基于水貧困指數(shù)的黑龍江省水資源安全評(píng)價(jià)

陳思元，王思聰，梁契宗，聶堂哲，劉 武

(1.黑龍江大學(xué) 水利電力學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150080；2.華北水利水電大學(xué) 水利學(xué)院，河南 鄭州 450046；3.黑龍江省水文水資源中心，黑龍江 哈爾濱 150001)

黑龍江省位于我國東北部，有松花江、黑龍江、烏蘇里江、綏芬河四大水系[1]。其水資源呈現(xiàn)“四少四多”的特點(diǎn)：春季少，夏秋季多；腹地少，過境多；平原區(qū)少，山丘區(qū)多；發(fā)達(dá)地區(qū)少，欠發(fā)達(dá)地區(qū)多[2]。特別是近年來隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展加快，部分地市開始出現(xiàn)水資源短缺等水安全問題，引起相關(guān)水資源管理人員的重視[3]。

2002年，英國學(xué)者沙利文提出水貧困指數(shù)(WPI, Water Poverty Index)的概念，指出該指數(shù)是定量評(píng)價(jià)國家或地區(qū)相對(duì)缺水程度的指標(biāo)，也是關(guān)于水資源安全評(píng)價(jià)管理的綜合性指標(biāo)[4]。水貧困指數(shù)的值越大，表明所評(píng)價(jià)地區(qū)的水資源狀況越好[5]。目前國內(nèi)對(duì)水貧困指數(shù)的研究主要側(cè)重于應(yīng)用層面，即基于水貧困指數(shù)對(duì)不同尺度的流域和區(qū)域的實(shí)證研究，主要涉及我國七大流域[6-7]、東北地區(qū)[8-9]、西北地區(qū)的研究等[10-11]。應(yīng)用此法評(píng)價(jià)黑龍江省水資源安全狀況，為實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)開發(fā)利用與保護(hù)提供相應(yīng)科學(xué)依據(jù)和決策參考。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源于2013—2017年的《黑龍江省水資源公報(bào)》[12]和《黑龍江統(tǒng)計(jì)年鑒》[13]。

1.2 研究方法

1.2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)選取

水貧困指數(shù)由潛在水資源狀況(R, Resources)、供水設(shè)施狀況(A, Access)、利用能力(C, Capacity)、使用效率(U, Use)及環(huán)境狀況(E， Environment)5個(gè)分指數(shù)組成。根據(jù)黑龍江省的實(shí)際情況，對(duì)5個(gè)分指數(shù)分別選取對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，見表1。

1.2.2 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理

對(duì)于正向評(píng)價(jià)指標(biāo)(即對(duì)黑龍江省水資源安全有積極作用的指標(biāo))，計(jì)算見式(1)：

(1)

式中：i為評(píng)價(jià)指標(biāo)；ri(x)為指標(biāo)的歸一化值；xi為第i項(xiàng)指標(biāo)值；ximax為第i項(xiàng)指標(biāo)的最大值；ximin為第i項(xiàng)指標(biāo)的最小值。

對(duì)于負(fù)向評(píng)價(jià)指標(biāo)(即對(duì)黑龍江省水資源安全有消極作用的指標(biāo))，計(jì)算見式(2)：

(2)

1.2.3 權(quán)重確定

采用熵值法計(jì)算權(quán)重，具體計(jì)算步驟如下[14]。

表1 基于水貧困指數(shù)的黑龍江省水資源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)

建立評(píng)價(jià)對(duì)象指標(biāo)集rij(x)，從基準(zhǔn)年信息匯總可分別求出各指標(biāo)所占的比重Pij如式(3)。

(i=1,2,…,m;j=1,2,…n)

(3)

式中：j為評(píng)價(jià)對(duì)象；m為評(píng)價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)；n為評(píng)價(jià)對(duì)象個(gè)數(shù)。

根據(jù)Pij計(jì)算其熵值ei如式(4)。

(4)

計(jì)算指標(biāo)的差異系數(shù)gi如式(5)。

gi=1-ei

(5)

計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重wi如式(6)。

(6)

計(jì)算第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的區(qū)域綜合評(píng)價(jià)值Si，由此計(jì)算出5個(gè)分指數(shù)R、A、C、U、E和WPI如式(7)。

(7)

1.2.4 水資源安全評(píng)價(jià)級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)確定

參考相關(guān)文獻(xiàn)并根據(jù)黑龍江省的實(shí)際情況，確定基于水貧困指數(shù)的黑龍江省水資源安全評(píng)價(jià)級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)，見表2[15]。

表2 基于水貧困指數(shù)的黑龍江省水資源安全評(píng)價(jià)級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 結(jié)果

采用熵值法計(jì)算2013—2017年黑龍江省13個(gè)地市水資源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重見表3。

表3 2013—2017年黑龍江省13個(gè)地市水資源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

在此基礎(chǔ)上計(jì)算2013—2017年黑龍江省13個(gè)地市水貧困指數(shù)計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 2013—2017年黑龍江省13個(gè)地市水貧困指數(shù)計(jì)算結(jié)果

2.2 分析

2.2.1 黑龍江省整體情況分析

由表2和表4可見，2013—2017年黑龍江省WPI平均值為0.54，所處級(jí)別為“基本安全”。同時(shí)還可以看出5個(gè)分指數(shù)所處級(jí)別差異明顯，分指數(shù)R、A平均值分別為0.31、0.25，所處級(jí)別均為“不安全”，且全省絕大多數(shù)地市所處級(jí)別均為“不安全”“極不安全”；分指數(shù)C、U、E平均值分別為0.44、0.74、0.80，所處級(jí)別分別為“基本安全”“安全”“非常安全”，且全省絕大多數(shù)地市所處級(jí)別均為“基本安全”“安全”“非常安全”。

2.2.2 黑龍江省各地市情況分析

分指數(shù)R：哈爾濱市最高(0.56)，所處級(jí)別為“基本安全”；七臺(tái)河市最低(0.01)，所處級(jí)別為“極不安全”。除哈爾濱市、牡丹江市、黑河市、大興安嶺地區(qū)4個(gè)地市所處級(jí)別為“基本安全”外，其余9個(gè)地市所處級(jí)別均為“不安全”“極不安全”。

分指數(shù)A：齊齊哈爾市最高(0.69)，所處級(jí)別為“安全”；大興安嶺地區(qū)最低(0.02)，所處級(jí)別為“極不安全”。除哈爾濱市、齊齊哈爾市、綏化市3個(gè)地市所處級(jí)別為“基本安全”“安全”外，其余10個(gè)地市所處級(jí)別均為“不安全”“極不安全”。

分指數(shù)C：大慶市最高(0.80)，所處級(jí)別為“非常安全”；鶴崗市最低(0.21)，所處級(jí)別為“不安全”。除齊齊哈爾市、雞西市、鶴崗市、雙鴨山市、佳木斯市5個(gè)地市所處級(jí)別為“不安全”外，其余8個(gè)地市所處級(jí)別均為“基本安全”“安全”“非常安全”。

分指數(shù)U：大興安嶺地區(qū)最高(0.92)，所處級(jí)別為“非常安全”；佳木斯市最低(0.43)，所處級(jí)別為“基本安全”。全省13個(gè)地市所處級(jí)別均為“基本安全”“安全”“非常安全”。

分指數(shù)E：大興安嶺地區(qū)最高(0.98)，所處級(jí)別為“非常安全”；哈爾濱市最低(0.24)，所處級(jí)別為“不安全”。除哈爾濱市1個(gè)地市所處級(jí)別為“不安全”外，其余12個(gè)地市所處級(jí)別均為“安全”“非常安全”。

WPI：黑河市最高(0.64)，所處級(jí)別為“非常安全”；鶴崗市最低(0.43)，所處級(jí)別為“極不安全”。雞西市、鶴崗市、雙鴨山市、佳木斯市5個(gè)地市R、A、C三個(gè)分指數(shù)所處級(jí)別均為“不安全”“極不安全”，進(jìn)而其水貧困指數(shù)所處級(jí)別也均為“不安全”“極不安全”；哈爾濱市R、A、C三個(gè)分指數(shù)所處級(jí)別均為“基本安全”“安全”，進(jìn)而其水貧困指數(shù)所處級(jí)別為“安全”；齊齊哈爾市、大慶市、伊春市、七臺(tái)河市、牡丹江市、黑河市、綏化市、大興安嶺地區(qū)8個(gè)地市U、E兩個(gè)分指數(shù)所處級(jí)別均為“安全”“非常安全”，進(jìn)而其水貧困指數(shù)所處級(jí)別也均為“基本安全”“安全”“非常安全”。

同時(shí)還可以看出，R、A、C三個(gè)分指數(shù)主要反映的是水資源人工開發(fā)方面的情況，數(shù)值越高說明該地區(qū)水資源得到充分開發(fā)，如哈爾濱市、齊齊哈爾市等；反之則說明該地區(qū)受經(jīng)濟(jì)條件等因素制約，水資源沒有得到充分開發(fā)利用，如鶴崗市、七臺(tái)河市等。U、E兩個(gè)分指數(shù)主要反映的是水資源自然本底方面的情況，數(shù)值越高說明該地區(qū)水資源保護(hù)情況較好，如大興安嶺地區(qū)、黑河市等；反之則說明該地區(qū)受人為等多重因素影響，水資源所處生態(tài)環(huán)境遭到破壞，如哈爾濱市、佳木斯市等。

3 結(jié) 論

2013—2017年黑龍江省水貧困指數(shù)平均值為0.54，所處級(jí)別為“基本安全”；黑河市、大興安嶺地區(qū)、牡丹江市水貧困指數(shù)平均值分別為0.64、0.63、0.62，所處級(jí)別為“非常安全”；哈爾濱市、齊齊哈爾市、大慶市、伊春市、綏化市水貧困指數(shù)平均值分別為0.56、0.55、0.55、0.55、0.55，所處級(jí)別為“安全”；七臺(tái)河市水貧困指數(shù)平均值為0.50，所處級(jí)別為“基本安全”；雙鴨山市、雞西市、佳木斯市水貧困指數(shù)平均值分別為0.48、0.45、0.45，所處級(jí)別為“不安全”；鶴崗市水貧困指數(shù)平均值為0.43，所處級(jí)別為“極不安全”。

目前黑龍江省水資源安全狀況總體較好，但其水資源安全也存在供需嚴(yán)重不平衡的問題，即經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高的地市(如哈爾濱市、齊齊哈爾市、大慶市)所需水資源量明顯提升，導(dǎo)致其水資源供需失衡；反之，水資源條件較為優(yōu)越的地市(如大興安嶺地區(qū)、黑河市)經(jīng)濟(jì)較為落后，水資源還未達(dá)到足夠的開發(fā)效果。針對(duì)該問題，今后有必要在基于水貧困指數(shù)的基礎(chǔ)上繼續(xù)建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，分析黑龍江省水資源安全狀況與其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)聯(lián)程度，從而更好地促進(jìn)黑龍江省水資源的合理開發(fā)與利用。