结合常规水与非常规水资源，促进水资源空间均衡：一种综合的多系统兼容性评估框架

《Environmental Research》：Synergizing conventional and unconventional water to promote water resources spatial equilibrium: An integrated multi-system compatibility evaluation framework

　　

摘要：

非常规水作为传统水源的重要补充，在促进水资源空间均衡方面发挥着关键作用。从常规水与非常规水协同利用的角度出发，本研究探讨了水资源空间均衡的形成、衡量及提升方法。在方法上，本研究整合了兼容性指数模型、集对分析、耦合协调度模型、可解释机器学习以及障碍度模型，以此揭示水资源空间均衡的动态变化规律，并找出潜在的提升路径。研究结果表明：（1）2010年至2023年间，中国的整体水资源空间均衡水平提升了约46.15%，2021年至2023年期间这一增长趋势依然持续。在四个子系统中，常规水与非常规水之间的协调性提升速度最快。（2）中国北方地区常规水与非常规水之间的协同效应明显强于南方地区。许多北方地区的协同得分在49到60之间，而许多南方地区的得分则低于12，这表明北方省份更依赖这两种水源的协同利用。（3）GWRF–SHAP分析结果显示，生态保护、废水回用、工业效率以及非常规水利用规模的扩大是提升水资源空间均衡水平的关键因素。而障碍度模型则表明，常规水与非常规水之间协调不足仍是主要制约因素，尤其是在中国北方地区。

引言

水资源是维持人类福祉、推动经济发展以及保障生态可持续性的重要战略资源（Rohde等人，2024）。目前，全球约65%的淡水资源集中在不到十个国家手中，还有一些国家已经消耗了其国内水资源储备的一半以上（WWAP，2018）。自然水资源分布状况与社会经济发展模式之间的不匹配，已成为水资源可持续利用的重大障碍（Moore等人，2024）。因此，实现水资源的空间均衡已成为全球水资源治理中的核心问题。

中国的人均水资源量仅为世界平均水平的四分之一，这使得实现水资源空间均衡的任务更为艰巨。为此，中国实施了以水资源空间均衡为核心的国家水资源治理战略（Zhang等人，2023）。作为中国水资源治理中的一个重要概念，水资源空间均衡强调水资源利用、社会经济发展与生态环境保护之间的空间协调性（Hadipour等人，2024）。推动水资源空间均衡不仅有助于实现水资源的公平高效利用，也是保障国家水安全以及推进可持续发展的基础。

在实际工作中，影响水资源空间均衡的因素主要来自两个方面：水资源供给不足以及水资源分配与需求之间的失衡（Li等人，2025）。在此背景下，再生水、雨水等非常规水源可以作为替代性水源（Feng等人，2025）。它们能够弥补传统供水不足的问题，缓解供需失衡带来的压力（Yang等人，2021）。近年来，中国的非常规水源供应量增长迅速，从2010年的30.1亿立方米增加到2024年的251.6亿立方米，年均增长率达16.4%。目前，非常规水源已被广泛用于城市生活、工业生产以及景观美化等领域，从而减少了对传统水源的依赖（Feng等人，2024）。中国目前正在通过一系列政策推动非常规水源的利用。2021年和2023年发布的相关指南进一步将非常规水源纳入水资源配置的统一管理框架之中。常规水与非常规水的协同配置有助于缓解水资源压力，减少供需矛盾，因此对于推动水资源空间均衡具有重要意义（Wang等人，2024）。

在此背景下，构建科学的水资源空间均衡评价体系具有十分重要的意义，它可以为水资源的可持续利用和区域协调发展提供决策支持。本研究旨在解决以下研究问题：

• (1)
  从常规水与非常规水协同利用的角度出发，如何分析水资源空间均衡的形成机制？又该如何建立科学的评价体系？
• (2)
  如何构建科学的评价模型，以便量化水资源空间均衡系统的整体水平，以及常规水与非常规水在该系统中的作用？
• (3)
  从常规水与非常规水协同利用的角度出发，如何识别推动水资源空间均衡发展的主要因素？又该如何制定相应的策略来促进其发展？

为应对上述挑战，本研究做出了三项主要贡献。首先，从常规水与非常规水协同利用的角度出发，构建了新的水资源空间均衡评价体系，从而更系统地展现水资源系统内部的协调关系。其次，建立了基于指标对的兼容性评价模型，用以分析水资源、社会经济系统与生态系统之间的匹配关系，进而更细致地描述水资源空间均衡的状况。最后，将可解释机器学习技术与水资源空间均衡评价体系相结合，识别出影响该体系发展的关键因素，为提升水资源空间均衡水平提供了新的思路。

章节节选

水资源空间均衡的评价方法

水资源空间均衡系统是一个复杂的系统，涉及水资源系统、社会经济系统以及生态环境系统之间的相互作用与耦合关系（Wang等人，2021）。已有研究提出了多种评估水资源空间均衡的方法。例如，Bian使用基尼系数来衡量区域水资源利用与人口、经济发展之间的协调程度（Bian等人，2022a）；Bai则运用耦合协调模型来进行测量

研究框架

为了在常规水与非常规水协同利用的背景下评估水资源空间均衡状况，本研究共分为四个部分。整体研究框架如图1所示。

• (1)
  水资源空间均衡系统间关系分析。首先，构建结构框架，分析水资源、社会经济系统与生态系统之间的核心互动如何形成水资源空间均衡。（2）指标对体系构建。其次，建立多维度的“指标对”体系，用以捕捉

水资源空间均衡的结果分析

• (1)
  水资源空间均衡的时间差异分析

借助所构建的评价模型，本研究分析了2010年至2023年间中国各地水资源空间均衡状况的时空演变特征。图5显示的结果表明，不同地区之间存在显著的差异，发展轨迹也不尽相同。

如图5(a)所示，天津、宁夏、青海、西藏以及山西等地在整个研究期间都呈现出较低的水资源空间均衡水平。尤其是在2010年至2015年期间，这些地区的

标准化方法的敏感性分析

标准化方法可能会影响各指标的相对数值，进而影响兼容性得分以及水资源空间均衡水平的计算结果。为了验证主要研究结论是否依赖于所选择的标准化方法，本研究采用了最大值标准化方法作为基准最小值-最大值标准化方法的替代方案，进行了敏感性分析。其他所有流程和参数设置，包括指标对构建、兼容性函数计算、集对分析等，均保持不变

结论

本研究通过将常规水与非常规水结合在一起，同时运用兼容性指数模型、集对分析、可解释机器学习以及障碍诊断等方法，构建了一个综合性的水资源空间均衡评价体系。基于该体系进行的分析，为中国水资源空间均衡状况的时空演变提供了依据，同时也揭示了其发展的驱动因素。研究结果强调了协同利用常规水与非常规水的重要性

CRediT作者贡献说明

吴凤平：项目管理、数据收集、资金申请、概念构思。 张丽娜：论文撰写与修改、初稿撰写、软件应用、数据收集与整理。 韩宇飞：论文撰写与修改、初稿撰写、可视化处理、软件应用、资源获取、研究方法设计、数据整理。 曾宪斌：软件应用。 程婷：可视化处理。 赵伟超：可视化处理。 王传义：软件应用。 王伟：数据收集、概念构思。 王宇：软件应用、数据整理

未引用参考文献

He和Wang，2021；Kumar等人，2024；《世界水资源发展报告》，2018；Zhang等人，2025。

利益冲突声明

作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知利益冲突或个人关系。

资助情况

本研究得到了中国国家自然科学基金[项目编号：42271303]、教育部人文社会科学研究项目[项目编号：23YJC630192]以及中央高校基本科研业务费[项目编号：B240205002]的支持。

利益冲突声明

? 作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知利益冲突或个人关系。

韩宇飞|吴凤平|张丽娜|王伟|王宇|王传义|赵伟超|程婷|曾宪斌

中国江苏省南京市河海大学商学院，邮编211100