人水關(guān)系視角下長江中游城市群水資源安全格局評價(jià)

孟麗紅 宋迎飛 劉友存 顧小雨 范旋

摘要 基于人水關(guān)系視角，從水資源負(fù)載能力和水資源承載力評價(jià)兩方面對2005—2018年長江中游城市群水資源安全格局進(jìn)行定量評價(jià)。結(jié)果表明，長江中游城市群負(fù)載指數(shù)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(fù)載指數(shù)變化情況與長江中游城市群的變化趨勢相似，2014—2017年負(fù)載指數(shù)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(shù)由平衡狀態(tài)逐漸變?yōu)橛酄顟B(tài)。

關(guān)鍵詞 人水關(guān)系;水資源;水資源負(fù)載指數(shù);水資源承載指數(shù);水資源安全

中圖分類號 X824? 文獻(xiàn)標(biāo)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(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)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(chǎn)和發(fā)展不可替代的資源要素、生態(tài)條件和安全保障。然而，水資源供需矛盾日益突出，嚴(yán)重影響了我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。從人水關(guān)系角度，分析人水供給關(guān)系，解決人水矛盾，提高區(qū)域的水資源利用效率，促進(jìn)水資源與社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)安全的和諧發(fā)展，已成為研究區(qū)域水資源安全的重要方向[1-4]。長江中游城市群是長江經(jīng)濟(jì)帶實(shí)施生態(tài)優(yōu)先綠色發(fā)展戰(zhàn)略的重點(diǎn)區(qū)域，近年來重化工業(yè)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(diǎn)湖泊富營養(yǎng)化加劇、水環(huán)境容量降低等問題逐漸凸顯，總體上該區(qū)域的水資源承載壓力和水生態(tài)安全問題較為突出。

目前，許多學(xué)者從水資源安全的影響因素、評價(jià)體系、安全機(jī)理、預(yù)警及保障等方面對水資源進(jìn)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(quán)重，建立基于可拓云模型的干旱區(qū)水資源安全評價(jià)模型;張志君等[11]以石河子墾區(qū)為研究區(qū)，綜合評價(jià)2007—2017年區(qū)域水資源安全狀況;暢明琦[12]運(yùn)用彈塑性理論，提出了水資源安全系統(tǒng)的彈性與塑性內(nèi)涵。另外，學(xué)者們選取水資源評價(jià)指數(shù)，再通過指數(shù)構(gòu)建評價(jià)系統(tǒng)，對區(qū)域水資源安全進(jìn)行評價(jià)[14-15]。單項(xiàng)指標(biāo)具有簡單易用的特點(diǎn)，是眾多研究中常使用的評價(jià)指標(biāo)，常用單項(xiàng)指標(biāo)有水資源開發(fā)利用程度和區(qū)域人均水資源量，研究者對其安全閾值不斷進(jìn)行修正和細(xì)化，進(jìn)而達(dá)到科學(xué)準(zhǔn)確的效果;綜合指標(biāo)包含了社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、資源、環(huán)境等各方面內(nèi)容，能夠較為全面地反映出不同區(qū)域的水資源狀況及水安全程度，但評價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)難獲取，評價(jià)指標(biāo)的運(yùn)算程度也比較復(fù)雜，不適合對大范圍、長時(shí)間點(diǎn)的區(qū)域進(jìn)行水資源安全進(jìn)行定量評價(jià)。物元模型法、集對分析法、綜合指數(shù)法、邏輯斯蒂曲線法等是水資源安全評價(jià)中常使用的綜合評價(jià)模型和方法[16-20]。這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，常具有特定性，需要依據(jù)研究者和研究區(qū)的特殊情況而定，因而具有很大的主觀性。綜述國內(nèi)外對水資源安全的研究進(jìn)展來看，大部分文獻(xiàn)主要集中在生態(tài)系統(tǒng)方向[21-24]，少數(shù)基于水資源的社會(huì)屬性，尤其在人水關(guān)系方向，從人水關(guān)系的視角，從時(shí)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(gè)城市水資源數(shù)據(jù)，構(gòu)建區(qū)域水資源承載指數(shù)和負(fù)載指數(shù)綜合評價(jià)指標(biāo)，研究長江中游城市群水資源安全及其時(shí)空分布特征，為長江中游城市群水資源開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

長江中游城市群不僅是長江經(jīng)濟(jì)帶的重要組成部分，也是中部地區(qū)崛起戰(zhàn)略和全方位深化改革開放的重點(diǎn)區(qū)域，對我國區(qū)域發(fā)展具有推動(dòng)作用[25-26]。根據(jù)2015年國務(wù)院批復(fù)同意的《長江中游城市群發(fā)展規(guī)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(xiāng)、上饒、景德鎮(zhèn)、鷹潭、新余、撫州、吉安市共31個(gè)城市（圖1）。長江中游城市群面積為 32.61萬km2，屬亞熱帶季風(fēng)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(qū)域內(nèi)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(nóng)業(yè)資源豐厚，是我國重要的糧食主產(chǎn)區(qū)之一。但由于降水的季節(jié)性和區(qū)域性，導(dǎo)致該區(qū)域水資源時(shí)空分布不均勻，進(jìn)而出現(xiàn)洪澇干旱災(zāi)害頻繁、水資源開發(fā)利用率偏低、水資源供需矛盾較突出、水環(huán)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(fā)展的要素。

1.2 數(shù)據(jù)獲取

該研究涉及2005—2018年長江中游城市群31個(gè)城市水資源、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等指標(biāo)數(shù)據(jù)，主要來源于2005—2018年《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國城市統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國區(qū)域經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒》《湖北省統(tǒng)計(jì)年鑒》《湖南省統(tǒng)計(jì)年鑒》《江西統(tǒng)計(jì)年鑒》以及湖北、湖南、江西各年水資源公報(bào)，中國環(huán)境監(jiān)測官方網(wǎng)站、國家數(shù)據(jù)網(wǎng)、國家統(tǒng)計(jì)局、中國統(tǒng)計(jì)信息網(wǎng)等官方網(wǎng)站。

1.3 研究方法

1.3.1 水資源負(fù)載指數(shù)。

水資源負(fù)載指數(shù)的物理意義是地區(qū)降水量、年末人口數(shù)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(fā)的難易程度。水資源負(fù)載指數(shù)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(fù)載指數(shù);δ為降水系數(shù);P為年末人口;G 為生產(chǎn)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(fù)載指數(shù)等級劃分如表1所示。

1.3.2 水資源承載指數(shù)。

水資源承載指數(shù)能夠準(zhǔn)確地反映研究區(qū)域水資源的人口承載能力與實(shí)際人口之間的關(guān)系[27]，并且比較明確，易于進(jìn)行同期間不同地區(qū)間水資源承載力的比較分析。水資源承載指數(shù)計(jì)算公式如下：

B=MN（3）

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

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)2022年

2 結(jié)果與分析

2.1 水資源負(fù)載指數(shù)時(shí)空分布格局

從圖2可以看出，水資源負(fù)載指數(shù)大于1.5的區(qū)域由武漢為起點(diǎn)，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(diǎn)的分布格局。水資源負(fù)載指數(shù)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(fù)載指數(shù)在歷年變化情況相似（圖3），2006—2007和2008—2009年，湖南省呈現(xiàn)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(shí)間段的長江中游城市群變化幅度，導(dǎo)致該現(xiàn)象的原因是江西省相比湖北省、湖南省經(jīng)濟(jì)相對發(fā)展緩慢。

從圖4可以看出，水資源負(fù)載指數(shù)在各個(gè)省份之間存在地區(qū)差異性，與當(dāng)?shù)氐牡匦?、?jīng)濟(jì)、人口、文化等因素相關(guān)。水資源負(fù)載指數(shù)分別是以武漢、長沙、南昌為中心，形成由這3地向四周發(fā)散的格局。各個(gè)省的城市水資源負(fù)載指數(shù)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(fù)載指數(shù)變化幅度相對平常變化較大，這與該地區(qū)的人水關(guān)系有很大的關(guān)系。

2.2 水資源承載指數(shù)時(shí)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(shù)整體上處于平衡有余狀態(tài)，承載指數(shù)在不斷下降，具有從平衡有余狀態(tài)向盈余狀態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)變的趨勢，承載指數(shù)也由2005年的0.96下降至2018年的0.76，這與長江中游地區(qū)有良好的水資源基礎(chǔ)，是長江經(jīng)濟(jì)帶重要支撐、全國經(jīng)濟(jì)新增長極和具有一定國際影響的城市群的發(fā)展戰(zhàn)略密不可分。2005—2007年，由于長江中游地區(qū)工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，需要不斷從沿海地區(qū)引進(jìn)中輕工業(yè)，促進(jìn)該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，進(jìn)而導(dǎo)致2005—2007年長江中游地區(qū)水資源承載指數(shù)出現(xiàn)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(tài)。

2005年長江中游城市水資源承載指數(shù)平衡狀態(tài)為100%，其中平衡超載狀態(tài)為41.94%，平衡有余狀態(tài)為58.06%。2018年該地區(qū)水資源承載指數(shù)平衡狀態(tài)占69.29%，其中平衡超載狀態(tài)占35.48%，平衡有余狀態(tài)占33.81%，而盈余狀態(tài)占30.71%。從長江中游地區(qū)承載指數(shù)空間分布（圖5）看，2005—2018年該地區(qū)水資源承載指數(shù)呈現(xiàn)西部逐漸減少而東部逐漸增加的變化。水資源承載狀態(tài)西部由平衡超載轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶庥杏?，東部則是由平衡有余轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶獬d狀態(tài)，這主要與東部地區(qū)江西省的經(jīng)濟(jì)有關(guān)，江西省整體經(jīng)濟(jì)不強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)不合理，進(jìn)而導(dǎo)致隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展水資源承載指數(shù)出現(xiàn)上升的趨勢。南北方向上，水資源承載指數(shù)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(tài)南部一直呈現(xiàn)平衡超載狀態(tài)，北部則呈現(xiàn)由平衡有余轉(zhuǎn)變?yōu)橛酄顟B(tài)。其中長江中游地區(qū)盈余狀態(tài)位于該地區(qū)的西北方向，造成這種水資源狀態(tài)的差異性最主要是該地區(qū)的地方政策、經(jīng)濟(jì)的

不同，進(jìn)而導(dǎo)致先進(jìn)技術(shù)對各地區(qū)社會(huì)進(jìn)步的影響不同。該研究區(qū)域的水資源承載狀態(tài)整體上是平衡狀態(tài)，因此該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展空間比較大。

水資源承載指數(shù)具有區(qū)域差異性，不同的研究區(qū)域具有不同的變化規(guī)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(gè)區(qū)域城市之間的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)密切相關(guān)。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(shù)變化幅度大（圖6a），影響其幅度變化的主要是該時(shí)間段內(nèi)的降水量和水資源總量相對于常年比較富裕，經(jīng)濟(jì)受到全球經(jīng)濟(jì)風(fēng)暴的影響，導(dǎo)致這時(shí)間內(nèi)的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)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(shù)呈現(xiàn)上升的趨勢，其他城市的水資源承載指數(shù)下降，這主要與當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)改變有關(guān)。隨著科技發(fā)展，株洲市由一、二產(chǎn)業(yè)向第二、第三產(chǎn)業(yè)過渡，該地區(qū)對生態(tài)環(huán)境尤其是水環(huán)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(shù)整體上呈現(xiàn)先下降再上升的趨勢。這主要是由于2005—2012年江西還是傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)模式，對于水資源的影響較小，后期江西經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)由傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)變?yōu)橐暂p中業(yè)為主的經(jīng)濟(jì)模式，進(jìn)而加大了工業(yè)對水資源的需求;另一面江西作為農(nóng)業(yè)大省，其農(nóng)業(yè)受到經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)改變的影響，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)用水減少。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

該研究基于2005—2018年長江中游城市群31個(gè)城市水資源數(shù)據(jù)，構(gòu)建區(qū)域水資源承載指數(shù)和負(fù)載指數(shù)綜合評價(jià)指標(biāo)，研究長江中游城市群水資源安全及其時(shí)空分布特征。得出以下結(jié)論：

（1）長江中游城市群負(fù)載指數(shù)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(gè)省的城市水資源負(fù)載指數(shù)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(fù)載指數(shù)變化幅度相對平常變化較大，這與該地區(qū)的人水關(guān)系有很大的關(guān)系。

（2）2005—2018年長江中游城市群水資源承載指數(shù)由平衡狀態(tài)逐漸變?yōu)橛酄顟B(tài)，這與該地區(qū)的降水量豐富、水資源總量大有關(guān)。

（3）水資源承載指數(shù)具有區(qū)域差異性，不同的研究區(qū)域具有不同的變化規(guī)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(gè)區(qū)域城市之間的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)密切相關(guān)。

3.2 建議

該研究從水資源負(fù)載指數(shù)與承載指數(shù)兩大方面，對長江中游城市群的水資源安全格局進(jìn)行了時(shí)空分析。長江中游城市群水資源本底條件良好，在時(shí)空上分配的不均勻，供水的基礎(chǔ)設(shè)施比較薄弱，且水資源配置體系也不夠完善，導(dǎo)致水資源的開發(fā)利用程度較低。同時(shí)工業(yè)用水利用率不高，農(nóng)業(yè)用水量比重大，該地區(qū)居民的節(jié)約意識不強(qiáng)，為了該地區(qū)水資源的可持續(xù)發(fā)展，從以下幾方面提出建議：

（1）從水資源本底條件方面，保護(hù)水資源環(huán)境。該地區(qū)實(shí)施水資源開發(fā)利用控制紅線、用水效率控制紅線，嚴(yán)格控制污染物排放總量。開展洞庭湖及鄱陽湖水生態(tài)安全保障、洞庭湖經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、三峽庫區(qū)污染防治等項(xiàng)目。加強(qiáng)濕地保護(hù)與生態(tài)修復(fù)和農(nóng)村河道綜合治理，推動(dòng)水生態(tài)文明試點(diǎn)城市建設(shè)。

（2）建設(shè)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(tài)屏障，建設(shè)城市群“綠心”。加強(qiáng)生態(tài)水土流失綜合治理和各類開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)督管理，進(jìn)而減少人為水土流失，構(gòu)建生態(tài)優(yōu)良、功能完善、景觀優(yōu)美的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)體系，提高城市群的水資源承載能力。

（3）構(gòu)建生態(tài)廊道。加強(qiáng)工業(yè)園區(qū)污水集中處理廠、入河排污口整治和城鄉(xiāng)污水、垃圾處理設(shè)施建設(shè)，完善污水收集管網(wǎng)和垃圾收運(yùn)體系，同時(shí)也要加大該地區(qū)的科技研發(fā)水平，進(jìn)而提高工業(yè)用水利用率。加快環(huán)洞庭湖、環(huán)鄱陽湖防護(hù)林帶建設(shè)，推動(dòng)長江中游城市群周邊地區(qū)清潔小流域建設(shè)，進(jìn)一步加強(qiáng)革命老區(qū)水土保持重點(diǎn)工程建設(shè)，加強(qiáng)和完善農(nóng)村水利設(shè)施建設(shè)，提高城市群水資源負(fù)載能力。

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