河南省水資源利用效益的時空演化及障礙因子分析

關鍵詞：水資源利用；時空演化；綜合指數法；障礙度模型；河南省

0引言

水是生命之源，是人類賴以生存和發展的物質基礎。隨著經濟社會快速發展，水資源供需矛盾不斷加劇，推進水資源節約集約利用有利于實現經濟高質量發展。如果僅追求經濟效益最大化，而忽視生態和社會效益，則會導致生態環境狀況惡化。因此，建立健全水資源利用效益評價體系，對于解決水資源供需矛盾具有重要的現實意義。

目前，國內外關于水資源利用效率／效益的研究成果較多，國外主要集中在影響因素、效率評估等方面，例如：Lombardi等采用數據包絡法分析探究了意大利水行業的影響因素：Gabriel等利用模擬數據，評估了亞馬孫河流域水資源利用效率，認為其呈現季節性特征；Byrnes等利用DEA模型，分析了澳大利亞東南部城市的水資源利用效率。國內研究主要集中在影響因素、時空分析等方面，例如：陸建紅等采用TOPSOS法，探討了鄭州市水資源利用效益影響因素，認為生態效益的增長對水資源綜合效益具有促進作用；焦士興等運用數據包絡分析法研究了安陽水資源利用效率，認為產業結構優化調整提升了水資源利用效率：秦尊文等利用探索性空間數據分析方法，探究了長江經濟帶水資源利用效率影響因素．指出經濟發展水平有正向影響、城市發展水平有反向影響：王敏等利用數據包絡模型等方法，探討了黃河流域九省（區）水資源利用效率時空演變特征，認為區域差異顯著；朱俊海等利用基尼系數等方法，分析了陜西省水資源利用效益空間格局，認為水資源配置應充分考慮降水量的分布。

綜上所述，國內外關于水資源利用效率／效益研究成果頗豐，但針對河南省研究相對較少。河南省是我國水資源嚴重短缺的省份之一，水資源供給能力不能滿足經濟社會快速發展需求．因此研究水資源利用效益并分析其障礙因子具有重要意義。本文構建河南省水資源利用效益評價指標體系，采用客觀賦權法和綜合指數法評價水資源利用效益，運用ArcGIS 10.8軟件分析其空間演化趨勢，并探討其障礙因子，以期為制定用水政策、調整用水結構和建設節水型社會提供參考。

1數據來源與研究方法

1.1評價指標體系構建和數據來源

在遵循科學性、系統性、層次性、獨立性等原則基礎上，參考魏軒等的研究成果，從生態效益、經濟效益、社會效益3個方面，選取9個代表性指標，構建河南省水資源利用效益評價指標體系，見表1。

本文所用水資源總量數據來源于2010-2021年《河南省水資源公報》，萬元GDP用水量、萬元工業增加值用水量和億元農業總產值用水量通過計算獲得，其他數據來源于2011-2022年《河南統計年鑒》，部分缺失數據采用插值法彌補。

1.2研究方法

1.2.1綜合指數法

綜合指數法可用來反映水資源、生態、經濟、社會等綜合效益的整體狀況。采用極值化法進行數據標準化處理，利用變異系數法確定指標權重，進而確定系統綜合效益指數，計算公式為

1.2.2重心移動距離

本文利用重心移動距離法揭示水資源利用效益指數的空間演變趨勢，計算公式為

1.2.3障礙度模型

利用障礙度模型確定影響水資源利用效益的障礙因子，計算公式為

2結果與分析

2.1河南省各市水資源利用效益指數時序變化

河南省各市水資源利用生態、經濟、社會、綜合效益指數見表2。安陽生態效益指數增長最為明顯，商丘小幅度降低。近年來，安陽在生態保護方面取得了一些進展，如污水處理率從2010年的97.96%增長至2021年100%，污水排放量從8485萬m3降至6960萬m3，城市建成區綠化覆蓋率則從37.5%增長至42.4%。商丘生態效益指數下降0.004，主要受城市建成區綠化覆蓋率降低的影響（從2010年的38.2%降為2021年的21.5%）。

商丘經濟效益指數增幅最大，平頂山增幅最小。商丘在研究期出臺一系列政策措施，從產業、產品等多方面激發市場活力，投資規模持續擴大，推動經濟穩定增長，人均GDP從2010年1.51萬元增至2021年3.98萬元：平頂山增長幅度最小，主要受億元農業總產值用水量變化趨勢不穩定影響，經濟回升面臨著居民消費、企業投資意愿不強和部分中小微企業經營困難等問題。

濮陽社會效益指數增幅最大，鶴壁降幅最大。濮陽在城市建設等方面投入加大，其中城市建成區供水管道密度有所提升，自來水普及率從2010年的90.6%增至2021年的100%。鶴壁降幅最大，原因是城市建成區供水管道密度、人均日生活用水量降低（分別從2010年的10.71km/km2、137.00L降至2021年的9.44km/km2、79.62L），且面臨著畜牧業生產恢復緩慢、制造業投資下滑、建筑業市場萎縮等的問題。

安陽綜合效益指數增幅最大，平頂山增幅最小。主要原因是安陽生態效益指數增幅值最大（0.53），位于全省第一位，其得益于南水北調工程的實施，2015年12月之后南水北調工程向該市供水量穩步上升：平頂山降水量南多北少、西多東少．且面臨著農業用水粗放，節水灌溉面積、再生水利用、公共供水覆蓋不足等問題。

河南省生態效益、經濟效益、社會效益和綜合效益指數均呈波動上升趨勢（見圖1）。生態效益指數在2011年、2012年、2019年有所下降，主要原因是受降水、徑流年際變化影響，2011年、2012年、2019年降水量分別較前一年減少12.5%、17.8%、29.9%，較多年均值分別減少4.6%、21.5%、31.4%。經濟效益指數在2015年小幅下降，主要原因是受萬元GDP用水量、萬元工業增加值用水量、億元農業總產值用水量增加的影響。社會效益指數持續小幅穩定增長。河南省經濟效益指數增長幅度最大，其次是生態效益指數，社會效益指數增長幅度最小；綜合效益指數在2012年、2015年小幅下降，主要原因是受生態、經濟效益指數下降影響。

2.2河南省水資源利用效益指數重心空間變化

利用式（7）～式（9），計算河南省水資源利用生態、經濟、社會、綜合效益指數的重心坐標和重心移動距離，運用ArcGIS 10.8軟件繪制重心遷移圖（見圖2）。

河南省生態效益指數重心分布在鄭州和許昌，整體呈現向東南遷移趨勢（2020-2021年向西北遷移），見圖2（a）。2011-2017年駐馬店、信陽以及2020年信陽、周口、駐馬店生態效益指數增幅較大，重心呈現向東南遷移趨勢，年均移動距離分別為17.94、16.81km。2021年重心向西北遷移45.58km，主要受鄭州“7·20”特大暴雨影響，鶴壁、安陽、濮陽、焦作和鄭州降水量驟增。

河南省經濟效益指數重心基本分布在鄭州和許昌，呈現向東遷移趨勢，見圖2（b）。2010-2014年漯河、商丘和周口經濟增長幅度較大，經濟重心整體向東遷移，年均移動距離為15.55km。2017年駐馬店、周口和商丘以及2021年南陽、信陽、周口和開封增幅較大，重心分別向東南遷移13.60、3.64 km;2018年新鄉、焦作和商丘增幅較大，重心向東北遷移3.35km。

河南省社會效益指數重心分布在鄭州和許昌，呈現向東北遷移趨勢，見圖2（c）。2014年駐馬店和商丘社會效益指數增幅較大，重心向東北遷移，年均移動距離為10.39km；2016-2017年、2019年濮陽等社會效益指數增幅較大，重心向東北遷移，年均移動距離分別為14.17、17.47km;2018年濟源、焦作、安陽、周口、開封社會效益指數增幅較大，重心向東北遷移5.38km。

河南省綜合效益指數重心均分布于鄭州和許昌，呈現向東北遷移趨勢，見圖2（d）。2014年商丘、周口和開封綜合效益指數增幅較大，重心向東遷移17.51km；2015-2020年，濮陽、開封、鶴壁和新鄉綜合效益指數增幅較大，重心整體呈向東北遷移趨勢，年均移動距離為6.82km。

2.3河南省水資源利用效益障礙因子

利用式（10）、式（11），計算河南省18個地級市水資源利用效益各指標的障礙度，找出其中障礙度較大的前4個障礙因子（見表3）。按照障礙度大小，將河南省水資源利用效益障礙等級劃分為極低[0，10%）、低[10%，20%）、中低[20%，30%）、中[30%，40%）、中高[40%，50%）、高[50%，60%）、極高[60%，100%]7個等級。

污水處理率（Ai）是鶴壁、漯河、周口的第一大障礙因子，這3個市前四大障礙因子障礙度之和分別為34.7%、28.7%、34.3%，障礙等級分別為中、中低、中。鶴壁污水處理率從2010年的83%增至2021年的100%，漯河從2010年的64.77%增至2021年的100%，周口從2010年的75%增至2021年的99.7%，污水處理率均值分別位于全省第17、14、15位。

建成區綠化覆蓋率（A3）、萬元GDP用水量（B1）分別是開封、信陽的第一大障礙因子，這2個市前四大障礙因子障礙度之和分別為34.9%、31.3%，障礙等級均為中。開封的建成區綠化覆蓋率從2010年的34.4%升至2021年的45.5%，而信陽的萬元GDP用水量從2010年的157.69m3降至2021年的55.68m3．均值分別位于全省第17、2位。

萬元工業增加值用水量（B2）是洛陽、平頂山的第一大障礙因子，這2個市前四大障礙因子障礙度之和分別為27.1%、33.8%，障礙等級分別為中低、中。洛陽萬元工業增加值用水量從2010年的62.34m3降至2021年的26.38m3；2011-2021年，平頂山萬元工業增加值用水量始終位于全省前4位（2010年位于第7位），2021年雖降至24.04m3，但仍居全省首位。

億元農業總產值用水量（B3）是安陽、新鄉、焦作、濮陽、濟源的第一大障礙因子，這5個市前四大障礙因子障礙度之和分別為27.9%、35.8%、32.9%、45.1%、31.8%，障礙等級分別為中低、中、中、中高、中。安陽等5個地級市的億元農業總產值用水量始終位于前六位（2010-2013年、2018-2021年均位于前五位），2021年安陽等5個地級市的億元農業總產值用水量分別為170萬、270萬、270萬、140萬、210萬m3，遠高于河南省其他13個市。

城市建成區供水管道密度（C1）是許昌、三門峽的第一大障礙因子，人均日生活用水量（ C3）是鄭州的第一大障礙因子，這3個市前四大障礙因子障礙度之和分別為26.2%、25.3%、26.8%，障礙等級均為中低。許昌建成區供水管道密度低且呈現明顯的變化趨勢，從2018年的7.09km/km2降至2021年的4.63km/km2;許昌等3個市的第一大障礙因子均值分別位于全省第17、16、16位。

自來水普及率（C2）是南陽、商丘、駐馬店的第一大障礙因子，這3個市前四大障礙因子障礙度之和分別為61.8%、45.3%、31.1%，障礙等級分別為極高、中高、中。南陽等3個市的自來水普及率2010年、2012-2015年、2017年位于全省后三位，2011年、2016年居于全省后五位，2019-2021年雖有所提升但仍有很大提升空間。

3結論與建議

1）河南省各地級市水資源綜合利用效益指數均呈波動上升趨勢，其中：生態效益指數安陽增幅最大、商丘降幅最大，經濟效益指數商丘增幅最大、平頂山增幅最小，社會效益指數濮陽增幅最大、鶴壁降幅最大。安陽、商丘、濮陽等增幅較大城市應保持良性發展趨勢，商丘、平頂山、鶴壁等增幅較小或有所下降的城市應當完善水資源保護體系和城市綠化工程，加大對工業污水排放的評估、監測．管控力度。

2）河南省水資源利用綜合效益指數重心分布于鄭州和許昌，呈現向東北方向遷移趨勢。生態效益指數、經濟效益指數、社會效益指數重心均分布在鄭州和許昌，分別呈現向東南、東、東北遷移趨勢。綜合效益重心遷移區域生態效益等指數增幅較大，非遷移區域應加強水資源利用基礎設施和災害預防設施建設，培養居民節水意識，推廣應用節水技術和設施，對城市用水量進行管控，努力提升水資源利用效益。

3）河南省水資源利用效益主要障礙因子區域差異明顯。污水處理率、萬元工業增加值用水量、億元農業總產值用水量、城市建成區供水管道密度、自來水普及率分別是鶴壁等3市、洛陽等2市、安陽等5市、許昌等2市、南陽等3市第一大障礙因子；城市建成區綠化覆蓋率、萬元GDP用水量、人均日生活用水量分別是開封、信陽、鄭州第一大障礙因子。鶴壁等地級市要針對水資源利用的主要障礙因子，優化產業結構，發展循環經濟，嚴格落實廢棄物無害化處理，不斷推進城市建成區供水管道工程建設，綜合高效利用水資源，逐步提升水資源利用效率。