基于熵權(quán)TOPSIS 模型的黑龍江省水資源承載力評價研究

崔麗影，錢 龍

（東北石油大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院，黑龍江 大慶 163318）

水資源是人類賴以生存的自然資源，也是人類社會和經(jīng)濟發(fā)展過程中不可替代的戰(zhàn)略資源，水資源承載力是評價地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的重要指標(biāo)，水資源的安全影響著地區(qū)社會、經(jīng)濟及生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。隨著我國工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展及城鎮(zhèn)化進程的加快，水資源在各個領(lǐng)域得到了應(yīng)用，水資源短缺、水環(huán)境污染及水生態(tài)系統(tǒng)退化問題等[1-2]也因此逐漸出現(xiàn)。黨的二十大報告強調(diào)，要統(tǒng)籌水資源、水環(huán)境、水生態(tài)治理。國家也出臺了一系列政策舉措以推進水資源可持續(xù)發(fā)展，如《中共中央國務(wù)院關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定》《關(guān)于建立資源環(huán)境承載能力監(jiān)測預(yù)警長效機制的若干意見》《地下水保護利用管理辦法》等，基于此，本文借鑒采用熵權(quán)TOPSIS 模型，構(gòu)建評價指標(biāo)體系，研究黑龍江省12 市水資源承載力，為黑龍江省水資源開發(fā)利用及可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

黑龍江省總面積為4.73×105km2，地處我國東北部，處在松花江、黑龍江、烏蘇里江、綏芬河四大水系組成的流域，氣候以溫帶季風(fēng)氣候為主。2021 年，全省GDP 為14 858.2 億元，總?cè)丝诩s為3 125 萬人，人口自然增長率為-5.11‰，城鎮(zhèn)化率為65.7%，森林覆蓋率為43.8%，平均年降水量647.7 mm，水資源總量1 196.28億m3，地表水資源量1 020.53 億m3，地下水資源量362.70 億m3，全省用水量達324.37 億m3，水資源利用率為27.11%。作為我國的農(nóng)業(yè)大省和重要的糧食生產(chǎn)基地，農(nóng)業(yè)灌溉大量耗用地下水資源，結(jié)合黑龍江省獨特地形和地勢特征，水資源存在時空分布不均、年內(nèi)年際變化較大及開發(fā)利用不合理等問題。

2 研究設(shè)計

2.1 評價指標(biāo)體系構(gòu)建及數(shù)據(jù)來源

本文以黑龍江省為研究對象，參考現(xiàn)有文獻研究[3-5]的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了包含水資源、經(jīng)濟、社會和生態(tài)環(huán)境4 個子系統(tǒng)共20 個評價指標(biāo)在內(nèi)的水資源承載力評價體系（見表1），對黑龍江省12 市的水資源承載力進行評價分析。研究數(shù)據(jù)主要來自于2013—2021 年《黑龍江省統(tǒng)計年鑒》、《中國城市建設(shè)統(tǒng)計年鑒》、《中國城市統(tǒng)計年鑒》、黑龍江省水資源公報、各市統(tǒng)計年鑒及國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報等，缺失數(shù)據(jù)采用插值法處理。

表1 黑龍江省水資源承載力評價指標(biāo)體系

2.2 熵權(quán)-TOPSIS 模型

熵權(quán)法依據(jù)樣本數(shù)據(jù)的離散程度確定指標(biāo)權(quán)重，TOPSIS 模型通過測度各評價單元與正理想解、負(fù)理想解之間的距離進行排序，如果評價單元距離正理想解最近且距離負(fù)理想解最遠，則為最優(yōu)，否則不是最優(yōu)。熵權(quán)TOPSIS 的步驟如下。

1）度量指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理。根據(jù)指標(biāo)指向性不同，進行統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化處理公式，如式（1）和（2），式中i，j分別表示年份與第j個評價指標(biāo)，dij為標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)值。

2）計算第i年第j個承載力指標(biāo)所占該指標(biāo)的比重。

3）計算指標(biāo)的信息熵ej和冗余值fj，其中k=1/lnm。

4）計算指標(biāo)的熵權(quán)。

6）計算貼近度。Ci表示在第i個年份水資源承載力的大小，0≤Ci≤1，得分越高表示水資源承載力表現(xiàn)越好，得分越低則水資源承載力表現(xiàn)較差。

為了更直觀評價黑龍江省12 市水資源承載力的差異，本文將貼近度劃分為5 個等級：0≤Ci＜0.2 為警戒，0.2≤Ci＜0.4 為低級，0.4≤Ci＜0.6 為中級，0.6≤Ci＜0.8 為良好，0.8≤Ci＜1 為高級，不同等級表示水資源承載力的不同水平及人類活動與水資源協(xié)調(diào)發(fā)展情況。

3 評價結(jié)果分析

3.1 水資源承載力的綜合評價分析

黑龍江省12 市2013—2020 年水資源承載力的綜合評價結(jié)果見表2。結(jié)果表明：①整體上，黑龍江省水資源承載力處于低級等級。一方面，黑龍江省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)未得到全面優(yōu)化，大部分地區(qū)以第一產(chǎn)業(yè)和第二產(chǎn)業(yè)為主，而2 個產(chǎn)業(yè)用水量占總用水量的90%以上，此外，黑龍江省城市污水處理率較低，2019 年居全國末位；另一方面，黑龍江省水資源開發(fā)利用不合理也是使水資源承載力處于低級水平的原因，如黑河和伊春水資源總量豐富，2015—2020 年平均水資源開發(fā)利用率卻不到0.5%。②從地區(qū)角度分析，哈爾濱由2013 年中級過渡為2020 年良好等級，齊齊哈爾及牡丹江水資源承載力雖處低級等級但持續(xù)增長，大慶由2013 年中級滑為2015 年低級等級，此后保持增長態(tài)勢，其他地區(qū)水資源承載力雖處低級或警戒等級，但也逐年遞增。③黑龍江省水資源承載力存在明顯的空間差異，研究期間內(nèi)，齊齊哈爾水資源承載力提升較快，這主要與近年來《非居民用水超定額超計劃累進加價制度》的有序?qū)嵤盟诰€計量體系及用水單位的重點監(jiān)管等有關(guān)，大慶水資源承載力排名下降但仍處于省內(nèi)前列，大慶的經(jīng)濟發(fā)展依賴石油等能源的生產(chǎn)與消費，進而帶來了較高的耗水量和污水排放量，用水壓力大，水資源承載力下降。

表2 黑龍江省各地區(qū)水資源承載力評價結(jié)果

3.2 水資源承載力的子系統(tǒng)分析

黑龍江省2020 年各地區(qū)各子系統(tǒng)的評價值如圖1 所示。從水資源子系統(tǒng)分析，牡丹江、黑河、齊齊哈爾3 座城市的水資源子系統(tǒng)承載力超過0.6；而大慶最低，小于0.2，大慶地區(qū)傳統(tǒng)能源生產(chǎn)對水資源產(chǎn)生大量消耗和污染，進而導(dǎo)致水資源供需問題。從社會子系統(tǒng)分析，哈爾濱的評價值最高，在0.6 以上；綏化的評價值最低，小于0.2，綏化地區(qū)人口平均數(shù)在黑龍江省位居前列，且人均日生活用水量居高，對有限的水資源產(chǎn)生較大壓力。從經(jīng)濟子系統(tǒng)分析，大慶的評價值最高，在0.4 以上；伊春的評價值最低，小于0.1，伊春人均GDP 較低且萬元GDP 耗水量居高，水資源利用率低。從生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)分析，哈爾濱的評價值最高，達0.9 以上；牡丹江、鶴崗、雙鴨山、七臺河、伊春和黑河的評價值較低，小于0.2；哈爾濱全面實施生態(tài)環(huán)境分區(qū)治理，落實“三線一單”措施，加強水環(huán)境治理，對水資源承載力的影響也較大。綜合來看，對黑龍江省水資源承載力貢獻最大的系統(tǒng)為水資源子系統(tǒng)，其余依次為社會子系統(tǒng)、經(jīng)濟子系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)。究其原因，黑龍江省水資源相對豐富，水資源總量及水庫容量對水資源子系統(tǒng)的影響較大，進而對水資源綜合承載力具有較大貢獻；黑龍江省作為農(nóng)業(yè)大省和東北老工業(yè)基地之一，農(nóng)業(yè)產(chǎn)值密度較高，農(nóng)業(yè)灌溉耗水量較大，工業(yè)生產(chǎn)耗水及污水排放量較多，社會經(jīng)濟發(fā)展一定程度上對水資源產(chǎn)生了壓力，降低了水資源承載力。

圖1 黑龍江省12 市2020 年各子系統(tǒng)水資源承載力評價結(jié)果

4 結(jié)論

本文對2013—2020 年黑龍江省水資源承載力進行分析，結(jié)果表明：①從整體上看，黑龍江省水資源承載力呈緩慢上升趨勢，處于較差等級，主要與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)未得到全面優(yōu)化、水資源開發(fā)利用不合理及污水處理率低有關(guān)；各地區(qū)的水資源承載力均呈上升趨勢，但省際間存在差異。②從各個子系統(tǒng)來看，黑龍江省4 個子系統(tǒng)的承載力均呈現(xiàn)快速增長的趨勢，但水資源子系統(tǒng)承載力高于社會子系統(tǒng)、經(jīng)濟子系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)；各地區(qū)子系統(tǒng)水資源承載力均也呈現(xiàn)快速增長狀態(tài)，但評價值存在差異性。