水资源开发利用合理性评价模型构建及应用

周 璞，侯华丽，安翠娟，黄 合

（1.中国国土资源经济研究院，北京101149；

2.国土资源部资源环境承载力评价重点实验室，北京101149；3.重庆市规划研究中心，重庆400020）

水资源开发利用合理性评价模型构建及应用

周 璞1，2，侯华丽1，2，安翠娟1，2，黄 合3

（1.中国国土资源经济研究院，北京101149；

2.国土资源部资源环境承载力评价重点实验室，北京101149；3.重庆市规划研究中心，重庆400020）

从规模强度、结构、布局、效率效益4个维度，基于协调度指数和模糊综合评判法，构建了水资源开发利用合理性评价的指标体系和模型，并对我国各省（区、市）开展了实践研究.结果表明，我国仅半数省份水资源开发利用整体处于基本合理以上水平；水资源开发利用合理性水平区域分异规律明显，结构、布局不合理问题尤为突出；各省份水资源开发利用合理性的制约因素差异性大.构建的评价指标体系与模型方法更加贴近我国水资源宏观管控的内容和手段，评价结果可为合理规划水资源配置与利用、改善流域水资源管理提供科学指导.

水资源开发利用合理性；评价指标体系；协调度；模糊综合评判

水是重要的基础自然资源，也是我国乃至世界的重要战略性经济资源［1］.随着经济建设和城市化加速发展对水资源、环境容量的需求迅速增长，水资源可供给量与需求量时空分布的不匹配［2］，我国水资源供需矛盾和水环境污染问题日趋严重.十八大报告强调，要大力推进生态文明建设，按照人口资源环境相均衡、经济社会生态效益相统一的原则，控制国土资源开发强度、调整空间开发结构、全面促进资源节约和加大环境保护力度等.水资源开发利用合理性评价是把握水资源开发利用状况和制定水资源可持续开发利用规划的基础和依据，对于全面贯彻落实生态文明战略，解决水资源环境与区域经济发展的矛盾和问题具有重要的现实意义.

纵观以往的相关研究，多是对水资源开发利用程度的评价研究，侧重于水资源开发利用现状与潜力的“量”的研究，开发利用阶段（初始、发展、饱和）的判别以及RBF网络模型、GPPIM模型、最佳逼近模型等方法的改进和应用［3－5］，水资源开发利用合理性的评价研究相对较少，其内涵与评价标准也有待探讨.宏观尺度下，水资源开发利用评价结果对水资源配置管理决策的支撑和服务力度不足，难以为水资源开发利用规模、强度、结构、布局、效率管控等提供方向和目标.水资源承载力研究自80年代开始发展至今，其概念内涵、指标体系和定量化模型方法相对比较成熟［6］，可作为水资源开发利用合理性评价的指导依据.本文在梳理借鉴以往相关研究成果的基础上，重点对水资源开发利用合理性的内涵、指标体系和模型方法进行了探索，并以我国各省（区、市）为研究对象进行实践验证，以期弥补现有研究的不足，为制定水资源开发利用整治保护规划和完善水资源管理制度提供参考.

1 水资源合理开发利用的内涵与指标体系

1.1 合理性的内涵

水资源合理开发利用是指因地制宜地开发利用水资源，在开发利用规模、强度、结构、布局、效率等方面与水资源禀赋条件相匹配，与经济社会发展需求相适宜，与“资源节约、环境友好”要求相一致，以谋求最佳的经济效益、生态效益和社会效益，使社会经济与人口、资源、环境之间得到协调发展.水资源合理开发利用的目标与水资源可持续利用的目标一致.

1.2 评价指标体系构建

结合社会经济—水土资源—生态环境系统的复杂性、多因素关联性、实现机制多元性以及区域差异性与特殊性等特点，根据科学性、可操作性、系统性、动态性原则，按照“目标层—准则层—要素层—指标层”的思路，从规模强度、结构、布局、效率与效益4个维度构建水资源开发利用合理性评价指标体系，共筛选出9项评价指标（见图1）.

（1）规模强度合理性评价：主要考虑地表水、地下水资源开发利用是否与水资源量相匹配，是否存在地下水资源超采等问题，河流最小生态需水量是否能够得以保障，以维持水系的基本生态功能等.可用评价指标有地表水资源利用率、地下水资源开采率等.

（2）结构合理性评价：主要从水资源供应和消耗两个方面考虑，地表水、地下水的供应规模与结构是否与水资源禀赋条件相适应，现状水资源供应是否满足工业用水需求、农业灌溉用水需求、城乡用水需求以及生态保障用水需求，生产用水在农业、工业等不同产业间的分配是否与产业规模相适应等.可用评价指标有地表水与地下水资源开发利用协调度、生产用水结构与产业结构协调度，其他参考性指标有生态用水规模比重等.

（3）布局合理性评价：主要考虑现状水资源开发利用是否较好地引导了国民经济与社会发展的合理布局，是否符合相关产业发展政策，水电资源开发利用是否充分、合理，航运功能是否得到有效发挥等.可用评价指标主要有高耗水型产业与水资源布局协调度、水电开发与水力资源布局协调度等.

（4）效率与效益合理性评价：主要考虑现状用水调控是否较好地提高了国民经济增长的用水效率，是否有力保障了城乡居民的生活用水需求，河湖水质是否达到较高的环境标准.可用评价指标有人均用水量、万元国内生产总值用水量、Ⅰ—Ⅲ类水河长占比等，其他参考性指标有万元工业增加值用水量、农田实灌亩均用水量等.

图1 水资源开发利用合理性评价指标体系

2 水资源开发利用合理性评价的模型方法

2.1 单项指标的计算与评价

根据水资源合理开发利用的内涵，建立综合评价指标体系，对各项评价指标进行量化.规模强度、效率效益两个维度下的指标可查阅统计资料直接获取；结构、布局两个维度下的评价指标需采用协调度指数模型进行计算.协调度指数是度量系统或系统内部各要素之间在发展过程中功能匹配的程度［7］，目前多用于资源环境与社会经济的协调性评价［8］.根据水资源－经济社会系统各子系统及其内部特征，结合对协调度模型的分类研究，本文选取了两种协调度计算模型，以科学反映水资源开发利用结构与布局系统的合理性.

2.1.1 水资源开发利用结构协调度

针对水资源开发利用结构系统的特征，借鉴变异系数原理，构造协调度计算公式①：

式中：C为协调度，0≤C≤1；f（x）和g（x）分别代表待测评系统内部的不同构成要素；k为调节系数（通常k≥2），本文中k值取2.从理论上分析，f（x）和g（x）的离差越小，C值越大，协调程度越高.C＝1，系统达到最佳协调状态；C＝0，系统严重失调［9］.

（1）供水结构合理性评价

按照式（1），以地表水与地下水资源开发利用协调度来度量供水结构的合理性，式中：f（x）＝地表水供应量／地下水供应量，反映水资源供应结构；g（x）＝地表水资源量／地下水资源量，反映水资源类型结构.

（2）用水结构合理性评价

按照式（1），以生产用水结构与产业结构协调度来度量用水结构的合理性，式中：f（x）＝农业用水量／工业用水量，反映生产用水结构；g（x）＝农业产值／工业产值，反映工农产业结构.

2.1.2 水资源开发利用布局协调度

针对水资源开发利用布局系统的特征，借鉴水土协调度原理［10］，构造协调度计算公式：

式中：C为协调度，C≥0；f（x）为水资源或水力资源开发利用区域布局的度量指标；g（x）为水资源或水力资源区域布局的度量指标.从理论上分析，C值越大，表明水资源或水力资源对产业发展的支撑能力越强，协调程度越高；C值越小，表明水资源或水力资源对产业发展的支撑能力越弱，协调程度越低.

（1）水资源开发布局合理性评价

按照式（2），以高耗水型产业与水资源布局协调度来度量水资源开发布局的合理性，式中：f（x）＝地区水资源量占全国的份额；g（x）＝地区高耗水型行业产值占全国的份额.

（2）水力资源开发布局合理性评价

按照式（2），以水电开发与水力资源布局协调度来度量水力资源开发布局的合理性，式中：f（x）＝地区水力资源技术可开发量占全国水力资源的份额；g（x）＝地区水力资源已开发和正开发量占全国水力资源的份额.

2.2 综合评价方法与流程

在对各维度下各项评价指标进行评价分级的基础上，建立模糊综合评价模型对水资源开发利用合理性进行综合定量评估，符合水资源系统多层次、多因素的特点，避免了由于评价因素众多而产生的难于分配权重的问题［11］.由于各个评价要素在“合理／协调”与“不合理／不协调”之间的界限不是客观存在的，采用模糊数学中的隶属度指标来定量描述“合理／协调”的程度，较人为地划定评价阈值更切合实际.本文首先对规模与强度、结构、布局、效率与效益各分维度进行模糊综合评判，然后将4个维度的评判结果进行再评判，得到评价区域水资源开发利用合理性的多层次模糊综合评价结果.

2.2.1 单项指标隶属度函数构建

隶属函数构建的常用方法有模糊统计试验法、二元对比排序法和逐级估量法等［12］.分析借鉴28类典型隶属函数的原理，结合水资源开发利用合理性评价的特点，构建隶属函数μ＝f（ci）.

对于供水协调度、用水协调度、水资源开发布局协调度、水力资源开发布局协调度、Ⅰ—Ⅲ类水河长比重5项正向指标，假定评价等级｛Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级｝对应的阈值为｛a1，a2，a3，a4｝（a1＞a2＞a3＞a4），评分集为｛S1，S2，S3，S4｝（S1＞S2＞S3＞S4）.

单指标ci合理性隶属度函数表示为：

其中，a0为评价指标的上限值，如“Ⅰ—Ⅲ类水河长比重”的上限值为100%.若不存在理想的上限标准（如“水资源开发布局协调度”），则以评价对象的实际最大值为参考.S0为a0对应的上限分值.

对于地表水利用率、地下水开采率、万元国内生产总值用水量、人均用水量4项负向指标，假定评价等级｛Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级｝对应的阈值为｛a1，a2，a3，a3｝（a1＜a2＜a3＜a4），评分集为｛S1，S2，S3，S4｝（S1＞S2＞S3＞S4）.

单指标ci合理性隶属度函数表示为：

其中，a0为评价指标的上限值.由于4项负向指标均不存在理想的上限标准，则以评价对象的实际最大值为参考.S0为下限值0对应的上限分值.

阈值标准从定量和定性两个方面确定，主要遵循以下原则：（1）凡已有国家标准或国际标准的指标，尽量采用规定的标准值；（2）依据现有的环境与社会、经济协调发展的理论，根据评价对象的现状和发展趋势外推确定标准值；（3）对目前统计数据不十分完整，但在指标体系中又十分重要的指标，在缺乏有关指标统计数据前，采用专家咨询的方式确定；（4）尽量与我国现有的相关政策研究的目标值相一致，或优于其目标值.

2.2.2 综合评价

采用乘法指数模型对各单项指标的隶属度进行综合运算，重点突出只有各指标都满足“合理／协调”条件时，整个系统才能满足“合理／协调”条件的评价意图.分别计算水资源开发利用4个维度的合理性隶属度，以及整个系统的合理性隶属度，具体公式如下：

式中：Lc为综合隶属度；f（ci）为单项指标的隶属度；n为评价指标数；εi为第i个指标的指数权重.由于本文构建的评价指标体系相对简洁且系统性和指向性较强，因此确定各项评价指标对各维度以及各维度对整个系统的重要程度一致，权重均等.Lc值的大小可用来判定评价系统水资源开发利用合理性程度的高低，其值越大表明水资源开发利用合理性程度越高，对照前文的评分集可进行合理性等级划分.

3 实例研究——我国水资源开发利用合理性评价

为检验上述方法与模型的科学性与应用价值，本文对我国31个省（区、市）2010年的水资源开发利用合理性进行了系统评价，台湾省、香港与澳门特别行政区除外.各评价指标的基础数据来源于《2010年中国水资源公报》、《中国工业经济统计年鉴2011》、《中国统计年鉴2011》.按照前文阈值确定的原则，结合我国及世界水资源开发利用现状水平，确定各项评价指标的分级标准（见表1），进而构建各项指标的隶属度函数，并在此基础上进行模糊综合评判，评价结果如图2—3所示.

表1 我国水资源开发利用合理性评价的分级标准

图2 我国水资源开发利用合理性分维度评价结果

图3 我国水资源开发利用合理性综合评价结果

3.1 我国水资源开发利用合理性水平区域分异规律明显

从水资源开发利用合理性整体水平来看，我国中部和西南地区总体优于西北和东部沿海地区，长江、珠江、松花江、淮河流域总体优于黄河、辽河、海河流域.全国约1／2的省（区、市）水资源开发利用处于基本合理水平以上，约1／3的省（区、市）水资源开发利用较不合理，约1／5的省（区、市）水资源开发利用处于不合理水平.四川省水资源开发规模强度、结构、布局与效率均衡协调发展，合理性程度居全国之首；天津、河北、上海、江苏、宁夏、新疆水资源开发利用合理性程度最低，其国民经济与社会发展对水资源的需求、水资源开发利用方式与水资源禀赋条件、水生态保护要求矛盾最突出.

3.2 结构、布局不合理是我国水资源开发利用的主要问题

从各维度来看，规模强度、结构、布局、效率与效益处于基本合理以上水平的省（区、市）比重分别为71%，26%，32%，71%，说明我国水资源供用结构失衡、水资源／水力资源开发利用布局不合理的问题远比水资源开发利用强度高、效率低的问题严重.水资源开发利用规模强度最不合理的省（区、市）主要集中在海河、淮河流域，水资源开发利用结构不合理几乎为全域性问题；仅中部的安徽、河南、湖南，西部的贵州、四川，以及东北部的黑龙江、吉林等省份基本合理.水资源开发利用布局不合理的省份主要集中在东、中部地区以及青海省，尤以东部沿海地区最严重.水资源开发利用效率与效益最不合理的省份主要集中在西北、西南地区，中部和东部情况较好.

3.3 各省（区、市）水资源开发利用合理性的制约因素差异性大

从水资源开发利用合理性结构来看，根据各维度评价结果的变异系数，北京、浙江、青海、云南水资源开发利用各维度的合理程度差异性最大，上海、江苏、河南、甘肃、内蒙古水资源开发利用各维度基本处于低效均衡状态.从各维度评价结果对综合评价结果的贡献率来看，陕西、云南、重庆主要受结构不合理影响制约；湖南、海南、贵州、吉林、安徽、广东、辽宁、山西和山东主要受布局不合理影响制约；黑龙江主要受效率不合理影响制约；北京主要受规模、布局不合理影响制约；四川、福建、江西、湖北、浙江和青海受结构、布局不合理影响制约；西藏受结构、效率不合理影响制约；广西受结构、布局、效率不合理制约影响明显.

4 结论与讨论

本文从规模与强度、结构、布局、效率与效益4个维度出发，基于协调度指数和模糊综合评判法构建了水资源开发利用合理性评价的指标体系和模型，采用隶属度来定量描述“合理／协调”的程度，解决了水资源开发利用合理性客观评价标准缺失、人为划定评价阈值主观性太强的问题.以全国31个省（市、区）为评价单元进行了实例验证，评价结果合理，能够较全面地反映水资源开发利用与资源禀赋条件、经济社会发展需求、生态文明建设要求的协调程度，对把握水资源开发利用的系统结构、空间差异，制定水资源开发利用整治保护规划具有积极的现实意义，更有效贴近水资源宏观调控管理决策的要求.

从我国水资源开发利用合理性评价结果来看，协调度和合理性程度都只是相对值，只有在不同的区域或时间段的比较分析中才能体现定量评价结果的相对意义.区域水资源开发利用合理性评价的实质是具有确定性的评价指标与具有不确定性的评价标准和影响因素相结合的分析过程，由于发展无止境、水资源的循环可流动性、合理性没有绝对的标准，而是动态、可变化的，因此，对于水资源开发利用评价单元的细化和模型方法的改进，规模强度、结构、布局、效率与效益的宏观调控方向和对策建议，水资源开发利用合理性的动态监测，以及与区域经济协调发展管理模式等许多问题，还有待于进一步的深入研究.

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Construction and aplication of the rtionality ealuation mdel of water rsource dvelopment and uilization

ZHOU Pu1，2，HOU Hua－li1，2，AN Cui－juan1，2，HUANG He3
（1.Institute of Land and Resources Planning，Chinese Academy of Land and Resources Economics，Beijing 101149，China；2.Key Laboratory of Resource－Environment Carrying Capacity Evaluation，Ministry of Land and Resources，Beijing 101149，China；3.Chongqing Municipal Planning Research Center，Chongqing 400020，China）

Based on coordination index and fuzzy comprehensive evaluation method，from four aspects of scale－intension，structure，distribution，and efficiency－effectiveness，the paper builds up evaluation index system and model，and also demonstrates the feasibility of the evaluation model，though the rationality evaluation of water resource development and utilization in 31province－level administrations of China.The results show that only half of the provinces are above“basic rational”level，the rationality levels of overall provinces present obvious spatial differentiation regularity，structure and distribution are prominent irrational in most provinces，and the constrained factors are far different.The evaluation index system and model are close to the content and means of water resources macro management in China，and the results can provide scientific guidance for water resources planning and management.

the rationality of water resource development and utilization；evaluation index system；coordination degree；fuzzy comprehensive evaluation

TV 213.4 ［学科代码］ 570·5530

A

（责任编辑：方 林）

1000－1832（2014）02－0125－07

10.11672／dbsdzk2014－02－024

2013－07－05

国土资源部资源环境承载力评价重点实验室开放课题（CCA2012.01）；中国地质调查项目（12120111088012）.［作者简介］ 周璞（1987—），女，硕士，实习研究员，主要从事国土资源规划、资源环境承载力评价等研究.