京津冀城市群水资源循环经济发展的障碍因子分析

杨 静，荆 平 ，高 蝶,2，曹慧博

(1.天津师范大学地理与环境科学学院，天津 300387；2.天津师范大学天津市水资源与水环境重点实验室，天津 300387)

水资源是人类社会得以存在与发展的基础资源之一[1]。近年来，京津冀城市群人口高度密集、工农业用水量激增，加之水量供应季节差异大，导致水资源短缺和水环境污染等问题日益突出。同时，京津冀城市群作为水资源安全保障难度最大、水资源承载压力最大的地区之一，水资源约束已成为制约京津冀城市群可持续发展的重要因素[2]。循环经济作为可持续发展的重要保障[3,4]，对城市群的持续发展和生态文明的建设产生推动作用。循环经济不同于以往的单向线性开放式的传统发展模式，其本质是一种环境友好型的生态经济，是以物质资源的循环高效利用为基础，以减量化、再利用、再循环为原则，实现物质资源的自循环运转过程，从而实现经济效益、环境效益和社会效益的共赢[5-7]。随着循环经济的迅速发展，部分学者将循环经济的理论引入到了水资源的研究中[8]，水资源循环经济仍遵循上述原则，是将自然生态系统中水的运动应用于经济系统[9]，从而实现“水资源-水资源开发利用-水资源回收处理-水资源”的运行过程[10]。虽然学者对循环经济的概念和原则等认识差异不大，但对其评价体系的构建却不尽相同[11]。由于循环经济涉及经济、社会、生态环境等3个方面，因此，有基于经济效益、资源减量化、资源再利用、资源环境来构建指标体系的[12,13]；有以经济发展水平、资源环境水平、循环经济发展水平等方面选取指标体系的[14]。总之，建立一套能全面反映经济、社会和生态环境的评价指标体系，为城市群循环经济发展障碍因子的诊断提供了保障。

京津冀城市群由北京市、天津市及河北省的11个地级市组成，是中国经济的核心区域[15-17]。在水资源压力不断增大的情况下，促进京津冀城市群水资源循环经济的发展，需厘清京津冀城市群水资源循环利用过程中的阻碍因素，对其障碍因子进行诊断。对京津冀城市群水资源障碍因子的诊断分析不仅可以提升水资源的利用效率与水平，促进水资源可持续发展，还可为城市群水资源的合理利用提供针对性的依据和参考，实现充分的水资源管理，有效提高水资源循环经济的发展水平。因此，本文从循环经济视角，构建京津冀城市群水资源循环经济综合评价指标体系，运用熵权法和障碍度模型对2012-2016年京津冀13个城市水资源循环利用的障碍因子进行诊断分析，最后采用ArcGIS进行空间可视化分析，旨在更好地把握循环经济发展状况，为相关政策的实施提供理论依据。

1 研究方法与数据来源

1.1 指标选取与数据来源

1.1.1 水资源循环经济综合评价指标体系构建

根据科学性、数据可得性、可量化及综合性原则，本文从京津冀城市群水资源供给和排放利用情况两个角度考虑，通过相关指标的筛选组合，将京津冀城市群水资源循环经济综合评价指标体系分为4类22个指标。准则层包括供水指标、用水指标、排水指标和再生回用指标等4个大类，其中，供水指标包括5个指标，用水指标包括7个指标，排水指标包括3个指标，再生回用指标包括7个指标，由此构建了京津冀城市群水资源循环经济综合评价指标体系(见表1)。

表1 京津冀城市群水资源循环经济综合评价指标体系Tab.1 Comprehensive evaluation indexes system of water resources circular economy to Beijing-Tianjin-Hebei urban agglomeration

1.1.2 数据来源

研究数据主要来自2013～2017年《中国统计年鉴》、《中国环境统计年鉴》、《中国城市建设统计年鉴》、《北京市水资源公报》、《天津市水资源公报》、《河北省水资源公报》等有关京津冀城市群的统计年鉴和公报。

1.2 研究方法

为促进京津冀城市群经济发展、社会进步和环境保护之间的可持续发展，需对京津冀城市群的水资源循环经济发展水平进行综合评价，主要步骤为：运用熵权法对评价指标的原始数据进行处理，得到准则层和指标层的权重，为进一步找出影响京津冀城市水资源循环利用的障碍因子，本文采用障碍度评价模型对其进行研究，便于提出针对性的管理调控措施。

1.2.1 熵权法

熵权法(Entropy Weight Method，EWM)最早由Shannon和Weaver提出[18]，是根据指标变异性的大小来确定客观权重。通常而言，通过熵权法确定权重时，某个指标的熵值与其提供的有效信息量及其权重成反相关，即某个指标的熵值越大，意味着该指标的变异程度越小，提供的有效信息量越少，该指标的权重也越小。熵权法作为一种客观赋权的方法[19]，几乎不受主观因素的影响，有效弥补人为原因造成的结果不准确性[20]，使计算结果更加真实可靠。运用信息熵反映数据本身的效用值来计算评价指标的权重系数，可使权重的确定更符合数据的客观属性。步骤如下：

(1)数据标准化。采用极值标准化方法对各项数据进行标准化处理[21]，设有m个评价对象，n个评价指标，则原始数据矩阵为X=(xij)(m×n)：

(1)

对各指标数据进行标准化处理，得到矩阵为R=(rij)(m×n)：

(2)

式中：rij表示第i个评价对象在第j个评价指标上的标准值，且rij∈[0,1]；

(3)

(4)

(2)确定熵值。

数学知识具有较强的实用性，在小学数学教学中，为更好的渗透抽象思想，教师需为学生提供恰当的学以致用机会，使其体会到数学知识在实际生活中的价值和作用，让他们在后续深入学习中形成正确的认知态度，并养成良好的学习习惯。小学数学教师可以通过对定理、公式的讲解主动渗透抽象思想，让学生对数学概念的认知由表层逐步上升至深层，深化理解理论知识，而且他们在实践活动中有助于对抽象思想的熟练应用，真正实现学以致用。

(5)

(3)确定指标权重。

(6)

式中：Wj表示第j项指标的权重；gj表示第j项指标的差异系数，且定义gj=1-ej。

1.2.2 障碍度评价模型

京津冀城市群水资源循环利用状况的评价中，不仅要对京津冀水循环水平进行测度，还要了解不同地区在水资源循环利用过程中的阻碍因素。因此，本文引入障碍度模型，对京津冀城市群水资源循环经济发展状况展开研究，探寻其阻力因素。此模型通过计算因子贡献度、指标偏离度和障碍度3个指标进行分析[22-24]，具体公式如下：

(1)因子贡献度Fj。即单个因素对总目标的贡献程度[24,25]。

Fj=Wj∑Pij

(7)

式中：Wj为第j项指标的权重；pij表示第i个评价对象在第j个指标下的贡献度。

Tij=1-rij

(8)

式中：rij为单项指标的标准化值。

(3)障碍度Oij、Uij。分别表示单项指标和准则层指标对水资源循环利用的影响程度[24,26]。

(9)

Uj=∑Oij

(10)

式中：Oij表示第i个评价对象在第j个单项指标下对水资源循环利用的障碍度；Uj表示第i个评价对象在第j个准则层指标下对水资源循环利用的障碍度。

2 结果与讨论

2.1 结 果

通过熵权法的计算，可以得出2012年京津冀13个城市各项指标的熵值、差异系数和权重，具体如下(见表2) 和2012-2016年京津冀城市群水资源循环利用准则层权重(见表3)。2013-2016年各项指标的熵值、差异系数和权重的计算方法与此相同。

表2 2012年评价指标层的熵值、差异系数和权重Tab.2 Entropy value,difference coefficient and weight of indexes in 2012

表3 2012-2016年京津冀城市群水资源循环利用情况准则层权重Tab.3 Beijing-Tianjin-Hebei urban agglomeration water recycling situation criteria layer weight from 2012 to 2016

据障碍度评价模型可计算2012年准则层对京津冀城市群水资源循环利用的障碍度(见表4)，2013-2016年准则层对京津冀城市群水资源循环经济发展的障碍度依此计算可得。

2.2 讨 论

2.2.1 指标层障碍因子

为探究京津冀城市群水资源循环利用的障碍度，就指标层各数据指标障碍度进行测算，厘清循环经济发展过程中的障碍因子，并将其制成折线图(见图1)，同时，通过障碍度计算筛选出2012-2016年京津冀13个城市的前3位显著障碍因子(见表5)。由表5可知，工业废水排放量(C14)、排水管道长度(C15)和人均日生活用水量(C12)等3项指标，在京津冀城市群前三位障碍因子中分别出现29次、29次和25次，故可将这3项指标作为2012-2016年影响京津冀城市群水资源高效循环利用的主导障碍因素。促进产业结构优化、发展地区社会经济、完善基础设施建设以及提高节水意识，对实现水资源循环高效利用具有指导性的意义。结合图1及表5，2012-2016年京津冀13市的障碍因子总体变动不大，其中，北京地区的主导障碍指标为工业废水排放量(C14)和排水管道长度(C15)；天津比较明显的障碍指标是供水总量(C1)和新水取用量(C5)；而河北省的主要障碍因子为工业废水排放量(C14)、排水管道长度(C15)、再生水利用量(C20)以及节约用水量(C22)，具体来说，石家庄、唐山、邯郸和邢台的主导障碍因子为排水管道长度(C15)和再生水利用量(C20)，其中，邯郸和邢台的主要障碍因子还有工业废水排放量(C14)，另外，节约用水量(C22)对张家口和保定等城市的影响较大，有些指标如居民生活用水量(C10)和污水处理率(C19)等对各个城市的障碍度都较小。

表4 2012年准则层对京津冀城市群水资源循环利用的障碍度Tab.4 The obstacle degree of water resource recycling in Beijing-Tianjin-Hebei urban agglomeration in 2012

2.2.2 准则层障碍因子

通过计算准则层对京津冀城市群水资源循环经济发展的障碍度，并按主导障碍分为以下4种类型：供水主导型、用水主导型、排水主导型和再生回用主导型。各准则层指标对京津冀城市群水资源循环利用的障碍度影响各不相同，就北京、石家庄和邢台而言，用水指标和排水指标的障碍度波动增长，供水指标和再生回用指标的障碍度逐渐下降；天津的供水指标和排水指标的障碍度呈增长趋势，用水指标和再生回用指标的障碍度呈下降趋势；而河北其他地区的供水指标和用水指标的障碍度波动增长，排水指标和循环利用指标的障碍度逐渐下降。

表5 2012-2016年京津冀城市群各市前三位显著障碍因子Tab.5 Top 3 significant obstacle factors in the Beijing-Tianjin-Hebei city cluster during 2012-2016

图1 2012-2016年指标层指标障碍度Fig.1 The index obstacle degree in index layer from 2012 to 2016

2012-2016年部分城市的主导障碍没有变化，其中，北京、沧州、衡水从2012-2016均为排水主导型，天津五年均为供水主导型，廊坊为用水主导型，保定和唐山均为再生回用主导型，结合相关计算结果，说明这些城市单准则层指标对障碍度影响较大且较为持续。也有部分城市的主导障碍发生了变化，如石家庄除了2015年为供水主导型，其他均为再生回用主导型，承德为供水主导型和用水主导型，秦皇岛、邯郸、邢台在2012-2016年主要为排水主导型和再生回用主导型，反映了这些城市受双准则层指标的影响较大。张家口受三准则层指标的影响均较大，即受供水、再生回用和排水的影响均较大，而用水指标的影响亟待提升。

3 结 论

京津冀城市群水资源循环经济的发展在缓解城市群水资源短缺的同时，还可减轻对水环境的破坏，带来可观的社会效益、经济效益和环境效益，具有一定的现实意义。将京津冀城市群水资源循环经济系统划分为供水、用水、排水和再生回用4个维度，建立了京津冀城市群水资源循环经济综合评价指标体系，使用熵权法赋权，有效客观地确定了指标权重，避免人为主观性的影响，实现了京津冀城市群水资源循环经济障碍因子的诊断与分析。

根据水资源循环经济发展的障碍度，将京津冀城市群分为供水主导型城市、用水主导型城市、排水主导型城市和再生回用主导型城市。北京为排水主导型城市；天津为供水主导型城市；河北省则四种类型均有，且部分城市处于波动变化之中。

工业废水排放量、排水管道长度和人均日生活用水量等3项指标是2012～2016年影响京津冀城市群水资源高效循环利用的主导障碍因素；不同地区受不同障碍因子的影响，北京的障碍因子主要为工业废水排放量和排水管道长度，天津的障碍因子主要为供水总量和新水取用量，河北的主要障碍因子为工业废水排放量、排水管道长度、再生水利用量以及节约用水量。

依据障碍因子分析结果，北京和河北的主要城市应严格实行工业污水达标排放，并积极推行污水排放总量控制，降低工业污水排放量，同时不断加强管网建设，提高再生水的回收利用率，并在河北的众多城市中推广节水用具，加强节水教育宣传力度；对于天津市而言，则应积极促进海水淡化，扩源节流，提高水资源利用率，降低新鲜水的需求。

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