建的評價指標體系與模型方法更加貼近我國水資源宏觀管控的內容和手段，評價結果可為合理規劃水資源配置與利用、改善流域水資源管理提供科學指導.

水資源開發利用合理性；評價指標體系；協調度；模糊綜合評判

水是重要的基礎自然資源，也是我國乃至世界的重要戰略性經濟資源［1］.隨著經濟建設和城市化加速發展對水資源、環境容量的需求迅速增長，水資源可供給量與需求量時空分布的不匹配［2］，我國水資源供需矛盾和水環境污染問題日趨嚴重.十八大報告強調，要大力推進生態文明建設，按照人口資源環境相均衡、經濟社會生態效益相統一的原則，控制國土資源開發強度、調整空間開發結構、全面促進資源節約和加大環境保護力度等.水資源開發利用合理性評價是把握水資源開發利用狀況和制定水資源可持續開發利用規劃的基礎和依據，對于全面貫徹落實生態文明戰略，解決水資源環境與區域經濟發展的矛盾和問題具有重要的現實意義.

縱觀以往的相關研究，多是對水資源開發利用程度的評價研究，側重于水資源開發利用現狀與潛力的“量”的研究，開發利用階段（初始、發展、飽和）的判別以及RBF網絡模型、GPPIM模型、最佳逼近模型等方法的改進和應用［3－5］，水資源開發利用合理性的評價研究相對較少，其內涵與評價標準也有待探討.宏觀尺度下，水資源開發利用評價結果對水資源配置管理決策的支撐和服務力度不足，難以為水資源開發利用規模、強度、結構、布局、效率管控等提供方向和目標.水資源承載力研究自80年代開始發展至今，其概念內涵、指標體系和定量化模型方法相對比較成熟［6］，可作為水資源開發利用合理性評價的指導依據.本文在梳理借鑒以往相關研究成果的基礎上，重點對水資源開發利用合理性的內涵、指標體系和模型方法進行了探索，并以我國各省（區、市）為研究對象進行實踐驗證，以期彌補現有研究的不足，為制定水資源開發利用整治保護規劃和完善水資源管理制度提供參考.

1 水資源合理開發利用的內涵與指標體系

1.1 合理性的內涵

水資源合理開發利用是指因地制宜地開發利用水資源，在開發利用規模、強度、結構、布局、效率等方面與水資源稟賦條件相匹配，與經濟社會發展需求相適宜，與“資源節約、環境友好”要求相一致，以謀求最佳的經濟效益、生態效益和社會效益，使社會經濟與人口、資源、環境之間得到協調發展.水資源合理開發利用的目標與水資源可持續利用的目標一致.

1.2 評價指標體系構建

結合社會經濟—水土資源—生態環境系統的復雜性、多因素關聯性、實現機制多元性以及區域差異性與特殊性等特點，根據科學性、可操作性、系統性、動態性原則，按照“目標層—準則層—要素層—指標層”的思路，從規模強度、結構、布局、效率與效益4個維度構建水資源開發利用合理性評價指標體系，共篩選出9項評價指標（見圖1）.

（1）規模強度合理性評價：主要考慮地表水、地下水資源開發利用是否與水資源量相匹配，是否存在地下水資源超采等問題，河流最小生態需水量是否能夠得以保障，以維持水系的基本生態功能等.可用評價指標有地表水資源利用率、地下水資源開采率等.

（2）結構合理性評價：主要從水資源供應和消耗兩個方面考慮，地表水、地下水的供應規模與結構是否與水資源稟賦條件相適應，現狀水資源供應是否滿足工業用水需求、農業灌溉用水需求、城鄉用水需求以及生態保障用水需求，生產用水在農業、工業等不同產業間的分配是否與產業規模相適應等.可用評價指標有地表水與地下水資源開發利用協調度、生產用水結構與產業結構協調度，其他參考性指標有生態用水規模比重等.

（3）布局合理性評價：主要考慮現狀水資源開發利用是否較好地引導了國民經濟與社會發展的合理布局，是否符合相關產業發展政策，水電資源開發利用是否充分、合理，航運功能是否得到有效發揮等.可用評價指標主要有高耗水型產業與水資源布局協調度、水電開發與水力資源布局協調度等.

（4）效率與效益合理性評價：主要考慮現狀用水調控是否較好地提高了國民經濟增長的用水效率，是否有力保障了城鄉居民的生活用水需求，河湖水質是否達到較高的環境標準.可用評價指標有人均用水量、萬元國內生產總值用水量、Ⅰ—Ⅲ類水河長占比等，其他參考性指標有萬元工業增加值用水量、農田實灌畝均用水量等.

圖1 水資源開發利用合理性評價指標體系

2 水資源開發利用合理性評價的模型方法

2.1 單項指標的計算與評價

根據水資源合理開發利用的內涵，建立綜合評價指標體系，對各項評價指標進行量化.規模強度、效率效益兩個維度下的指標可查閱統計資料直接獲取；結構、布局兩個維度下的評價指標需采用協調度指數模型進行計算.協調度指數是度量系統或系統內部各要素之間在發展過程中功能匹配的程度［7］，目前多用于資源環境與社會經濟的協調性評價［8］.根據水資源－經濟社會系統各子系統及其內部特征，結合對協調度模型的分類研究，本文選取了兩種協調度計算模型，以科學反映水資源開發利用結構與布局系統的合理性.

2.1.1 水資源開發利用結構協調度

針對水資源開發利用結構系統的特征，借鑒變異系數原理，構造協調度計算公式①：

式中：C為協調度，0≤C≤1；f（x）和g（x）分別代表待測評系統內部的不同構成要素；k為調節系數（通常k≥2），本文中k值取2.從理論上分析，f（x）和g（x）的離差越小，C值越大，協調程度越高.C＝1，系統達到最佳協調狀態；C＝0，系統嚴重失調［9］.

（1）供水結構合理性評價

按照式（1），以地表水與地下水資源開發利用協調度來度量供水結構的合理性，式中：f（x）＝地表水供應量／地下水供應量，反映水資源供應結構；g（x）＝地表水資源量／地下水資源量，反映水資源類型結構.

（2）用水結構合理性評價

按照式（1），以生產用水結構與產業結構協調度來度量用水結構的合理性，式中：f（x）＝農業用水量／工業用水量，反映生產用水結構；g（x）＝農業產值／工業產值，反映工農產業結構.

2.1.2 水資源開發利用布局協調度

針對水資源開發利用布局系統的特征，借鑒水土協調度原理［10］，構造協調度計算公式：

式中：C為協調度，C≥0；f（x）為水資源或水力資源開發利用區域布局的度量指標；g（x）為水資源或水力資源區域布局的度量指標.從理論上分析，C值越大，表明水資源或水力資源對產業發展的支撐能力越強，協調程度越高；C值越小，表明水資源或水力資源對產業發展的支撐能力越弱，協調程度越低.

（1）水資源開發布局合理性評價

按照式（2），以高耗水型產業與水資源布局協調度來度量水資源開發布局的合理性，式中：f（x）＝地區水資源量占全國的份額；g（x）＝地區高耗水型行業產值占全國的份額.

（2）水力資源開發布局合理性評價

按照式（2），以水電開發與水力資源布局協調度來度量水力資源開發布局的合理性，式中：f（x）＝地區水力資源技術可開發量占全國水力資源的份額；g（x）＝地區水力資源已開發和正開發量占全國水力資源的份額.

2.2 綜合評價方法與流程

在對各維度下各項評價指標進行評價分級的基礎上，建立模糊綜合評價模型對水資源開發利用合理性進行綜合定量評估，符合水資源系統多層次、多因素的特點，避免了由于評價因素眾多而產生的難于分配權重的問題［11］.由于各個評價要素在“合理／協調”與“不合理／不協調”之間的界限不是客觀存在的，采用模糊數學中的隸屬度指標來定量描述“合理／協調”的程度，較人為地劃定評價閾值更切合實際.本文首先對規模與強度、結構、布局、效率與效益各分維度進行模糊綜合評判，然后將4個維度的評判結果進行再評判，得到評價區域水資源開發利用合理性的多層次模糊綜合評價結果.

2.2.1 單項指標隸屬度函數構建

隸屬函數構建的常用方法有模糊統計試驗法、二元對比排序法和逐級估量法等［12］.分析借鑒28類典型隸屬函數的原理，結合水資源開發利用合理性評價的特點，構建隸屬函數μ＝f（ci）.

對于供水協調度、用水協調度、水資源開發布局協調度、水力資源開發布局協調度、Ⅰ—Ⅲ類水河長比重5項正向指標，假定評價等級｛Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級、Ⅴ級｝對應的閾值為｛a1，a2，a3，a4｝（a1＞a2＞a3＞a4），評分集為｛S1，S2，S3，S4｝（S1＞S2＞S3＞S4）.

單指標ci合理性隸屬度函數表示為：

其中，a0為評價指標的上限值，如“Ⅰ—Ⅲ類水河長比重”的上限值為100%.若不存在理想的上限標準（如“水資源開發布局協調度”），則以評價對象的實際最大值為參考.S0為a0對應的上限分值.

對于地表水利用率、地下水開采率、萬元國內生產總值用水量、人均用水量4項負向指標，假定評價等級｛Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級、Ⅴ級｝對應的閾值為｛a1，a2，a3，a3｝（a1＜a2＜a3＜a4），評分集為｛S1，S2，S3，S4｝（S1＞S2＞S3＞S4）.

單指標ci合理性隸屬度函數表示為：

其中，a0為評價指標的上限值.由于4項負向指標均不存在理想的上限標準，則以評價對象的實際最大值為參考.S0為下限值0對應的上限分值.

閾值標準從定量和定性兩個方面確定，主要遵循以下原則：（1）凡已有國家標準或國際標準的指標，盡量采用規定的標準值；（2）依據現有的環境與社會、經濟協調發展的理論，根據評價對象的現狀和發展趨勢外推確定標準值；（3）對目前統計數據不十分完整，但在指標體系中又十分重要的指標，在缺乏有關指標統計數據前，采用專家咨詢的方式確定；（4）盡量與我國現有的相關政策研究的目標值相一致，或優于其目標值.

2.2.2 綜合評價

采用乘法指數模型對各單項指標的隸屬度進行綜合運算，重點突出只有各指標都滿足“合理／協調”條件時，整個系統才能滿足“合理／協調”條件的評價意圖.分別計算水資源開發利用4個維度的合理性隸屬度，以及整個系統的合理性隸屬度，具體公式如下：

式中：Lc為綜合隸屬度；f（ci）為單項指標的隸屬度；n為評價指標數；εi為第i個指標的指數權重.由于本文構建的評價指標體系相對簡潔且系統性和指向性較強，因此確定各項評價指標對各維度以及各維度對整個系統的重要程度一致，權重均等.Lc值的大小可用來判定評價系統水資源開發利用合理性程度的高低，其值越大表明水資源開發利用合理性程度越高，對照前文的評分集可進行合理性等級劃分.

3 實例研究——我國水資源開發利用合理性評價

為檢驗上述方法與模型的科學性與應用價值，本文對我國31個省（區、市）2010年的水資源開發利用合理性進行了系統評價，臺灣省、香港與澳門特別行政區除外.各評價指標的基礎數據來源于《2010年中國水資源公報》、《中國工業經濟統計年鑒2011》、《中國統計年鑒2011》.按照前文閾值確定的原則，結合我國及世界水資源開發利用現狀水平，確定各項評價指標的分級標準（見表1），進而構建各項指標的隸屬度函數，并在此基礎上進行模糊綜合評判，評價結果如圖2—3所示.

表1 我國水資源開發利用合理性評價的分級標準

圖2 我國水資源開發利用合理性分維度評價結果

圖3 我國水資源開發利用合理性綜合評價結果

3.1 我國水資源開發利用合理性水平區域分異規律明顯

從水資源開發利用合理性整體水平來看，我國中部和西南地區總體優于西北和東部沿海地區，長江、珠江、松花江、淮河流域總體優于黃河、遼河、海河流域.全國約1／2的省（區、市）水資源開發利用處于基本合理水平以上，約1／3的省（區、市）水資源開發利用較不合理，約1／5的省（區、市）水資源開發利用處于不合理水平.四川省水資源開發規模強度、結構、布局與效率均衡協調發展，合理性程度居全國之首；天津、河北、上海、江蘇、寧夏、新疆水資源開發利用合理性程度最低，其國民經濟與社會發展對水資源的需求、水資源開發利用方式與水資源稟賦條件、水生態保護要求矛盾最突出.

3.2 結構、布局不合理是我國水資源開發利用的主要問題

從各維度來看，規模強度、結構、布局、效率與效益處于基本合理以上水平的省（區、市）比重分別為71%，26%，32%，71%，說明我國水資源供用結構失衡、水資源／水力資源開發利用布局不合理的問題遠比水資源開發利用強度高、效率低的問題嚴重.水資源開發利用規模強度最不合理的省（區、市）主要集中在海河、淮河流域，水資源開發利用結構不合理幾乎為全域性問題；僅中部的安徽、河南、湖南，西部的貴州、四川，以及東北部的黑龍江、吉林等省份基本合理.水資源開發利用布局不合理的省份主要集中在東、中部地區以及青海省，尤以東部沿海地區最嚴重.水資源開發利用效率與效益最不合理的省份主要集中在西北、西南地區，中部和東部情況較好.

3.3 各省（區、市）水資源開發利用合理性的制約因素差異性大

從水資源開發利用合理性結構來看，根據各維度評價結果的變異系數，北京、浙江、青海、云南水資源開發利用各維度的合理程度差異性最大，上海、江蘇、河南、甘肅、內蒙古水資源開發利用各維度基本處于低效均衡狀態.從各維度評價結果對綜合評價結果的貢獻率來看，陜西、云南、重慶主要受結構不合理影響制約；湖南、海南、貴州、吉林、安徽、廣東、遼寧、山西和山東主要受布局不合理影響制約；黑龍江主要受效率不合理影響制約；北京主要受規模、布局不合理影響制約；四川、福建、江西、湖北、浙江和青海受結構、布局不合理影響制約；西藏受結構、效率不合理影響制約；廣西受結構、布局、效率不合理制約影響明顯.

4 結論與討論

本文從規模與強度、結構、布局、效率與效益4個維度出發，基于協調度指數和模糊綜合評判法構建了水資源開發利用合理性評價的指標體系和模型，采用隸屬度來定量描述“合理／協調”的程度，解決了水資源開發利用合理性客觀評價標準缺失、人為劃定評價閾值主觀性太強的問題.以全國31個省（市、區）為評價單元進行了實例驗證，評價結果合理，能夠較全面地反映水資源開發利用與資源稟賦條件、經濟社會發展需求、生態文明建設要求的協調程度，對把握水資源開發利用的系統結構、空間差異，制定水資源開發利用整治保護規劃具有積極的現實意義，更有效貼近水資源宏觀調控管理決策的要求.

從我國水資源開發利用合理性評價結果來看，協調度和合理性程度都只是相對值，只有在不同的區域或時間段的比較分析中才能體現定量評價結果的相對意義.區域水資源開發利用合理性評價的實質是具有確定性的評價指標與具有不確定性的評價標準和影響因素相結合的分析過程，由于發展無止境、水資源的循環可流動性、合理性沒有絕對的標準，而是動態、可變化的，因此，對于水資源開發利用評價單元的細化和模型方法的改進，規模強度、結構、布局、效率與效益的宏觀調控方向和對策建議，水資源開發利用合理性的動態監測，以及與區域經濟協調發展管理模式等許多問題，還有待于進一步的深入研究.

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Construction and aplication of the rtionality ealuation mdel of water rsource dvelopment and uilization

ZHOU Pu1，2，HOU Hua－li1，2，AN Cui－juan1，2，HUANG He3
（1.Institute of Land and Resources Planning，Chinese Academy of Land and Resources Economics，Beijing 101149，China；2.Key Laboratory of Resource－Environment Carrying Capacity Evaluation，Ministry of Land and Resources，Beijing 101149，China；3.Chongqing Municipal Planning Research Center，Chongqing 400020，China）

Based on coordination index and fuzzy comprehensive evaluation method，from four aspects of scale－intension，structure，distribution，and efficiency－effectiveness，the paper builds up evaluation index system and model，and also demonstrates the feasibility of the evaluation model，though the rationality evaluation of water resource development and utilization in 31province－level administrations of China.The results show that only half of the provinces are above“basic rational”level，the rationality levels of overall provinces present obvious spatial differentiation regularity，structure and distribution are prominent irrational in most provinces，and the constrained factors are far different.The evaluation index system and model are close to the content and means of water resources macro management in China，and the results can provide scientific guidance for water resources planning and management.

the rationality of water resource development and utilization；evaluation index system；coordination degree；fuzzy comprehensive evaluation

TV 213.4 ［學科代碼］ 570·5530

A

（責任編輯：方 林）

1000－1832（2014）02－0125－07

10.11672／dbsdzk2014－02－024

2013－07－05

國土資源部資源環境承載力評價重點實驗室開放課題（CCA2012.01）；中國地質調查項目（12120111088012）.［作者簡介］ 周璞（1987—），女，碩士，實習研究員，主要從事國土資源規劃、資源環境承載力評價等研究.