基于DPSIR模型的黄河中游水资源与经济协调发展评价

吴 丹，刘孟瑶

（北方工业大学 经济管理学院，北京 100144）

水资源在流域生态保护、农田灌溉、工业生产等方面发挥着重要作用。党的十九大报告提出建立健全绿色低碳循环发展的经济体系，《国家节水行动方案》强调全面贯彻节水优先与系统治理的理念，《生态文明体制改革总体方案》明确区域的经济发展不能超出当地水资源的承载能力和生态环境容量，《自然资源“十四五”规划编制工作方案》提出加快工业节水减排目标导向的节水型社会建设。这些政策举措为进一步推动流域节水控水、促进水资源与经济协调发展提供了有利支撑。开展流域水资源与经济协调发展评价，对于优化流域水资源系统供需结构、推进产业用水结构合理化、提升流域经济发展质效意义重大。

1 研究综述

国内外关于水资源与经济协调发展的研究主要聚焦在3个方面：一是水资源利用与经济发展的耦合关系研究，如Higano等［1］评价了日本霞浦湖流域水资源与经济发展的关系，Dennis［2］评价了埃及灌溉用水量与经济增长的关系，Katz［3］验证了水资源利用与经济增长存在倒U形关系，Ngorana等［4］指出用水量和劳动力数量是实现经济增长的关键驱动因素；二是水资源与经济发展耦合协调模型研究，如Prodanovic等［5］构建了气候和经济条件变化下水资源系统和经济系统耦合模型，评价了气候变化下人类经济活动、陆地系统和水循环之间的作用机理，Kalbacher等［6］和Voisin等［7］构建了陆地系统和水循环耦合模型，研究了经济条件变化下的水资源供应与水质变化；三是水资源投入对经济产出效益的影响及其优化方向研究［8－10］，如Ariel［8］构建了水资源和经济价值耦合模型，明晰了地区不同部门的优先用水情况和经济效益，探索了水资源稀缺情况下西班牙东北部Llobregat河经济效益产出最大化路径，实现了伊朗东北部马什哈德市农业、城市和工业用水部门缺水损失最小、利润最大化的目标。这些成果可为我国开展水资源与经济协调发展评价提供宝贵经验。

我国水资源与经济协调发展评价研究主要聚焦在两个方面：一是水资源与经济协调发展评价指标体系构建，如朱玉仙等［11］构建了总量－比例－强度指标、徐良芳等［12］构建了发展水平－协调水平－发展能力指数、冯耀龙等［13］构建了目标层－准则层－指标层结构的评价指标体系；二是水资源与经济协调发展评价方法构建及应用，如学者们运用集对分析理论［14］、脱钩评价模型［15－16］、协调度模型［17］和水足迹理论［18］，从时空层面评价了中国不同地区水资源和经济协调发展状况，系统剖析了水资源利用与经济发展脱钩的内在机理；应用水生态足迹理论［19］、耦合协调度模型［20－22］和Tapio弹性分析法［20－23］，评价了黄河流域水资源与社会经济发展协调性的时空分异特征，衡量水资源环境－经济－生态系统耦合协调度，结果表明水资源利用与经济发展过程符合驱动力－压力－状态－影响－响应（DPSIR）模型框架思路；应用DPSIR模型，评价了黄河流域高质量发展现状［24］、滇池等流域水生态安全状况［25］、长江流域中部地区水环境治理绩效［26］。

通过梳理文献可知，应用DPSIR模型开展黄河中游地区水资源与经济协调发展评价的研究尚少。为此，本文基于DPSIR模型，构建黄河中游地区水资源与经济协调发展评价指标体系，并应用匹配性评价法、灰关联分析法与耦合协调度模型，构建黄河中游地区水资源与经济协调发展评价方法，综合评价黄河中游地区水资源与经济协调发展能力并明晰时空分异特征，从而提出有效提升黄河中游地区水资源与经济协调发展能力的对策建议。

2 研究方法

2.1 评价指标体系设计

黄河中游地区水资源与经济协调发展机理表现为：黄河中游地区水资源系统与经济社会系统相互作用，一方面，水资源供给为经济社会系统提供了有力支撑；另一方面，经济社会系统导致水资源需求增加，对水资源系统造成压力。通过水利科技创新、水资源管理、水利政策、水市场等水资源管理手段，优化黄河中游地区水资源系统供需结构，进行水资源的有序开发、稳定供给、高效配置和集约利用，不断提高黄河中游地区水资源系统与经济社会系统的协调性，促进水资源与经济协调发展。黄河中游地区水资源与经济协调发展机理如图1所示。

图1 黄河中游地区水资源与经济协调发展机理

由图1可知，黄河中游地区水资源与经济协调发展机理符合DPSIR模型框架思路。通过识别黄河中游地区水资源与经济协调发展的关键因素，遵循科学性、动态性、数据可得性和层次性原则，构建黄河中游地区水资源与经济协调发展评价指标体系（见表 1）。

表1 黄河中游地区水资源与经济协调发展评价指标体系

2.2 评价方法

采用匹配性评价法、灰关联分析法与耦合协调度模型，评价黄河中游地区水资源与经济协调发展能力，步骤如下。

（1）根据黄河中游地区产业用水结构与产业结构变化特征，应用匹配性评价法，对黄河中游地区产业用水结构与产业结构匹配度进行测算。计算公式为

其中

式中：Hit为第i地区第t时期产业用水结构与产业结构匹配度，Hit越大表示产业用水结构与产业结构越匹配；Pit为第i地区第t时期的产业结构偏水度；GDPit为第i地区第t时期的国内生产总值；GDPijt为第i地区第t时期第j产业的经济增加值；A为第i地区第j产业的位置值，若第i地区第j产业的用水效率最低，则位置值为1，次低为2，依此类推；Cit为第t时期第i地区产业用水结构粗放度；Wit为第t时期第i地区用水总量；Wijt为第t时期第i地区第j产业的用水量。

（2）采用灰关联分析法，确定不同时期黄河中游地区评价指标与指标理想集的灰关联度，计算公式为

其中式中：Rit为第t时期第i地区指标与指标理想集的灰关联度；ritk为第t时期第i地区第k指标与指标理想集的灰关联系数；maxyitk为第t时期第i地区第k指标的指标理想值；yitk为标准化后的加权指标值；wk为第k指标权重，为减少人为因素的干扰，依据表1，采用层次等权法，先确定一级维度的权重，再确定一级维度对应的二级维度权重，最终确定二级维度对应的指标权重；ρ为分辨系数，通常取0.5；citk为指标原始数据值。

（3）采用耦合协调度模型，确定不同时期黄河中游地区水资源与经济协调发展能力，计算公式为

其中

式中：Dit为第t时期第i地区水资源与经济协调发展能力；Uit为第t时期第i地区水资源与经济协调指数；Iit为第t时期第i地区水资源与经济耦合指数；Rit1、Rit2、Rit3、Rit4、Rit5分别为第t时期第i地区的驱动力指数、压力指数、状态指数、影响指数、响应指数。

3 研究区概况与数据来源

黄河中游涉及内蒙古、山西、陕西、河南4个省（区）。2006—2019年，黄河中游地区第一产业用水比重高于第二产业用水比重、第二产业用水比重高于第三产业用水比重。除山西外，其他3个省（区）的第一产业用水比重均有所下降，其中：内蒙古、陕西、河南分别从2006年的80%、68%、62%降至2019年的73%、60%、51%，山西维持在58%左右。对于第二产业用水比重，山西下降较为明显，从2006年的26%降至2019年的18%，陕西稳定在16%左右；内蒙古、河南波动较大，分别从2006年的9%、21%降至2019年的8%、19%。对于第三产业用水比重，陕西、河南维持在12%左右，山西从2006年的9%增至2019年的11%，内蒙古从2006年的6%降至2019年的4%。总体来看，河南第一产业用水比重、山西第二产业用水比重的下降幅度较大，山西第三产业用水比重的上升幅度最大。从产业结构来看，黄河中游地区第三产业比重高于第二产业比重、第二产业比重高于第一产业比重，且第一产业比重和第二产业比重均有所下降，第三产业比重均有所上升。第一产业比重，内蒙古、陕西、河南分别从2006年的15%、10%、16%降至2019年的11%、8%、9%，山西维持在5%左右；第二产业比重，内蒙古、山西、陕西、河南分别从2006年的41%、59%、49%、53%降至2019年的39%、44%、46%、43%；第三产业比重，内蒙古、山西、陕西、河南分别从2006年的43%、35%、40%、32%增至2019年的50%、51%、47%、48%。总体来看，河南第一产业比重、山西第二产业比重的下降幅度较大，河南第三产业比重的上升幅度最大。

本文所用的黄河中游地区经济发展数据主要来源于2006—2019年《中国统计年鉴》，水资源数据主要来源于2006—2019年《中国水利统计年鉴》《中国水资源公报》。

4 结果与讨论

4.1 黄河中游地区产业用水结构与产业结构匹配度的时空分异特征

利用式（1），计算得到2006—2019年黄河中游地区产业用水结构与产业结构匹配度（见表 2）。

表2 2006—2019年黄河中游地区产业用水结构与产业结构匹配度

从产业用水结构粗放度变化看，河南的平均值最低（0. 68），内蒙古的平均值最高（0. 86），河南和陕西有所下降，降幅分别为2.49%、3.36%；从产业结构偏水度变化看，河南下降最为显著（降幅28.36%），其次依次为山西（23.51%）、内蒙古（15.24%）、陕西（12.33%）；从产业用水结构与产业结构匹配度变化看，河南上升最为显著（升幅19.83%），其次依次为山西（12.90%）、内蒙古（9.03%）、陕西（8.59%）。黄河中游地区用水效率不断提高，产业用水结构与产业结构不断优化，但产业用水结构与产业结构匹配度仍有待提升。

4.2 黄河中游地区水资源与经济协调发展能力的时空分异特征

利用式（4）～式（8），计算得到2006—2019年黄河中游地区水资源与经济协调发展能力（见表 3）。从驱动力指数变化看，黄河中游地区均高于0.80且持续提高至0.90以上，表明经济发展水平均得到有效提升，其中山西驱动力指数增幅最大（为18.67%），其次依次为陕西（16.93%）、河南（15.46%）、内蒙古（13.81%）；从压力指数变化看，黄河中游地区均呈现上升—下降—上升变化趋势，表明应对用水需求压力的能力总体得到有效提升，其中山西压力指数增幅最大（26.22%），其次依次为河南（20.93%）、陕西（16.68%）、内蒙古（10.08%）；从状态指数变化看，黄河中游地区均呈现上升态势，表明水资源供给能力均得到有效提高，其中山西状态指数增幅最大（94.65%），其次依次为河南（61.23%）、陕西（43.39%）、内蒙古（37.67%）；从影响指数变化看，黄河中游地区均高于0.78且持续提高至0.95以上，表明用水效率和排污绩效均持续提高，其中河南影响指数增幅最大（27.37%），其次依次为内蒙古（25.58%）、陕西（24.93%）、山西（24.04%）；从响应指数变化看，黄河中游地区均持续提高，表明产业结构不断优化且产业发展质量不断提升，其中河南响应指数增幅最大（39.31%），其次依次为山西（28.44%）、内蒙古（19.90%）、陕西（16.91%）。

表3 2006—2019年黄河中游水资源与经济协调发展能力

总体来看，2006—2019年，黄河中游地区水资源与经济协调发展能力均呈稳定增长态势，山西、内蒙古、河南、陕西分别从0.38、0.51、0.43、0.50增至0.92、0.90、0.97、0.93，其中 山 西和 河 南 的增 幅 较 大（分 别 为140.81%、125.83%）。若将黄河中游地区水资源与经济协调发展能力划分为［0.70，0. 80）、［0.80，0. 90）、［0.90，1.00］3个等级，分别对应一般协调、较协调、协调等级，则至2019年，4个省（区）均为协调等级，且河南水资源与经济协调发展能力等级最高。

5 结论与建议

5.1 结 论

黄河中游地区产业用水结构与产业结构不断优化，提高了黄河中游地区产业用水结构与产业结构匹配度。同时，黄河中游地区经济发展水平均得到有效提升，产业发展质量不断提升，水资源与经济协调发展能力呈稳定增长态势。从黄河中游地区水资源与经济协调发展评价结果来看，对于驱动力指标，黄河中游地区均受人均GDP的显著影响；对于压力指标，黄河中游地区均受生态环境用水的显著影响，其中：山西受第二产业用水的显著影响，内蒙古受第一产业用水的显著影响，河南受第一产业用水的显著影响，陕西受第一产业用水和生活用水的显著影响；对于状态指标，黄河中游地区均受地表水和地下水供水量的显著影响；对于影响指标，黄河地区均受万元GDP用水量、人均用水量、万元第二产业产值用水量、万元第三产业产值用水量、万元GDP废水排放量的显著影响，其中内蒙古受单位灌溉面积用水量的显著影响；对于响应指标，黄河中游地区均受产业结构优化和产业发展质量指标的显著影响。

5.2 建 议

（1）针对黄河中游地区水资源系统供需结构优化，建立健全最严格水资源管理制度体系，强化双控行动方案，制订节水行动计划，加速推进节水技术创新，严格控制第一产业用水量；利用工程技术手段，完善黄河中游地区水资源供给保障体系，减少地下水开采量，提高污水资源化技术手段，提高再生水等其他供水量占用水总量的比重。

（2）针对黄河中游地区经济产业发展质量提升，推进产业结构优化升级，有效提升第二、第三产业用水效率。建立水资源刚性约束制度，把水污染排放绩效纳入黄河中游地区政府考核体系，严控水环境质量底线和水生态保护红线，在对口承接地区产业转移的同时，坚决避免水污染转移，降低万元GDP废水排放量，提升水环境承载能力。

（3）完善水市场建设，通过水权转让等制度协调水资源在黄河中游地区及其产业之间配置比例，优化地区产业用水结构，降低产业用水结构粗放度和产业结构偏水度，提升产业用水结构与产业结构匹配度。