基于熵權TOPSIS 模型的黑龍江省水資源承載力評價研究

崔麗影，錢 龍

（東北石油大學經濟管理學院，黑龍江 大慶 163318）

水資源是人類賴以生存的自然資源，也是人類社會和經濟發展過程中不可替代的戰略資源，水資源承載力是評價地區可持續發展的重要指標，水資源的安全影響著地區社會、經濟及生態環境的協調發展。隨著我國工農業的快速發展及城鎮化進程的加快，水資源在各個領域得到了應用，水資源短缺、水環境污染及水生態系統退化問題等[1-2]也因此逐漸出現。黨的二十大報告強調，要統籌水資源、水環境、水生態治理。國家也出臺了一系列政策舉措以推進水資源可持續發展，如《中共中央國務院關于加快水利改革發展的決定》《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》《地下水保護利用管理辦法》等，基于此，本文借鑒采用熵權TOPSIS 模型，構建評價指標體系，研究黑龍江省12 市水資源承載力，為黑龍江省水資源開發利用及可持續發展提供科學依據。

1 研究區概況

黑龍江省總面積為4.73×105km2，地處我國東北部，處在松花江、黑龍江、烏蘇里江、綏芬河四大水系組成的流域，氣候以溫帶季風氣候為主。2021 年，全省GDP 為14 858.2 億元，總人口約為3 125 萬人，人口自然增長率為-5.11‰，城鎮化率為65.7%，森林覆蓋率為43.8%，平均年降水量647.7 mm，水資源總量1 196.28億m3，地表水資源量1 020.53 億m3，地下水資源量362.70 億m3，全省用水量達324.37 億m3，水資源利用率為27.11%。作為我國的農業大省和重要的糧食生產基地，農業灌溉大量耗用地下水資源，結合黑龍江省獨特地形和地勢特征，水資源存在時空分布不均、年內年際變化較大及開發利用不合理等問題。

2 研究設計

2.1 評價指標體系構建及數據來源

本文以黑龍江省為研究對象，參考現有文獻研究[3-5]的基礎上，構建了包含水資源、經濟、社會和生態環境4 個子系統共20 個評價指標在內的水資源承載力評價體系（見表1），對黑龍江省12 市的水資源承載力進行評價分析。研究數據主要來自于2013—2021 年《黑龍江省統計年鑒》、《中國城市建設統計年鑒》、《中國城市統計年鑒》、黑龍江省水資源公報、各市統計年鑒及國民經濟和社會發展統計公報等，缺失數據采用插值法處理。

表1 黑龍江省水資源承載力評價指標體系

2.2 熵權-TOPSIS 模型

熵權法依據樣本數據的離散程度確定指標權重，TOPSIS 模型通過測度各評價單元與正理想解、負理想解之間的距離進行排序，如果評價單元距離正理想解最近且距離負理想解最遠，則為最優，否則不是最優。熵權TOPSIS 的步驟如下。

1）度量指標的標準化處理。根據指標指向性不同，進行統一的標準化處理公式，如式（1）和（2），式中i，j分別表示年份與第j個評價指標，dij為標準化后的數值。

2）計算第i年第j個承載力指標所占該指標的比重。

3）計算指標的信息熵ej和冗余值fj，其中k=1/lnm。

4）計算指標的熵權。

6）計算貼近度。Ci表示在第i個年份水資源承載力的大小，0≤Ci≤1，得分越高表示水資源承載力表現越好，得分越低則水資源承載力表現較差。

為了更直觀評價黑龍江省12 市水資源承載力的差異，本文將貼近度劃分為5 個等級：0≤Ci＜0.2 為警戒，0.2≤Ci＜0.4 為低級，0.4≤Ci＜0.6 為中級，0.6≤Ci＜0.8 為良好，0.8≤Ci＜1 為高級，不同等級表示水資源承載力的不同水平及人類活動與水資源協調發展情況。

3 評價結果分析

3.1 水資源承載力的綜合評價分析

黑龍江省12 市2013—2020 年水資源承載力的綜合評價結果見表2。結果表明：①整體上，黑龍江省水資源承載力處于低級等級。一方面，黑龍江省產業結構未得到全面優化，大部分地區以第一產業和第二產業為主，而2 個產業用水量占總用水量的90%以上，此外，黑龍江省城市污水處理率較低，2019 年居全國末位；另一方面，黑龍江省水資源開發利用不合理也是使水資源承載力處于低級水平的原因，如黑河和伊春水資源總量豐富，2015—2020 年平均水資源開發利用率卻不到0.5%。②從地區角度分析，哈爾濱由2013 年中級過渡為2020 年良好等級，齊齊哈爾及牡丹江水資源承載力雖處低級等級但持續增長，大慶由2013 年中級滑為2015 年低級等級，此后保持增長態勢，其他地區水資源承載力雖處低級或警戒等級，但也逐年遞增。③黑龍江省水資源承載力存在明顯的空間差異，研究期間內，齊齊哈爾水資源承載力提升較快，這主要與近年來《非居民用水超定額超計劃累進加價制度》的有序實施，用水在線計量體系及用水單位的重點監管等有關，大慶水資源承載力排名下降但仍處于省內前列，大慶的經濟發展依賴石油等能源的生產與消費，進而帶來了較高的耗水量和污水排放量，用水壓力大，水資源承載力下降。

表2 黑龍江省各地區水資源承載力評價結果

3.2 水資源承載力的子系統分析

黑龍江省2020 年各地區各子系統的評價值如圖1 所示。從水資源子系統分析，牡丹江、黑河、齊齊哈爾3 座城市的水資源子系統承載力超過0.6；而大慶最低，小于0.2，大慶地區傳統能源生產對水資源產生大量消耗和污染，進而導致水資源供需問題。從社會子系統分析，哈爾濱的評價值最高，在0.6 以上；綏化的評價值最低，小于0.2，綏化地區人口平均數在黑龍江省位居前列，且人均日生活用水量居高，對有限的水資源產生較大壓力。從經濟子系統分析，大慶的評價值最高，在0.4 以上；伊春的評價值最低，小于0.1，伊春人均GDP 較低且萬元GDP 耗水量居高，水資源利用率低。從生態環境子系統分析，哈爾濱的評價值最高，達0.9 以上；牡丹江、鶴崗、雙鴨山、七臺河、伊春和黑河的評價值較低，小于0.2；哈爾濱全面實施生態環境分區治理，落實“三線一單”措施，加強水環境治理，對水資源承載力的影響也較大。綜合來看，對黑龍江省水資源承載力貢獻最大的系統為水資源子系統，其余依次為社會子系統、經濟子系統和生態環境子系統。究其原因，黑龍江省水資源相對豐富，水資源總量及水庫容量對水資源子系統的影響較大，進而對水資源綜合承載力具有較大貢獻；黑龍江省作為農業大省和東北老工業基地之一，農業產值密度較高，農業灌溉耗水量較大，工業生產耗水及污水排放量較多，社會經濟發展一定程度上對水資源產生了壓力，降低了水資源承載力。

圖1 黑龍江省12 市2020 年各子系統水資源承載力評價結果

4 結論

本文對2013—2020 年黑龍江省水資源承載力進行分析，結果表明：①從整體上看，黑龍江省水資源承載力呈緩慢上升趨勢，處于較差等級，主要與產業結構未得到全面優化、水資源開發利用不合理及污水處理率低有關；各地區的水資源承載力均呈上升趨勢，但省際間存在差異。②從各個子系統來看，黑龍江省4 個子系統的承載力均呈現快速增長的趨勢，但水資源子系統承載力高于社會子系統、經濟子系統和生態環境子系統；各地區子系統水資源承載力均也呈現快速增長狀態，但評價值存在差異性。