中國水生態文明建設水平測度與分析

鄧宗兵,蘇聰文,宗樹偉,宋鑫杰

(1.西南大學 經濟管理學院，重慶 400715； 2.西南大學 農業教育發展研究中心，重慶 400715)

一、引言

水是生命之源、生產之要、生態之基，水生態文明是生態文明的重要組成和基礎保障。中國是全球13個最貧水的國家之一，人均水資源短缺、水資源時空分布失衡、水體污染等問題嚴峻[1-3]。為推動水生態文明建設，2011年中央1號文件明確要求實行最嚴格水資源管理制度，并確立水資源開發利用控制、用水效率控制和水功能區限制納污“三條紅線”，2013年國務院2號文件、2013年水利部1號文件對最嚴格水資源管理制度做出了全面部署和具體安排。我們的問題是：2011年最嚴格水資源管理制度實施以來，中國整體水生態文明建設水平是否得以顯著地提升？各地區水生態文明建設水平發生了怎樣的變動？地區間水生態文明建設水平是否存在顯著差異及其成因是什么？下一階段中國及各地區水生態文明建設重點是哪些？回答以上問題，不僅能觀察和把握中國水生態文明建設的現實狀態，而且有助于厘清中國及各地區水生態文明建設存在的主要短板，以便因地施策推進水生態文明建設。

隨著水生態文明建設實踐不斷深入，對于水生態文明建設的研究逐步開展。部分學者研究了水生態文明評價指標體系。黃茁(2013)[4]構建了水資源、水生態、社會、經濟等4個維度的評價指標體系；王建華等(2013)[5]提出了水生態、水供用、水管理、水文化以及特色性指標5大系統的評價指標體系。唐克旺(2013)[6]設計了由水生態系統(水資源、水環境、水生生物)以及社會經濟系統(水利用、水管理、水文化)組成的評價指標體系。其次，部分學者以城市為研究對象，構建了水生態文明城市評價指標體系并進行量化分析。崔東文等(2014)[7]在隨機森林回歸算法基礎上，利用層次分析法篩選了3個層次5個等級共24個指標的水生態文明城市評價指標體系，并以云南省文山州為例進行了實證研究。皮家駿等(2018)[8]基于物元分析法構建了含水資源、水生態、水利用、水管理、水文化等維度的水生態文明城市評價指標體系，并以南昌市為例進行了量化研究。再次，部分學者研究了流域層面的水生態文明建設問題。劉海嬌等(2013)[9]構建了水管理、水景觀營造、水生態環境保護和水資源開發利用4個維度的評價指標體系，采用基于熵權的水生態文明可拓評價模型對黃河下游濱州市城區水生態文明進行了評價。任俊霖等(2016)[10]構建了包含水生態、水工程、水經濟、水管理和水文化等維度的評價指標體系，運用主成分分析法對長江經濟帶11個省會城市的水生態文明建設水平進行測度分析。

測度水生態文明水平是水生態文明評價的重要內容，是實現水生態文明問題由定性分析轉向量化研究的關鍵環節。從文獻來看，現有研究有以下可改進方面：一是指標體系框架定性分析居多，量化研究較少；二是指標權重的確定多采用主觀賦權法，而基于客觀賦權法的研究少；三是研究對象多選取特定的地區、省份或城市的截面數據，缺少對全國較長時期水生態文明建設水平的測度與比較。然而，在明確的評價指標體系之下，擴大樣本容量，獲得中國水生態文明建設的量化結果，對地區間水生態文明建設水平差異及其原因進行比較分析，可以突破現有的研究。基于此，本文建立了評價指標體系，采用熵值法的綜合評價模型對中國及31個省市區2010—2016年的水生態文明建設水平進行綜合測度，對區域差異及其成因做出診斷，并深入探討了下一階段中國及各地區水生態文明建設的重點。

二、水生態文明建設水平測度：模型、指標和方法

(一)水生態文明建設的模型刻畫

水生態文明是指水生態系統健康穩定及與人類系統和諧共存時的狀態[11]。然而，要實現這一理想的狀態，則需要遵循相關自然規律和生態法則，在實現水生態系統動態平衡的前提下，統籌水資源的開發、節約、配置、利用、保護和治理等環節[12]。鑒于此，本文將水生態文明建設界定為以落實最嚴格水資源管理制度為核心，通過加強用水總量控制、提高用水效率、實施水環境綜合治理和完善水管理制度建設等途徑，實現人水和諧的系統建設工程。因此，本文將水生態文明建設劃分為水資源總量控制、水利用效率控制、水環境綜合治理和水管理制度實施四個維度，故水生態文明建設水平可以表示為：

U=U(Qcwr，Ecwu，Cgwe，Iwms)

(1)

式(1)中，U是水生態文明建設水平，Qcwr是水資源總量控制狀況，Ecwu是水利用效率控制狀況，Cgwe是水環境綜合治理狀況，Iwms是水管理制度實施狀況。

假設式(1)中的四個變量具備如下性質：Qcwr、Ecwu、Cgwe和Iwms>0，且任一變量的改進都會促進U的改善，但這種正向作用是邊際遞減的，即：

并假設式(1)的函數為柯布—道格拉斯生產函數，則對式(1)全微分可得：

(2)

f=α1×f1+α2×f2+α3×f3+α4×f4(3)

式(3)可知，水生態文明水平的提高源自水資源總量控制、水利用效率控制、水環境綜合治理和水管理制度實施的協同改善，這既需要各維度正向作用的促進，又離不開各維度的發展彈性(或貢獻份額)。

(二)水生態文明建設水平測度的指標體系

遵循科學性、綜合性、可操作性等原則，參考2013年國務院2號文件(1)國務院辦公廳關于印發實行最嚴格水資源管理制度考核辦法的通知(2013-01-02). http://www.mwr.gov.cn/zwgk/zfxxgkml/201303 /t20130327_963753.html.、2013年水利部1號文件(2)水利部關于加快推進水生態文明建設工作的意見(2013-01-05). http://www.mwr.gov.cn/zwgk/zfxxgkml/201302/t20130206_963704.html.、2016年水利部發布的《水生態文明城市建設評價導則》和相關文獻[4-6,13-14]，本文構建了水資源總量控制、水利用效率控制、水環境綜合治理、水管理制度實施4個維度15個指標的水生態文明建設評價指標體系(見表1)。具體如下：第一，水資源總量控制維度衡量的是水資源稟賦高低及水資源開發利用強度，具體指標包括水資源開發利用率、地下水供水占比、濕地面積占轄區面積比重和旱澇受災面積占轄區面積比重。第二，水利用效率控制維度衡量的是水資源集約節約高效利用程度，具體指標包括萬元GDP用水量、萬元工業增加值用水量、農田灌溉畝均用水量和節水灌溉面積占比。第三，水環境綜合治理維度衡量的是水環境污染物排放量和排放強度，具體指標包括萬元GDP廢水排放量、萬元GDP化學需氧量排放量、萬元GDP氨氮排放量和單位耕地面積化肥使用量。第四，水管理制度實施維度衡量的是水管理制度的執行舉措及執行成效，具體指標包括城市污水處理率、水土流失治理率和環境污染治理投資占GDP比重。

各指標數據源自《中國統計年鑒》、《中國環境統計年鑒》、《中國農業年鑒》和《中國水利年鑒》(2011-2017年)及相關公報。缺失數據采用線性處理進行補充。

(三)水生態文明建設水平的測度方法

本文運用熵值法的綜合評價模型來分級測度全國及31個省市區的水生態文明建設水平，具體步驟如下：

步驟1：對各指標值進行無量綱化處理。

正向指標：Xij=

(4)

負向指標：Xij=

(5)

其中，xij為評價對象i第j項指標的原始指標值，n為評價對象個數。

步驟2：構建規范化矩陣P：

(6)

步驟3：計算第j項指標的熵值：

(7)

步驟4：計算信息熵冗余度：

dj=1-ej

(8)

步驟5：計算指標相對于其所屬維度的權值：

(9)

步驟6：計算出水生態文明建設水平維度指數：

(10)

步驟7：以維度指數為原始值，重復上述步驟，計算出水生態文明建設水平綜合指數Ti。

三、中國水生態文明建設水平的測度結果與分析

(一)水生態文明建設水平評價指標的權重確定

由表1可知，水資源總量控制、水管理制度實施、水利用效率控制、水環境綜合治理四個維度的權重依次遞減，分別為0.466、0.230、0.202和0.101。這表明，水資源總量控制維度對中國水生態文明建設的影響最為突出。中國是全球13個最貧水的國家之一，人均水資源短缺、水資源時空分布失衡，并且大部分省區已接近或超出水資源承載能力[15]。因此，中國水生態文明建設應特別注重加強水資源總量控制，堅持以水定城、以水定地、以水定人、以水定產，抑制不合理用水需求，實現經濟發展水平與水資源承載能力相適應。從15個具體指標權重看，濕地面積占轄區面積比重權重最高，達0.364。表明，作為具有提供直接利用水源、補充地下水、調節徑流、凈化水質、調節小氣候等多種功能的河湖濕地，其轄區面積比重在很大程度上決定著區域水資源開發利用上限[16]，從而對區域水生態文明建設產生深刻影響。濕地與森林、海洋同作為地球三大生態系統，共同維護著地球生態平衡，因此，水生態文明建設必須尊重自然、順應自然、保護自然，而深入研究自然條件對中國水生態文明的具體影響理應構成下一步研究的重要領域。

(二)水生態文明建設水平評價：全國總體

由表2可知，全國總體水生態文明建設水平不斷提高，綜合指數由2010年的0.359提升至2016年的0.406，年均增長2.06%。水資源總量控制、水利用效率控制、水環境綜合治理和水管理制度實施四個維度的建設水平年均增長率分別為2.64%、0.98%、4.09%和1.68%。說明樣本期內，水資源總量控制、水利用效率控制、水環境綜合治理以及水管理制度實施等均取得了不同程度的進步，中國水生態文明建設水平的不斷提高正是源于這些維度的積極貢獻。

表1 水生態文明建設水平評價指標權重

注：GDP、工業增加值均經過平減處理，以剔除價格波動的影響。

① 由于各省區水土流失面積數據難以獲取，故采用《中國水土保持公報》中各省區水土流失防治責任范圍多年平均占比作為水土流失面積占比，再與《第一次全國水利普查公報》發布的全國水土流失面積相乘近似得出。

表2 2010—2016年中國水生態文明建設指數及其構成的水平與增長

由表2還可以發現，2010—2016年期間中國水生態文明四個維度的建設水平得分存在顯著差異，從高至低依次是水環境綜合治理(0.592)、水利用效率控制(0.522)、水管理制度實施(0.423)和水資源總量控制(0.247)。同時，對比表1和表2的相關數據發現，四個維度的建設水平得分與其對應的權重得分出現了嚴重的“倒掛”，如水資源總量控制、水管理制度實施的權重得分位列前兩位，但水平得分位列后兩位。這進一步表明，完善水管理制度建設，尤其是加強水資源總量控制，應是中國水生態文明建設的重點領域。

(三)水生態文明建設水平差異：區域比較

1. 各省區水生態文明建設水平測度結果

表3報告了2010—2016年31個省市區水生態文明建設指數及其變化情況。總體來看，與全國層面測度結果基本一致，即絕大多數省區的水生態文明建設水平均有較大提高。具體而言，樣本期內，除廣東、海南、黑龍江和重慶4省市建設水平出現了下滑外，其余27省區均實現了不同程度的提升，其中青海、新疆、西藏、上海增幅分別高達0.132、0.112、0.109和0.102。與2010年的0.355相比，2016年31個省市區水生態文明建設水平中位數提升至0.381。可見，最嚴格水資源管理制度實施以來，絕大多數省區的水生態文明建設都取得了一定的成績，并呈上升態勢。但是，水生態文明建設水平存在很強的地區異質性，其中上海均值高達0.677，而均值最低的河南僅為0.290，相差2倍有多；大部分省區的均值介于0.300—0.500之間，其中0.400—0.500之間的有8個(北京、天津、山西、內蒙古、江蘇、浙江、甘肅、寧夏)，其余21省區均值均處于0.300—0.400的較低水平。這意味著絕大多數省區水生態文明仍有巨大的提升空間。因此，提高整體水生態文明建設水平，就需加快落后省區水生態文明建設，這是促進中國水生態文明建設的重要動力。

2.各省區水生態文明建設水平排序

為了更加細致地揭示各地區水生態文明建設水平及其變動情況，根據表3的數據計算出31個省市區2010—2016年水生態文明建設水平的排名及其變化，如表4所示。

2010年，排前10位的省區分別是上海、天津、浙江、北京、江蘇、內蒙古、廣東、山西、黑龍江、甘肅，其中東部6個，中部1個，西部2個，東北1個；而排名后10位的省區分別是江西、海南、安徽、新疆、吉林、貴州、湖北、河南、湖南、西藏，其中東部1個，中部5個，西部3個，東北1個。可見，2010年水生態文明建設水平較高的省區主要集中在東部，其次為西部和東北，相對落后的省區則主要分布在中部。

從2010—2016年的均值排名來看，居于前10位的省區依次是上海、天津、江蘇、內蒙古、北京、浙江、山西、甘肅、寧夏、青海，其中東部5個，中部1個，西部4個，沒有東北省份；排名后10位的省區依次是安徽、云南、貴州、廣東、吉林、海南、湖北、西藏、湖南、河南，其中東部2個，中部4個，西部3個，東北1個。該結果也印證了水生態文明建設水平較高的省區主要集中于東部，西部和東北次之，相對落后的省區主要分布在中部。

表3 2010—2016年31個省市區水生態文明建設指數

表4 2010—2016年31個省市區水生態文明建設指數排名及其變化情況

3.各省區水生態文明建設水平的差異分析

為了考察省區之間水生態文明建設水平差異是收斂抑或擴大，本文使用變異系數、基尼系數、σ系數三種統計指標[17-18]分別測算2010—2016年水生態文明建設指數的總體差異。

(11)

(12)

其中，G為基尼系數。

(13)

其中，σ為σ系數，即標準差。

將各年的端點數值繪于圖1。可以看出，用變異系數、基尼系數和σ系數表示的2010—2016年31個省市區水生態文明建設水平差距的變化趨勢基本相似但略有不同，其中，基尼系數持續縮小，累計縮小了0.033；變異系數也有所縮小，累計縮小量僅0.001；而σ系數有所擴大，累計擴大了0.009。可以推論，樣本期內水生態文明建設水平的區域差異沒有顯著縮小。以下數據為上述推論提供了事實依據，2010—2016年，指數排名前10位省區平均值分別比排名后10位省區平均值高出0.140、0.127、0.137、0.149、0.164、0.146和0.158，兩者之間的差距累計擴大了0.018。總之，水生態文明建設水平區域差異依然顯著。

圖1 2010—2016年中國水生態文明建設的區域差異

(四)各地區水生態文明建設的短板識別

前文分析表明，中國水生態文明建設水平存在顯著地區差異，那么導致這一差異的主要原因有哪些？各地區水生態文明建設存在哪些突出短板？為回答這些問題，本文計算出31個省市區2010—2016年水生態文明建設指數及其構成的年均值以及σ系數，結果如表5所示。

1.全國水生態文明建設的短板識別

由表5可以發現：①水環境綜合治理指數得分最高，且σ系數最小，表明各省區水環境綜合治理普遍收到較好成效，其中均值大于0.500的省區多達26個。②水利用效率控制指數得分較高，但σ系數最大，表明各省區水利用效率控制的效果參差不齊，這可能是造成中國水生態文明建設水平區域差異較大的主要原因，如均值最高的北京高達0.870，最低的西藏則低至0.145，相差6倍之多。③水管理制度實施指數得分較低，且σ系數較小，表明各省區水管理制度的實施效果普遍有待提升，其中超過半數省區的均值介于0.300—0.400的較低水平。④水資源總量控制指數得分最低，且σ系數較大。表明，水資源總量控制維度是影響各省區水生態文明建設的最大障礙，是造成中國水生態文明建設水平區域差異的重要原因，其中28個省區的均值低于0.300，最高的上海(0.885)與最低的山西(0.140)、河北(0.143)、河南(0.145)相差6倍之多。

上述結果表明，下一階段全國層面水生態文明建設的重點是：首先，要高度重視水資源總量控制，并制定和實施包括以水定需優化產業結構布

表5 2010-2016年31個省市區水生態文明建設指數及其構成的年均值

局、嚴控河湖濕地水資源開發強度、積極發揮跨流域調水作用、有力實施地下水雨季回灌等綜合措施，來解決我國水資源承載能力超負荷、時空分布錯位及地下水超采等難題，以實現水資源的可持續利用和時空合理配置。其次，在鞏固和提升水環境綜合治理和水利用效率控制的背景下，進一步加強和完善包括城鄉污水處理率、環境污染治理投資占比等在內的水管理制度建設，為中國水生態文明建設創造更好的制度環境。

2.各省區水生態文明建設的短板識別

根據表5的指數均值及標準差，我們將指數均值減0.5個標準差之差作為短板界線，如果省區的某一維度指數低于此界線，則視為短板。結果表明，水資源總量控制短板界線為0.183，水利用效率控制短板界線為0.476，水管理制度實施短板界線為0.370。值得注意的是，在進行各省區水環境綜合治理的短板識別時，應充分考慮各省區水環境承載力的異質性，因為只有放在各省區“最大容許排污量”前提下，“單產排污量”是否處于承載范圍才有據可循。鑒于《實行最嚴格水資源管理制度考核辦法》(2013)對于各省區重要江河湖泊水功能區水質達標率控制目標(2015、2020、2030)做了嚴格規定，本文以2015年的水功能區水質達標率控制目標來近似反映當前各省區的水環境承載力，據此確定調節系數，對各省區水環境綜合治理水平進行調整，結果如表6所示。依據調整后水平值計算出水環境綜合治理短板界線為0.372。

表6 基于水環境承載力的水環境綜合治理水平調整結果

注：以各省區2015年重要江河湖泊水功能區水質達標率控制目標為基礎，規定調節系數Ai=Xi/Xi(max)，其中Xi為省區i的控制目標。

表7 2010—2016年31個省市區水生態文明建設的短板類型

表7報告了31個省市區水生態文明建設的具體短板類型：第一，水資源總量控制短板型，包括北京、河北、山西、河南和陜西5省區。這類地區水資源超載嚴重，地下水過度超采，水資源承載力漸趨枯竭[15]。因此，該類地區應以水定需優化產業結構布局，降低經濟社會系統對水資源的過度消耗，嚴格控制地下水開采并積極實行雨季回灌，同時合理統籌流域上下游用水和跨流域調水，以實現水資源的可持續利用和時空優化配置。第二，水利用效率控制短板型，包括吉林、安徽、江西等9省區。這類地區水資源的低效利用壓縮了用水潛力，不利于經濟發展規模進一步擴張和社會系統可持續發展。因此，該類地區應大力推廣農田噴灌滴灌等節水灌溉技術、大力普及生活節水器具、積極實施耗水型產業升級改造，并加快水價改革和水權交易市場構建、促使水資源流向效益更高的用水部門，以實現水資源的集約節約和循環高效利用。第三，水環境綜合治理短板型，包括北京、天津、河北等9省區。這類地區或由于水資源環境承載力較低、人口與經濟總量大，盡管污染物單產排放近年來有所遏制，仍對水環境造成過重負荷導致不同程度水體污染，如北京、天津、河北等；或由于工業廢水排放強度(如寧夏、河南、海南)[19]、農藥化肥施用強度(如河南、海南)[20]及生活COD和氨氮排放強度(如海南)[21]過高，盡管水環境承載力較高，仍造成水環境超載。因此，上述省區應積極發展現代生態農業，大力開展排污口規范化整治，努力推動清潔生產和“三廢”再利用，水環境低承載力地區更需堅決推進重化工企業關停轉遷，以實現水生態污染物排放總量和排放強度的大幅削減。第四，水管理制度實施短板型，包括吉林、上海、浙江等10省區。統計數據顯示，這類地區的環境污染治理投資占GDP比重普遍低于全國平均水平，不足以化解經濟社會快速發展給水資源環境承載力造成的與日俱增的巨大壓力。因此，該類地區應通過制度保證人才、物力和財力支持，著重提升環境污染治理投資在GDP中占比，為環保產業營造良好制度環境，并為水管理制度實施制定量化標準，實現水管理制度的具體化和常態化。需要強調的是，對于存在兩種及以上短板的省區而言(如吉林、河北、河南、廣東和海南等)，應采取統籌舉措以促進水生態文明建設的總體水平提升。

綜合表5和表7可以發現，無短板的9省區(內蒙古、江蘇、山東、貴州、云南、甘肅、青海、廣西和新疆)指數歷年均值為0.399；存在一個短板的14省區(山西、安徽、江西、重慶、天津、遼寧、黑龍江、寧夏、上海、浙江、四川、陜西、湖北和福建)指數歷年均值為0.404；而存在兩個短板的6省區(北京、河北、吉林、湖南、廣東和西藏)指數歷年均值為0.346；存在三個短板的2省區(河南和海南)指數歷年均值僅0.302。結果表明，水生態文明建設水平高低與短板多少大致呈負相關關系，即短板數越多，建設水平越低。

此外，兩個問題值得關注(見表5和表7)：一是高水平的不均衡問題。如北京、天津、山西、寧夏、上海、浙江的水生態文明建設水平均值排序位列前10位，但均存在明顯短板，其中，北京存在水資源總量控制和水環境綜合治理兩個短板，山西存在水資源總量控制短板，上海、浙江存在水管理制度實施短板，天津、寧夏存在水環境綜合治理短板。因此，這些省區應有針對性地補齊短板，力促均衡發展。二是低水平的均衡問題。如云南、貴州雖沒有明顯短板，但均值排名位列第23位、第24位，且水資源總量控制水平、水利用效率控制水平、水管理制度實施水平都在31個省市區均值以下。因此，這些省區要實現追趕或超越，應憑借水資源稟賦相對豐裕的優勢，通過水價改革、水權交易提高水資源利用效益，并加快推動產業結構優化升級、發展水資源集約節約技術、推進水管理制度優化設計，以促進水生態文明建設水平的綜合提升。

四、主要結論

水生態文明是生態文明的重要組成和基礎保障。精準把握水生態文明水平，尤其是測度分析水生態文明建設水平的動態趨勢、區域差異及其關鍵短板，對于高質量推進水生態文明建設具有重要的現實意義。本文在界定水生態文明建設內涵的基礎上，構建了涵蓋水資源總量控制、水利用效率控制、水環境綜合治理和水管理制度實施的評價指標體系，對中國水生態文明建設水平的演變趨勢及其區域狀態進行了量化考察，得出了如下的主要結論：①全國總體而言，2010—2016年水生態文明建設水平得到持續提高，但是不同維度的建設水平差距明顯，高低依次是水環境綜合治理(0.592)、水利用效率控制(0.552)、水管理制度實施(0.423)和水資源總量控制(0.249)。②不同地區而言，四大地區水生態文明建設水平差異較大，從東往西大體呈現“高-低-高”的狀態。③不同省區而言，水生態文明建設水平差異十分顯著，且省際差距無縮小趨勢。④水生態文明建設水平高低與短板多少大致呈負相關關系，且存在高水平不均衡和低水平均衡的突出問題。

上述結論的主要政策含義是：第一，總體上看，應在鞏固和提升水環境綜合治理和水利用效率控制的建設水平的同時，重點關注水資源總量控制，水管理制度建設和實施。第二，因地施策建設水生態文明。水資源總量控制短板型省區，應以水定需優化產業結構布局，引導經濟社會系統與水資源承載能力相適應，嚴格控制地下水開采并合理統籌流域上下游用水和跨流域調水，以實現水資源的可持續開發利用。水利用效率控制短板型省區，應推廣農業節水技術、推動耗水型制造業升級改造、加快水價改革和水權交易市場構建，實現水資源集約節約高效利用。水環境綜合治理短板型省區，應限制化肥使用強度降低農業面源污染，大力開展排污口規范化整治，努力推動清潔生產和“三廢”再利用，水環境低承載力地區堅決推進重化工企業關停轉遷，嚴控水生態污染物排放總量和排放強度。水管理制度實施短板型省區，應著重為環保產業營造良好制度環境，并為水管理制度實施制定量化標準，實現水管理制度的具體化和常態化。