石嘴山市水資源承載力評(píng)價(jià)及障礙因子研究

摘要：為科學(xué)診斷石嘴山市水資源承載力狀態(tài)，根據(jù)石嘴山市2006—2022年統(tǒng)計(jì)資料，從水資源、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境三方面構(gòu)建評(píng)價(jià)體系，運(yùn)用熵權(quán)—TOPSIS模型和障礙度模型評(píng)價(jià)其水資源承載力并診斷障礙因子。研究結(jié)果表明，石嘴山市水資源承載能力呈波動(dòng)上升趨勢(shì)；各指標(biāo)對(duì)水資源承載力的障礙度變化表現(xiàn)出階段特征，農(nóng)用化肥施用量、有效灌溉面積、年降水量、水資源總量、農(nóng)用地膜使用量、人均用水量為水資源承載力的主要障礙因子；石嘴山市可開(kāi)展農(nóng)業(yè)面源污染治理、農(nóng)業(yè)節(jié)水、提高非常規(guī)水資源利用水平等措施，提高水資源承載能力。

關(guān)鍵詞：水資源承載力；障礙度；石嘴山市

中圖分類(lèi)號(hào)：F2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2025.16.010

水資源是支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，水資源短缺及供需矛盾日益突出，社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和自然生態(tài)系統(tǒng)功能維持都面臨著水資源短缺的制約［1］。

石嘴山市是寧夏平原重要商品糧生產(chǎn)基地和國(guó)家老煤炭工業(yè)基地，農(nóng)業(yè)是第一用水大戶(hù)。受地理位置限制，干旱少雨，蒸發(fā)強(qiáng)烈，水資源嚴(yán)重短缺，農(nóng)業(yè)主要依賴(lài)黃河過(guò)境水，居民生活用水和工業(yè)企業(yè)主要依靠開(kāi)采地下水，目前寧夏確定的5個(gè)地下水超采區(qū)中石嘴山市就有4個(gè)。農(nóng)業(yè)雖有黃河供水，但受到黃河水量調(diào)度限制［2］和黃河上游來(lái)水量持續(xù)減少?lài)?yán)峻形勢(shì)，勢(shì)必增加農(nóng)業(yè)用水緊張程度［3］，同時(shí)工業(yè)和生活用水剛性需求在不斷增加，供用水矛盾日益突出[4]。近年來(lái)隨著最嚴(yán)格水資源管理制度的實(shí)施，同時(shí)經(jīng)過(guò)2015—2017年的水生態(tài)文明試點(diǎn)期建設(shè)，石嘴山市的水環(huán)境突出問(wèn)題得到有效緩解，水安全保障能力持續(xù)加強(qiáng)，但受限于用水總量控制和地下水資源量減少趨勢(shì)，水資源已成為制約石嘴山市經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。加強(qiáng)水資源的集約節(jié)約利用，協(xié)調(diào)水資源與社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)之間的關(guān)系是石嘴山市可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

水資源承載力是反映地區(qū)水資源與社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境之間協(xié)調(diào)性的重要指標(biāo)，可反映地區(qū)水資源在社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)多重壓力下的支撐能力［5］，因此進(jìn)行水資源承載力評(píng)價(jià)對(duì)平衡水資源與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間關(guān)系具有重要意義［6］。目前水資承載力評(píng)價(jià)研究方法多采用主成分分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、生態(tài)足跡法、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法、TOPSIS等方法［7］。本文采用TOPSIS法，結(jié)合熵權(quán)法和障礙度模型對(duì)石嘴山市2006—2022年水資源承載力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)和主要障礙因子識(shí)別，為石嘴山市水資源合理配置和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供一定的參考。

1 研究區(qū)域概況及數(shù)據(jù)來(lái)源

石嘴山市位于黃河中游上段、寧夏回族自治區(qū)最北端，是典型的干旱半干旱地區(qū)。石嘴山市2022年GDP總量達(dá)693.34億元，人均GDP為9.22萬(wàn)元。近30年石嘴山市年平均降水量?jī)H為178.5mm，年蒸發(fā)量是降水量的10余倍，2022年當(dāng)?shù)厮Y源總量為1.314億m3，人均當(dāng)?shù)厮Y源量為175 m3，遠(yuǎn)低于人均1000 m3的國(guó)際水資源緊缺標(biāo)準(zhǔn)，水資源本底條件較差，屬?lài)?yán)重缺水地區(qū)。

本文所用的數(shù)據(jù)均來(lái)源于歷年《寧夏水資源公報(bào)》《寧夏水利統(tǒng)計(jì)公報(bào)》《石嘴山市統(tǒng)計(jì)年鑒》《2022年石嘴山市生態(tài)環(huán)境統(tǒng)計(jì)公報(bào)》，并經(jīng)過(guò)整理計(jì)算獲得。

2 研究方法

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

水資源承載力綜合評(píng)價(jià)涉及水資源、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境等子系統(tǒng)[8]，本文參考現(xiàn)有研究成果中選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)基礎(chǔ)上［1，6］，結(jié)合石嘴山市水資源特點(diǎn)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境狀況，選取了18個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)以構(gòu)建石嘴山市水資源承載力綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（表 1），綜合反映石嘴山市水資源承載力的動(dòng)態(tài)變化。

2.2 熵權(quán)—TOPSIS模型

熵權(quán)法是根據(jù)樣本數(shù)據(jù)的離散程度來(lái)確定權(quán)重，避免了人為主觀因素產(chǎn)生的爭(zhēng)議，權(quán)重結(jié)果具有較高可信度。TOPSIS法是用于求解多屬性決策問(wèn)題的一種新方法，其原理是根據(jù)有限個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象與理想值的接近程度進(jìn)行排序，然后根據(jù)排序結(jié)果對(duì)現(xiàn)有的評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行相對(duì)優(yōu)劣的評(píng)價(jià)［9］，因原理簡(jiǎn)單、 信息失真小［5］等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于水資源承載力評(píng)價(jià)中。

為了保證評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)同趨勢(shì)和無(wú)量綱化，首先采用極差標(biāo)準(zhǔn)化方法對(duì)原始正、逆向數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)處理，然后利用熵權(quán)法確定各指標(biāo)權(quán)重，二者結(jié)合得到水資源承載能力評(píng)價(jià)體系權(quán)重規(guī)范化矩陣，利用TOPSIS模型依次計(jì)算正、負(fù)理想解以及每個(gè)年份評(píng)價(jià)指標(biāo)到正、負(fù)理想解的距離，最后計(jì)算相對(duì)貼近度作為水資源承載力綜合評(píng)價(jià)值。貼近度的值越大，表明評(píng)價(jià)對(duì)象越接近理想狀態(tài)，水資源承載力越好，反之越差［5，9］。具體計(jì)算公式詳見(jiàn)文獻(xiàn)[10]。

2.3 障礙度模型

障礙度計(jì)算是辨析阻礙水資源承載力提升的因素。若某項(xiàng)指標(biāo)的障礙度越大，說(shuō)明水資源承載力的提高受該指標(biāo)制約越大。障礙度計(jì)算公式詳見(jiàn)文獻(xiàn)[10]。

3 結(jié)果分析

3.1 計(jì)算結(jié)果

3.1.1 權(quán)重計(jì)算結(jié)果

用熵權(quán)法計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重（表1），由表1可知，水資源子系統(tǒng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)的綜合指標(biāo)權(quán)重分別為：0.2266、0.3878、0.3856，各子系統(tǒng)中權(quán)重最大的指標(biāo)分別為人均用水量、有效灌溉面積、農(nóng)用化肥施用量。

3.1.2 水資源承載力計(jì)算結(jié)果

在確定指標(biāo)權(quán)重的基礎(chǔ)上計(jì)算石嘴山市水資源承載力貼近度Ei。參考相關(guān)［6，8］研究基礎(chǔ)，將貼近度Ei 劃分5個(gè)等級(jí)（表2），根據(jù)2006—2022年貼近度計(jì)算結(jié)果對(duì)應(yīng)水資源承載力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，得到各評(píng)價(jià)年份的水資源承載力等級(jí)（表3）。

3.2 水資源承載力分析

由表3 可知，2006—2022年，石嘴山市年均水資源承載力綜合評(píng)價(jià)值為0.4549，平均承載等級(jí)處于Ⅲ級(jí)。綜合評(píng)價(jià)值在2022年達(dá)到最大值0.6823，最小值為2013年的0.3645，承載等級(jí)分別處于Ⅲ級(jí)和Ⅳ級(jí)。2006—2014年僅個(gè)別豐水年承載狀態(tài)為臨界，其余均為超載，2015—2022年承載等級(jí)穩(wěn)定在Ⅲ級(jí)，還未達(dá)到弱可承載水平。

從圖1可以看出，石嘴山市水資源承載力綜合評(píng)價(jià)值呈波動(dòng)上升的趨勢(shì)，綜合評(píng)價(jià)值從2006年的0.4001提升到了2022年的0.6823。其中：2006—2015年水資源承載力綜合評(píng)價(jià)值波動(dòng)變化較小，基本趨于穩(wěn)定。僅在2012和2013年分別有明顯上升和下降，2012年是豐水年，降雨量較上年增加71%，2013年降雨量較多年平均減少21%，較上年減少42%，尤其2013年總用水量在評(píng)價(jià)期內(nèi)最大，直接導(dǎo)致該年份綜合評(píng)價(jià)值下降到評(píng)價(jià)期內(nèi)最低水平； 2016—2022年水資源承載力綜合評(píng)價(jià)值在波動(dòng)中呈上升趨勢(shì)，并在2022年升至評(píng)價(jià)期內(nèi)最高。綜合評(píng)價(jià)值在2019年有明顯下降，2019年度降水量較上年減少48%，其他年份綜合評(píng)價(jià)值穩(wěn)步上升。2017年、2018年、2021和2022年綜合評(píng)價(jià)值達(dá)到0.5以上，是整個(gè)評(píng)價(jià)期內(nèi)承載狀態(tài)較好的年份，2017年和2018年石嘴山市年降雨量分別達(dá)到219mm和314mm，屬豐水年，人均GDP在2017年突破5萬(wàn)元；2021年和2022年降雨量為149mm和177mm，屬于枯水年份，但2021年城鎮(zhèn)生活污水排放量同比減少39%，化學(xué)需氧量和氨氮排放總量也持續(xù)下降，萬(wàn)元GDP用水量和工業(yè)萬(wàn)元增加值用水量分別降至200m3和30 m3以下，一定程度拉動(dòng)了水資源承載力。石嘴山市水資源承載力受降水豐枯年變化影響較大，用水效率提升、生活污水排放量和水污染物減排對(duì)水資源承載力起促進(jìn)作用［1］。

3.3 各子系統(tǒng)承載力分析

2006—2022年，石嘴山市水資源子系統(tǒng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)的承載力綜合評(píng)價(jià)值多年均值分別為0.3361、0.4624和0.5048，其中水資源子系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)值最小，生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)最大。水資源子系統(tǒng)承載力較低主要因?yàn)槭焐绞兴Y源稟賦差，生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)承載力雖然最高，但仍對(duì)水資源承載力起到制約作用。

由圖2可知，水資源子系統(tǒng)的評(píng)價(jià)值處于波動(dòng)起伏的不穩(wěn)定狀態(tài)，與水資源承載力波動(dòng)大體一致，主要原因是水資源總量和降水量在時(shí)間上分布不均。社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)值呈穩(wěn)步上升趨勢(shì)，其主要受有效灌溉面積、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入和農(nóng)民人均純收入等指標(biāo)的影響。近年來(lái)，石嘴山市經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，這些指標(biāo)的提升直接影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)評(píng)價(jià)值的增長(zhǎng)，并對(duì)水資源承載能力有正向拉動(dòng)作用。生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)值在2006—2020年呈波動(dòng)下降趨勢(shì)， 2021年才呈現(xiàn)回升態(tài)勢(shì)，其變化主要受農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的化肥施用量、農(nóng)用地膜使用量和城鎮(zhèn)生活污水排放的影響，石嘴山市肥料、農(nóng)膜施用長(zhǎng)期不合理，城鎮(zhèn)生活污水排放量長(zhǎng)期居高不下，近年來(lái)灌區(qū)排水溝水質(zhì)污染形勢(shì)嚴(yán)峻，水生態(tài)壓力較大［11］，不利于水資源承載力的提升。

3.4 障礙因子分析

為識(shí)別制約石嘴山市水資源承載力提升的主要因素，采用障礙度模型計(jì)算出3個(gè)子系統(tǒng)共18個(gè)指標(biāo)的障礙度，統(tǒng)計(jì)各年障礙度排序前八位的指標(biāo)為主要障礙因子（表4）。從表4可以看出，2006—2022年石嘴山市水資源承載力各指標(biāo)障礙度呈現(xiàn)出明顯階段特征。其中：2006—2011年，影響水資源承載力水平的障礙因子主要集中在社會(huì)經(jīng)濟(jì)和水資源子系統(tǒng)，有效灌溉面積（X9）、農(nóng)民人均純收入（X11）、人均用水量（X4）、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入（X10）、人均GDP（X5）、農(nóng)業(yè)畝均用水量（X8）是主要障礙因子。2011年以后，影響水資源承載力的關(guān)鍵障礙因子發(fā)生變化，集中在生態(tài)環(huán)境和水資源子系統(tǒng)，農(nóng)用化肥施用量（X13）、農(nóng)用地膜使用量（X14）連續(xù)6年排名前二，水資源總量（X1）和年降水量（X2）障礙度排序靠前。說(shuō)明研究期內(nèi)的石嘴山市水資源承載力一直受水資源子系統(tǒng)影響，同時(shí)社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)對(duì)水資源承載力障礙減弱，生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)的障礙逐漸增強(qiáng)。2015年以后，城鎮(zhèn)生活污水排放量（X16）障礙度排名上升，今后可能會(huì)成為限制水資源承載力水平提升的重要因素。

計(jì)算2006—2022年18個(gè)指標(biāo)的障礙度均值，根據(jù)結(jié)果列出排序前8位的評(píng)價(jià)指標(biāo)（表5）。結(jié)合各年份障礙因子變化情況可知，排序前二位和第五位指標(biāo)是和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素相關(guān)指標(biāo)，化肥和地膜使用是農(nóng)業(yè)面源污染重要來(lái)源，農(nóng)業(yè)面源污染是目前影響水體環(huán)境質(zhì)量的主要污染源，農(nóng)用化肥施用量和農(nóng)用地膜使用量是阻礙石嘴山市水資源承載力提升的重要因素;有效灌溉面積是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定性和水資源利用效率的重要指標(biāo)，有效灌溉面積的增加一定程度反映了農(nóng)業(yè)灌溉效率的提高，對(duì)石嘴山市水資源承載力的提升有積極作用，隨著石嘴山市灌區(qū)建設(shè)和改造，有效灌溉面積的障礙度逐漸減弱。水資源子系統(tǒng)的4個(gè)指標(biāo)障礙度均值全部排序前8，反映水資源自然稟賦的年降水量和水資源總量障礙度排名呈同步波動(dòng)變化，并且多年排名靠前，降水量對(duì)水資源量有重要影響，降水量的年際變化增加了該地區(qū)水資源承載力的不確定性;人均用水量和總用水量反映地區(qū)水資源利用情況，是石嘴山市水資源承載力的重要障礙因子，石嘴山市多年人均用水量高于寧夏全區(qū)人均用水量53%，農(nóng)業(yè)用水量占總用量比重達(dá)80%以上，減少農(nóng)業(yè)用水量能夠降低人均用水量和總用水量，對(duì)提升石嘴山市水資源承載力有積極作用。農(nóng)民人均純收入障礙度均值排序第七，隨著農(nóng)民人均純收入持續(xù)提高，其對(duì)水資源承載力的障礙度逐漸減弱。萬(wàn)元GDP用水量和工業(yè)萬(wàn)元增加值用水量各年份障礙度排名未出現(xiàn)在前八，障礙度均值排在倒數(shù)前兩位，對(duì)石嘴山市水資源承載力起到積極作用。

4 結(jié)論與建議

（1）采用熵權(quán)—TOPSIS模型對(duì)石嘴山市2006—2022年水資源承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，石嘴山市水資源承載力波動(dòng)變化，除個(gè)別年份明顯下降外，整體呈上升趨勢(shì)，平均承載等級(jí)處于Ⅲ級(jí)，還有一定提升空間；水資源承載力的波動(dòng)變化受豐、枯水年影響明顯，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)水資源承載力的拉動(dòng)作用明顯。

（2）障礙度模型分析結(jié)果顯示，水資源子系統(tǒng)在研究期內(nèi)一直是水資源承載力的提升的障礙因子，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)對(duì)水資源承載力的障礙減弱，生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)對(duì)水資源承載力障礙有增強(qiáng)趨勢(shì)。農(nóng)用化肥施用量和農(nóng)用地膜使用量是阻礙水資源承載力提升的重要障礙因子，推進(jìn)廢舊農(nóng)膜回收處置利用和化肥減量使用對(duì)水資源承載力的提升有積極作用。

（3）貫徹“四水四定”，農(nóng)業(yè)用水在用水結(jié)構(gòu)中占比最大，也是節(jié)水最大潛力所在，應(yīng)持續(xù)推進(jìn)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)和節(jié)水型灌區(qū)建設(shè)，發(fā)展適水農(nóng)業(yè)；工業(yè)方面注重水資源產(chǎn)出效益，工業(yè)產(chǎn)品用水定額在達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上向領(lǐng)跑值看齊，加大非常規(guī)水源利用，尤其是礦區(qū)礦井水保護(hù)利用，鼓勵(lì)工業(yè)用水缺口通過(guò)水權(quán)交易獲得；加強(qiáng)高耗水服務(wù)業(yè)計(jì)劃用水管理并嚴(yán)格執(zhí)行用水定額，減少城鎮(zhèn)生活污水排放。

（4）水資源承載力是一個(gè)復(fù)雜的、多系統(tǒng)相互作用的結(jié)果[12]。石嘴山市灌溉農(nóng)業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益之外，還發(fā)揮生態(tài)補(bǔ)水效果，隨著農(nóng)業(yè)高效節(jié)水灌溉面積的增加和水稻種植面積的壓減，減少農(nóng)業(yè)用水可能影響灌區(qū)生態(tài)環(huán)境，引發(fā)地下水位下降和農(nóng)田防護(hù)林退化[4，11]，導(dǎo)致生態(tài)需水量增加，進(jìn)而加劇水資源供需矛盾[8]。本文沒(méi)有研究生態(tài)需水對(duì)水資源承載力的影響，今后可在灌區(qū)生態(tài)補(bǔ)水和農(nóng)業(yè)灌溉水量之間平衡關(guān)系上進(jìn)行研究，進(jìn)一步優(yōu)化節(jié)水方案，保證水資源可持續(xù)利用。

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