成渝地区双城经济圈用水效率及节水潜力研究.pdf
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1、水利水电技术(中英文)第 54 卷 2023 年第 9 期Water Resources and Hydropower Engineering Vol.54 No.9黄翱,甘治国,常文娟,等.成渝地区双城经济圈用水效率及节水潜力研究J.水利水电技术(中英文),2023,54(9):74-85.HUANG Ao,GAN Zhiguo,CHANG Wenjuan,et al.Research on water use efficiency and water saving potential of Chengdu-Chongqing Economic Circle J.Water Resource
2、s and Hydropower Engineering,2023,54(9):74-85.成渝地区双城经济圈用水效率及节水潜力研究黄 翱1,2,甘治国3,常文娟1,2,马海波1,2,徐宇航1,2(1.三峡库区生态环境教育部工程研究中心,湖北 宜昌 443002;2.三峡大学 水利与环境学院,湖北 宜昌 443002;3.中国水利水电科学研究院,北京 100038)收稿日期:2023-01-13;修回日期:2023-04-20;录用日期:2023-04-21;网络出版日期:2023-04-25基金项目:国家重点研发计划(2019YFC0408903)作者简介:黄 翱(1996),男,硕士研究生
3、,主要从事水文学及水资源研究。E-mail:735650386 通信作者:常文娟(1985),女,副教授,博士,主要从事洪旱灾害防御与减灾、水资源调配等研究。E-mail:wjchang Editorial Department of Water Resources and Hydropower Engineering.This is an open access article under the CC BY-NC-ND license.摘 要:【目的】为实现“十四五”水安全保障规划目标及成渝地区双城经济圈战略地位,开展用水效率研究对节水型社会构建具有极为重要的意义。【方法】通过构建基于农业
4、、工业、生活、生态及其效益的用水效率指标体系,依据最小信息熵原理对熵权法-信息量权重法进行组合赋权,采用不同决策机制系数下的 VIKOR 法计算利益比率以拟合 TOPSIS 相对贴近度,确定 20162020 年成渝经济圈用水效率以及水资源使用偏好,并分析圈内各地市用水效率影响因素,根据节水潜力计算方法确定各地市行业节水潜力。【结果】结果表明:成渝经济圈用水效率在决策机制系数为 0.95 时评估结果与现状一致,利益比率指数从 2016 年的 0.779 7 减小至 2020 年的 0.701 2,整体用水效率提升10.07%。农业、工业、生活增幅均为 20%左右,生态用水效率基本维持不变;资源
5、、经济、社会效益均有小幅上升,而环境效益下降 29%。成渝经济圈节水潜力总量为 38.73 亿,占现状年用水量的14.55%。【结论】研究期间成渝经济圈用水效率总体呈上升趋势,区域水资源偏好产生最大效益,生态用水效率和环境效益急需提升以满足城市发展需求。不同地市用水效率差异较大,城市定位以及产业用水结构对其有较为显著的影响。各地市行业节水潜力结构有所区别,大部分地区农业节水占比大,成都、重庆两大中心城市生活节水潜力显著。总体节水潜力较为可观。关键词:成渝地区双城经济圈;用水效率;节水潜力;最小信息熵;TOPSIS 法;VIKOR 法;水资源;水安全DOI:10.13928/ki.wrahe.2
6、023.09.007开放科学(资源服务)标志码(OSID):中图分类号:TV213文献标志码:A文章编号:1000-0860(2023)09-0074-12Research on water use efficiency and water saving potential of Chengdu-Chongqing Economic Circle HUANG Ao1,2,GAN Zhiguo3,CHANG Wenjuan1,2,MA Haibo1,2,XU Yuhang1,2(1.China Engineering Research Center of Eco-environment in T
7、hree Gorges Reservoir Region,Yichang 443002,Hubei,China;2.China College of Hydraulic and Environmental,China Three Gorges University,Yichang 443002,Hubei,China;3.China Institute of Water Resources and Hydropower Research,Beijing 100038,China)Abstract:ObjectiveTo achieve the goal of the 14th Five-Yea
8、r Plan for Water Security and the strategic position of the twin-city economic circle in the Chengdu-Chongqing region,it is of great importance to conduct research on water use efficiency for the 47黄 翱,等/成渝地区双城经济圈用水效率及节水潜力研究水利水电技术(中英文)第 54 卷 2023 年第 9 期construction of a water-saving society.Method B
9、y constructing a water use efficiency index system based on agriculture,indus-try,life,ecology and their benefits,assigning weights to a combination of entropy method-information weight method based on the principle of minimum information entropy,calculating benefit ratios using the VIKOR method und
10、er different decision mechanism coefficients to fit TOPSIS relative closeness,determining water use efficiency as well as use preferences in the Chengdu-Chongqing Economic Circle from 2016 to 2020,and analyzing the factors influencing the water use efficiency of each city in the economic circle,the
11、water saving potentials of each citys industry were determined according to the water saving potential calcu-lation method.Results The results show that the assessment results of water use efficiency in the Chengdu-Chongqing Econom-ic Circle are consistent with the current situation when the decisio
12、n mechanism coefficient is 0.95,and the benefit ratio index decreases from 0.779 7 in 2016 to 0.701 2 in 2020,and the overall water use efficiency increases by 10.07%.Agricultural,industrial and domestic increases were all about 20%,while ecological water use efficiency remained basically unchanged;
13、resource,economic and social benefits all increased slightly,while environmental benefits decreased by 29%.The total water saving potential of Chengdu-Chongqing Economic Circle is 3.873 billion m3,accounting 14.55%of the current annual water con-sumption.Conclusion The overall water use efficiency o
14、f the Chengdu-Chongqing Economic Circle showed an upward trend during the study period,with regional water resources preferences yielding the greatest benefits,and ecological water use efficien-cy and environmental benefits urgently needing to be improved to meet urban development needs.The water us
15、e efficiency of different cities varies greatly,and the city positioning and industrial water use structure have a more significant impact on it.The structure of water saving potential of industries differs among cities and regions,with agriculture accounting for a large proportion of water saving i
16、n most areas and the two central cities of Chengdu and Chongqing having significant potential for domestic water saving.The overall water saving potential of the Chengdu-Chongqing economic circle is relatively substantial.Keywords:Chengdu-Chongqing Economic Circle;water use efficiency;water saving p
17、otential;minimum information entropy;TOPSIS method;VIKOR method;water resources;water safety0 0 引引 言言 长江流域是我国经济和社会发展的重要引擎,随着气候变化极端天气的频发,长江流域的水资源问题更加严峻。水资源极其丰富的流域上游地区也存在经济社会发展与水资源承载能力不相协调、水源供需矛盾突出、用水效率偏低等问题1-2。成渝地区双城经济圈(以下简称成渝经济圈)位于长江上游,地处四川盆地,是实施长江经济带和“一带一路”战略的重要组成部分。然而,独特的水情和长期累积性的人类开发活动,使得成渝经济圈水问题
18、较为复杂,农业用水占比大,钢铁、化工等高耗水高污染行业在工业用水占比较高,城市供水管网老化等,区域内水安全保障面临新的形势和挑战。因此,研究成渝经济圈用水效率及节水潜力对保障该地区水安全具有重要意义。国内外学者对区域用水效率开展了诸多探索性的研究,部分学者通过对经济或者社会投入以及产出指标进行计算进而构建模型开展农业、工业和生活等的用水效率评估。RAD 等3使用 DEA 模型测算了德黑兰的城市用水效率,指出 DEA 方法对生产和用水效率的衡量有效度较高;唐德善等4构建 DEA-CCR 模型,按照生产、生活、生态三大子系统进行多目标加权得到上海市综合用水效率,避免了使用 DEA 模型直接计算综合
19、用水效率时相对最优 DMU 综合效率为1 的弊端;张倩歌等5通过构建超效率 SBM 模型评估黄河流域水资源利用效率。现有的用水指标也为综合用水效率评估提供了思路,管新建6使用 CRITIC-TOPSIS-灰色关联度模型对淮河流域用水效率进行了评估;匡佳丽等7构建 MCW-灰色 TOPSIS 模型对长江中游地区的湖南、湖北用水效率进行评估;井沛然等8采用 Tapio 脱钩评价模型、水资源生态足迹模型对浙江省用水效率进行分析评价,认为水资源自用与经济增长脱钩较强。此外,HORNE 等9基于不同分配机制的生态环境用水情形指出,在过度分配的系统中,恢复生态环境用水的评估方法被认为是最具可行性的方法;F
20、REIRE-GONZALEZ10使用动态水经济均衡模型提高西班牙水资源生产率。可知,全面、科学地评估现状用水效率可为进一步探索提升用水效率,实现水资源节约集约利用提供科学支撑。目前,针对节水潜力的研究相对较多,以区域评估和实际应用为主,李佳伟等11依据农业、工业和生活对不同情形的计算方法进行改良,并结合区域综合节水目标确定了河南省节水潜力;秦长海等12依据取用水和资源供水分类计算京津冀极限节水潜力。BAUER 等13通过实际措施改善用水,并提出综合工业-城市水再利57黄 翱,等/成渝地区双城经济圈用水效率及节水潜力研究水利水电技术(中英文)第 54 卷 2023 年第 9 期用概念将工业和城市
21、废水进行整合连接,提高再利用系数实现节水。师林蕊等14和詹力炜等15通过统计分析居民生活用水习惯以及节水器具普及率测算了生活弹性用水空间及节水潜力。综上所述,TOPSIS 法和 DEA 模型在用水效率评价中得到了广泛应用,但相关研究表明,TOSPSIS 法得出的最优解并不一定是最接近于理想点的解,而VIKOR 法同时考虑群体效用值与个体遗憾值来弥补此不足16。以往学者多以预设决策机制系数确定区域资源使用倾向,可能导致评估结果与实际情况有偏差。因此,本研究在行业用水分类的基础上依据以往对生态补水效用的研究17,进一步构建环境、资源、经济、社会四种用水效益准则层,选取成渝经济圈用水效率评价指标,通
22、过最小信息熵原理将信息量权重和熵权进行组合,采用不同决策机制系数下的VIKOR 法与 TOPSIS 法结果进行拟合,分析成渝经济圈资源使用偏好以及用水效率时空变化趋势,定量计算区域节水潜力,为水资源可持续利用提供理论参考依据。1 1 研研究究区区概概况况 成渝双城经济圈位于长江上游18,地处四川盆地,范围重庆、成都、自贡、泸州、德阳、绵阳、遂宁、内江、乐山、南充、眉山、宜宾、广安、达州、雅安、资阳共 16 个市,总面积 18.5 万 km2。成渝经济圈行政区划如图 1 所示。据统计,2019 年常住人口达到 9 600 万,GDP 近 6.3 万亿,多年平均本地水资源量为 1 074 亿 m3
23、,河流水系众多,过境水量丰沛,大于 1 000 km2的河流共有 52 条。但多地农业用水占比超过 60%,产值占比低,工业用水重复率不高,川渝两地各类型入河排污口共计 2 360 个,集中连片污染问题突出。成渝地区双城经济圈水安全保障规划 指出,提高用水效率,进一步调整用水结构,加强三峡库区入库水污染联合防治,实现高品质生活宜居目标,筑牢长江上游生态屏障。2 2 评评价价指指标标体体系系及及研研究究方方法法2.1 评价指标体系 行业用水效率指标选取应考虑其代表性和适用性,在此基础上选择定量指标分析其可行性7。本文综合考虑成渝经济圈各地市实际用水情况及参考相关的现有研究成果19-20,建立农业
24、、工业、生活、生态准则层,划分环境效益、资源效益、经济效益、社会效益四种效益类型21,构建用水效率评价指标体系,其中与 GDP 相关指标均以 2015 年可比价统计。具体指标如表 1 所列,影响类别中“效益性”和“成本型”分别指标值越大越优和指标值越小越优。2.2 用水效率评价方法 基于已构建的指标体系,采用最小信息熵组合权重,基于 VIKOR 法与 TOPSIS 评估结果进行对比,进而构建综合评估模型分析区域用水效率。2.2.1 最小信息熵组合权重熵权法利用信息量大小进行权重计算,但各指标权重较为平均,缺乏差异性;信息量权重法利用数据的波动性或者数据之间的相关关系情况进行权重计算,强调评价指
25、标的变异性和冲突性,重复信息越多,评价指标权重越低,不能很好的反映波动较小的指标的影响,因此,本文综合考虑上述两种方法进行组合赋权。两种赋权法已被广泛应用,限于篇幅原因,本文不作赘述20-22。根据最小信息熵原理23,将熵权法和信息量权重法确定的权重进行组合minF=nj=1wj(lnwj-lnw1j)+nj=1wj(lnwj-lnw2j)(1)式中,F 为最小信息熵模型的目标函数;wj为组合权重,nj=1wj=1,wj 0。运用拉格朗日乘子法求解式(1),得到组合权重wj=w1jw2jnj=1w1jw2j(2)2.2.2 TOPSIS 法TOPSIS 法是根据评价对象的最优值和最劣值的距离进
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