河南省水資源利用效益的時(shí)空演化及障礙因子分析

關(guān)鍵詞：水資源利用；時(shí)空演化；綜合指數(shù)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(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，水資源供需矛盾不斷加劇，推進(jìn)水資源節(jié)約集約利用有利于實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。如果僅追求經(jīng)濟(jì)效益最大化，而忽視生態(tài)和社會(huì)效益，則會(huì)導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境狀況惡化。因此，建立健全水資源利用效益評(píng)價(jià)體系，對(duì)于解決水資源供需矛盾具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前，國內(nèi)外關(guān)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(píng)估等方面，例如：Lombardi等采用數(shù)據(jù)包絡(luò)法分析探究了意大利水行業(yè)的影響因素：Gabriel等利用模擬數(shù)據(jù)，評(píng)估了亞馬孫河流域水資源利用效率，認(rèn)為其呈現(xiàn)季節(jié)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(nèi)研究主要集中在影響因素、時(shí)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(rèn)為生態(tài)效益的增長對(duì)水資源綜合效益具有促進(jìn)作用；焦士興等運(yùn)用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法研究了安陽水資源利用效率，認(rèn)為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整提升了水資源利用效率：秦尊文等利用探索性空間數(shù)據(jù)分析方法，探究了長江經(jīng)濟(jì)帶水資源利用效率影響因素．指出經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平有正向影響、城市發(fā)展水平有反向影響：王敏等利用數(shù)據(jù)包絡(luò)模型等方法，探討了黃河流域九?。▍^(qū)）水資源利用效率時(shí)空演變特征，認(rèn)為區(qū)域差異顯著；朱俊海等利用基尼系數(shù)等方法，分析了陜西省水資源利用效益空間格局，認(rèn)為水資源配置應(yīng)充分考慮降水量的分布。

綜上所述，國內(nèi)外關(guān)于水資源利用效率／效益研究成果頗豐，但針對(duì)河南省研究相對(duì)較少。河南省是我國水資源嚴(yán)重短缺的省份之一，水資源供給能力不能滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)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(gòu)建河南省水資源利用效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用客觀賦權(quán)法和綜合指數(shù)法評(píng)價(jià)水資源利用效益，運(yùn)用ArcGIS 10.8軟件分析其空間演化趨勢(shì)，并探討其障礙因子，以期為制定用水政策、調(diào)整用水結(jié)構(gòu)和建設(shè)節(jié)水型社會(huì)提供參考。

1數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建和數(shù)據(jù)來源

在遵循科學(xué)性、系統(tǒng)性、層次性、獨(dú)立性等原則基礎(chǔ)上，參考魏軒等的研究成果，從生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益3個(gè)方面，選取9個(gè)代表性指標(biāo)，構(gòu)建河南省水資源利用效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，見表1。

本文所用水資源總量數(shù)據(jù)來源于2010-2021年《河南省水資源公報(bào)》，萬元GDP用水量、萬元工業(yè)增加值用水量和億元農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值用水量通過計(jì)算獲得，其他數(shù)據(jù)來源于2011-2022年《河南統(tǒng)計(jì)年鑒》，部分缺失數(shù)據(jù)采用插值法彌補(bǔ)。

1.2研究方法

1.2.1綜合指數(shù)法

綜合指數(shù)法可用來反映水資源、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等綜合效益的整體狀況。采用極值化法進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，利用變異系數(shù)法確定指標(biāo)權(quán)重，進(jìn)而確定系統(tǒng)綜合效益指數(shù)，計(jì)算公式為

1.2.2重心移動(dòng)距離

本文利用重心移動(dòng)距離法揭示水資源利用效益指數(shù)的空間演變趨勢(shì)，計(jì)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(jì)算公式為

2結(jié)果與分析

2.1河南省各市水資源利用效益指數(shù)時(shí)序變化

河南省各市水資源利用生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、綜合效益指數(shù)見表2。安陽生態(tài)效益指數(shù)增長最為明顯，商丘小幅度降低。近年來，安陽在生態(tài)保護(hù)方面取得了一些進(jìn)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(qū)綠化覆蓋率則從37.5%增長至42.4%。商丘生態(tài)效益指數(shù)下降0.004，主要受城市建成區(qū)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(jīng)濟(jì)效益指數(shù)增幅最大，平頂山增幅最小。商丘在研究期出臺(tái)一系列政策措施，從產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品等多方面激發(fā)市場(chǎng)活力，投資規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)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(nóng)業(yè)總產(chǎn)值用水量變化趨勢(shì)不穩(wěn)定影響，經(jīng)濟(jì)回升面臨著居民消費(fèi)、企業(yè)投資意愿不強(qiáng)和部分中小微企業(yè)經(jīng)營困難等問題。

濮陽社會(huì)效益指數(shù)增幅最大，鶴壁降幅最大。濮陽在城市建設(shè)等方面投入加大，其中城市建成區(qū)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(qū)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(yè)生產(chǎn)恢復(fù)緩慢、制造業(yè)投資下滑、建筑業(yè)市場(chǎng)萎縮等的問題。

安陽綜合效益指數(shù)增幅最大，平頂山增幅最小。主要原因是安陽生態(tài)效益指數(shù)增幅值最大（0.53），位于全省第一位，其得益于南水北調(diào)工程的實(shí)施，2015年12月之后南水北調(diào)工程向該市供水量穩(wěn)步上升：平頂山降水量南多北少、西多東少．且面臨著農(nóng)業(yè)用水粗放，節(jié)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(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和綜合效益指數(shù)均呈波動(dòng)上升趨勢(shì)（見圖1）。生態(tài)效益指數(shù)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(jīng)濟(jì)效益指數(shù)在2015年小幅下降，主要原因是受萬元GDP用水量、萬元工業(yè)增加值用水量、億元農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值用水量增加的影響。社會(huì)效益指數(shù)持續(xù)小幅穩(wěn)定增長。河南省經(jīng)濟(jì)效益指數(shù)增長幅度最大，其次是生態(tài)效益指數(shù)，社會(huì)效益指數(shù)增長幅度最??；綜合效益指數(shù)在2012年、2015年小幅下降，主要原因是受生態(tài)、經(jīng)濟(jì)效益指數(shù)下降影響。

2.2河南省水資源利用效益指數(shù)重心空間變化

利用式（7）～式（9），計(jì)算河南省水資源利用生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、綜合效益指數(shù)的重心坐標(biāo)和重心移動(dòng)距離，運(yùn)用ArcGIS 10.8軟件繪制重心遷移圖（見圖2）。

河南省生態(tài)效益指數(shù)重心分布在鄭州和許昌，整體呈現(xiàn)向東南遷移趨勢(shì)（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(tài)效益指數(shù)增幅較大，重心呈現(xiàn)向東南遷移趨勢(shì)，年均移動(dòng)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(jīng)濟(jì)效益指數(shù)重心基本分布在鄭州和許昌，呈現(xiàn)向東遷移趨勢(shì)，見圖2（b）。2010-2014年漯河、商丘和周口經(jīng)濟(jì)增長幅度較大，經(jīng)濟(jì)重心整體向東遷移，年均移動(dòng)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(xiāng)、焦作和商丘增幅較大，重心向東北遷移3.35km。

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

河南省綜合效益指數(shù)重心均分布于鄭州和許昌，呈現(xiàn)向東北遷移趨勢(shì)，見圖2（d）。2014年商丘、周口和開封綜合效益指數(shù)增幅較大，重心向東遷移17.51km；2015-2020年，濮陽、開封、鶴壁和新鄉(xiāng)綜合效益指數(shù)增幅較大，重心整體呈向東北遷移趨勢(shì)，年均移動(dòng)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(jì)算河南省18個(gè)地級(jí)市水資源利用效益各指標(biāo)的障礙度，找出其中障礙度較大的前4個(gè)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(jí)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(gè)等級(jí)。

污水處理率（Ai）是鶴壁、漯河、周口的第一大障礙因子，這3個(gè)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(jí)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(qū)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(gè)市前四大障礙因子障礙度之和分別為34.9%、31.3%，障礙等級(jí)均為中。開封的建成區(qū)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(yè)增加值用水量（B2）是洛陽、平頂山的第一大障礙因子，這2個(gè)市前四大障礙因子障礙度之和分別為27.1%、33.8%，障礙等級(jí)分別為中低、中。洛陽萬元工業(yè)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(yè)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(nóng)業(yè)總產(chǎn)值用水量（B3）是安陽、新鄉(xiāng)、焦作、濮陽、濟(jì)源的第一大障礙因子，這5個(gè)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(jí)分別為中低、中、中、中高、中。安陽等5個(gè)地級(jí)市的億元農(nóng)業(yè)總產(chǎn)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(gè)地級(jí)市的億元農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值用水量分別為170萬、270萬、270萬、140萬、210萬m3，遠(yuǎn)高于河南省其他13個(gè)市。

城市建成區(qū)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(gè)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(jí)均為中低。許昌建成區(qū)供水管道密度低且呈現(xiàn)明顯的變化趨勢(shì)，從2018年的7.09km/km2降至2021年的4.63km/km2;許昌等3個(gè)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(gè)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(jí)分別為極高、中高、中。南陽等3個(gè)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(jié)論與建議

1）河南省各地級(jí)市水資源綜合利用效益指數(shù)均呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，其中：生態(tài)效益指數(shù)安陽增幅最大、商丘降幅最大，經(jīng)濟(jì)效益指數(shù)商丘增幅最大、平頂山增幅最小，社會(huì)效益指數(shù)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(yīng)保持良性發(fā)展趨勢(shì)，商丘、平頂山、鶴壁等增幅較小或有所下降的城市應(yīng)當(dāng)完善水資源保護(hù)體系和城市綠化工程，加大對(duì)工業(yè)污水排放的評(píng)估、監(jiān)測(cè)．管控力度。

2）河南省水資源利用綜合效益指數(shù)重心分布于鄭州和許昌，呈現(xiàn)向東北方向遷移趨勢(shì)。生態(tài)效益指數(shù)、經(jīng)濟(jì)效益指數(shù)、社會(huì)效益指數(shù)重心均分布在鄭州和許昌，分別呈現(xiàn)向東南、東、東北遷移趨勢(shì)。綜合效益重心遷移區(qū)域生態(tài)效益等指數(shù)增幅較大，非遷移區(qū)域應(yīng)加強(qiáng)水資源利用基礎(chǔ)設(shè)施和災(zāi)害預(yù)防設(shè)施建設(shè)，培養(yǎng)居民節(jié)水意識(shí)，推廣應(yīng)用節(jié)水技術(shù)和設(shè)施，對(duì)城市用水量進(jìn)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(qū)域差異明顯。污水處理率、萬元工業(yè)增加值用水量、億元農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值用水量、城市建成區(qū)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(qū)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(jí)市要針對(duì)水資源利用的主要障礙因子，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，嚴(yán)格落實(shí)廢棄物無害化處理，不斷推進(jìn)城市建成區(qū)供水管道工程建設(shè)，綜合高效利用水資源，逐步提升水資源利用效率。