2007—2015年湖南省水資源安全狀態與短板要素甄別

鐘姍姍 劉鸝

摘要：根據水資源安全內涵，構建湖南省水資源安全評價指標體系，采用水資源安全綜合指數辨識2007-2015年湖南省水資源安全狀態；根據短板要素理論，構建湖南省水資源安全評價體系多木桶模型，采用均衡度指標度量各桶片（指標）的長度差異，將指標分為優勢要素、限制性要素和短板要素，辨識系統短板。從縱向（年際）和橫向（指標）比較分析湖南省水資源安全現狀與發展趨勢。結果表明：（1）湖南省水資源安全系統，2011年為較不安全狀態，2015年為較安全狀態，其余年份為臨界安全狀態，2007-2015年間湖南省水資源安全呈現前期形勢較為嚴峻、后期矛盾緩和的特點；（2）繪制湖南省水資源安全短板要素圖，甄別出防洪治澇形勢嚴峻、廢水及有機污染物排放量較多和工農業及生活用水量較大是當前影響湖南省水資源安全的主要短板要素。

關鍵詞：水資源安全；安全狀態；短板要素；多木桶結構；湖南省

中圖分類號：TV213 文獻標志碼：A 文章編號：

16721683（2018）05005007

Water resources security state of Hunan Province during 20072015 and the shortboard factors

ZHONG Shanshan1，2，LIU Li1

（

1.School of Hydraulic Engineering，Changsha University of Science and Technology，Changsha 410004，China；2.Key Laboratory of WaterSediment Sciences and Water Disaster Prevention of Hunan Province，Changsha 410004，China

）

Abstract：

First，based on the connotation of water resources security，we built an evaluation index system for water resources security of Hunan province，and determined the water resources security state during 20072015 with the integral index of water resources security.Second，we built a multibucket model for the evaluation system based on the shortboard factors theory，and measured the length difference between bucket staves （indexes） with the "equilibrium degree" index.The indexes were divided into dominant factors，restrictive factors，and shortboard factors.Then we compared and analyzed the status quo and development trend of water resources security of Hunan province from longitudinal （interannual） and lateral （indexbased） perspectives.The results indicated： （1） The water resources security system of Hunan province was in a somewhat unsafe state in 2011，and was in a somewhat safe state in 2015，and was in a critically safe state in the other years.The water resources security of Hunan province during 20072015 was in a severe situation in the earlier stage and it eased up in the later stage.（2） We drew a shortboard factors diagram of water resources security of Hunan province，and found that the main shortboard factors were severe flood control situation，large amounts of waste water and organic pollutants emissions，and large consumption of water for industrial，agricultural，and domestic use.

Key words：

water resources security；security state；shortboard factors；multibucket structure；Hunan province

水資源安全問題是人類水資源可持續開發利用中面臨的重大挑戰。區域水資源安全是指一個國家或地區擁有的水資源能夠保障該地區社會經濟及生態環境可持續健康發展[12]，關系著社會經濟的平穩發展和人類生活的有序進行，同時也決定著一個國家或地區的安全與穩定。因此，分析評價區域水資源安全狀態，對實現水資源合理配置、確保環境經濟社會協調發展具有重要的現實意義。

水資源安全狀態的度量是水資源安全問題研究中的重要領域，Henry J.F.Penn[3]構建了四維水資源安全度量框架：可利用性、可獲取性、實用性和穩定性；聞豪等[4]研究了經濟發展與水資源安全的耦合關系；貢力等[5]構建了水資源安全評價指標體系；一些水資源安全綜合評價方法，如：DPSIR模型[6]、水貧乏指數[7]、vague集相似度量模型[8]、聯系數法[9]、熵權法[1011]等相繼被提出。還有一些學者研究了水資源安全的實現途徑，Adewale Giwa[12]提出了水資源可持續利用及安全的一些可行性建議：水資源再利用、建立反映成本的水資源價格機制、可持續建造規范等；竇明[13]從提高水資源安全保障能力角度，設計了基于發展模式驅動的水資源安全調控模型；邵東國等[14]運用協調度和發展度指標分析了水資源安全系統的發展規律。但已有成果在指標要素對水資源安全狀態的影響效果及短板要素識別方面的研究還較少。

湖南省水資源豐富，擁有的平均水資源總量居全國第六位，但水資源在時間和空間上分布極不均勻，且與人口、耕地和工業布局極不匹配，水資源供需矛盾較為尖銳。本文通過判別湖南省水資源安全狀態，識別水資源安全系統短板要素，從縱向（年際）和橫向（指標）兩個方面分析湖南省水資源安全發展趨勢，對優化水資源配置，提高水資源利用程度，促進湖南省經濟社會發展具有重要意義。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

湖南省國土面積211 829 km2，分屬長江流域（占總面積的976%）和珠江流域（占總面積的24%）。湘、資、沅、澧四水及汨羅江、新墻河等分別從東、南、西三面匯入洞庭湖，并由城陵磯注入長江。湖南省屬亞熱帶季風氣候區，雨量充沛，降水量極為豐富。全省多年平均降水量為1 6689 mm，水資源總量2 197億m3，屬于我國天然富水區之一。近年來，隨著湖南省經濟建設快速發展，各行各業對水資源開發利用都提出了新的要求，省水資源供需矛盾日益突出。

本文研究數據來源于2007年至2015年《湖南省水資源公報》、《湖南省統計年鑒》和《湖南省環境狀況公報》。

[BT3-*6] 1.2 研究方法

1.2.1 指標體系

根據水資源安全內涵，水資源安全系統包括供水安全、防洪安全、水環境安全、水生態安全和社會經濟安全五大安全子體系[1]。針對湖南省水資源開發利用現狀和各種統計數據獲取情況，結合相關參考文獻[1516]，考慮指標的代表性和可獲得性，構建湖南省水資源安全評價指標體系，見表1。

1.2.2 水資源安全綜合指數與評判等級

（1）指標無量綱化。

表1所示指標體系各數據屬性可劃分為兩類：一類是正向指標（表1中記為“+”），其取值越大，對水資源安全綜合指數影響越好；另一類是逆向指標（表1中記為“-”），其取值越小，對水資源安全綜合指數影響越好。為了消除不同量綱和量綱單位一同處理帶來的不利影響，將各指標按下式進行標準化處理[17]，從而得到指標無量綱矩陣[WTHX]Y[WTBX]={yit}。

（2）權重計算。

每一指標對水資源安全綜合指數影響不同，需對指標進行加權處理。各指標權重的計算采用熵值法[1819]。

（3）評判等級。

由于綜合指數的數值表達方式不方便評判水資源是否安全，需要將綜合指標值轉化為等級值。根據相關研究成果，本研究采用等間距分級的方法，建立水資源安全綜合指數與評價等級的對應關系[15，17]：[0，02]不安全（水資源安全系統面臨崩潰）、（02，04]較不安全（水資源安全問題經常發生）、（04，06]臨界安全（水資源安全問題時有發生）、（06，08]較安全（較少出現水資源安全問題）、（08，10]非常安全（不出現水資源安全問題）。

1.2.3 短板要素分析

短板效應理論，也稱木桶理論，最初由美國管理學家彼得提出[20]，其內涵是將某個系統效果看作是由數塊長短不一的木板組成的木桶，其蓄水量是由最短的一塊木板決定，其他木板再長也無用，即某個系統的效率往往受制于各構成要素的最低水平。圖1描述了湖南省水資源安全評價體系“桶中桶”的多木桶結構，湖南省水資源安全系統為“大木桶”，木桶蓄水量由水資源安全綜合指數W表示；五大水資源安全子體系為“小木桶”，共同構成“大木桶”的桶片；小木桶的每塊桶片代表了各子系統的影響要素。湖南省水資源安全系統總容水量取決于5個子系統容水量最小的木桶，而小木桶容水量取決于每個子系統內部構成指標最差的部分。因此，要提高大木桶整體效應，就要找到最短木板，想方設法補齊木桶短板，而不是增加較長桶片的長度。

為甄別水資源安全系統的短板要素，提升湖南省水資源安全等級，通過計算各桶片（指標）的長度差異，辨識不符合評價系統目標要求的木桶短板，繼而分析其發展趨勢[2124]。

2 結果與分析

2.1 湖南省水資源安全等級評價

根據前述建立的水資源安全評價模型，計算湖南省水資源安全評價指標標準值，得到各指標權重向量。

根據水資源安全評判等級標準進行判別，2011年為較不安全狀態；2007年、[HJ]2008年、2009年、2010年、2012年、2013年、2014年為臨界安全狀態，且這幾年的安全綜合指數總體呈逐年增大態勢；2015年為較安全狀態。因此，[JP3]從年際綜合指數來看，湖南省水資源安全呈現前期形勢較為嚴峻、后期矛盾緩和的特點。

2.2 湖南省水資源安全短板要素分析

（1）供水安全。

供水安全子系統5項指標（X1至X5）在2007-2010年均為短板要素；2011-2013年，供水總量（X3）、耗水率（X4）、用水普及率（X5）指標均轉為限制性要素或優勢要素；2014-2015年，5項指標均為限制性要素或優勢要素。從2007-2015年7年間的數據變化及發展趨勢來看，湖南省供水能力有了較大的提升，不僅水資源總量有所增長，供水及用水效率也明顯提高。

（2）水環境安全。

水環境安全子系統5項指標（X6至X10）總體呈現兩類發展趨勢。水質優于Ⅲ類河長比（X6）和污水處理率（X7）指標在2007-2010年間為短板要素；2011-2015年為優勢要素。說明湖南省在水資源管理制度實施和水污染控制方面取得了明顯成效，水質得到了明顯改善，污水處理率也得到提高。另一方面，廢水排放總量（X8）、COD排放量（X9）和氨氮排放量（X10）在2007-2010年間為限制性要素或優勢要素；2011-2015年為短板要素（除2011年的廢水排放總量）。主要是由于隨著經濟社會發展，工農業發展增速，隨之而來的廢水、廢棄物等排放量也逐年增加。因此，總體來看，湖南省水環境安全向穩步提高趨勢發展。

（3）防洪安全。

防洪安全子系統3項指標（X11至X13）在大多數年份里均為短板要素。蓄水工程蓄水量（X11）指標在2012年、2014年和2015年為限制性要素，其余年份為短板要素，說明蓄水工程的修建數量在提高，蓄水能力也在逐年增大。洪災受災面積（X12）和旱災受災面積（X13）在所有年份中幾乎均為短板要素。分析其原因主要由于湖南省是水資源大省，但水資源的年際分布卻不均衡，導致水災和旱災時有發生。因此，洪災受災面積和旱災受災面積兩項指標并不呈現一定的規律性。

（4）水生態安全。

水 生態安全子系統3項指標（X14至X16）2007-2010年均為短板要素；2011-2015年，轉變為限制性要素或優勢要素。水資源利用率（X14）、生態環境用水量（X15）以及漁業總產量（X16）均呈現轉優趨勢。

水生態安全與水環境安全子系統變化方向是一致的，均為安全狀態總體改善，說明近幾年湖南省整體環境狀態較為良好。

（5）社會經濟安全。

社會經濟安全子系統5項指標（X17至X21）總體呈現兩種發展趨勢。

工農業用水總量（X17）和人均用水量指標（X18）在2007-2009年間為限制性要素或優勢要素（除2007年的人均用水量外）；在2010-2015年間為短板要素。雖然近幾年湖南省執行了最嚴格的水資源管理制度，對用水總量進行了控制，但用水量指標仍舊呈現逐年增長趨勢，主要是由于社會經濟發展、工農業發展需求，各類用水總量明顯增多。

萬元GDP用水量（X19）指標呈現前多后少的現象，2007-2009年間為短板要素，2010-2015年間為限制性要素，說明雖然用水總量增多，但用水效率卻提高了。水利環保投入占總投入比重（X21）指標在2007-2012年間為短板要素，2013-2014年為限制性要素，2015年為優勢要素，表明了湖南省對水利環保產業的重視。

綜上所述，近5年湖南省水資源安全系統短板主要為防洪安全子系統，其次為水環境子系統的“廢水、COD、氨氮排放總量”以及社會經濟安全子系統的“用水量”。

3 結論與建議

通過對湖南省水資源安全進行等級評定、短板要素識別分析，得出結論： （1）湖南省水資源總體安全等級呈逐年提高趨勢；（2）防洪治澇形勢嚴峻、廢水及有機污染物排放量較多和工農業及生活用水量較大是當前影響湖南省水資源安全的主要短板要素。

針對湖南省水資源年內及年際分布不均、洪澇災害時有發生現狀，可適當擴展水利設施建造規模，以支撐經濟社會發展對水資源的需求。但與此同時應進一步優化用水結構，完善水資源管理，提高水資源開發利用率。雖然湖南省水資源充沛，但仍應注重節約集約用水，進一步減少工農業耗水，提高節水水平，減少水資源損耗率。目前，湖南省水環境和生態環境趨于好轉，但在社會經濟發展過程中，仍需嚴格控制工農業污染排放，減少生活用水排放，減少污染物入河量，進一步提升水環境質量。

[HJ1.7mm]

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