人水关系视角下长江中游城市群水资源安全格局评价

孟丽红 宋迎飞 刘友存 顾小雨 范旋

摘要 基于人水关系视角，从水资源负载能力和水资源承载力评价两方面对2005—2018年长江中游城市群水资源安全格局进行定量评价。结果表明，长江中游城市群负载指数大于1.5的城市主要集中在湖北省，江西省和湖南省只有少量分布。各省的城市水资源负载指数变化情况与长江中游城市群的变化趋势相似，2014—2017年负载指数变化幅度相对较大。2005—2018年长江中游城市群水资源承载指数由平衡状态逐渐变为盈余状态。

关键词 人水关系;水资源;水资源负载指数;水资源承载指数;水资源安全

中图分类号 X824  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2022）11-0068-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.11.018

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Evaluation of Water Resources Security Pattern of Urban Agglomeration in the Middle Reaches of the Yangtze River from the Perspective of Man-Water Relationship

MENG Li-hong1， SONG Ying-fei1， LIU You-cun2 et al

（1.College of Geography and Environmental Engineering， Gannan Normal University，Ganzhou，Jiangxi 341000;2. College of Geography and Tourism， Jiaying University，Meizhou，Guangdong 514015）

Abstract Based on the perspective of human-water relationship，the quantitative evaluation of the water resources security pattern of the urban agglomeration in the middle reaches of the Yangtze River from 2005 to 2018 was carried out from the two aspects of water resources carrying capacity and water resources carrying capacity.The results showed that the cities with load index greater than 1.5 in the middle reaches of the Yangtze River were mainly located in Hubei Province， and only a few were distributed in Jiangxi Province and Hunan Province. The change trend of the urban water resource load index of each province was similar to that of the urban agglomeration in the middle reaches of the Yangtze River， and the change range of the load index from 2014 to 2017 was relatively large. From 2005 to 2018， the water resource carrying index of the urban agglomeration in the middle reaches of the Yangtze River gradually changed from the balance state to the surplus state.

Key words Man-water relationship;Water resources;Water resource load index;Water resources carrying index;Water resources security

水資源是人类生存、生产和发展不可替代的资源要素、生态条件和安全保障。然而，水资源供需矛盾日益突出，严重影响了我国社会经济的可持续发展。从人水关系角度，分析人水供给关系，解决人水矛盾，提高区域的水资源利用效率，促进水资源与社会经济、生态安全的和谐发展，已成为研究区域水资源安全的重要方向[1-4]。长江中游城市群是长江经济带实施生态优先绿色发展战略的重点区域，近年来重化工业过度集聚和粗放低效的资源利用方式使得水资源消耗量和污水排放量都非常大[5]，且鄱阳湖、洞庭湖、洪湖等重点湖泊富营养化加剧、水环境容量降低等问题逐渐凸显，总体上该区域的水资源承载压力和水生态安全问题较为突出。

目前，许多学者从水资源安全的影响因素、评价体系、安全机理、预警及保障等方面对水资源进行了深入研究[6-13]。如陈林等[8-10]通过合作博弈理论确定组合权重，建立基于可拓云模型的干旱区水资源安全评价模型;张志君等[11]以石河子垦区为研究区，综合评价2007—2017年区域水资源安全状况;畅明琦[12]运用弹塑性理论，提出了水资源安全系统的弹性与塑性内涵。另外，学者们选取水资源评价指数，再通过指数构建评价系统，对区域水资源安全进行评价[14-15]。单项指标具有简单易用的特点，是众多研究中常使用的评价指标，常用单项指标有水资源开发利用程度和区域人均水资源量，研究者对其安全阈值不断进行修正和细化，进而达到科学准确的效果;综合指标包含了社会、经济、资源、环境等各方面内容，能够较为全面地反映出不同区域的水资源状况及水安全程度，但评价指标数据难获取，评价指标的运算程度也比较复杂，不适合对大范围、长时间点的区域进行水资源安全进行定量评价。物元模型法、集对分析法、综合指数法、逻辑斯蒂曲线法等是水资源安全评价中常使用的综合评价模型和方法[16-20]。这些方法各有优缺点，常具有特定性，需要依据研究者和研究区的特殊情况而定，因而具有很大的主观性。综述国内外对水资源安全的研究进展来看，大部分文献主要集中在生态系统方向[21-24]，少数基于水资源的社会属性，尤其在人水关系方向，从人水关系的视角，从时空角度探讨水资源安全的研究尚少。鉴于此，笔者基于2005—2018年长江中游城市群31个城市水资源数据，构建区域水资源承载指数和负载指数综合评价指标，研究长江中游城市群水资源安全及其时空分布特征，为长江中游城市群水资源开发利用提供科学依据。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

长江中游城市群不仅是长江经济带的重要组成部分，也是中部地区崛起战略和全方位深化改革开放的重点区域，对我国区域发展具有推动作用[25-26]。根据2015年国务院批复同意的《长江中游城市群发展规划》，该研究的长江中游城市群范围包括湖南的长沙、株洲、湘潭、岳阳、益阳、常德、衡阳、娄底市，湖北的武汉、黄石、鄂州、黄冈、孝感、咸宁、襄阳、宜昌、荆州、荆门、仙桃、潜江、天门市，江西的南昌、九江、宜春、萍乡、上饶、景德镇、鹰潭、新余、抚州、吉安市共31个城市（图1）。长江中游城市群面积为 32.61万km2，属亚热带季风性气候，年平均降水量800～1 943 mm，以平原为主，土壤肥沃，水资源丰富，区域内拥有鄱阳湖、洞庭湖、 赣江、汉江等众多江河湖泊，水热条件较好，农业资源丰厚，是我国重要的粮食主产区之一。但由于降水的季节性和区域性，导致该区域水资源时空分布不均匀，进而出现洪涝干旱灾害频繁、水资源开发利用率偏低、水资源供需矛盾较突出、水环境日益恶化等问题[26]。因此水资源安全已成为制约长江中游城市群发展的要素。

1.2 数据获取

该研究涉及2005—2018年长江中游城市群31个城市水资源、社会、经济等指标数据，主要来源于2005—2018年《中国统计年鉴》《中国城市统计年鉴》《中国区域经济统计年鉴》《湖北省统计年鉴》《湖南省统计年鉴》《江西统计年鉴》以及湖北、湖南、江西各年水资源公报，中国环境监测官方网站、国家数据网、国家统计局、中国统计信息网等官方网站。

1.3 研究方法

1.3.1 水资源负载指数。

水资源负载指数的物理意义是地区降水量、年末人口数和水资源总量的需求量，能够反映目前水资源的利用程度，并判断未来水资源开发的难易程度。水资源负载指数公式如下[27]：

Q=δ×PG1 000W（1）

δ=100R≤200

100-0.05R200<R≤800

90-0.025R800<R≤1 600

50R>1 600（2）

式中，Q为水资源负载指数;δ为降水系数;P为年末人口;G 为生产总值，即GDP（万元）; W 为水资源总量（×104 m3）。 R 为年降水量（mm）。水资源负载指数等级划分如表1所示。

1.3.2 水资源承载指数。

水资源承载指数能够准确地反映研究区域水资源的人口承载能力与实际人口之间的关系[27]，并且比较明确，易于进行同期间不同地区间水资源承载力的比较分析。水资源承载指数计算公式如下：

B=MN（3）

式中，B为水资源承载指数;M 为人均用水量（L）; N 为人均可供水量（L）。水资源承载指数等级划分如表2所示。

安徽农业科学2022年

2 结果与分析

2.1 水资源负载指数时空分布格局

从图2可以看出，水资源负载指数大于1.5的区域由武汉为起点，自长江中游城市群的西北向东南方向偏移，最终形成以武汉、长沙、南昌为中心点的分布格局。水资源负载指数大于1.5的城市最主要还是集中在湖北省，面积约占长江中游城市群总面积的18.13%，江西省和湖南省只有少量分布。水资源负载指数在历年变化情况相似（图3），2006—2007和2008—2009年，湖南省呈现略微的下降趋势，但下降的幅度较小;2014—2017年，无论是从总体上还是从湖北省、湖南省和江西省，变化情况均是先增加后减少，其中湖南省的变化幅度最大，而江西省的变化幅度较小，且低于该时间段的长江中游城市群变化幅度，导致该现象的原因是江西省相比湖北省、湖南省经济相对发展缓慢。

从图4可以看出，水资源负载指数在各个省份之间存在地区差异性，与当地的地形、經济、人口、文化等因素相关。水资源负载指数分别是以武汉、长沙、南昌为中心，形成由这3地向四周发散的格局。各个省的城市水资源负载指数变化情况与长江中游城市群的变化趋势相似，且在2014—2017年负载指数变化幅度相对平常变化较大，这与该地区的人水关系有很大的关系。

2.2 水资源承载指数时空分布格局

从图5可以看出，2005—2018年长江中游城市群水资源承载指数整体上处于平衡有余状态，承载指数在不断下降，具有从平衡有余状态向盈余状态进行转变的趋势，承载指数也由2005年的0.96下降至2018年的0.76，这与长江中游地区有良好的水资源基础，是长江经济带重要支撑、全国经济新增长极和具有一定国际影响的城市群的发展战略密不可分。2005—2007年，由于长江中游地区工业基础薄弱，需要不断从沿海地区引进中轻工业，促进该地区的经济发展，进而导致2005—2007年长江中游地区水资源承载指数出现小幅度的上升，由2005年的0.96上升至2007年的0.99，趋近于平衡超载状态。

2005年长江中游城市水资源承载指数平衡状态为100%，其中平衡超载状态为41.94%，平衡有余状态为58.06%。2018年该地区水资源承载指数平衡状态占69.29%，其中平衡超载状态占35.48%，平衡有余状态占33.81%，而盈余状态占30.71%。从长江中游地区承载指数空间分布（图5）看，2005—2018年该地区水资源承载指数呈现西部逐渐减少而东部逐渐增加的变化。水资源承载状态西部由平衡超载转变为平衡有余，东部则是由平衡有余转变为平衡超载状态，这主要与东部地区江西省的经济有关，江西省整体经济不强，经济结构不合理，进而导致随着经济发展水资源承载指数出现上升的趋势。南北方向上，水资源承载指数南部变化趋势为减小—增大—减小—增加，而北部变化趋势则为减小—增大—减小;水资源承载状态南部一直呈现平衡超载状态，北部则呈现由平衡有余转变为盈余状态。其中长江中游地区盈余状态位于该地区的西北方向，造成这种水资源状态的差异性最主要是该地区的地方政策、经济的

不同，进而导致先进技术对各地区社会进步的影响不同。该研究区域的水资源承载状态整体上是平衡状态，因此该地区的经济发展空间比较大。

水资源承载指数具有区域差异性，不同的研究区域具有不同的变化规律（图6），但是整体上变化的趋势相同，在部分年份上略有变化，这与各个区域城市之间的经济活动密切相关。在2006—2009年，湖北省的黄冈市、鄂州市、孝感市的水资源承载指数变化幅度大（图6a），影响其幅度变化的主要是该时间段内的降水量和水资源总量相对于常年比较富裕，经济受到全球经济风暴的影响，导致这时间内的经济活动比较弱，对水资源的需求较少。

从图6b可以看出，2018年湖南省株洲市、湘潭市的水资源承载指数呈现上升的趋势，其他城市的水资源承载指数下降，这主要与当地的经济结构改变有关。随着科技发展，株洲市由一、二产业向第二、第三产业过渡，该地区对生态环境尤其是水环境方面特别重视。

从图6c可以看出，2005—2018年江西的水资源承载指数整体上呈现先下降再上升的趋势。这主要是由于2005—2012年江西还是传统的经济模式，对于水资源的影响较小，后期江西经济结构由传统结构变为以轻中业为主的经济模式，进而加大了工业对水资源的需求;另一面江西作为农业大省，其农业受到经济结构改变的影响，导致农业用水减少。

3 结论与建议

3.1 结论

该研究基于2005—2018年长江中游城市群31个城市水资源数据，构建区域水资源承载指数和负载指数综合评价指标，研究长江中游城市群水资源安全及其时空分布特征。得出以下结论：

（1）长江中游城市群负载指数大于1.5的城市最主要还是集中在湖北省，面积约占长江中游城市群总面积的18.13%，江西省和湖南省只有少量分布。各个省的城市水资源负载指数变化情况与长江中游城市群的变化趋势相似，且在2014—2017年负载指数变化幅度相对平常变化较大，这与该地区的人水关系有很大的关系。

（2）2005—2018年长江中游城市群水资源承载指数由平衡状态逐渐变为盈余状态，这与该地区的降水量丰富、水资源总量大有关。

（3）水资源承载指数具有区域差异性，不同的研究区域具有不同的变化规律，但是整体上变化的趋势相同，在部分年份上略有变化，这与各个区域城市之间的经济活动密切相关。

3.2 建议

该研究从水资源负载指数与承载指数两大方面，对长江中游城市群的水资源安全格局进行了时空分析。长江中游城市群水资源本底条件良好，在时空上分配的不均匀，供水的基础设施比较薄弱，且水资源配置体系也不够完善，导致水资源的开发利用程度较低。同时工业用水利用率不高，农业用水量比重大，该地区居民的节约意识不强，为了该地区水资源的可持续发展，从以下几方面提出建议：

（1）从水资源本底条件方面，保护水资源环境。该地区实施水资源开发利用控制红线、用水效率控制红线，严格控制污染物排放总量。开展洞庭湖及鄱阳湖水生态安全保障、洞庭湖经济区工业结构调整、三峡库区污染防治等项目。加强湿地保护与生态修复和农村河道综合治理，推动水生态文明试点城市建设。

（2）建设城市群“绿心”。以幕阜山和罗霄山为主体，以沿江、沿湖和主要交通轴线绿色廊道为纽带的城市群生态屏障，建设城市群“绿心”。加强生态水土流失综合治理和各类开发建设项目水土保持监督管理，进而减少人为水土流失，构建生态优良、功能完善、景观优美的生态网络体系，提高城市群的水资源承载能力。

（3）构建生态廊道。加强工业园区污水集中处理厂、入河排污口整治和城乡污水、垃圾处理设施建设，完善污水收集管网和垃圾收运体系，同时也要加大该地区的科技研发水平，进而提高工业用水利用率。加快环洞庭湖、环鄱阳湖防护林带建设，推动长江中游城市群周边地区清潔小流域建设，进一步加强革命老区水土保持重点工程建设，加强和完善农村水利设施建设，提高城市群水资源负载能力。

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