合肥市水土資源承載力的監測預警評價

李 琛

(河海大學 公共管理學院，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保障[1]?！厩叭搜芯窟M展】十九大以來，中國社會主義建設步入新時代，新時代背景下的水土資源承載力是在一定時期內，一定空間區域，當前的自然資源、科學技術和經濟投入在保證與其社會文化準則相符合的物質生活水平條件下，水土資源所能持續承載的人類各種活動的規模和強度的閾值[2]?！狙芯壳腥朦c】目前，對于水土資源承載力研究集中在評價方面，而在水土資源承載力監測預警方面的研究較為缺乏，且缺少對于評價指標體系內部因素的動態研究。在此背景下，如何長期有效地監測預警區域水土資源承載力是值得研究的一個熱點問題，如何有效地協調水土資源與人類可持續發展之間的關系是亟待解決的問題[3]?！緮M解決的關鍵問題】采用多因素綜合評價法、熵權法與層次分析法并結合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境資源承載力3個維度構建由16個指標組成的水土資源承載力監測預警評價指標體系，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。

1 資料與方法

1.1 研究區概況

合肥市位于安徽省中部(東經116°41′～117°58′，北緯30°57′～32°32′)，江淮之間，環抱巢湖，通過南淝河、巢湖與江海相連。合肥市轄4區4縣，是“一帶一路”和長江經濟帶戰略雙節點城市，也是合肥都市圈中心城市。

1.2 數據資料

統計數據：主要來源于合肥市近幾年的統計年鑒、合肥市國土部門的土地利用現狀資料、安徽省統計年鑒、合肥市統計年鑒、合肥市統計公報，引江濟淮項目報告資料?？臻g數據，合肥市土地利用規劃報告(2006—2020)、合肥市土地利用變更調查資料及合肥市各縣市地籍調查成果數據。其他資料，主要包括無法直接一手獲得或無法計算所得的資料，通過實地調研走訪獲得。

1.3 研究方法

采用多因素綜合評價法計算合肥市水土資源承載力指數，采用熵權法與層次分析法確定權重，參考借鑒國際、國內相關行業標準劃定指標閾值，借助ARCGIS可視化功能研究合肥市所轄行政區劃的水土資源承載力警情。

1.3.1 指標體系構建 首先，采用文獻資料分析法[9]，參考借鑒相關參考文獻[1-5]選取使用頻次較高且得到認可的指標；然后，采用實地調研法，2次在合肥市采用調研與發放問卷調查的方式，了解合肥市當地的特色，據此確定相關指標；第三，通過咨詢專家的意見與建議，對一些指標進行調整；最后，結合相關文獻，本著客觀、真實原則，確定各項評價指標(表1)，以期最大程度地反映合肥市水土資源承載力。

表1 水土資源承載力監測預警評價指標體系Table 1 Monitoring and early warning evaluation index system of water and soil resource carrying capacity

1.3.2 指標權重的確定 采用熵權法與層次分析法相結合確定指標權重[4-8]。具體步驟：1) 求指標體系中第j個指標下第i個評價對象的指標值pij；2) 求各指標的信息熵Ej；3) 層次分析法(主觀)確定權重wi，熵權法(客觀)確定權重wj，計算綜合權重Wj(表2)。

表2 評價指標的權重 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個指標下第i個評價對象的指標原始值；Ej為第j個指標的熵值，Ej值越大，則指標的變異程度越大，則權重也越大；Ej值越小，則指標的變異程度越小，則權重也越??；當Ej趨近于1時，可以不考慮該指標的重要度，即此時權重為零；當Ej趨近于0時，該指標的重要度很高，即此時權重為1。α取值為0.5。

1.3.3 指標閾值劃分 從安徽省合肥市的水土資源利用現狀出發，參考和借鑒相關國家和地方的標準，制定合肥市水土資源承載力監測預警指標閾值區間(表3)，劃分原則如下：首先，參考國家標準，若地方標準與國家標準相同，則采取國家標準。其次，借鑒地方標準，若地方標準嚴于國家標準，則采用地方標準。第三，結合合肥市實際情況，依據當地特色，建立標準。

表3 監測預警指標閾值區間的劃分Table 3 Division of threshold interval in monitoring and early warning index

1.3.4 預警模型建立及等級評價 參照文獻[10-11]的方法采用多因素綜合指數法構建水土資源承載力監測預警模型。參考借鑒國務院印發的《關于建立資源環境承載能力監測預警長效機制的若干意見》中相關要求，建立5級區間劃分合肥市水土資源承載力監測預警等級(表4)[12]。

表4 合肥市各監測預警指標的等級及承載力指數Table 4 Grade and carrying capacity index of monitoring and early warning index in Hefei City

式中，fs為水資源承載力監測預警指數；ft為土地資源承載力監測預警指數；fh為環境資源承載力監測預警指數；Wj為第j個指標的權重；yij為第i年第j個指標的標準化值。

1.3.5 因子動態效應 在研究合肥市水土資源承載力因子動態影響效應時需要構建EVIEWS向量自回歸模型(VAR)，利用脈沖響應函數以及方差分解功能，對水資源承載力(S)、土地資源承載力(T)以及環境資源承載力(H)之間的動態影響進行研究[15]。VAR模型利用數據的統計性構建模型的經濟計量模型，是用非結構化的方法，主要用于研究變量間的關系。

yt=a1yt-1+…+apyt-p+cxt+βt(t=1,2,…T)

式中，yt是一組內生變量，xt是一組外生變量，a1...ap為矩陣，p是模型的滯后階數，β是擾動列向量，T代表樣本的個數，樣本數為3個。

2 結果與分析

2.1 合肥市水土資源環境承載力的預警評估

2.1.1 時間差異 從表5看出，2009—2018年，合肥市的水土資源承載力指數為0.379～0.600，總體呈增加趨勢。其中，2009年的水土資源承載力指數為0.379，處于一般預警狀態；2009—2013年，其水土資源承載力警戒狀態由一般預警下調為預警狀態，承載力指數最高為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達0.538，較2013年提高39.25%，但總體水資源依然處于相對匱乏的水平；2014—2018年水土資源承載力處于臨界預警狀態，2018年承載力指數最大，為0.600，水土資源的利用和保護較之前明顯提升。

表5 2009—2018年合肥市水土資源承載力及其環境承載力各評估預警狀態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重的是水資源承載系統，人均水資源占有量2009年、2011年、2012年、2013年和2017年皆處于預警狀態的嚴重預警階段，水資源較為匱乏；2015年開始，人均水資源匱乏的情況得到一定改善，2014—2016年連續3年警情得到緩解，2016年人均水資源占有量警情下調至預警狀態，水資源匱乏的狀況依然不容樂觀；合肥市農業水資源利用率的警情嚴重程度則逐年增加，表明，合肥市近10年在農業方面消耗的水資源總量較多，承載力相對下降；人均用水量指標則相對維持在一個較為穩定的水平，警情并不嚴重?？傮w上，合肥市依然處于一個水資源較為缺乏的發展時期，人均水資源占有量不足問題迫切需要得到解決[14]。

相較于水資源承載系統警情的嚴重性，合肥市土地資源可承載水平則較為穩定，近10年只有人均耕地面積指標依然處于較為嚴重的嚴重至一般預警狀態，糧食產量、人均公園綠地面積、森林覆蓋率及人均GDP等其他指標均處于可承載階段，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，合肥市轄區的水土資源承載力指數由0.538提升至0.562，2年皆處于臨界預警狀態，水土資源可承載潛力在可控制范圍內；肥東縣2014年和2015年水土資源承載力指數在6個縣市中最低，分別為0.389和0.386，2年均處于一般預警狀態，水土資源狀況相當嚴峻。肥西縣、長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，警情處于臨界預警狀態；廬江縣和肥東縣警情則依然維持一般預警狀態。2016年和2017年水土資源承載力承載狀態得到進一步提高，2017年只有廬江縣承載狀態較低，2018年，各縣市的承載力狀態均得到較大緩解，合肥市轄區已變為臨界預警狀態。

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

2.2 因子動態效應

2.2.1 脈沖響應 脈沖響應函數描述在隨機誤差和1個標準誤差項下，對各內生變量的當期及未來值所產生的影響程度。從圖2可知：水資源承載力，從水資源承載力的脈沖函數曲線看，在本期給水資源承載力、土地資源承載力和環境資源承載力正沖擊后，水資源承載力對自身的沖擊最大，在第1期達最大值36.5%，第2期達最小值-18.5%，第3期為正響應。土地資源承載力系統的沖擊響應較弱，均為正沖擊；環境資源承載力的沖擊變化趨勢呈波浪狀，并且在第5期以后呈正響應。土地資源承載力，從土地資源承載力的脈沖函數曲線看，其自身給予的沖擊最大，變化大致呈波動降低趨勢，且均為正響應；水資源承載力與環境資源承載力的沖擊在滯后期內均為負響應。

注：S表示水資源承載力系統；T表示土地資源承載力系統；H表示環境資源承載力系統。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 不同承載力系統對標準差新息沖擊的脈沖響應函數曲線Fig.2 Impulse response function curve of different carrying capacity system to standard deviation innovations impact

環境資源承載力，從環境資源承載力的脈沖函數曲線看，其自身給予的沖擊最大，變化大致呈波動降低趨勢，在第1期達最大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內各子系統變量的沖擊對系統變量動態變化的相對重要性，其體現每個結構沖擊對內生變量變化的相對貢獻度[15]。從圖3可知，水資源承載力的方差貢獻度最大的是水資源承載力因子，其次是環境資源承載力因子，土地資源承載力因子最弱；水資源承載力因子方差貢獻度在滯后期內一直穩定在60%的水平，環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受水資源承載力的影響最大，其次是環境資源承載力因子，最低是土地資源承載力因子自身。環境資源承載力系統受自身的沖擊影響最大，其余2個因子的沖擊程度幾乎可以忽略不計。

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

3 結論

對合肥市水土資源承載力監測預警研究結果表明：2009-2018年合肥市的水土資源承載力水平不斷上調，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持續下調，2018年是臨界預警狀態。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、人均建設用地面積過大、城鎮化率等因素?？梢?，人均水資源是制約合肥市進一步發展的主要因素。

4 建議

基于上述結果，對合肥市未來發展提高水土資源承載力提出如下建議：1) 控制人口增長。人口是水土資源的主要承載對象，人均水平是反映社會發展水平的重要指標，人口數量無節制的增加勢必會導致社會其他資源數量使用增加，給水土資源增加壓力。因此，控制人口增長是合肥市可持續發展首要需要解決的問題。2) 重視生態環境保護。針對合肥市存在的環境污染問題，要實行嚴格的管理利用機制，堅持"誰污染，誰治理"的原則，既要重視對污染的治理，又要重視生態環境建設，保護好生態環境，涵養水源，從長期發展角度提高水土資源承載力。3) 從VAR模型的脈沖響應和方差分解結果看，水資源承載力系統對于土地資源系統和環境資源承載力的沖擊較大，未來可以著重提高水資源承載力水平，同時促進土地資源和環境資源承載力的提高。