摘要：以长江经济带水资源承载力综合评价为中心，构建涵盖水资源、社会经济、生态等方面的水资源承载力综合评价指标体系。运用TOPSIS综合评价方法，测算研究了2007—2016年长江经济带11省市水资源承载力动态变化及区域差异，并利用ArcGIS10.2软件，可视化2007年与2016年长江经济带11省市水资源承载力等级分布。结果表明：2007—2016年长江经济带水资源承载力呈波动上升趋势，承载力水平基本维持在警戒和中级水平;经济发达的东段地区水资源承载力高于经济欠发达的中段和西段地区，近年来差距不断扩大;长江经济带11省市水资源承载力年均增长率位于前三的分别是贵州、上海和云南，而湖北、重庆、四川年均增长率为负值;长江经济带各省市水资源承载力整体水平仍较低，且各省市间水资源承载力均衡性差异并未随着时间推移而产生大的改观。
关键词：长江经济带;水资源承载力;TOPSIS模型
水是人类社会可持续发展的战略支撑条件之一，随着人口增长和城镇化进程加快，水资源短缺和水环境恶化已成为全球性问题。长江经济带横贯我国东、中、西部三大区域，涵盖上海、江苏、浙江、安徽、江西、湖北、湖南、重庆、四川、云南、贵州11个省市，其人口总数、地区生产总值、第三产业产值均超过全国的40%，现已成为中国经济实力最强、战略支撑作用最大的区域之一。然而长期粗放型增长方式和经济社会高速发展使得长江经济带水资源需求压力和水生态破坏压力并存，水资源需求由2007年的2478.8亿m3增加为2016年的2607.1亿m3，净增加128.2m3，该增加量相当于每年1/4个南水北调工程的调水总量。用水量占全国比重也由2007年的42.6%上升为2016年的43.2%，提升了0.6%。而废水、氨氮、化学需氧量等水体污染物排放量占全国比重分别由2007年的43.3%，40.7%，41.4%提升到了2016年的44.2%，47.3%，48.6%，水体污染与水生态破坏问题日益严重。长江经济带应如何立足流域水资源综合治理，实现经济社会发展与水资源可持续利用耦合协同，是当前迫切需要解决的重要课题之一。因此，科学评价长江经济带水资源承载力，分析其时空演变趋势及成因，对长江经济带制定科学有效的水资源承载力提升对策有重要参考价值。
目前水资源研究成果主要集中在水资源效率测度[1]、水资源开发利用[2]、水资源优化配置[3]以及水资源承载力测度[4]等方面，尤以水资源承载力更加值得深入研究。水资源承载力是指在某一具体的历史发展阶段下，以可预见的技术、经济和社会发展水平为依据，以社会可持续发展和水资源可持续利用为原则，以维护生态环境良性发展为条件，以水资源合理开发和配置为前提，水资源可支撑的特定区域社会、经济、生态环境协调发展的规模[5]。近年来，关于水资源承载力定性与定量研究均取得了丰富成果。研究重点集中在水资源承载力评价，研究内容包括水资源承载力定义[6]、水资源承载力指标体系构建[7]、水资源承载力预测[8]等。研究对象包括城市水资源承载力[9]、区域水资源承载力[10]以及流域水资源承载力评价等[11]。从研究方法来看，代表性的研究方法有投影寻踪评价模型[12]、系统动力学法[8]及主成分分析法[13]。上述研究在丰富水资源承载力相关理论的同时，也为水资源的综合利用提供了有效指导。其不足之处在于：(1)现有研究偏重于水资源承载力评价方法的研究，而理论研究有所不足;(2)多数研究集中于水资源承载力时间或空间单一维度，对水资源承载力时空差异关注较少。水资源承载力评价最终目的在于接近水资源承载力的最佳状态，远离水资源承载力的最劣状态，而TOPSIS法就是测度目标对象与正负理想解的距离。鉴于此，本文从水资源子系统—社会经济子系统—生态子系统3个联系紧密又相互作用的系统出发构建长江经济带水资源承载力评价指标体系，运用TOPSIS法实证测度评价水资源承载力，利用ArcGIS10.2软件绘制2007年与2016年长江经济带水资源承载力等级分布地图，可视化表达承载力测算结果，为长江经济带水资源综合治理提供依据，亦为区域水资源承载力研究提供参考。
1水资源承载力评价指标体系构建及数据来源
指标体系的构建通常分为两类，第1类是基于系统论的思想，将系统划分为既联系又独立的不同层次和要素构成的子系统;第2类是基于框架模型，如压力—状态—响应(PSR)、驱动力—压力—状态—影响—响应(DPSIR)、驱动力—压力—状态—影响—响应—管理(DPSIRM)等选取水资源承载力评价指标。充分的文献研究发现，两种方法都是将水资源系统作为一个内部各要素之间相互联系、相互作用的复杂大系统。指标选取上，都将影响水资源承载力的人口、资源、社会、经济与生态等指标考虑在内，切实反映水资源承载力研究中各组成部分的和谐共存关系。鉴于此，本文在参考《长江经济带生态环境保护规划》基础上，从水资源—社会—经济—生态等方面选取水资源承载力评价指标，综合考虑影响水资源承载力的多种因素，对长江经济带水资源承载力作出系统评价。本研究在参考大量有关水资源承载力评价文献[14-16]基础上，综合频度统计与理论分析方法选取使用频率较高的指标，同时考虑到数据的可获得性，力求做到既涵盖统计年鉴直接可查的指标，又涵盖根据年鉴数据计算而成的指标，尽可能体现指标的代表性、综合性和全面性，具体的指标体系见表1。
本文原始数据来源于2007—2016年的《水利发展统计公报》、《水资源公报》、《中国统计年鉴》，部分指标数据根据中国统计年鉴数据及各省统计年鉴数据计算而成。
2长江经济带水资源承载力评价方法———TOPSIS法
TOPSIS(TechniqueforOrderPreferencebySimilaritytoanIdealSolution)法是一种常见的基于多目标的评价方法，该方法在指标多少、样本含量和数据分布等方面都没有严格的限制和要求，且能够实现不同评价指标在同一年份之间的横向比较和同一评价指标在不同年份间的纵向比较[17]，原理是通过测度备选方案评价值与正负理想解的相对距离进行排序优选。TOPSIS法基本步骤如下：
2.1评价指标同趋势化
TOPSIS法进行评价时，要求所有指标变化方向一致(即所谓同趋势化)，一般将低优指标转化为高优指标，转化方法常用倒数法，即令原始数据中低优指标xij，通过变换而转化成高优指标。
3实证研究
为了具体考察长江经济带水资源承载力的区域差异，考虑到各地的水资源承载力与经济发展水平密切相关，因此将长江经济带划分为3个地区，分别为经济发达的东段地区(上海、江苏、浙江)、经济次发达的中段(安徽、江西、湖北、湖南)和西段地区(重庆、四川、贵州、云南)。
3.1长江经济带水资源承载力纵向评价及分析
利用式(4)并结合2007—2016年长江经济带11个省市数据，计算东段、中段、西段及长江经济带水资源综合承载力水平，数值越大，表明水资源承载力越强，评价结果见图1。图1直观显示，样本考察期内，长江经济带水资源承载力与东段、中段、西段地区水资源承载力水平保持相似的变化趋势，波动幅度较小，总体呈上升趋势。东段地区水资源承载力由2007年的0.419增加到2016年的0.611，增幅为45.7%;中段地区水资源承载力增幅最小，为0.8%;西段地区水资源承载力由2007年的0.459增加为2016年0.503，增幅为14%。可以将图1分成3个时间段：
第一段为2007—2009年，此时间段内东、中、西段水资源承载力呈下降趋势，因此长江经济带水资源承载力也呈下降趋势，由2007年的0.464下降为2009年的0.3345，下降幅度为25.6%，水资源承载力等级由中级降为警戒等级。结合表3，可以看出2007—2009年长江经济带11个省市中，只有上海市水资源承载力保持上升趋势，其余10个省市的水资源承载力都呈下降趋势。2007—2009年上海市经济增速放缓，2009年GDP增长率为6.94%，但其产业结构不断优化，2009年第三产业占比59.35%，经济发展带来了污水处理技术的普及，单位产值耗水与污染排放减少也是上海市水资源承载力提升的原因。2007—2009年长江经济带其余10省市，GDP增长率一直保持两位数增长，多省GDP增长率高达20%以上，万元GDP用水量比上海市高出2～5倍。高速增长的经济与水资源承载力协调能力较差，水资源消耗、浪费严重，用水效率和效益低，直接导致长江经济带水资源承载力逐年降低。
第二段为2010—2013年，此时间段内东、中、西段水资源承载力呈低值小幅度的波动趋势。东段、中段和长江经济带水资源承载力均呈小幅度波动下降趋势，分别由2010年的0.421，0.432，0.419下降为2013年的0.381，0.368，0.4，承载力等级均由中级水平降为警戒水平;西段水资源承载力呈小幅度波动上升趋势，由2010年的0.403上升为2013年的0.442，承载力等级由警戒水平上升为中级水平。虽然在经历2007—2009年水资源承载力大幅下降之后，长江经济带11省市出台了一系列综合治理水环境的对策措施，使得2010年水资源承载力小幅上升。但多年粗放型经济增长方式和“先污染后治理”老路对水资源造成的破坏，并非一朝一夕之功能彻底扭转的，这也是2010—2013年水资源承载力波动的原因之一。
第三阶段为2014—2016年，长江经济带11省市水资源承载力均呈较大幅度上升，东段水资源承载力显著高于中段、西段水资源承载力，2016年为0.685，已达优质水平。并且东段与中段、西段水资源承载力差距逐渐拉大。原因是水资源日趋匮乏制约社会经济发展的弊端日益显现，东部经济发达省份借助先发优势，在经济社会发展的同时更加注重水资源的集约高效利用，并投入大量资金用于绿色创新技术研发和生态环境治理，使得水资源承载力与经济社会发展和生态环境优化渐趋协调。而中段和西段省市经过多年开发建设，加之2012年后生态文明建设成果累积效应的显现，水资源承载力也渐趋稳定增长态势。但与东段地区相比，产业结构优化、资源利用效率、环保意识等差距短期内将一直存在，甚至是拉大，导致中、西段水资源承载力低于东段。
3.2长江经济带水资源承载力横向评价及分析
从均值看，2007—2016年长江经济带11省市水资源承载力平均值位列前三的分别是东段的浙江、中段的江西以及西段的重庆，其承载力均值分别为0.463，0.458，0.457，处于水资源合理使用阶段，承载力等级为中级。之后按照承载力平均值大小排名依次为：上海、江苏、四川、云南、湖南、湖北、贵州、安徽。11省市只有安徽省水资源承载力处于警戒状态，相关研究[19]表明，农业生产是安徽省水资源消耗量最大的产业，不合理的产业结构严重制约省内水资源安全，水资源紧缺程度十分严重，水资源处于不安全状态，制约着社会经济的发展。值得注意的是，湖北和贵州水资源承载力接近警戒状态，未来需重点关注。
从年均增长率看，长江经济带11省市水资源承载力年平增长率位于前三的分别是贵州省、上海市和云南省，增长率分别为11.41%，10.1%，9.14%;而湖北、重庆、四川年均增长率均为负值，分别为-0.97%，-1.03%，-1.18%。安徽省与湖南省水资源承载力年均增长率也较低，仅为1.41%和2.75%。
利用ArcGIS10.2软件绘制2007年与2016年长江经济带11省市水资源承载力等级空间分布图(图2)，空间分布图显示：上海水资源承载力由2007年的警戒等级上升为2016年的优质等级，上升幅度最大;江苏、浙江、湖南由2007年中级等级上升为2016年的良好等级;安徽、湖北、四川、重庆由2007年良好等级降为2016年的中级等级;江西、云南、贵州分别由2007年的警戒等级上升为2016年的良好等级。东段省市水资源承载力上升主要得益于良好的经济基础，经济的快速发展带来节水减排技术的进步，使得水资源利用效率和效益提高。长江经济带中段地区产业偏重，沿江地区高耗水型重化工业林立，部分地区磷矿、重金属污染严重。另外，节能减排技术落后导致水资源利用效率低，浪费严重。加之资源管理模式陈旧，水污染治理不力导致水环境质量下降。这些因素都制约了中段地区部分省份水资源承载力的进一步提高。四川、重庆虽然部分指标有所改善，如生态环境用水率逐年增加，万元GDP用水逐年降低等，但严重的水土流失和大规模矿产资源开发带来的环境污染和生态破坏，导致水资源恶化程度超出其改善程度，水资源承载力相应降低。云南、贵州由于独特的地理环境限制了其经济发展，人类活动对水资源破坏较小，水资源承载力处于良好等级。
相关期刊推荐：《水土保持研究》(双月刊)创刊于1985年，是由中国科学院、中国科学院水利部水土保持研究所主办的地球科学类期刊。报道本学科前沿领域科学理论、技术创新及其实践应用研究最新成果，积极引导和推动水土保持学科和水土保持实践的发展与繁荣。从事水保科技研究、教学与推广的科教工作者及有关行政管理人员;国内外环境科学、地学、农业、林业、水利等相关学科科教人员及大专院校师生。有投稿需求的作者，可以直接与在线编辑联系。
此外，研究还发现，2007年长江经济带11省市水资源承载力与2016年相比，除东段3省市外，其余8省市承载等级出现了较大反转，具体表现为北岸的安徽、湖北、重庆、四川均由2007年的良好等级下降为2016年的中级等级，而南岸的江西、湖南、贵州、云南均由警戒或中级等级上升为2016年的良好等级。上文已经分析了东段3省承载力上升的原因，此处不再赘述。而其余8省市承载力出现较大反转可能原因如下：第一，从经济社会发展与水资源承载力协调能力看，8省市均有提升，如2016年万元GDP用水量、城市污水处理能力等相比2007年均有改善。这解释了虽然南北两岸8省市水资源承载力出现了较大反转，但北岸4省市仅从良好等级降为中级等级，并未出现大幅下降，说明承载力变化差异大需要结合自然与经济社会发展综合分析;第二，反转的直观表现是北岸4省市承载力下降，南岸4省市承载力上升，并形成承载力等级差异。深入分析可得，这一截然不同的发展趋势可能是因为8省市经济发展状况和自然资源禀赋差异共同作用所致。分析8省市水资源承载力影响因素原始数据可知，与2007年相比，2016年南岸的江西、湖南、贵州、云南4省在降水量和水资源总量增加的同时，除个别省份供水量增幅5%以内，供水量和水资源开发利用率均下降，尤其是水资源开发利用率下降显著。负向因素改善，正向因素提高，共同推动了南岸4省水资源承载力的大幅提升，从警戒或中级水平上升为良好水平。反观北岸四省市，虽然安徽、湖北2016年降水量和水资源总量相比2007年有所增加，但其供水总量分别增长了25.3%和9%，供水总量大幅增加，一方面反映了水资源需求的快速增长，供需矛盾可能加剧。
