基于DPSR 模型的温宿县水资源承载力评价

张 乾，张永福

（新疆大学地理与遥感科学学院/教育部绿洲生态重点实验室，乌鲁木齐 830046）

全球淡水资源的蓄存量十分有限，仅占全球总水量的2.5%，且淡水资源大部分储存在极地冰帽和冰川中［1］。关于水资源承载力的定义研究者给出了解释，大致可以分为水资源开发规模论、水资源可承载最大人口论、水资源支撑社会经济系统持续发展能力论［2］。经过多年的发展，有关水资源承载力的评价理论体系日趋完善［3-5］。李治军等［6］通过社会经济、水资源、生态环境3 个方面构建指标体系分析长春市水资源承载力，通过熵权法和变异系数法组合赋权的方式确定指标的权重，再通过TOPSIS 模型来计算水资源承载力，研究认为2011—2019 年长春市水资源承载力整体呈上升趋势。闵庆文等［7］基于模糊数学理论进行山西省河津市水资源承载力研究，选取了人均水资源可利用量、人均实际供水量、水资源利用率、耕地灌溉率、供水模数、需水模数、生活用水定额、生态用水率8 个主要因素作为评价因素分析出了该市水资源承载力现状不理想，存在诸多用水困境，并结合当地政策进行了梳理，针对性地指出造成水资源困境的直接、间接因素。吴丹等［8］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并明晰了其时空分异特征，研究表明黄河中游地区水资源与经济协调发展能力呈稳定增长态势，河南省水资源与经济协调发展能力最高。本研究基于DPSR 模型分析温宿县水资源承载力，选取4 个子系统14 个指标组成指标体系，为达到客观要求，采用标准化处理和均方差决策法分别确定各指标在子系统和综合体系中的权重，再计算出各子系统的承载力指数和综合承载力指数，以期为水资源承载力方面的研究提供参考。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

温宿县隶属新疆维吾尔自治区阿克苏地区，位于西部天山中段的托木尔峰南麓，塔里木盆地西北边缘。地处北纬40°52—42°15′，东经79°28′—81°30′，东西长171 km，南北宽158 km，东与拜城县、新和县交界，南和阿克苏市毗邻，西隔托什干河与乌什县相望，北同新疆伊犁哈萨克自治州的昭苏县接壤。总面积1.46 万km2。下辖8 个镇、5 个乡。2019 年，温宿县户籍人口为268 688 人，主要有维吾尔族、汉族、柯尔克孜族等28 个民族。2021 年全县地方生产总值99.32 亿元。温宿县地势北高南低，地形崎岖，冰川密布，具有独特的冰蚀地貌。温宿县属典型的大陆性气候［9］。矿产资源丰富，已初步探明矿种31种。

温宿县水资源较为充沛，2010 年在阿克苏地区七县两市水资源总量中占42%，且比例逐年上升，境内有五大灌区，分别为台兰河灌区、库托河灌区、巴依里克灌区、博孜墩灌区、吾斯塘布依灌区，其中主要的是西部的库托河灌区和东部的台兰河灌区。

1.2 数据来源

数据主要来源于阿克苏地区、温宿县2010—2020 年统计年鉴、水资源公报、部分调研数据。

2 研究方法

2.1 DPSR 模型

基于DPSR 模型研究温宿县水资源承载力，DPSR 模型即驱动力-压力-状态-响应模型，是生态环境科学中比较常用的研究方法［10-14］，该研究方法主要聚焦于人与自然相互作用的内在逻辑和外在关系，人类从自然获取生存所需的一切资源并且向自然中释放各种活动产物，进而改变自身所处自然环境，而自然环境的改变又作用于人类本身，为了对抗或加强这种作用，人类从政策、经济、文化等方面做出改变，来响应这种变化从而达到一种循环，具体分为4 个指标类型，见表1。

表1 温宿县水资源承载力评价指标体系

2.2 极差标准化处理

由于指标体系中各指标单位不同、性质各异，故将其进行标准化处理，本研究采用极差标准化方法，处理后结果处于（0，1），从而进行比较分析，具体算式如下。

2.3 均方差决策法计算指标权重

关于体系化指标的权重确定有许多经典方法，为避免赋权过程的主观性，如专家评价法等，本研究采用均方差决策法计算各指标权重，以达到充分客观的要求，该方法的原理借鉴了信息熵的设计，指标的变化程度越小，信息熵越大，权重越小，具体计算式如下。

1）求随机变量的均值：

2）求随机变量的均方差：

3）求随机变量的权重系数：

式中，n为年份，i= 1,2,3,…,n；m为评价指标数，j= 1,2,3,…,m；Zij为第i年中第j个指标的标准化值；Yj为j项指标的权重值；Xi表示第i项指标。

2.4 水资源承载力

由于已对各指标进行标准化处理并求出各指标对应权重，为了综合评价各指标的影响程度又保证相对客观的评价结果，将各指标的标准化指数赋予权重后的累计值作为水资源承载力指数，计算式如下。

式中，Mi表示第i个评价因素的承载力综合指数，Yj表示第j个指标的权重，Zij表示第i年第j个指标的标准化值。

将综合承载力指数按照0.2 来进行分级，0.8～1.0 为Ⅰ级、0.6～0.8 为Ⅱ级、0.4～0.6 为Ⅲ级、0.2～0.4 为Ⅳ级、0～0.2 为Ⅴ级。

3 结果与分析

通过计算得到温宿县水资源承载力评价指标体系标准化指数（表2），进一步得到温宿县水资源承载力评价指标体系分系统权重和体系权重（表3、表4）。

表2 温宿县水资源承载力评价指标体系标准化指数

表3 温宿县水资源承载力评价指标体系子系统权重

表4 温宿县水资源承载力评价指标体系权重

由表3 可知，当把每个子系统单独计算权重时，驱动力系统中的5 个指标权重相近，均在0.200 0 附近，指标权重较为均衡，其中权重最大的是第二产业增长率，这是由于温宿县二、三产业生产总值浮动较大的缘故；压力系统中的3 个指标权重相近，其中水资源开发利用率权重最大；状态系统中3 个指标权重均在0.300 0 以上，其中灌溉水利用系数的权重最大；响应系统中3 个指标权重相差较大，其中人均供水量权重最高，为0.408 2。

由表4 可知，综合所有指标权重，驱动力系统整体权重偏低，压力系统整体权重较高，但所有指标的权重整体波动较小，其中直接涉及到水资源的指标水资源开发利用率、地表水用水量及比例、灌溉水利用系数和污水处理率的权重都较大。

从表5 分析，驱动力系统承载力指数从2010—2019 年处于波动变化趋势，2018 年出现了最低值，为0.225 5，2019 年迅速上升，这是因为驱动力指标中的二、三产业增长率在这两年呈现较大变化。

表5 温宿县水资源承载力指数

2010—2015 年压力系统承载力指数变化趋势比较平缓，2016—2018 年该指数大幅度降低，2019年开始快速升高。驱动力系统承载力指数在2015年也出现较大幅度的降低。在驱动力-压力系统影响下，状态子系统承载力指数变化比较明显且稍显滞后，2010—2014 年状态子系统承载力指数呈稳定上升趋势，在2016 年达到峰值后快速降低，2017 年以后又快速升高。

2010—2015 年响应子系统承载力指数变化呈比较平缓的趋势，2015 年后一直呈波动升高趋势，尤其是从2017 年开始上升趋势更明显。结合4 个子系统后的综合水资源承载力指数，2010—2016 年变化趋势较为平缓，2017—2019 年呈波动变化趋势。

综合承载力指数按照0.2 来进行分级，分级结果见表6。

表6 温宿县水资源承载力指数分级

从以上分析可以看出，2015 年前水资源承载力较为稳定，2015 年后水资源承载力指数变化较大且有上升趋势，一方面是因为社会经济的发展，各单位各行业用水效率提高，水资源分配更加科学合理，浪费相对减少，另一方面从2015 年开始阿克苏地区为了落实水资源管理“三条红线”控制指标开始实行严格的水资源管理制度，并于2018 年出台了各县市、乡镇，各产业、各流域用水总量控制方案和分解细则，并结合非法开荒治理、渠道治理、退减灌溉耕地等一系列措施来提高水资源利用效率。尤其是年均1 400 hm2以上的耕地退减灌溉节约集约利用了大量水资源，并且在2010—2019 年农业部门实施了约44 700 hm2高标准农田建设，其中高效节水工程通过将粗犷式的大水漫灌模式改为精确滴灌模式，实施面积在35 000 hm2以上，结余水量超过1.1 亿m2。与此同时，林粮间作、套作模式使部分耕地、林地蒸腾减少，利用率提高，灌溉用水量下降，也起到了一定作用，在各行业、地区用水量上升的条件下使得水资源承载力向好发展，综合调控成果显著。

4 小结

本研究运用DPSR 模型对温宿县2010—2019 年水资源承载力进行研究，结果表明，2015 年前温宿县水资源承载力发展趋势较为平缓，水资源利用效率与社会经济发展处于较为平衡的状态，2015 年后水资源承载力呈波动上升趋势，主要原因包含2 个方面。①2015 年开始阿克苏地区层面用水政策收紧，对水资源的规划分配更加严格科学，且出台了相应政策对各地方、各产业单位、各类用水量进行严密的监督。②2010—2019 年温宿县国土、农业、水利相关部门落实了一系列土地、水利工程，使得农业用水量减少较为明显，农业灌溉效率提高，并且集约节约优先供水给优质耕地，逐步退出部分低质量耕地，使得用水效率得到提高。

针对以上研究成果，实现水资源的科学规划、合理配置和可持续利用是保障经济和可持续发展的基础，合理的政策导向是提高水资源承载力较为直接的方法。