基于熵权TOPSIS 模型的黑龙江省水资源承载力评价研究

崔丽影，钱 龙

（东北石油大学经济管理学院，黑龙江 大庆 163318）

水资源是人类赖以生存的自然资源，也是人类社会和经济发展过程中不可替代的战略资源，水资源承载力是评价地区可持续发展的重要指标，水资源的安全影响着地区社会、经济及生态环境的协调发展。随着我国工农业的快速发展及城镇化进程的加快，水资源在各个领域得到了应用，水资源短缺、水环境污染及水生态系统退化问题等[1-2]也因此逐渐出现。党的二十大报告强调，要统筹水资源、水环境、水生态治理。国家也出台了一系列政策举措以推进水资源可持续发展，如《中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定》《关于建立资源环境承载能力监测预警长效机制的若干意见》《地下水保护利用管理办法》等，基于此，本文借鉴采用熵权TOPSIS 模型，构建评价指标体系，研究黑龙江省12 市水资源承载力，为黑龙江省水资源开发利用及可持续发展提供科学依据。

1 研究区概况

黑龙江省总面积为4.73×105km2，地处我国东北部，处在松花江、黑龙江、乌苏里江、绥芬河四大水系组成的流域，气候以温带季风气候为主。2021 年，全省GDP 为14 858.2 亿元，总人口约为3 125 万人，人口自然增长率为-5.11‰，城镇化率为65.7%，森林覆盖率为43.8%，平均年降水量647.7 mm，水资源总量1 196.28亿m3，地表水资源量1 020.53 亿m3，地下水资源量362.70 亿m3，全省用水量达324.37 亿m3，水资源利用率为27.11%。作为我国的农业大省和重要的粮食生产基地，农业灌溉大量耗用地下水资源，结合黑龙江省独特地形和地势特征，水资源存在时空分布不均、年内年际变化较大及开发利用不合理等问题。

2 研究设计

2.1 评价指标体系构建及数据来源

本文以黑龙江省为研究对象，参考现有文献研究[3-5]的基础上，构建了包含水资源、经济、社会和生态环境4 个子系统共20 个评价指标在内的水资源承载力评价体系（见表1），对黑龙江省12 市的水资源承载力进行评价分析。研究数据主要来自于2013—2021 年《黑龙江省统计年鉴》、《中国城市建设统计年鉴》、《中国城市统计年鉴》、黑龙江省水资源公报、各市统计年鉴及国民经济和社会发展统计公报等，缺失数据采用插值法处理。

表1 黑龙江省水资源承载力评价指标体系

2.2 熵权-TOPSIS 模型

熵权法依据样本数据的离散程度确定指标权重，TOPSIS 模型通过测度各评价单元与正理想解、负理想解之间的距离进行排序，如果评价单元距离正理想解最近且距离负理想解最远，则为最优，否则不是最优。熵权TOPSIS 的步骤如下。

1）度量指标的标准化处理。根据指标指向性不同，进行统一的标准化处理公式，如式（1）和（2），式中i，j分别表示年份与第j个评价指标，dij为标准化后的数值。

2）计算第i年第j个承载力指标所占该指标的比重。

3）计算指标的信息熵ej和冗余值fj，其中k=1/lnm。

4）计算指标的熵权。

6）计算贴近度。Ci表示在第i个年份水资源承载力的大小，0≤Ci≤1，得分越高表示水资源承载力表现越好，得分越低则水资源承载力表现较差。

为了更直观评价黑龙江省12 市水资源承载力的差异，本文将贴近度划分为5 个等级：0≤Ci＜0.2 为警戒，0.2≤Ci＜0.4 为低级，0.4≤Ci＜0.6 为中级，0.6≤Ci＜0.8 为良好，0.8≤Ci＜1 为高级，不同等级表示水资源承载力的不同水平及人类活动与水资源协调发展情况。

3 评价结果分析

3.1 水资源承载力的综合评价分析

黑龙江省12 市2013—2020 年水资源承载力的综合评价结果见表2。结果表明：①整体上，黑龙江省水资源承载力处于低级等级。一方面，黑龙江省产业结构未得到全面优化，大部分地区以第一产业和第二产业为主，而2 个产业用水量占总用水量的90%以上，此外，黑龙江省城市污水处理率较低，2019 年居全国末位；另一方面，黑龙江省水资源开发利用不合理也是使水资源承载力处于低级水平的原因，如黑河和伊春水资源总量丰富，2015—2020 年平均水资源开发利用率却不到0.5%。②从地区角度分析，哈尔滨由2013 年中级过渡为2020 年良好等级，齐齐哈尔及牡丹江水资源承载力虽处低级等级但持续增长，大庆由2013 年中级滑为2015 年低级等级，此后保持增长态势，其他地区水资源承载力虽处低级或警戒等级，但也逐年递增。③黑龙江省水资源承载力存在明显的空间差异，研究期间内，齐齐哈尔水资源承载力提升较快，这主要与近年来《非居民用水超定额超计划累进加价制度》的有序实施，用水在线计量体系及用水单位的重点监管等有关，大庆水资源承载力排名下降但仍处于省内前列，大庆的经济发展依赖石油等能源的生产与消费，进而带来了较高的耗水量和污水排放量，用水压力大，水资源承载力下降。

表2 黑龙江省各地区水资源承载力评价结果

3.2 水资源承载力的子系统分析

黑龙江省2020 年各地区各子系统的评价值如图1 所示。从水资源子系统分析，牡丹江、黑河、齐齐哈尔3 座城市的水资源子系统承载力超过0.6；而大庆最低，小于0.2，大庆地区传统能源生产对水资源产生大量消耗和污染，进而导致水资源供需问题。从社会子系统分析，哈尔滨的评价值最高，在0.6 以上；绥化的评价值最低，小于0.2，绥化地区人口平均数在黑龙江省位居前列，且人均日生活用水量居高，对有限的水资源产生较大压力。从经济子系统分析，大庆的评价值最高，在0.4 以上；伊春的评价值最低，小于0.1，伊春人均GDP 较低且万元GDP 耗水量居高，水资源利用率低。从生态环境子系统分析，哈尔滨的评价值最高，达0.9 以上；牡丹江、鹤岗、双鸭山、七台河、伊春和黑河的评价值较低，小于0.2；哈尔滨全面实施生态环境分区治理，落实“三线一单”措施，加强水环境治理，对水资源承载力的影响也较大。综合来看，对黑龙江省水资源承载力贡献最大的系统为水资源子系统，其余依次为社会子系统、经济子系统和生态环境子系统。究其原因，黑龙江省水资源相对丰富，水资源总量及水库容量对水资源子系统的影响较大，进而对水资源综合承载力具有较大贡献；黑龙江省作为农业大省和东北老工业基地之一，农业产值密度较高，农业灌溉耗水量较大，工业生产耗水及污水排放量较多，社会经济发展一定程度上对水资源产生了压力，降低了水资源承载力。

图1 黑龙江省12 市2020 年各子系统水资源承载力评价结果

4 结论

本文对2013—2020 年黑龙江省水资源承载力进行分析，结果表明：①从整体上看，黑龙江省水资源承载力呈缓慢上升趋势，处于较差等级，主要与产业结构未得到全面优化、水资源开发利用不合理及污水处理率低有关；各地区的水资源承载力均呈上升趋势，但省际间存在差异。②从各个子系统来看，黑龙江省4 个子系统的承载力均呈现快速增长的趋势，但水资源子系统承载力高于社会子系统、经济子系统和生态环境子系统；各地区子系统水资源承载力均也呈现快速增长状态，但评价值存在差异性。