基于水貧困指數的黑龍江省水資源安全評價

陳思元，王思聰，梁契宗，聶堂哲，劉 武

(1.黑龍江大學 水利電力學院，黑龍江 哈爾濱 150080；2.華北水利水電大學 水利學院，河南 鄭州 450046；3.黑龍江省水文水資源中心，黑龍江 哈爾濱 150001)

黑龍江省位于我國東北部，有松花江、黑龍江、烏蘇里江、綏芬河四大水系[1]。其水資源呈現“四少四多”的特點：春季少，夏秋季多；腹地少，過境多；平原區少，山丘區多；發達地區少，欠發達地區多[2]。特別是近年來隨著經濟發展加快，部分地市開始出現水資源短缺等水安全問題，引起相關水資源管理人員的重視[3]。

2002年，英國學者沙利文提出水貧困指數(WPI, Water Poverty Index)的概念，指出該指數是定量評價國家或地區相對缺水程度的指標，也是關于水資源安全評價管理的綜合性指標[4]。水貧困指數的值越大，表明所評價地區的水資源狀況越好[5]。目前國內對水貧困指數的研究主要側重于應用層面，即基于水貧困指數對不同尺度的流域和區域的實證研究，主要涉及我國七大流域[6-7]、東北地區[8-9]、西北地區的研究等[10-11]。應用此法評價黑龍江省水資源安全狀況，為實現水資源可持續開發利用與保護提供相應科學依據和決策參考。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

數據來源于2013—2017年的《黑龍江省水資源公報》[12]和《黑龍江統計年鑒》[13]。

1.2 研究方法

1.2.1 評價指標選取

水貧困指數由潛在水資源狀況(R, Resources)、供水設施狀況(A, Access)、利用能力(C, Capacity)、使用效率(U, Use)及環境狀況(E， Environment)5個分指數組成。根據黑龍江省的實際情況，對5個分指數分別選取對應的評價指標，見表1。

1.2.2 數據標準化處理

對于正向評價指標(即對黑龍江省水資源安全有積極作用的指標)，計算見式(1)：

(1)

式中：i為評價指標；ri(x)為指標的歸一化值；xi為第i項指標值；ximax為第i項指標的最大值；ximin為第i項指標的最小值。

對于負向評價指標(即對黑龍江省水資源安全有消極作用的指標)，計算見式(2)：

(2)

1.2.3 權重確定

采用熵值法計算權重，具體計算步驟如下[14]。

表1 基于水貧困指數的黑龍江省水資源安全評價指標

建立評價對象指標集rij(x)，從基準年信息匯總可分別求出各指標所占的比重Pij如式(3)。

(i=1,2,…,m;j=1,2,…n)

(3)

式中：j為評價對象；m為評價指標個數；n為評價對象個數。

根據Pij計算其熵值ei如式(4)。

(4)

計算指標的差異系數gi如式(5)。

gi=1-ei

(5)

計算各評價指標的權重wi如式(6)。

(6)

計算第i個評價對象的區域綜合評價值Si，由此計算出5個分指數R、A、C、U、E和WPI如式(7)。

(7)

1.2.4 水資源安全評價級別標準確定

參考相關文獻并根據黑龍江省的實際情況，確定基于水貧困指數的黑龍江省水資源安全評價級別標準，見表2[15]。

表2 基于水貧困指數的黑龍江省水資源安全評價級別標準

2 結果與分析

2.1 結果

采用熵值法計算2013—2017年黑龍江省13個地市水資源安全評價指標權重見表3。

表3 2013—2017年黑龍江省13個地市水資源安全評價指標權重

在此基礎上計算2013—2017年黑龍江省13個地市水貧困指數計算結果見表4。

表4 2013—2017年黑龍江省13個地市水貧困指數計算結果

2.2 分析

2.2.1 黑龍江省整體情況分析

由表2和表4可見，2013—2017年黑龍江省WPI平均值為0.54，所處級別為“基本安全”。同時還可以看出5個分指數所處級別差異明顯，分指數R、A平均值分別為0.31、0.25，所處級別均為“不安全”，且全省絕大多數地市所處級別均為“不安全”“極不安全”；分指數C、U、E平均值分別為0.44、0.74、0.80，所處級別分別為“基本安全”“安全”“非常安全”，且全省絕大多數地市所處級別均為“基本安全”“安全”“非常安全”。

2.2.2 黑龍江省各地市情況分析

分指數R：哈爾濱市最高(0.56)，所處級別為“基本安全”；七臺河市最低(0.01)，所處級別為“極不安全”。除哈爾濱市、牡丹江市、黑河市、大興安嶺地區4個地市所處級別為“基本安全”外，其余9個地市所處級別均為“不安全”“極不安全”。

分指數A：齊齊哈爾市最高(0.69)，所處級別為“安全”；大興安嶺地區最低(0.02)，所處級別為“極不安全”。除哈爾濱市、齊齊哈爾市、綏化市3個地市所處級別為“基本安全”“安全”外，其余10個地市所處級別均為“不安全”“極不安全”。

分指數C：大慶市最高(0.80)，所處級別為“非常安全”；鶴崗市最低(0.21)，所處級別為“不安全”。除齊齊哈爾市、雞西市、鶴崗市、雙鴨山市、佳木斯市5個地市所處級別為“不安全”外，其余8個地市所處級別均為“基本安全”“安全”“非常安全”。

分指數U：大興安嶺地區最高(0.92)，所處級別為“非常安全”；佳木斯市最低(0.43)，所處級別為“基本安全”。全省13個地市所處級別均為“基本安全”“安全”“非常安全”。

分指數E：大興安嶺地區最高(0.98)，所處級別為“非常安全”；哈爾濱市最低(0.24)，所處級別為“不安全”。除哈爾濱市1個地市所處級別為“不安全”外，其余12個地市所處級別均為“安全”“非常安全”。

WPI：黑河市最高(0.64)，所處級別為“非常安全”；鶴崗市最低(0.43)，所處級別為“極不安全”。雞西市、鶴崗市、雙鴨山市、佳木斯市5個地市R、A、C三個分指數所處級別均為“不安全”“極不安全”，進而其水貧困指數所處級別也均為“不安全”“極不安全”；哈爾濱市R、A、C三個分指數所處級別均為“基本安全”“安全”，進而其水貧困指數所處級別為“安全”；齊齊哈爾市、大慶市、伊春市、七臺河市、牡丹江市、黑河市、綏化市、大興安嶺地區8個地市U、E兩個分指數所處級別均為“安全”“非常安全”，進而其水貧困指數所處級別也均為“基本安全”“安全”“非常安全”。

同時還可以看出，R、A、C三個分指數主要反映的是水資源人工開發方面的情況，數值越高說明該地區水資源得到充分開發，如哈爾濱市、齊齊哈爾市等；反之則說明該地區受經濟條件等因素制約，水資源沒有得到充分開發利用，如鶴崗市、七臺河市等。U、E兩個分指數主要反映的是水資源自然本底方面的情況，數值越高說明該地區水資源保護情況較好，如大興安嶺地區、黑河市等；反之則說明該地區受人為等多重因素影響，水資源所處生態環境遭到破壞，如哈爾濱市、佳木斯市等。

3 結 論

2013—2017年黑龍江省水貧困指數平均值為0.54，所處級別為“基本安全”；黑河市、大興安嶺地區、牡丹江市水貧困指數平均值分別為0.64、0.63、0.62，所處級別為“非常安全”；哈爾濱市、齊齊哈爾市、大慶市、伊春市、綏化市水貧困指數平均值分別為0.56、0.55、0.55、0.55、0.55，所處級別為“安全”；七臺河市水貧困指數平均值為0.50，所處級別為“基本安全”；雙鴨山市、雞西市、佳木斯市水貧困指數平均值分別為0.48、0.45、0.45，所處級別為“不安全”；鶴崗市水貧困指數平均值為0.43，所處級別為“極不安全”。

目前黑龍江省水資源安全狀況總體較好，但其水資源安全也存在供需嚴重不平衡的問題，即經濟發展水平較高的地市(如哈爾濱市、齊齊哈爾市、大慶市)所需水資源量明顯提升，導致其水資源供需失衡；反之，水資源條件較為優越的地市(如大興安嶺地區、黑河市)經濟較為落后，水資源還未達到足夠的開發效果。針對該問題，今后有必要在基于水貧困指數的基礎上繼續建立相關的數學模型，分析黑龍江省水資源安全狀況與其經濟發展的關聯程度，從而更好地促進黑龍江省水資源的合理開發與利用。