河南省水资源利用效益的时空演化及障碍因子分析

关键词：水资源利用；时空演化；综合指数法；障碍度模型；河南省

0引言

水是生命之源，是人类赖以生存和发展的物质基础。随着经济社会快速发展，水资源供需矛盾不断加剧，推进水资源节约集约利用有利于实现经济高质量发展。如果仅追求经济效益最大化，而忽视生态和社会效益，则会导致生态环境状况恶化。因此，建立健全水资源利用效益评价体系，对于解决水资源供需矛盾具有重要的现实意义。

目前，国内外关于水资源利用效率／效益的研究成果较多，国外主要集中在影响因素、效率评估等方面，例如：Lombardi等采用数据包络法分析探究了意大利水行业的影响因素：Gabriel等利用模拟数据，评估了亚马孙河流域水资源利用效率，认为其呈现季节性特征；Byrnes等利用DEA模型，分析了澳大利亚东南部城市的水资源利用效率。国内研究主要集中在影响因素、时空分析等方面，例如：陆建红等采用TOPSOS法，探讨了郑州市水资源利用效益影响因素，认为生态效益的增长对水资源综合效益具有促进作用；焦士兴等运用数据包络分析法研究了安阳水资源利用效率，认为产业结构优化调整提升了水资源利用效率：秦尊文等利用探索性空间数据分析方法，探究了长江经济带水资源利用效率影响因素．指出经济发展水平有正向影响、城市发展水平有反向影响：王敏等利用数据包络模型等方法，探讨了黄河流域九省（区）水资源利用效率时空演变特征，认为区域差异显著；朱俊海等利用基尼系数等方法，分析了陕西省水资源利用效益空间格局，认为水资源配置应充分考虑降水量的分布。

综上所述，国内外关于水资源利用效率／效益研究成果颇丰，但针对河南省研究相对较少。河南省是我国水资源严重短缺的省份之一，水资源供给能力不能满足经济社会快速发展需求．因此研究水资源利用效益并分析其障碍因子具有重要意义。本文构建河南省水资源利用效益评价指标体系，采用客观赋权法和综合指数法评价水资源利用效益，运用ArcGIS 10.8软件分析其空间演化趋势，并探讨其障碍因子，以期为制定用水政策、调整用水结构和建设节水型社会提供参考。

1数据来源与研究方法

1.1评价指标体系构建和数据来源

在遵循科学性、系统性、层次性、独立性等原则基础上，参考魏轩等的研究成果，从生态效益、经济效益、社会效益3个方面，选取9个代表性指标，构建河南省水资源利用效益评价指标体系，见表1。

本文所用水资源总量数据来源于2010-2021年《河南省水资源公报》，万元GDP用水量、万元工业增加值用水量和亿元农业总产值用水量通过计算获得，其他数据来源于2011-2022年《河南统计年鉴》，部分缺失数据采用插值法弥补。

1.2研究方法

1.2.1综合指数法

综合指数法可用来反映水资源、生态、经济、社会等综合效益的整体状况。采用极值化法进行数据标准化处理，利用变异系数法确定指标权重，进而确定系统综合效益指数，计算公式为

1.2.2重心移动距离

本文利用重心移动距离法揭示水资源利用效益指数的空间演变趋势，计算公式为

1.2.3障碍度模型

利用障碍度模型确定影响水资源利用效益的障碍因子，计算公式为

2结果与分析

2.1河南省各市水资源利用效益指数时序变化

河南省各市水资源利用生态、经济、社会、综合效益指数见表2。安阳生态效益指数增长最为明显，商丘小幅度降低。近年来，安阳在生态保护方面取得了一些进展，如污水处理率从2010年的97.96%增长至2021年100%，污水排放量从8485万m3降至6960万m3，城市建成区绿化覆盖率则从37.5%增长至42.4%。商丘生态效益指数下降0.004，主要受城市建成区绿化覆盖率降低的影响（从2010年的38.2%降为2021年的21.5%）。

商丘经济效益指数增幅最大，平顶山增幅最小。商丘在研究期出台一系列政策措施，从产业、产品等多方面激发市场活力，投资规模持续扩大，推动经济稳定增长，人均GDP从2010年1.51万元增至2021年3.98万元：平顶山增长幅度最小，主要受亿元农业总产值用水量变化趋势不稳定影响，经济回升面临着居民消费、企业投资意愿不强和部分中小微企业经营困难等问题。

濮阳社会效益指数增幅最大，鹤壁降幅最大。濮阳在城市建设等方面投入加大，其中城市建成区供水管道密度有所提升，自来水普及率从2010年的90.6%增至2021年的100%。鹤壁降幅最大，原因是城市建成区供水管道密度、人均日生活用水量降低（分别从2010年的10.71km/km2、137.00L降至2021年的9.44km/km2、79.62L），且面临着畜牧业生产恢复缓慢、制造业投资下滑、建筑业市场萎缩等的问题。

安阳综合效益指数增幅最大，平顶山增幅最小。主要原因是安阳生态效益指数增幅值最大（0.53），位于全省第一位，其得益于南水北调工程的实施，2015年12月之后南水北调工程向该市供水量稳步上升：平顶山降水量南多北少、西多东少．且面临着农业用水粗放，节水灌溉面积、再生水利用、公共供水覆盖不足等问题。

河南省生态效益、经济效益、社会效益和综合效益指数均呈波动上升趋势（见图1）。生态效益指数在2011年、2012年、2019年有所下降，主要原因是受降水、径流年际变化影响，2011年、2012年、2019年降水量分别较前一年减少12.5%、17.8%、29.9%，较多年均值分别减少4.6%、21.5%、31.4%。经济效益指数在2015年小幅下降，主要原因是受万元GDP用水量、万元工业增加值用水量、亿元农业总产值用水量增加的影响。社会效益指数持续小幅稳定增长。河南省经济效益指数增长幅度最大，其次是生态效益指数，社会效益指数增长幅度最小；综合效益指数在2012年、2015年小幅下降，主要原因是受生态、经济效益指数下降影响。

2.2河南省水资源利用效益指数重心空间变化

利用式（7）～式（9），计算河南省水资源利用生态、经济、社会、综合效益指数的重心坐标和重心移动距离，运用ArcGIS 10.8软件绘制重心迁移图（见图2）。

河南省生态效益指数重心分布在郑州和许昌，整体呈现向东南迁移趋势（2020-2021年向西北迁移），见图2（a）。2011-2017年驻马店、信阳以及2020年信阳、周口、驻马店生态效益指数增幅较大，重心呈现向东南迁移趋势，年均移动距离分别为17.94、16.81km。2021年重心向西北迁移45.58km，主要受郑州“7·20”特大暴雨影响，鹤壁、安阳、濮阳、焦作和郑州降水量骤增。

河南省经济效益指数重心基本分布在郑州和许昌，呈现向东迁移趋势，见图2（b）。2010-2014年漯河、商丘和周口经济增长幅度较大，经济重心整体向东迁移，年均移动距离为15.55km。2017年驻马店、周口和商丘以及2021年南阳、信阳、周口和开封增幅较大，重心分别向东南迁移13.60、3.64 km;2018年新乡、焦作和商丘增幅较大，重心向东北迁移3.35km。

河南省社会效益指数重心分布在郑州和许昌，呈现向东北迁移趋势，见图2（c）。2014年驻马店和商丘社会效益指数增幅较大，重心向东北迁移，年均移动距离为10.39km；2016-2017年、2019年濮阳等社会效益指数增幅较大，重心向东北迁移，年均移动距离分别为14.17、17.47km;2018年济源、焦作、安阳、周口、开封社会效益指数增幅较大，重心向东北迁移5.38km。

河南省综合效益指数重心均分布于郑州和许昌，呈现向东北迁移趋势，见图2（d）。2014年商丘、周口和开封综合效益指数增幅较大，重心向东迁移17.51km；2015-2020年，濮阳、开封、鹤壁和新乡综合效益指数增幅较大，重心整体呈向东北迁移趋势，年均移动距离为6.82km。

2.3河南省水资源利用效益障碍因子

利用式（10）、式（11），计算河南省18个地级市水资源利用效益各指标的障碍度，找出其中障碍度较大的前4个障碍因子（见表3）。按照障碍度大小，将河南省水资源利用效益障碍等级划分为极低[0，10%）、低[10%，20%）、中低[20%，30%）、中[30%，40%）、中高[40%，50%）、高[50%，60%）、极高[60%，100%]7个等级。

污水处理率（Ai）是鹤壁、漯河、周口的第一大障碍因子，这3个市前四大障碍因子障碍度之和分别为34.7%、28.7%、34.3%，障碍等级分别为中、中低、中。鹤壁污水处理率从2010年的83%增至2021年的100%，漯河从2010年的64.77%增至2021年的100%，周口从2010年的75%增至2021年的99.7%，污水处理率均值分别位于全省第17、14、15位。

建成区绿化覆盖率（A3）、万元GDP用水量（B1）分别是开封、信阳的第一大障碍因子，这2个市前四大障碍因子障碍度之和分别为34.9%、31.3%，障碍等级均为中。开封的建成区绿化覆盖率从2010年的34.4%升至2021年的45.5%，而信阳的万元GDP用水量从2010年的157.69m3降至2021年的55.68m3．均值分别位于全省第17、2位。

万元工业增加值用水量（B2）是洛阳、平顶山的第一大障碍因子，这2个市前四大障碍因子障碍度之和分别为27.1%、33.8%，障碍等级分别为中低、中。洛阳万元工业增加值用水量从2010年的62.34m3降至2021年的26.38m3；2011-2021年，平顶山万元工业增加值用水量始终位于全省前4位（2010年位于第7位），2021年虽降至24.04m3，但仍居全省首位。

亿元农业总产值用水量（B3）是安阳、新乡、焦作、濮阳、济源的第一大障碍因子，这5个市前四大障碍因子障碍度之和分别为27.9%、35.8%、32.9%、45.1%、31.8%，障碍等级分别为中低、中、中、中高、中。安阳等5个地级市的亿元农业总产值用水量始终位于前六位（2010-2013年、2018-2021年均位于前五位），2021年安阳等5个地级市的亿元农业总产值用水量分别为170万、270万、270万、140万、210万m3，远高于河南省其他13个市。

城市建成区供水管道密度（C1）是许昌、三门峡的第一大障碍因子，人均日生活用水量（ C3）是郑州的第一大障碍因子，这3个市前四大障碍因子障碍度之和分别为26.2%、25.3%、26.8%，障碍等级均为中低。许昌建成区供水管道密度低且呈现明显的变化趋势，从2018年的7.09km/km2降至2021年的4.63km/km2;许昌等3个市的第一大障碍因子均值分别位于全省第17、16、16位。

自来水普及率（C2）是南阳、商丘、驻马店的第一大障碍因子，这3个市前四大障碍因子障碍度之和分别为61.8%、45.3%、31.1%，障碍等级分别为极高、中高、中。南阳等3个市的自来水普及率2010年、2012-2015年、2017年位于全省后三位，2011年、2016年居于全省后五位，2019-2021年虽有所提升但仍有很大提升空间。

3结论与建议

1）河南省各地级市水资源综合利用效益指数均呈波动上升趋势，其中：生态效益指数安阳增幅最大、商丘降幅最大，经济效益指数商丘增幅最大、平顶山增幅最小，社会效益指数濮阳增幅最大、鹤壁降幅最大。安阳、商丘、濮阳等增幅较大城市应保持良性发展趋势，商丘、平顶山、鹤壁等增幅较小或有所下降的城市应当完善水资源保护体系和城市绿化工程，加大对工业污水排放的评估、监测．管控力度。

2）河南省水资源利用综合效益指数重心分布于郑州和许昌，呈现向东北方向迁移趋势。生态效益指数、经济效益指数、社会效益指数重心均分布在郑州和许昌，分别呈现向东南、东、东北迁移趋势。综合效益重心迁移区域生态效益等指数增幅较大，非迁移区域应加强水资源利用基础设施和灾害预防设施建设，培养居民节水意识，推广应用节水技术和设施，对城市用水量进行管控，努力提升水资源利用效益。

3）河南省水资源利用效益主要障碍因子区域差异明显。污水处理率、万元工业增加值用水量、亿元农业总产值用水量、城市建成区供水管道密度、自来水普及率分别是鹤壁等3市、洛阳等2市、安阳等5市、许昌等2市、南阳等3市第一大障碍因子；城市建成区绿化覆盖率、万元GDP用水量、人均日生活用水量分别是开封、信阳、郑州第一大障碍因子。鹤壁等地级市要针对水资源利用的主要障碍因子，优化产业结构，发展循环经济，严格落实废弃物无害化处理，不断推进城市建成区供水管道工程建设，综合高效利用水资源，逐步提升水资源利用效率。