合肥市水土資源承載力的監(jiān)測(cè)預(yù)警評(píng)價(jià)

李 琛

(河海大學(xué) 公共管理學(xué)院，江蘇 南京 211100)

0 引言

【研究意義】水是生命之源，土是生存之本，水土資源是自然資源最重要的組成部分，是人類賴以生存的最基本的物質(zhì)保障[1]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】十九大以來(lái)，中國(guó)社會(huì)主義建設(shè)步入新時(shí)代，新時(shí)代背景下的水土資源承載力是在一定時(shí)期內(nèi)，一定空間區(qū)域，當(dāng)前的自然資源、科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)投入在保證與其社會(huì)文化準(zhǔn)則相符合的物質(zhì)生活水平條件下，水土資源所能持續(xù)承載的人類各種活動(dòng)的規(guī)模和強(qiáng)度的閾值[2]?！狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前，對(duì)于水土資源承載力研究集中在評(píng)價(jià)方面，而在水土資源承載力監(jiān)測(cè)預(yù)警方面的研究較為缺乏，且缺少對(duì)于評(píng)價(jià)指標(biāo)體系內(nèi)部因素的動(dòng)態(tài)研究。在此背景下，如何長(zhǎng)期有效地監(jiān)測(cè)預(yù)警區(qū)域水土資源承載力是值得研究的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題，如何有效地協(xié)調(diào)水土資源與人類可持續(xù)發(fā)展之間的關(guān)系是亟待解決的問(wèn)題[3]?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】采用多因素綜合評(píng)價(jià)法、熵權(quán)法與層次分析法并結(jié)合ARCGIS可視化功能與EVIEWS向量自回歸(VAR)，從水資源承載力、土地資源承載力和環(huán)境資源承載力3個(gè)維度構(gòu)建由16個(gè)指標(biāo)組成的水土資源承載力監(jiān)測(cè)預(yù)警評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，研究合肥市2009-2018年的水土資源承載力，旨在為合肥市制定水土利用政策提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

合肥市位于安徽省中部(東經(jīng)116°41′～117°58′，北緯30°57′～32°32′)，江淮之間，環(huán)抱巢湖，通過(guò)南淝河、巢湖與江海相連。合肥市轄4區(qū)4縣，是“一帶一路”和長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶戰(zhàn)略雙節(jié)點(diǎn)城市，也是合肥都市圈中心城市。

1.2 數(shù)據(jù)資料

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：主要來(lái)源于合肥市近幾年的統(tǒng)計(jì)年鑒、合肥市國(guó)土部門(mén)的土地利用現(xiàn)狀資料、安徽省統(tǒng)計(jì)年鑒、合肥市統(tǒng)計(jì)年鑒、合肥市統(tǒng)計(jì)公報(bào)，引江濟(jì)淮項(xiàng)目報(bào)告資料?？臻g數(shù)據(jù)，合肥市土地利用規(guī)劃報(bào)告(2006—2020)、合肥市土地利用變更調(diào)查資料及合肥市各縣市地籍調(diào)查成果數(shù)據(jù)。其他資料，主要包括無(wú)法直接一手獲得或無(wú)法計(jì)算所得的資料，通過(guò)實(shí)地調(diào)研走訪獲得。

1.3 研究方法

采用多因素綜合評(píng)價(jià)法計(jì)算合肥市水土資源承載力指數(shù)，采用熵權(quán)法與層次分析法確定權(quán)重，參考借鑒國(guó)際、國(guó)內(nèi)相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)劃定指標(biāo)閾值，借助ARCGIS可視化功能研究合肥市所轄行政區(qū)劃的水土資源承載力警情。

1.3.1 指標(biāo)體系構(gòu)建 首先，采用文獻(xiàn)資料分析法[9]，參考借鑒相關(guān)參考文獻(xiàn)[1-5]選取使用頻次較高且得到認(rèn)可的指標(biāo)；然后，采用實(shí)地調(diào)研法，2次在合肥市采用調(diào)研與發(fā)放問(wèn)卷調(diào)查的方式，了解合肥市當(dāng)?shù)氐奶厣?，?jù)此確定相關(guān)指標(biāo)；第三，通過(guò)咨詢專家的意見(jiàn)與建議，對(duì)一些指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整；最后，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)，本著客觀、真實(shí)原則，確定各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)(表1)，以期最大程度地反映合肥市水土資源承載力。

表1 水土資源承載力監(jiān)測(cè)預(yù)警評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Table 1 Monitoring and early warning evaluation index system of water and soil resource carrying capacity

1.3.2 指標(biāo)權(quán)重的確定 采用熵權(quán)法與層次分析法相結(jié)合確定指標(biāo)權(quán)重[4-8]。具體步驟：1) 求指標(biāo)體系中第j個(gè)指標(biāo)下第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的指標(biāo)值pij；2) 求各指標(biāo)的信息熵Ej；3) 層次分析法(主觀)確定權(quán)重wi，熵權(quán)法(客觀)確定權(quán)重wj，計(jì)算綜合權(quán)重Wj(表2)。

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重 Table 2 Weight of evaluation index

Wj=αwi+(1-α)wj(0≤α≤1)

Wj>0，wi，wj<1 (i，j=1，2，…，n)

式中，rij是第j個(gè)指標(biāo)下第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的指標(biāo)原始值；Ej為第j個(gè)指標(biāo)的熵值，Ej值越大，則指標(biāo)的變異程度越大，則權(quán)重也越大；Ej值越小，則指標(biāo)的變異程度越小，則權(quán)重也越?。划?dāng)Ej趨近于1時(shí)，可以不考慮該指標(biāo)的重要度，即此時(shí)權(quán)重為零；當(dāng)Ej趨近于0時(shí)，該指標(biāo)的重要度很高，即此時(shí)權(quán)重為1。α取值為0.5。

1.3.3 指標(biāo)閾值劃分 從安徽省合肥市的水土資源利用現(xiàn)狀出發(fā)，參考和借鑒相關(guān)國(guó)家和地方的標(biāo)準(zhǔn)，制定合肥市水土資源承載力監(jiān)測(cè)預(yù)警指標(biāo)閾值區(qū)間(表3)，劃分原則如下：首先，參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，若地方標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)相同，則采取國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。其次，借鑒地方標(biāo)準(zhǔn)，若地方標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，則采用地方標(biāo)準(zhǔn)。第三，結(jié)合合肥市實(shí)際情況，依據(jù)當(dāng)?shù)靥厣?biāo)準(zhǔn)。

表3 監(jiān)測(cè)預(yù)警指標(biāo)閾值區(qū)間的劃分Table 3 Division of threshold interval in monitoring and early warning index

1.3.4 預(yù)警模型建立及等級(jí)評(píng)價(jià) 參照文獻(xiàn)[10-11]的方法采用多因素綜合指數(shù)法構(gòu)建水土資源承載力監(jiān)測(cè)預(yù)警模型。參考借鑒國(guó)務(wù)院印發(fā)的《關(guān)于建立資源環(huán)境承載能力監(jiān)測(cè)預(yù)警長(zhǎng)效機(jī)制的若干意見(jiàn)》中相關(guān)要求，建立5級(jí)區(qū)間劃分合肥市水土資源承載力監(jiān)測(cè)預(yù)警等級(jí)(表4)[12]。

表4 合肥市各監(jiān)測(cè)預(yù)警指標(biāo)的等級(jí)及承載力指數(shù)Table 4 Grade and carrying capacity index of monitoring and early warning index in Hefei City

式中，fs為水資源承載力監(jiān)測(cè)預(yù)警指數(shù)；ft為土地資源承載力監(jiān)測(cè)預(yù)警指數(shù)；fh為環(huán)境資源承載力監(jiān)測(cè)預(yù)警指數(shù)；Wj為第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重；yij為第i年第j個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值。

1.3.5 因子動(dòng)態(tài)效應(yīng) 在研究合肥市水土資源承載力因子動(dòng)態(tài)影響效應(yīng)時(shí)需要構(gòu)建EVIEWS向量自回歸模型(VAR)，利用脈沖響應(yīng)函數(shù)以及方差分解功能，對(duì)水資源承載力(S)、土地資源承載力(T)以及環(huán)境資源承載力(H)之間的動(dòng)態(tài)影響進(jìn)行研究[15]。VAR模型利用數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)性構(gòu)建模型的經(jīng)濟(jì)計(jì)量模型，是用非結(jié)構(gòu)化的方法，主要用于研究變量間的關(guān)系。

yt=a1yt-1+…+apyt-p+cxt+βt(t=1,2,…T)

式中，yt是一組內(nèi)生變量，xt是一組外生變量，a1...ap為矩陣，p是模型的滯后階數(shù)，β是擾動(dòng)列向量，T代表樣本的個(gè)數(shù)，樣本數(shù)為3個(gè)。

2 結(jié)果與分析

2.1 合肥市水土資源環(huán)境承載力的預(yù)警評(píng)估

2.1.1 時(shí)間差異 從表5看出，2009—2018年，合肥市的水土資源承載力指數(shù)為0.379～0.600，總體呈增加趨勢(shì)。其中，2009年的水土資源承載力指數(shù)為0.379，處于一般預(yù)警狀態(tài)；2009—2013年，其水土資源承載力警戒狀態(tài)由一般預(yù)警下調(diào)為預(yù)警狀態(tài)，承載力指數(shù)最高為0.459，最低為0.379，水土資源承載力水平亟待提高；2014年水土資源承載力指數(shù)達(dá)0.538，較2013年提高39.25%，但總體水資源依然處于相對(duì)匱乏的水平；2014—2018年水土資源承載力處于臨界預(yù)警狀態(tài)，2018年承載力指數(shù)最大，為0.600，水土資源的利用和保護(hù)較之前明顯提升。

表5 2009—2018年合肥市水土資源承載力及其環(huán)境承載力各評(píng)估預(yù)警狀態(tài)Table 5 Water and soil resource carrying capacity and evaluation alert state of its environment carrying capacity in Hefei City during 2009—2018

合肥市2009—2018年，水土資源承載力警情較為嚴(yán)重的是水資源承載系統(tǒng)，人均水資源占有量2009年、2011年、2012年、2013年和2017年皆處于預(yù)警狀態(tài)的嚴(yán)重預(yù)警階段，水資源較為匱乏；2015年開(kāi)始，人均水資源匱乏的情況得到一定改善，2014—2016年連續(xù)3年警情得到緩解，2016年人均水資源占有量警情下調(diào)至預(yù)警狀態(tài)，水資源匱乏的狀況依然不容樂(lè)觀；合肥市農(nóng)業(yè)水資源利用率的警情嚴(yán)重程度則逐年增加，表明，合肥市近10年在農(nóng)業(yè)方面消耗的水資源總量較多，承載力相對(duì)下降；人均用水量指標(biāo)則相對(duì)維持在一個(gè)較為穩(wěn)定的水平，警情并不嚴(yán)重?？傮w上，合肥市依然處于一個(gè)水資源較為缺乏的發(fā)展時(shí)期，人均水資源占有量不足問(wèn)題迫切需要得到解決[14]。

相較于水資源承載系統(tǒng)警情的嚴(yán)重性，合肥市土地資源可承載水平則較為穩(wěn)定，近10年只有人均耕地面積指標(biāo)依然處于較為嚴(yán)重的嚴(yán)重至一般預(yù)警狀態(tài)，糧食產(chǎn)量、人均公園綠地面積、森林覆蓋率及人均GDP等其他指標(biāo)均處于可承載階段，可承載潛力較大。

2.1.2 空間差異 借助ARCGIS可視化功能得到合肥市所轄縣市區(qū)2014—2018年的水土資源承載力警情狀況(圖1)。2014年和2015年，合肥市轄區(qū)的水土資源承載力指數(shù)由0.538提升至0.562，2年皆處于臨界預(yù)警狀態(tài)，水土資源可承載潛力在可控制范圍內(nèi)；肥東縣2014年和2015年水土資源承載力指數(shù)在6個(gè)縣市中最低，分別為0.389和0.386，2年均處于一般預(yù)警狀態(tài)，水土資源狀況相當(dāng)嚴(yán)峻。肥西縣、長(zhǎng)豐縣和巢湖市水土資源狀況均得到一定改善，水土資源承載潛力加強(qiáng)，警情處于臨界預(yù)警狀態(tài)；廬江縣和肥東縣警情則依然維持一般預(yù)警狀態(tài)。2016年和2017年水土資源承載力承載狀態(tài)得到進(jìn)一步提高，2017年只有廬江縣承載狀態(tài)較低，2018年，各縣市的承載力狀態(tài)均得到較大緩解，合肥市轄區(qū)已變?yōu)榕R界預(yù)警狀態(tài)。

圖1 合肥市所轄縣2014-2018年水土資源承載力預(yù)警狀態(tài)Fig.1 Alert state of water and soil resource carrying capacity in administrative counties of Hefei City during 2014-2018

2.2 因子動(dòng)態(tài)效應(yīng)

2.2.1 脈沖響應(yīng) 脈沖響應(yīng)函數(shù)描述在隨機(jī)誤差和1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)誤差項(xiàng)下，對(duì)各內(nèi)生變量的當(dāng)期及未來(lái)值所產(chǎn)生的影響程度。從圖2可知：水資源承載力，從水資源承載力的脈沖函數(shù)曲線看，在本期給水資源承載力、土地資源承載力和環(huán)境資源承載力正沖擊后，水資源承載力對(duì)自身的沖擊最大，在第1期達(dá)最大值36.5%，第2期達(dá)最小值-18.5%，第3期為正響應(yīng)。土地資源承載力系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)較弱，均為正沖擊；環(huán)境資源承載力的沖擊變化趨勢(shì)呈波浪狀，并且在第5期以后呈正響應(yīng)。土地資源承載力，從土地資源承載力的脈沖函數(shù)曲線看，其自身給予的沖擊最大，變化大致呈波動(dòng)降低趨勢(shì)，且均為正響應(yīng)；水資源承載力與環(huán)境資源承載力的沖擊在滯后期內(nèi)均為負(fù)響應(yīng)。

注：S表示水資源承載力系統(tǒng)；T表示土地資源承載力系統(tǒng)；H表示環(huán)境資源承載力系統(tǒng)。下同。Note: S means water resource carrying capacity system; T means land resource carrying capacity system; H means environment resource carrying capacity system. The same below.圖2 不同承載力系統(tǒng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差新息沖擊的脈沖響應(yīng)函數(shù)曲線Fig.2 Impulse response function curve of different carrying capacity system to standard deviation innovations impact

環(huán)境資源承載力，從環(huán)境資源承載力的脈沖函數(shù)曲線看，其自身給予的沖擊最大，變化大致呈波動(dòng)降低趨勢(shì)，在第1期達(dá)最大16.5%，之后的滯后期逐漸下降。

2.2.2 方差分解 方差分解表示水土資源承載力系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)變量的沖擊對(duì)系統(tǒng)變量動(dòng)態(tài)變化的相對(duì)重要性，其體現(xiàn)每個(gè)結(jié)構(gòu)沖擊對(duì)內(nèi)生變量變化的相對(duì)貢獻(xiàn)度[15]。從圖3可知，水資源承載力的方差貢獻(xiàn)度最大的是水資源承載力因子，其次是環(huán)境資源承載力因子，土地資源承載力因子最弱；水資源承載力因子方差貢獻(xiàn)度在滯后期內(nèi)一直穩(wěn)定在60%的水平，環(huán)境資源承載力因子則保持在35%的水平。土地資源承載力水平的波動(dòng)受水資源承載力的影響最大，其次是環(huán)境資源承載力因子，最低是土地資源承載力因子自身。環(huán)境資源承載力系統(tǒng)受自身的沖擊影響最大，其余2個(gè)因子的沖擊程度幾乎可以忽略不計(jì)。

圖3 不同承載力因子的方差分解結(jié)果Fig.3 Variance decomposition result of different carrying capacity factors

3 結(jié)論

對(duì)合肥市水土資源承載力監(jiān)測(cè)預(yù)警研究結(jié)果表明：2009-2018年合肥市的水土資源承載力水平不斷上調(diào)，并且于2018年處于最高值，合肥市的水土資源承載力警情狀態(tài)持續(xù)下調(diào)，2018年是臨界預(yù)警狀態(tài)。從空間分布特征看，肥東縣和廬江縣的水土資源承載力狀況較差，其余4地區(qū)處于中等水平。合肥市的水土資源承載力短板主要集中在人均水資源不足、人均耕地面積不足、森林覆蓋率較低；而合肥市所轄縣市的主要短板因素則是人均水資源缺乏、人均建設(shè)用地面積過(guò)大、城鎮(zhèn)化率等因素?？梢?jiàn)，人均水資源是制約合肥市進(jìn)一步發(fā)展的主要因素。

4 建議

基于上述結(jié)果，對(duì)合肥市未來(lái)發(fā)展提高水土資源承載力提出如下建議：1) 控制人口增長(zhǎng)。人口是水土資源的主要承載對(duì)象，人均水平是反映社會(huì)發(fā)展水平的重要指標(biāo)，人口數(shù)量無(wú)節(jié)制的增加勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致社會(huì)其他資源數(shù)量使用增加，給水土資源增加壓力。因此，控制人口增長(zhǎng)是合肥市可持續(xù)發(fā)展首要需要解決的問(wèn)題。2) 重視生態(tài)環(huán)境保護(hù)。針對(duì)合肥市存在的環(huán)境污染問(wèn)題，要實(shí)行嚴(yán)格的管理利用機(jī)制，堅(jiān)持"誰(shuí)污染，誰(shuí)治理"的原則，既要重視對(duì)污染的治理，又要重視生態(tài)環(huán)境建設(shè)，保護(hù)好生態(tài)環(huán)境，涵養(yǎng)水源，從長(zhǎng)期發(fā)展角度提高水土資源承載力。3) 從VAR模型的脈沖響應(yīng)和方差分解結(jié)果看，水資源承載力系統(tǒng)對(duì)于土地資源系統(tǒng)和環(huán)境資源承載力的沖擊較大，未來(lái)可以著重提高水資源承載力水平，同時(shí)促進(jìn)土地資源和環(huán)境資源承載力的提高。