基于水贫困指数的黑龙江省水资源安全评价

陈思元，王思聪，梁契宗，聂堂哲，刘 武

(1.黑龙江大学 水利电力学院，黑龙江 哈尔滨 150080；2.华北水利水电大学 水利学院，河南 郑州 450046；3.黑龙江省水文水资源中心，黑龙江 哈尔滨 150001)

黑龙江省位于我国东北部，有松花江、黑龙江、乌苏里江、绥芬河四大水系[1]。其水资源呈现“四少四多”的特点：春季少，夏秋季多；腹地少，过境多；平原区少，山丘区多；发达地区少，欠发达地区多[2]。特别是近年来随着经济发展加快，部分地市开始出现水资源短缺等水安全问题，引起相关水资源管理人员的重视[3]。

2002年，英国学者沙利文提出水贫困指数(WPI, Water Poverty Index)的概念，指出该指数是定量评价国家或地区相对缺水程度的指标，也是关于水资源安全评价管理的综合性指标[4]。水贫困指数的值越大，表明所评价地区的水资源状况越好[5]。目前国内对水贫困指数的研究主要侧重于应用层面，即基于水贫困指数对不同尺度的流域和区域的实证研究，主要涉及我国七大流域[6-7]、东北地区[8-9]、西北地区的研究等[10-11]。应用此法评价黑龙江省水资源安全状况，为实现水资源可持续开发利用与保护提供相应科学依据和决策参考。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

数据来源于2013—2017年的《黑龙江省水资源公报》[12]和《黑龙江统计年鉴》[13]。

1.2 研究方法

1.2.1 评价指标选取

水贫困指数由潜在水资源状况(R, Resources)、供水设施状况(A, Access)、利用能力(C, Capacity)、使用效率(U, Use)及环境状况(E， Environment)5个分指数组成。根据黑龙江省的实际情况，对5个分指数分别选取对应的评价指标，见表1。

1.2.2 数据标准化处理

对于正向评价指标(即对黑龙江省水资源安全有积极作用的指标)，计算见式(1)：

(1)

式中：i为评价指标；ri(x)为指标的归一化值；xi为第i项指标值；ximax为第i项指标的最大值；ximin为第i项指标的最小值。

对于负向评价指标(即对黑龙江省水资源安全有消极作用的指标)，计算见式(2)：

(2)

1.2.3 权重确定

采用熵值法计算权重，具体计算步骤如下[14]。

表1 基于水贫困指数的黑龙江省水资源安全评价指标

建立评价对象指标集rij(x)，从基准年信息汇总可分别求出各指标所占的比重Pij如式(3)。

(i=1,2,…,m;j=1,2,…n)

(3)

式中：j为评价对象；m为评价指标个数；n为评价对象个数。

根据Pij计算其熵值ei如式(4)。

(4)

计算指标的差异系数gi如式(5)。

gi=1-ei

(5)

计算各评价指标的权重wi如式(6)。

(6)

计算第i个评价对象的区域综合评价值Si，由此计算出5个分指数R、A、C、U、E和WPI如式(7)。

(7)

1.2.4 水资源安全评价级别标准确定

参考相关文献并根据黑龙江省的实际情况，确定基于水贫困指数的黑龙江省水资源安全评价级别标准，见表2[15]。

表2 基于水贫困指数的黑龙江省水资源安全评价级别标准

2 结果与分析

2.1 结果

采用熵值法计算2013—2017年黑龙江省13个地市水资源安全评价指标权重见表3。

表3 2013—2017年黑龙江省13个地市水资源安全评价指标权重

在此基础上计算2013—2017年黑龙江省13个地市水贫困指数计算结果见表4。

表4 2013—2017年黑龙江省13个地市水贫困指数计算结果

2.2 分析

2.2.1 黑龙江省整体情况分析

由表2和表4可见，2013—2017年黑龙江省WPI平均值为0.54，所处级别为“基本安全”。同时还可以看出5个分指数所处级别差异明显，分指数R、A平均值分别为0.31、0.25，所处级别均为“不安全”，且全省绝大多数地市所处级别均为“不安全”“极不安全”；分指数C、U、E平均值分别为0.44、0.74、0.80，所处级别分别为“基本安全”“安全”“非常安全”，且全省绝大多数地市所处级别均为“基本安全”“安全”“非常安全”。

2.2.2 黑龙江省各地市情况分析

分指数R：哈尔滨市最高(0.56)，所处级别为“基本安全”；七台河市最低(0.01)，所处级别为“极不安全”。除哈尔滨市、牡丹江市、黑河市、大兴安岭地区4个地市所处级别为“基本安全”外，其余9个地市所处级别均为“不安全”“极不安全”。

分指数A：齐齐哈尔市最高(0.69)，所处级别为“安全”；大兴安岭地区最低(0.02)，所处级别为“极不安全”。除哈尔滨市、齐齐哈尔市、绥化市3个地市所处级别为“基本安全”“安全”外，其余10个地市所处级别均为“不安全”“极不安全”。

分指数C：大庆市最高(0.80)，所处级别为“非常安全”；鹤岗市最低(0.21)，所处级别为“不安全”。除齐齐哈尔市、鸡西市、鹤岗市、双鸭山市、佳木斯市5个地市所处级别为“不安全”外，其余8个地市所处级别均为“基本安全”“安全”“非常安全”。

分指数U：大兴安岭地区最高(0.92)，所处级别为“非常安全”；佳木斯市最低(0.43)，所处级别为“基本安全”。全省13个地市所处级别均为“基本安全”“安全”“非常安全”。

分指数E：大兴安岭地区最高(0.98)，所处级别为“非常安全”；哈尔滨市最低(0.24)，所处级别为“不安全”。除哈尔滨市1个地市所处级别为“不安全”外，其余12个地市所处级别均为“安全”“非常安全”。

WPI：黑河市最高(0.64)，所处级别为“非常安全”；鹤岗市最低(0.43)，所处级别为“极不安全”。鸡西市、鹤岗市、双鸭山市、佳木斯市5个地市R、A、C三个分指数所处级别均为“不安全”“极不安全”，进而其水贫困指数所处级别也均为“不安全”“极不安全”；哈尔滨市R、A、C三个分指数所处级别均为“基本安全”“安全”，进而其水贫困指数所处级别为“安全”；齐齐哈尔市、大庆市、伊春市、七台河市、牡丹江市、黑河市、绥化市、大兴安岭地区8个地市U、E两个分指数所处级别均为“安全”“非常安全”，进而其水贫困指数所处级别也均为“基本安全”“安全”“非常安全”。

同时还可以看出，R、A、C三个分指数主要反映的是水资源人工开发方面的情况，数值越高说明该地区水资源得到充分开发，如哈尔滨市、齐齐哈尔市等；反之则说明该地区受经济条件等因素制约，水资源没有得到充分开发利用，如鹤岗市、七台河市等。U、E两个分指数主要反映的是水资源自然本底方面的情况，数值越高说明该地区水资源保护情况较好，如大兴安岭地区、黑河市等；反之则说明该地区受人为等多重因素影响，水资源所处生态环境遭到破坏，如哈尔滨市、佳木斯市等。

3 结 论

2013—2017年黑龙江省水贫困指数平均值为0.54，所处级别为“基本安全”；黑河市、大兴安岭地区、牡丹江市水贫困指数平均值分别为0.64、0.63、0.62，所处级别为“非常安全”；哈尔滨市、齐齐哈尔市、大庆市、伊春市、绥化市水贫困指数平均值分别为0.56、0.55、0.55、0.55、0.55，所处级别为“安全”；七台河市水贫困指数平均值为0.50，所处级别为“基本安全”；双鸭山市、鸡西市、佳木斯市水贫困指数平均值分别为0.48、0.45、0.45，所处级别为“不安全”；鹤岗市水贫困指数平均值为0.43，所处级别为“极不安全”。

目前黑龙江省水资源安全状况总体较好，但其水资源安全也存在供需严重不平衡的问题，即经济发展水平较高的地市(如哈尔滨市、齐齐哈尔市、大庆市)所需水资源量明显提升，导致其水资源供需失衡；反之，水资源条件较为优越的地市(如大兴安岭地区、黑河市)经济较为落后，水资源还未达到足够的开发效果。针对该问题，今后有必要在基于水贫困指数的基础上继续建立相关的数学模型，分析黑龙江省水资源安全状况与其经济发展的关联程度，从而更好地促进黑龙江省水资源的合理开发与利用。