石嘴山市水資源承載力評價及障礙因子研究

摘要：為科學診斷石嘴山市水資源承載力狀態，根據石嘴山市2006—2022年統計資料，從水資源、社會經濟、生態環境三方面構建評價體系，運用熵權—TOPSIS模型和障礙度模型評價其水資源承載力并診斷障礙因子。研究結果表明，石嘴山市水資源承載能力呈波動上升趨勢；各指標對水資源承載力的障礙度變化表現出階段特征，農用化肥施用量、有效灌溉面積、年降水量、水資源總量、農用地膜使用量、人均用水量為水資源承載力的主要障礙因子；石嘴山市可開展農業面源污染治理、農業節水、提高非常規水資源利用水平等措施，提高水資源承載能力。

關鍵詞：水資源承載力；障礙度；石嘴山市

中圖分類號：F2 文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2025.16.010

水資源是支撐經濟社會與生態環境協調發展的物質基礎。隨著經濟社會發展，水資源短缺及供需矛盾日益突出，社會經濟可持續發展和自然生態系統功能維持都面臨著水資源短缺的制約［1］。

石嘴山市是寧夏平原重要商品糧生產基地和國家老煤炭工業基地，農業是第一用水大戶。受地理位置限制，干旱少雨，蒸發強烈，水資源嚴重短缺，農業主要依賴黃河過境水，居民生活用水和工業企業主要依靠開采地下水，目前寧夏確定的5個地下水超采區中石嘴山市就有4個。農業雖有黃河供水，但受到黃河水量調度限制［2］和黃河上游來水量持續減少嚴峻形勢，勢必增加農業用水緊張程度［3］，同時工業和生活用水剛性需求在不斷增加，供用水矛盾日益突出[4]。近年來隨著最嚴格水資源管理制度的實施，同時經過2015—2017年的水生態文明試點期建設，石嘴山市的水環境突出問題得到有效緩解，水安全保障能力持續加強，但受限于用水總量控制和地下水資源量減少趨勢，水資源已成為制約石嘴山市經濟可持續發展的瓶頸。加強水資源的集約節約利用，協調水資源與社會、經濟、生態之間的關系是石嘴山市可持續發展的關鍵。

水資源承載力是反映地區水資源與社會經濟、生態環境之間協調性的重要指標，可反映地區水資源在社會、經濟、生態多重壓力下的支撐能力［5］，因此進行水資源承載力評價對平衡水資源與經濟發展之間關系具有重要意義［6］。目前水資承載力評價研究方法多采用主成分分析法、模糊綜合評價法、生態足跡法、系統動力學法、TOPSIS等方法［7］。本文采用TOPSIS法，結合熵權法和障礙度模型對石嘴山市2006—2022年水資源承載力進行綜合評價和主要障礙因子識別，為石嘴山市水資源合理配置和社會經濟可持續發展提供一定的參考。

1 研究區域概況及數據來源

石嘴山市位于黃河中游上段、寧夏回族自治區最北端，是典型的干旱半干旱地區。石嘴山市2022年GDP總量達693.34億元，人均GDP為9.22萬元。近30年石嘴山市年平均降水量僅為178.5mm，年蒸發量是降水量的10余倍，2022年當地水資源總量為1.314億m3，人均當地水資源量為175 m3，遠低于人均1000 m3的國際水資源緊缺標準，水資源本底條件較差，屬嚴重缺水地區。

本文所用的數據均來源于歷年《寧夏水資源公報》《寧夏水利統計公報》《石嘴山市統計年鑒》《2022年石嘴山市生態環境統計公報》，并經過整理計算獲得。

2 研究方法

2.1 評價指標體系構建

水資源承載力綜合評價涉及水資源、社會經濟、生態環境等子系統[8]，本文參考現有研究成果中選取的評價指標基礎上［1，6］，結合石嘴山市水資源特點、社會經濟和生態環境狀況，選取了18個評價指標以構建石嘴山市水資源承載力綜合評價指標體系（表 1），綜合反映石嘴山市水資源承載力的動態變化。

2.2 熵權—TOPSIS模型

熵權法是根據樣本數據的離散程度來確定權重，避免了人為主觀因素產生的爭議，權重結果具有較高可信度。TOPSIS法是用于求解多屬性決策問題的一種新方法，其原理是根據有限個評價對象與理想值的接近程度進行排序，然后根據排序結果對現有的評價對象進行相對優劣的評價［9］，因原理簡單、 信息失真小［5］等優點被廣泛應用于水資源承載力評價中。

為了保證評價指標數據同趨勢和無量綱化，首先采用極差標準化方法對原始正、逆向數據進行標準化預處理，然后利用熵權法確定各指標權重，二者結合得到水資源承載能力評價體系權重規范化矩陣，利用TOPSIS模型依次計算正、負理想解以及每個年份評價指標到正、負理想解的距離，最后計算相對貼近度作為水資源承載力綜合評價值。貼近度的值越大，表明評價對象越接近理想狀態，水資源承載力越好，反之越差［5，9］。具體計算公式詳見文獻[10]。

2.3 障礙度模型

障礙度計算是辨析阻礙水資源承載力提升的因素。若某項指標的障礙度越大，說明水資源承載力的提高受該指標制約越大。障礙度計算公式詳見文獻[10]。

3 結果分析

3.1 計算結果

3.1.1 權重計算結果

用熵權法計算各評價指標的權重（表1），由表1可知，水資源子系統、社會經濟子系統、生態環境子系統的綜合指標權重分別為：0.2266、0.3878、0.3856，各子系統中權重最大的指標分別為人均用水量、有效灌溉面積、農用化肥施用量。

3.1.2 水資源承載力計算結果

在確定指標權重的基礎上計算石嘴山市水資源承載力貼近度Ei。參考相關［6，8］研究基礎，將貼近度Ei 劃分5個等級（表2），根據2006—2022年貼近度計算結果對應水資源承載力評價標準，得到各評價年份的水資源承載力等級（表3）。

3.2 水資源承載力分析

由表3 可知，2006—2022年，石嘴山市年均水資源承載力綜合評價值為0.4549，平均承載等級處于Ⅲ級。綜合評價值在2022年達到最大值0.6823，最小值為2013年的0.3645，承載等級分別處于Ⅲ級和Ⅳ級。2006—2014年僅個別豐水年承載狀態為臨界，其余均為超載，2015—2022年承載等級穩定在Ⅲ級，還未達到弱可承載水平。

從圖1可以看出，石嘴山市水資源承載力綜合評價值呈波動上升的趨勢，綜合評價值從2006年的0.4001提升到了2022年的0.6823。其中：2006—2015年水資源承載力綜合評價值波動變化較小，基本趨于穩定。僅在2012和2013年分別有明顯上升和下降，2012年是豐水年，降雨量較上年增加71%，2013年降雨量較多年平均減少21%，較上年減少42%，尤其2013年總用水量在評價期內最大，直接導致該年份綜合評價值下降到評價期內最低水平； 2016—2022年水資源承載力綜合評價值在波動中呈上升趨勢，并在2022年升至評價期內最高。綜合評價值在2019年有明顯下降，2019年度降水量較上年減少48%，其他年份綜合評價值穩步上升。2017年、2018年、2021和2022年綜合評價值達到0.5以上，是整個評價期內承載狀態較好的年份，2017年和2018年石嘴山市年降雨量分別達到219mm和314mm，屬豐水年，人均GDP在2017年突破5萬元；2021年和2022年降雨量為149mm和177mm，屬于枯水年份，但2021年城鎮生活污水排放量同比減少39%，化學需氧量和氨氮排放總量也持續下降，萬元GDP用水量和工業萬元增加值用水量分別降至200m3和30 m3以下，一定程度拉動了水資源承載力。石嘴山市水資源承載力受降水豐枯年變化影響較大，用水效率提升、生活污水排放量和水污染物減排對水資源承載力起促進作用［1］。

3.3 各子系統承載力分析

2006—2022年，石嘴山市水資源子系統、社會經濟子系統和生態環境子系統的承載力綜合評價值多年均值分別為0.3361、0.4624和0.5048，其中水資源子系統綜合評價值最小，生態環境子系統最大。水資源子系統承載力較低主要因為石嘴山市水資源稟賦差，生態環境子系統承載力雖然最高，但仍對水資源承載力起到制約作用。

由圖2可知，水資源子系統的評價值處于波動起伏的不穩定狀態，與水資源承載力波動大體一致，主要原因是水資源總量和降水量在時間上分布不均。社會經濟子系統綜合評價值呈穩步上升趨勢，其主要受有效灌溉面積、城鎮居民人均可支配收入和農民人均純收入等指標的影響。近年來，石嘴山市經濟發展迅速，這些指標的提升直接影響社會經濟子系統評價值的增長，并對水資源承載能力有正向拉動作用。生態環境子系統綜合評價值在2006—2020年呈波動下降趨勢， 2021年才呈現回升態勢，其變化主要受農業生產中的化肥施用量、農用地膜使用量和城鎮生活污水排放的影響，石嘴山市肥料、農膜施用長期不合理，城鎮生活污水排放量長期居高不下，近年來灌區排水溝水質污染形勢嚴峻，水生態壓力較大［11］，不利于水資源承載力的提升。

3.4 障礙因子分析

為識別制約石嘴山市水資源承載力提升的主要因素，采用障礙度模型計算出3個子系統共18個指標的障礙度，統計各年障礙度排序前八位的指標為主要障礙因子（表4）。從表4可以看出，2006—2022年石嘴山市水資源承載力各指標障礙度呈現出明顯階段特征。其中：2006—2011年，影響水資源承載力水平的障礙因子主要集中在社會經濟和水資源子系統，有效灌溉面積（X9）、農民人均純收入（X11）、人均用水量（X4）、城鎮居民人均可支配收入（X10）、人均GDP（X5）、農業畝均用水量（X8）是主要障礙因子。2011年以后，影響水資源承載力的關鍵障礙因子發生變化，集中在生態環境和水資源子系統，農用化肥施用量（X13）、農用地膜使用量（X14）連續6年排名前二，水資源總量（X1）和年降水量（X2）障礙度排序靠前。說明研究期內的石嘴山市水資源承載力一直受水資源子系統影響，同時社會經濟子系統對水資源承載力障礙減弱，生態環境子系統的障礙逐漸增強。2015年以后，城鎮生活污水排放量（X16）障礙度排名上升，今后可能會成為限制水資源承載力水平提升的重要因素。

計算2006—2022年18個指標的障礙度均值，根據結果列出排序前8位的評價指標（表5）。結合各年份障礙因子變化情況可知，排序前二位和第五位指標是和農業生產要素相關指標，化肥和地膜使用是農業面源污染重要來源，農業面源污染是目前影響水體環境質量的主要污染源，農用化肥施用量和農用地膜使用量是阻礙石嘴山市水資源承載力提升的重要因素;有效灌溉面積是農業生產的穩定性和水資源利用效率的重要指標，有效灌溉面積的增加一定程度反映了農業灌溉效率的提高，對石嘴山市水資源承載力的提升有積極作用，隨著石嘴山市灌區建設和改造，有效灌溉面積的障礙度逐漸減弱。水資源子系統的4個指標障礙度均值全部排序前8，反映水資源自然稟賦的年降水量和水資源總量障礙度排名呈同步波動變化，并且多年排名靠前，降水量對水資源量有重要影響，降水量的年際變化增加了該地區水資源承載力的不確定性;人均用水量和總用水量反映地區水資源利用情況，是石嘴山市水資源承載力的重要障礙因子，石嘴山市多年人均用水量高于寧夏全區人均用水量53%，農業用水量占總用量比重達80%以上，減少農業用水量能夠降低人均用水量和總用水量，對提升石嘴山市水資源承載力有積極作用。農民人均純收入障礙度均值排序第七，隨著農民人均純收入持續提高，其對水資源承載力的障礙度逐漸減弱。萬元GDP用水量和工業萬元增加值用水量各年份障礙度排名未出現在前八，障礙度均值排在倒數前兩位，對石嘴山市水資源承載力起到積極作用。

4 結論與建議

（1）采用熵權—TOPSIS模型對石嘴山市2006—2022年水資源承載力進行評價，結果表明，石嘴山市水資源承載力波動變化，除個別年份明顯下降外，整體呈上升趨勢，平均承載等級處于Ⅲ級，還有一定提升空間；水資源承載力的波動變化受豐、枯水年影響明顯，隨著經濟的發展，社會經濟子系統水資源承載力的拉動作用明顯。

（2）障礙度模型分析結果顯示，水資源子系統在研究期內一直是水資源承載力的提升的障礙因子，隨著經濟社會的發展，社會經濟子系統對水資源承載力的障礙減弱，生態環境子系統對水資源承載力障礙有增強趨勢。農用化肥施用量和農用地膜使用量是阻礙水資源承載力提升的重要障礙因子，推進廢舊農膜回收處置利用和化肥減量使用對水資源承載力的提升有積極作用。

（3）貫徹“四水四定”，農業用水在用水結構中占比最大，也是節水最大潛力所在，應持續推進高標準農田建設和節水型灌區建設，發展適水農業；工業方面注重水資源產出效益，工業產品用水定額在達標的基礎上向領跑值看齊，加大非常規水源利用，尤其是礦區礦井水保護利用，鼓勵工業用水缺口通過水權交易獲得；加強高耗水服務業計劃用水管理并嚴格執行用水定額，減少城鎮生活污水排放。

（4）水資源承載力是一個復雜的、多系統相互作用的結果[12]。石嘴山市灌溉農業帶來經濟效益之外，還發揮生態補水效果，隨著農業高效節水灌溉面積的增加和水稻種植面積的壓減，減少農業用水可能影響灌區生態環境，引發地下水位下降和農田防護林退化[4，11]，導致生態需水量增加，進而加劇水資源供需矛盾[8]。本文沒有研究生態需水對水資源承載力的影響，今后可在灌區生態補水和農業灌溉水量之間平衡關系上進行研究，進一步優化節水方案，保證水資源可持續利用。

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