1、文章编号:1009-6094(2023)07-2534-11量 效刚性约束下中国省际水资源承载力评价*郭立硕1，2;王莉芳2(1 河北经贸大学管理科学与工程学院，石家庄 050061;2 西北工业大学管理学院，西安 710100)摘要:为了探究水资源量 效刚性约束与区域经济发展的适配性，解决以无量纲相对指数划分水资源承载力状态的局限性，构建以量 效为刚性约束条件，以经济发展水平、人均福利水平、城镇化水平为一般约束条件，人口规模为目标函数的水资源承载力评价模型。通过比较 20152020 年实际人口规模与量 效刚性约束下人口规模，得到各地区水资源承载状态。研究结果表明:1)20152020 年，
2、在全国层面，水资源承载力未超载，量 效刚性约束下均属于宽松的约束;2)20152020 年，在省级层面，黑龙江、江苏、安徽、新疆的水资源承载力一直处于超载状态，京冀地区、宁夏、西藏、江西、广东略微超载，其他地区未超载。量 效刚性约束需进一步调整和管控。关键词:环境学;水资源承载力;人口规模;量 效刚性约束中图分类号:X24文献标志码:ADOI:10.13637/j issn 1009-6094.2022.0906*收稿日期:2022 05 10作者简介:郭立硕，讲师，博士，从事资源管理工程、技术经济与创新管理研究，guolishuo hueb educn;王莉芳(通信作者)，教授，博士，从事资
3、源管理工程、技术经济与创新管理研究，lifangnwpu edu cn。基金项目:西 北 工 业 大 学 博 士 论 文 创 新 基 金 项 目(CX2021091)0引言2011 年中央 1 号文件和中央水利工作会议明确要求实行“最严格水资源管理制度”。“最严格”突出了我国水危机背景下水问题的严峻性、水管理的紧迫性1。围绕最严格水资源管理制度，中央政府及相关部门制定和颁布了一系列政策和规定。2012 年，国务院颁布国务院关于实行最严格水资源管理制度的意见，明确实行用水总量控制、用水效率控制、水功能区限制纳污等“三条红线”管理。2016 年，水利部联合国家发展改革委发布“十三五”水资源消耗总量
4、和强度双控行动方案 严格规定了 2020 年用水总量和用水强度指标。2019 年，国家节水行动方案 再次强调总量和强度双控即“量 效”约束，农业节水增效，工业节水减排，强化水资源承载能力刚性约束。截至目前，水利部已批复 60 条跨省江河流域水量分配方案，明确了相关省区的水量分配份额，为发挥水资源刚性约束作用提供重要支撑。量 效双控作为我国水资源管理方针政策，需要以其作为约束条件展开水资源承载力研究。施雅风等2 在 1992 年首次提出水资源承载力概念。目前，有关水资源承载力的研究聚焦于构建综合评价指标体系并进行综合测算，具体可分为评价判别标准设定、评价指标体系构建、评价模型构建3 类。1)水资
5、源承载力判别等级标准的划分。概括水资源承载力承载等级标准可分为 3 个等级3 8，也可分为为 4 个等级9、5 个等级10 12。2)水资源承载力评价指标体系的构建。目前水资源承载力评价指标研究中，以复合系统论为研究视角的文献居多，综合考虑水资源系统、社会系统、经济系统、生态环境系统建立水资源承载力评价指标体系10，12 15。3)评价模型的构建。评价模型的构建更多的是评价方法应用，首先，应用最为广泛的方法包括层次分析法16、模糊综合评判3、熵权法7，17、权变理论方法6、组 合 权 重 TOPSIS(TechniqueforOrderPreference by Similarity to a
6、n Ideal Solution)模型16。其次，量化的高维数据降维处理之后建立适应度函数的方法有主成分分析18、遗传投影寻踪模型19。采用对计算结果排序的方法包括多准则妥协解排序法20、改进 TOPSIS 法11、粒子群算法4、Logistic 关联分析21、Logistic 对数增长方程22、人工神经网络23、云模型24、系统动力学15、构造指数25 等。上述所列方法可单独应用，也可多种方法综合应用，最后均以无量纲的适应度函数值或指数等形式表征研究区域水资源承载力承载状态或承载程度。综上所述，已有研究从水资源承载力等级的判断标准、评价指标的选取、评价模型的构建都取得了显著的研究成果，为本文
7、的研究提供了重要的研究基础。但现有研究存在以下 3 个方面的不足:1)基于最严格水资源制度的水资源承载力评价研究较为匮乏，量 效刚性约束作为全国水资源管理方针政策，有必要以其作为约束条件展开水资源承载力研究;2)当前水资源承载力评价结果多以无量纲指数等级的形式表示，且等级划分带有一定的主观色彩，同一地区的水资源承载情况在不同等级下会面临多种承载状态;3)无量纲指数属于相对值，与选取的研究样本数量有关。贾绍凤等26 在 2004 年最先提出4352第 23 卷第 7 期2023 年 7 月安全 与 环 境 学 报Journal of Safety and EnvironmentVol 23No
8、7Jul，2023“最大人口规模论”的水资源承载力概念。水资源承载力概念的不断优化为本文展开研究奠定了基础。因此，本文拟构建以量 效为刚性约束条件，以带有量纲性的“人口规模”为目标函数的线性模型，展开各省水资源承载力测算评价研究，并弥补上述研究的不足。以人口规模为判断标准的水资源承载力评价可改进相对无量纲指数的局限，直观地反映区域水资源承载状况。1研究方法为探究水资源量 效刚性约束与区域经济发展的适配性，解决以无量纲相对指数划分水资源承载力状态的局限性，本文将“最大人口规模论”的水资源承载力概念和强化水资源刚性约束的政策相结合，构建以量 效为刚性约束条件，以经济发展水平(人均 GDP)、人均福
9、利水平(城镇人均综合生活用水量，农村人均生活用水量)、城镇化水平(城镇化率)为一般约束条件，以人口规模为目标函数的水资源承载力评价模型，将模型应用于省级区域层面进行实例研究。1.1数据来源本文所涉及的各省水资源及社会经济发展指标的数据来源于 20032020 年中国水资源公报 与中国统计年鉴。水资源利用指标选取用水总量、生活用水量、工业用水量、农业用水量、生态环境补水量和万元 GDP 用水量。社会经济发展指标选取各省年末常住人口、城镇化率、总 GDP、人均 GDP。生活用水量指标的选取，考虑到由于城镇生活与农村生活用水量差异较大，该指标的选取分为城镇人均综合生活用水量和农村人均生活用水量。由于
10、生活用水与生态环境补水对经济增长 GDP 没有实质性贡献，生活用水与生态环境补水属于非生产用水，因此万元 GDP 用水量指标通过每年的生产用水(工业用水量与农业用水量之和)与每年总 GDP的比值进行计算。尽管生活用水中包含第三产业用水和建筑业用水，但变化幅度不大，且其占总用水量仅 2%左右27，因此忽略不计。生态环境用水量按实际值计提。量 效约束指标选取，即 2015 年用水总量与万元 GDP 用水量选自 “十三五”水资源消耗总量和强度双控行动方案，与最严格水资源管理制度考核保持一致。20162019 年用水总量与万元 GDP 用水量的红线数值运用线性插值法及 2015 年与 2020 年用水
11、红线计算而得28，见表 1 和 2。1.2水资源承载力评价模型本文以带有量纲性质的“人口规模”表征水资源承载力，在保证人均福利水平、城镇化水平发展等前提下，遵循以水定人、以水定产、以水定城原则，构建以人口规模为目标函数水资源承载力评价模型。目标函数max Pi=min(P1，P2)(1)式中P1表示在特定生活用水量下所承载的人数;P2表示满足一定经济发展，实现经济规模增长所承载的人数。用水总量控制红线须同时满足居民生活用水，经济发展所需的生产用水和生态环境补水。因此，以人口规模表征水资源承载力可划分为 P1和 P2，两者中最小值即为地区最大承载人口规模 Pi。用水总量约束，即各省用水总量红线尽
12、可能大于实际用水总量。WT，i WD，i+WI，i+WA，i+WE，i(2)式中WT，i为用水总量红线，亿 m3;WD，i为生活用水总量，亿 m3;WI，i为工业用水总量，亿 m3;WA，i为农业用水总量，亿 m3;WE，i为生态环境补水总量，亿m3。i 表示除香港、台湾、澳门的 31 个省与直辖市。生活用水总量包含城镇居民和农村居民生活用水量。WD，i=Piru，iQu，i+Pi(1 ru，i)Qr，i(3)式中ru，i为 城镇化率，%;Qu，i为城镇综合人均生活用水量，L/d;Qr，i为农村人均生活用水量，L/d。按照水资源公报统计，生产用水总量主要包含农业用水总量和工业用水总量。因此，生
13、产用水总量可由经济规模与单位产值用水量核算。(WI，i+WA，i)=YP，iQGDP，i(4)式中YP，i为一定人口规模下总 GDP，万元;QGDP，i为万元 GDP 用水量即用水效率，m3。同理，各地区每年单位产值用水量计算见式(5)。QGDP，i=(WI，i+WA，i)/Ya，i(5)式中Ya，i为每年实际总 GDP，元。各地区经济规模由人口规模与人均 GDP 计算所得。YP，i=PiPY，a，i(6)式中PY，a，i为实际人均 GDP，元。WD，i=WT，iWD，i(7)式中WD，i为生活用水占总用水量百分比，%。综上，按实际生活用水量百分比从用水总量红线中分离出生活用水量，即由式(7)
14、计算的生活用53522023 年 7 月郭立硕，等:量 效刚性约束下中国省际水资源承载力评价Jul，2023表 120152020 年各地区实际用水总量与用水总量红线Table 1Actual water use and water use red line of each region from 2015 to 2020亿 m3地区实际用水总量用水总量红线2015 年 2016 年 2017 年 2018 年 2019 年 2020 年2015 年2016 年2017 年2018 年2019 年2020 年北京38.2038.8039.5039.3041.7040.6040.0041.324
15、2.6343.9545.2646.58天津25.7027.2027.5028.4028.4027.8027.5029.6031.7033.8035.9038.00河北187.20182.60181.60182.40182.30182.80217.80218.44219.08219.72220.36221.00山西73.6075.5074.9074.3076.0072.8076.4079.7283.0486.3689.6893.00内蒙古185.80190.30188.00192.10190.90194.40199.00201.51204.03206.54209.06211.57辽宁140.80
16、135.40131.10130.30130.30129.30158.00158.52159.04159.56160.08160.60吉林133.60132.50126.70119.50115.40117.70141.55146.34151.13155.91160.70165.49黑龙江355.30352.60353.10343.90310.40314.10353.00353.07353.14353.20353.27353.34上海103.80104.80104.80103.40100.9097.50122.07123.53124.98126.44127.89129.35江苏574.50577.40591.30592.00619.10572.00508.00511.23514.46517.69520.92524.15浙江186.10181.10179.50173.80165.80163.90229.49232.47235.45238.44241.42244.40安徽288.70290.70290.30285.80277.70268.30273.45272.93272.41271.8827