人水關系視角下長江中游城市群水資源安全格局評價

孟麗紅 宋迎飛 劉友存 顧小雨 范旋

摘要 基于人水關系視角，從水資源負載能力和水資源承載力評價兩方面對2005—2018年長江中游城市群水資源安全格局進行定量評價。結果表明，長江中游城市群負載指數大于1.5的城市主要集中在湖北省，江西省和湖南省只有少量分布。各省的城市水資源負載指數變化情況與長江中游城市群的變化趨勢相似，2014—2017年負載指數變化幅度相對較大。2005—2018年長江中游城市群水資源承載指數由平衡狀態逐漸變為盈余狀態。

關鍵詞 人水關系;水資源;水資源負載指數;水資源承載指數;水資源安全

中圖分類號 X824? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2022）11-0068-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.11.018

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Evaluation of Water Resources Security Pattern of Urban Agglomeration in the Middle Reaches of the Yangtze River from the Perspective of Man-Water Relationship

MENG Li-hong1， SONG Ying-fei1， LIU You-cun2 et al

（1.College of Geography and Environmental Engineering， Gannan Normal University，Ganzhou，Jiangxi 341000;2. College of Geography and Tourism， Jiaying University，Meizhou，Guangdong 514015）

Abstract Based on the perspective of human-water relationship，the quantitative evaluation of the water resources security pattern of the urban agglomeration in the middle reaches of the Yangtze River from 2005 to 2018 was carried out from the two aspects of water resources carrying capacity and water resources carrying capacity.The results showed that the cities with load index greater than 1.5 in the middle reaches of the Yangtze River were mainly located in Hubei Province， and only a few were distributed in Jiangxi Province and Hunan Province. The change trend of the urban water resource load index of each province was similar to that of the urban agglomeration in the middle reaches of the Yangtze River， and the change range of the load index from 2014 to 2017 was relatively large. From 2005 to 2018， the water resource carrying index of the urban agglomeration in the middle reaches of the Yangtze River gradually changed from the balance state to the surplus state.

Key words Man-water relationship;Water resources;Water resource load index;Water resources carrying index;Water resources security

水資源是人類生存、生產和發展不可替代的資源要素、生態條件和安全保障。然而，水資源供需矛盾日益突出，嚴重影響了我國社會經濟的可持續發展。從人水關系角度，分析人水供給關系，解決人水矛盾，提高區域的水資源利用效率，促進水資源與社會經濟、生態安全的和諧發展，已成為研究區域水資源安全的重要方向[1-4]。長江中游城市群是長江經濟帶實施生態優先綠色發展戰略的重點區域，近年來重化工業過度集聚和粗放低效的資源利用方式使得水資源消耗量和污水排放量都非常大[5]，且鄱陽湖、洞庭湖、洪湖等重點湖泊富營養化加劇、水環境容量降低等問題逐漸凸顯，總體上該區域的水資源承載壓力和水生態安全問題較為突出。

目前，許多學者從水資源安全的影響因素、評價體系、安全機理、預警及保障等方面對水資源進行了深入研究[6-13]。如陳林等[8-10]通過合作博弈理論確定組合權重，建立基于可拓云模型的干旱區水資源安全評價模型;張志君等[11]以石河子墾區為研究區，綜合評價2007—2017年區域水資源安全狀況;暢明琦[12]運用彈塑性理論，提出了水資源安全系統的彈性與塑性內涵。另外，學者們選取水資源評價指數，再通過指數構建評價系統，對區域水資源安全進行評價[14-15]。單項指標具有簡單易用的特點，是眾多研究中常使用的評價指標，常用單項指標有水資源開發利用程度和區域人均水資源量，研究者對其安全閾值不斷進行修正和細化，進而達到科學準確的效果;綜合指標包含了社會、經濟、資源、環境等各方面內容，能夠較為全面地反映出不同區域的水資源狀況及水安全程度，但評價指標數據難獲取，評價指標的運算程度也比較復雜，不適合對大范圍、長時間點的區域進行水資源安全進行定量評價。物元模型法、集對分析法、綜合指數法、邏輯斯蒂曲線法等是水資源安全評價中常使用的綜合評價模型和方法[16-20]。這些方法各有優缺點，常具有特定性，需要依據研究者和研究區的特殊情況而定，因而具有很大的主觀性。綜述國內外對水資源安全的研究進展來看，大部分文獻主要集中在生態系統方向[21-24]，少數基于水資源的社會屬性，尤其在人水關系方向，從人水關系的視角，從時空角度探討水資源安全的研究尚少。鑒于此，筆者基于2005—2018年長江中游城市群31個城市水資源數據，構建區域水資源承載指數和負載指數綜合評價指標，研究長江中游城市群水資源安全及其時空分布特征，為長江中游城市群水資源開發利用提供科學依據。

1 資料與方法

1.1 研究區概況

長江中游城市群不僅是長江經濟帶的重要組成部分，也是中部地區崛起戰略和全方位深化改革開放的重點區域，對我國區域發展具有推動作用[25-26]。根據2015年國務院批復同意的《長江中游城市群發展規劃》，該研究的長江中游城市群范圍包括湖南的長沙、株洲、湘潭、岳陽、益陽、常德、衡陽、婁底市，湖北的武漢、黃石、鄂州、黃岡、孝感、咸寧、襄陽、宜昌、荊州、荊門、仙桃、潛江、天門市，江西的南昌、九江、宜春、萍鄉、上饒、景德鎮、鷹潭、新余、撫州、吉安市共31個城市（圖1）。長江中游城市群面積為 32.61萬km2，屬亞熱帶季風性氣候，年平均降水量800～1 943 mm，以平原為主，土壤肥沃，水資源豐富，區域內擁有鄱陽湖、洞庭湖、 贛江、漢江等眾多江河湖泊，水熱條件較好，農業資源豐厚，是我國重要的糧食主產區之一。但由于降水的季節性和區域性，導致該區域水資源時空分布不均勻，進而出現洪澇干旱災害頻繁、水資源開發利用率偏低、水資源供需矛盾較突出、水環境日益惡化等問題[26]。因此水資源安全已成為制約長江中游城市群發展的要素。

1.2 數據獲取

該研究涉及2005—2018年長江中游城市群31個城市水資源、社會、經濟等指標數據，主要來源于2005—2018年《中國統計年鑒》《中國城市統計年鑒》《中國區域經濟統計年鑒》《湖北省統計年鑒》《湖南省統計年鑒》《江西統計年鑒》以及湖北、湖南、江西各年水資源公報，中國環境監測官方網站、國家數據網、國家統計局、中國統計信息網等官方網站。

1.3 研究方法

1.3.1 水資源負載指數。

水資源負載指數的物理意義是地區降水量、年末人口數和水資源總量的需求量，能夠反映目前水資源的利用程度，并判斷未來水資源開發的難易程度。水資源負載指數公式如下[27]：

Q=δ×PG1 000W（1）

δ=100R≤200

100-0.05R200<R≤800

90-0.025R800<R≤1 600

50R>1 600（2）

式中，Q為水資源負載指數;δ為降水系數;P為年末人口;G 為生產總值，即GDP（萬元）; W 為水資源總量（×104 m3）。 R 為年降水量（mm）。水資源負載指數等級劃分如表1所示。

1.3.2 水資源承載指數。

水資源承載指數能夠準確地反映研究區域水資源的人口承載能力與實際人口之間的關系[27]，并且比較明確，易于進行同期間不同地區間水資源承載力的比較分析。水資源承載指數計算公式如下：

B=MN（3）

式中，B為水資源承載指數;M 為人均用水量（L）; N 為人均可供水量（L）。水資源承載指數等級劃分如表2所示。

安徽農業科學2022年

2 結果與分析

2.1 水資源負載指數時空分布格局

從圖2可以看出，水資源負載指數大于1.5的區域由武漢為起點，自長江中游城市群的西北向東南方向偏移，最終形成以武漢、長沙、南昌為中心點的分布格局。水資源負載指數大于1.5的城市最主要還是集中在湖北省，面積約占長江中游城市群總面積的18.13%，江西省和湖南省只有少量分布。水資源負載指數在歷年變化情況相似（圖3），2006—2007和2008—2009年，湖南省呈現略微的下降趨勢，但下降的幅度較小;2014—2017年，無論是從總體上還是從湖北省、湖南省和江西省，變化情況均是先增加后減少，其中湖南省的變化幅度最大，而江西省的變化幅度較小，且低于該時間段的長江中游城市群變化幅度，導致該現象的原因是江西省相比湖北省、湖南省經濟相對發展緩慢。

從圖4可以看出，水資源負載指數在各個省份之間存在地區差異性，與當地的地形、經濟、人口、文化等因素相關。水資源負載指數分別是以武漢、長沙、南昌為中心，形成由這3地向四周發散的格局。各個省的城市水資源負載指數變化情況與長江中游城市群的變化趨勢相似，且在2014—2017年負載指數變化幅度相對平常變化較大，這與該地區的人水關系有很大的關系。

2.2 水資源承載指數時空分布格局

從圖5可以看出，2005—2018年長江中游城市群水資源承載指數整體上處于平衡有余狀態，承載指數在不斷下降，具有從平衡有余狀態向盈余狀態進行轉變的趨勢，承載指數也由2005年的0.96下降至2018年的0.76，這與長江中游地區有良好的水資源基礎，是長江經濟帶重要支撐、全國經濟新增長極和具有一定國際影響的城市群的發展戰略密不可分。2005—2007年，由于長江中游地區工業基礎薄弱，需要不斷從沿海地區引進中輕工業，促進該地區的經濟發展，進而導致2005—2007年長江中游地區水資源承載指數出現小幅度的上升，由2005年的0.96上升至2007年的0.99，趨近于平衡超載狀態。

2005年長江中游城市水資源承載指數平衡狀態為100%，其中平衡超載狀態為41.94%，平衡有余狀態為58.06%。2018年該地區水資源承載指數平衡狀態占69.29%，其中平衡超載狀態占35.48%，平衡有余狀態占33.81%，而盈余狀態占30.71%。從長江中游地區承載指數空間分布（圖5）看，2005—2018年該地區水資源承載指數呈現西部逐漸減少而東部逐漸增加的變化。水資源承載狀態西部由平衡超載轉變為平衡有余，東部則是由平衡有余轉變為平衡超載狀態，這主要與東部地區江西省的經濟有關，江西省整體經濟不強，經濟結構不合理，進而導致隨著經濟發展水資源承載指數出現上升的趨勢。南北方向上，水資源承載指數南部變化趨勢為減小—增大—減小—增加，而北部變化趨勢則為減小—增大—減小;水資源承載狀態南部一直呈現平衡超載狀態，北部則呈現由平衡有余轉變為盈余狀態。其中長江中游地區盈余狀態位于該地區的西北方向，造成這種水資源狀態的差異性最主要是該地區的地方政策、經濟的

不同，進而導致先進技術對各地區社會進步的影響不同。該研究區域的水資源承載狀態整體上是平衡狀態，因此該地區的經濟發展空間比較大。

水資源承載指數具有區域差異性，不同的研究區域具有不同的變化規律（圖6），但是整體上變化的趨勢相同，在部分年份上略有變化，這與各個區域城市之間的經濟活動密切相關。在2006—2009年，湖北省的黃岡市、鄂州市、孝感市的水資源承載指數變化幅度大（圖6a），影響其幅度變化的主要是該時間段內的降水量和水資源總量相對于常年比較富裕，經濟受到全球經濟風暴的影響，導致這時間內的經濟活動比較弱，對水資源的需求較少。

從圖6b可以看出，2018年湖南省株洲市、湘潭市的水資源承載指數呈現上升的趨勢，其他城市的水資源承載指數下降，這主要與當地的經濟結構改變有關。隨著科技發展，株洲市由一、二產業向第二、第三產業過渡，該地區對生態環境尤其是水環境方面特別重視。

從圖6c可以看出，2005—2018年江西的水資源承載指數整體上呈現先下降再上升的趨勢。這主要是由于2005—2012年江西還是傳統的經濟模式，對于水資源的影響較小，后期江西經濟結構由傳統結構變為以輕中業為主的經濟模式，進而加大了工業對水資源的需求;另一面江西作為農業大省，其農業受到經濟結構改變的影響，導致農業用水減少。

3 結論與建議

3.1 結論

該研究基于2005—2018年長江中游城市群31個城市水資源數據，構建區域水資源承載指數和負載指數綜合評價指標，研究長江中游城市群水資源安全及其時空分布特征。得出以下結論：

（1）長江中游城市群負載指數大于1.5的城市最主要還是集中在湖北省，面積約占長江中游城市群總面積的18.13%，江西省和湖南省只有少量分布。各個省的城市水資源負載指數變化情況與長江中游城市群的變化趨勢相似，且在2014—2017年負載指數變化幅度相對平常變化較大，這與該地區的人水關系有很大的關系。

（2）2005—2018年長江中游城市群水資源承載指數由平衡狀態逐漸變為盈余狀態，這與該地區的降水量豐富、水資源總量大有關。

（3）水資源承載指數具有區域差異性，不同的研究區域具有不同的變化規律，但是整體上變化的趨勢相同，在部分年份上略有變化，這與各個區域城市之間的經濟活動密切相關。

3.2 建議

該研究從水資源負載指數與承載指數兩大方面，對長江中游城市群的水資源安全格局進行了時空分析。長江中游城市群水資源本底條件良好，在時空上分配的不均勻，供水的基礎設施比較薄弱，且水資源配置體系也不夠完善，導致水資源的開發利用程度較低。同時工業用水利用率不高，農業用水量比重大，該地區居民的節約意識不強，為了該地區水資源的可持續發展，從以下幾方面提出建議：

（1）從水資源本底條件方面，保護水資源環境。該地區實施水資源開發利用控制紅線、用水效率控制紅線，嚴格控制污染物排放總量。開展洞庭湖及鄱陽湖水生態安全保障、洞庭湖經濟區工業結構調整、三峽庫區污染防治等項目。加強濕地保護與生態修復和農村河道綜合治理，推動水生態文明試點城市建設。

（2）建設城市群“綠心”。以幕阜山和羅霄山為主體，以沿江、沿湖和主要交通軸線綠色廊道為紐帶的城市群生態屏障，建設城市群“綠心”。加強生態水土流失綜合治理和各類開發建設項目水土保持監督管理，進而減少人為水土流失，構建生態優良、功能完善、景觀優美的生態網絡體系，提高城市群的水資源承載能力。

（3）構建生態廊道。加強工業園區污水集中處理廠、入河排污口整治和城鄉污水、垃圾處理設施建設，完善污水收集管網和垃圾收運體系，同時也要加大該地區的科技研發水平，進而提高工業用水利用率。加快環洞庭湖、環鄱陽湖防護林帶建設，推動長江中游城市群周邊地區清潔小流域建設，進一步加強革命老區水土保持重點工程建設，加強和完善農村水利設施建設，提高城市群水資源負載能力。

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