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2025 , Vol. 47 >Issue 3: 512 - 525

DOI: https://doi.org/10.18402/resci.2025.03.07

Sustainability evaluationin of water resources in China based on the perspective of “supply and demand-carrying capacity-asset”

  • PENG Qingling , 1, 3 ,
  • HE Weijun 1, 2, 3 ,
  • KONG Yang , 2, 3 ,
  • SHEN Juqin 4
Expand
  • 1. Business School, Hohai University, Nanjing 211100, China
  • 2. School of Economics and Management, China Three Gorges University, Yichang 443002, China
  • 3. Key Research Institute of Humanities and Social Sciences of Hubei Province (Research Center for Integrated Watershed Management and Water Economy Development), Yichang 443002, China
  • 4. College of Agricultural Science and Engineering, Hohai University, Nanjing 211100, China

Received date: 2024-08-08

  Revised date: 2024-10-12

  Online published: 2025-04-09

Fold

Abstract

[Objective] Water resources sustainability change is an important foundation for effective regional water resources management and high-quality economic development. Most of the existing studies focus on water quantity and quality, but the introduction of water value in the context of capitalized management of water resources can make water resources sustainability evaluation more objective and comprehensive, and help to formulate regional differentiated water resources management strategies. [Methods] Based on the three-dimensional perspective of supply and demand-carrying capacity-asset, this study applied the water footprint theory and water resources balance sheet to evaluate the sustainability of water quantity, quality, and value in 31 provinces of China for 2013-2021, explored the spatial and temporal distribution characteristics of single-dimensional and three-dimensional water sustainability by using the ArcGIS software and the Moran’s index, and further analyzed the spatial and temporal change of water resources sustainability using the kernel density estimation method. [Results] The study found that: (1) China’s overall water resources sustainability was high and in a three-dimensional sustainable state. The 31 provinces had large inter-provincial differences in water quantity, quality, and value sustainability and showed significant changes over time. (2) The sustainability status of water resources in 31 provinces in China during the period 2013-2021 showed an improving trend, with an overall spatial characteristic of better in the south and worse in the north, and some of the dimensions showed obvious spatial clustering characteristics. Water quantity sustainability was mainly characterized by high-high spatial agglomeration and low-low spatial agglomeration, water quality sustainability was mainly characterized by low-low spatial agglomeration, and water value sustainability had not yet shown obvious agglomeration characteristics. (3) The inter-provincial difference in water sustainability of China was gradually narrowing. The inter-provincial difference in water quantity sustainability was gradually decreasing, and the inter-provincial difference in water quality and water value sustainability showed a trend of increasing first, then decreasing. [Conclusion] China’s future regional water resources management policy should be formulated not only based on water quantity and quality, but also needs to take water value into account. Through targeted policymaking, we can better protect China’s water security, and sustainably support the high-quality development of China’s economy.

Key words： water resources sustainability; supply and demand-carrying capacity-asset; kernel density estimation; water resources management; water footprint; China

Cite this article

PENG Qingling , HE Weijun , KONG Yang , SHEN Juqin . Sustainability evaluationin of water resources in China based on the perspective of “supply and demand-carrying capacity-asset”[J]. Resources Science, 2025 , 47(3) : 512 -525 . DOI: 10.18402/resci.2025.03.07

1 引言

水是基础性的自然资源和战略性的经济资源。社会经济的快速发展伴随着大量的水资源消耗与水污染物排放，加剧了水资源短缺、水环境恶化和水生态损害问题[1,2]，阻碍了水资源的可持续利用，许多国家已然面临不同程度的水危机。2024年，联合国水大会发布《世界水资源开发报告》指出，全球正面临风险高、影响广的水危机，世界上至少有一半人口每年都有部分时间面临严重缺水威胁[3]。有研究表明，按照当前的水资源使用状况预测，到2050年，全球将有超过2/3的人口生活在中度甚至严重缺水地区[4,5]。为缓解水资源危机，世界各国长期致力于合理规划、管理和使用水资源，旨在提高水资源可持续利用水平[6]。中国作为世界上最大的发展中国家，水资源总量有限且时空分布不均，人均水资源量仅约为世界平均水平的25%[7⇓-9]，同时还面临极端天气频发、水资源供需不匹配、水环境污染较严重等问题[10]，水资源已成为制约我国区域经济协调可持续发展的关键因素[11]，必须加快推进水资源节约集约利用，为我国社会经济高质量发展提供可持续的水安全保障[12⇓-14]。
水资源可持续性相关理论和方法自1992年开始被陆续提出并用于实践，相关研究也随之兴起[15]，主要分为概念界定[16]、评价[17⇓-19]和发展路径识别[20,21]3个方面。概念界定是水资源可持续性评价的基础，评价是水资源可持续发展路径选择的依据，因此评价研究才是水资源可持续性相关研究的关键。就水资源可持续性评价而言，现有研究多从单一的水量[22⇓-24]、水质[25]或结合水量水质两方面[26⇓⇓-29]来进行水资源可持续性评价，前者侧重水量供需，后者侧重水质承载，忽略了水资源价值属性对其可持续发展的重要影响。值得注意的是，水资源也是一种重要的生态产品，对水资源实行资产化管理是实现水资源可持续利用的有效途径[30]。2015年国务院办公厅发布的《编制自然资源资产负债表试点方案》[31]和2019年中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《关于统筹推进自然资源资产产权制度改革的指导意见》[32]均强调了推进水、矿产等自然资源资产价值核算的重要性。水资源资产负债表的出现，使得通过核算水资源资产负债的净值来确定水资源价值成为现实[33,34]。因此，有必要从资产负债角度，在水资源可持续性综合评价中引入水资源价值维度。已有少数学者结合水资源资产负债或水资源价值开展了水资源可持续性评价研究[35]。曹升乐等[36]虽然提到了“资产负债”对水资源可持续利用的影响，但评价指标聚焦于资源、环境和社会经济方面，并未涉及“资产负债”；侯小洁等[37]虽然使用效益指标进行水资源可持续利用评价，但只是用万元GDP耗水数据衡量水足迹经济效益，并未涉及水资源的“价值”。此外，由于水资源具有时空分布不均、流动性等特征，其时空动态变化对于制定区域差异化水资源管理政策至关重要。已有研究从时空分布角度进行水资源可持续性评价，例如Jiang等[38]、Ding等[39]、李逢港等[40]分别基于熵权TOPSIS、构建指标体系和PSR模型从时空角度评价中国西部、黄河流域和四川省的水资源可持续利用。但都未将水价值维度纳入考虑，因此有必要引入水价值维度开展多维度时空演化分析。
综上所述，本文创新性地基于“供需-承载-资产”三维视角开展水资源可持续性综合评价及其时空演化分析。首先，根据水足迹、灰水足迹和水资源资产负债表方法计算得到水量、水质、水价值数据，并进行水量、水质、水价值单维和“量-质-价值”三维水资源可持续性评价；其次，结合ArcGIS软件和莫兰指数[41]可视化分析水资源可持续状态时空分布特征，并利用核密度估计方法[42,43]进一步探究水资源可持续状态时空演化特征；最后，根据水资源可持续性评价结果提出区域差异化的政策建议。

2 研究方法与数据来源

2.1 研究方法

2.1.1 三维视角下的水资源可持续性评价指标

本文基于“供需-承载-资产”三维视角开展水资源可持续性评价，使用水足迹、灰水足迹和水资源资产负债表方法，通过差值分别计算得到水量、水质、水价值可持续性评价指标[24]。相应计算公式如下：
（1）水量可持续性
Q 1 = Q t o t a l - W F
式中： Q 1为水量供需净值（简称“水量”）； Q t o t a l为水资源总量； W F为水足迹（各省份每一年直接或间接消耗的所有淡水资源量的总和），水足迹具体计算公式可参考文献[44]。
（2）水质可持续性
Q 2 = Q t o t a l × 40 % - G W F
式中： Q 2为水质承载净值（简称“水质”）；由于水资源总量的60%专门用于生态系统保护，可利用水量应该是水资源总量的40%[24]，因此使用 Q t o t a l × 40 %表示可利用水量； G W F表示灰水足迹（将一定量的污染物稀释到符合特定环境水质标准所需的淡水量），灰水足迹具体计算公式可参考文献[45]。
（3）水价值可持续性
V = W R A - W R L
式中： V为水资源资产负债净值（简称“水价值”）； W R A为水资源资产； W R L为水资源负债。水价值计算兼顾了水资源禀赋、水价、调水工程和水权分配对于区域水资源可持续性的影响。水资源资产计算涉及“水资源资产增加/减少”项目，其中包含“入/出境水量”，“入/出境水量”包含调水工程以及水权分配的输入/出量；水资源负债计算涉及所有与水资源保护、水污染治理等相关的投入和成本。水资源资产和水资源负债具体计算公式可参考文献[34]。
（4）“量-质-价值”三维水资源可持续性
本文将水量、水质、水价值可持续性结果中小于0的数赋值为-1，表示不可持续；大于0的数赋值为1，表示可持续（计算结果中没有出现等于0的情况，因此本文未考虑）。将单维水资源可持续性赋值结果进行综合，得到8种三维水资源可持续状态（表1），其中，值为3表示三维可持续，值为1表示二维可持续，值为-1表示二维不可持续，值为-3表示三维不可持续。
表1 “量-质-价值”三维水资源可持续状态分类

Table 1 Three-dimensional water resources sustainability state classification based on quantity-quality-value

水量可持续性 水质可持续性 水价值可持续性 “量-质-价值”三维
水资源可持续性		 含义
1 1 1 3 三维可持续（“量-质-价值”）
1 1 -1 1 二维可持续（“量-质”）
1 -1 1 1 二维可持续（“量-价值”）
1 -1 -1 -1 二维不可持续（“质-价值”）
-1 1 1 1 二维可持续（“质-价值”）
-1 1 -1 -1 二维不可持续（“量-价值”）
-1 -1 1 -1 二维不可持续（“量-质”）
-1 -1 -1 -3 三维不可持续（“量-质-价值”）

2.1.2 莫兰指数

莫兰指数是一种用于度量空间自相关性的统计指标，计算主要涉及全局莫兰指数和局部莫兰指数两部分。
（1）全局莫兰指数
全局莫兰指数通常被用作表征研究区域的空间自相关性，具体计算如下[41]：
I s = n ∑ i = 1 n ∑ j = 1 n w i j s i - s ¯ s j - s ¯ ∑ i = 1 n ∑ j = 1 n w i j ∑ i = 1 n s i - s ¯ 2
式中： I s s = a ,   b ,   c为全局莫兰指数， a、 b、 c分别对应水量、水质、水价值的可持续性评价指标； i和 j分别为第 i和第 j个省份；省份总数用 n表示；空间权重用 w i j表示； s i和 s j分别表示第 i个和第 j个省份的水资源可持续状态属性值； s ¯表示可持续状态空间单元属性值的平均值。全局莫兰指数取值为 - 1 ,   1，其中， I s > 0表示同属性值在一起， I s < 0表示异属性值在一起， I s = 0表示不存在空间自相关，呈现随机分布。
（2）局部莫兰指数
局部莫兰指数用来验证31个省份的水资源可持续状态是否存在同属性值或异属性值的局部集聚现象，具体计算如下[41]：
I i s = n s i - s ¯ ∑ j = 1 n s j - s ¯ ∑ i = 1 n s i - s ¯
式中： I i s s = a ,   b ,   c为局部莫兰指数。如果局部莫兰指数 I i s > 0，说明区域 i存在同属性值的局部集聚，例如高值与高值或者低值与低值的集聚；如果局部莫兰指数 I i s < 0，说明区域 i存在异属性值的局部集聚，即高值周围是低值，而低值周围是高值。

2.1.3 核密度估计

核密度估计方法多用于探索研究对象蕴含的区域差异特征和空间分布规律[43]，可以用来分析水资源水量、水质、水价值可持续状态的演化过程。计算公式如下[42,43]：
f s = 1 n h ∑ i = 1 n k s ¯ - s i h ,   k s ¯ - s i h = 1 2 π e x p - 1 2 s ¯ - s i h 2
式中： f s s = a ,   b ,   c为核密度函数； h为带宽； k ·为能够用来估计数据点数量和利用程度的核函数。

2.2 数据来源

本文所需数据包括GDP、外贸进出口额、农作物产量、氮肥施用量、水资源总量、用水量、COD排放量和氨氮排放量等，其中GDP和外贸进出口额等指标数据来源于中国和各省份统计年鉴（2014—2022年），农作物产量和氮肥施用量等指标数据来自《中国农村统计年鉴》（2014—2022年），水资源总量和用水量等指标数据来源于各省份《水资源公报》（2013—2021年），COD排放量和氨氮排放量等指标数据来自《中国环境统计年鉴》（2014—2022年）。本文所涉及的GDP指标均是以2000年为基期的不变价格计算所得的实际GDP。受限于部分指标数据不可获取及统计口径差异，为保证研究结果的可比性，本文最终选择中国31个省份为研究对象，不包括港澳台地区。

3 结果与分析

3.1 三维视角下水资源可持续性评价结果分析

从全国层面来看，我国2013—2021年的三维水资源可持续性评价结果较好( 具体数据由于篇幅原因未在文章中展示。)，3项数据均为正值（图1），按三维可持续状态赋值的结果始终为“3”，表现为“量-质-价值”三维可持续状态。在单维水资源可持续性评价方面，水量、水质、水价值维度均表现为“可持续”状态。其中，水量可持续性评价结果2020年相较2013年略有提升，但整体来看，评价结果随时间表现出较大波动，主要是因为在水足迹保持缓慢增长的前提下，水资源总量会受各年份降雨形成水资源量、随河流的出入境水量等自然因素影响而产生较大波动，影响当年的水量可持续性评价结果；水质可持续性评价结果表现出随时间波动上升的趋势，但相比其他年份，2013—2015年期间的水质可持续性评价结果较差，究其原因，这几年我国工业化进程加快，水资源污染较为严重，在可利用水量变动较小时，灰水足迹较大会影响当年的水质可持续性评价结果。这一现象在我国2015年发布《水污染防治行动计划》后略有好转；水价值可持续性评价结果整体呈现随时间波动上升的趋势，这表明我国愈发重视水资源资产化管理，随着编制自然资源资产负债表和生态产品价值实现等策略先后提出，我国的水价值可持续能力也在逐年变好。
图1 2013—2021年全国水量、水质、水价值可持续性评价结果

Figure 1 Results of the sustainability assessment for water quantity, quality, and value in China, 2013-2021

从省级层面来看，31个省份的水资源单维可持续性评价结果中，水价值可持续性评价结果最好，仅有北京、重庆、上海等少数省份的结果出现负值；水质可持续性评价结果略差，云南、贵州、广西、海南等18个省份的结果在2013—2021年期间始终为正值，天津、河北、山西、宁夏等矿产资源丰富的省份结果为负；水量可持续性评价结果最差，仅有青海、云南、贵州等水资源禀赋丰富的13个省份结果为正，北京、天津、河北、辽宁、吉林等较多北方省份的结果为负。

3.2 三维视角下水资源可持续性时空分布特征分析

3.2.1 水资源可持续性时空分布特征

（1）单维水资源可持续性
本文首先利用ArcGIS软件可视化展示水资源可持续性时空分布状态。31个省份2013—2021年水资源可持续状态整体表现出“南好北差”特征，具体水量、水质、水价值可持续状态时空分布如图2。
图2 2013—2021年中国31个省份水量、水质、水价值可持续状态时空分布

注：基于自然资源部标准地图服务网站GS（2020）4619号标准地图制作，底图边界无修改。

Figure 2 Spatial and temporal distribution in the sustainability states of water quantity, quality, and value in 31 provinces of China, 2013-2021

从水量可持续状态的空间分布特征来看（图2a、2b），2013—2021年共有青海、云南、贵州等13个省份一直表现为水量可持续，从中国七大地理分区来看，主要分布于我国水资源禀赋较为丰富的西南和华南地区；北京、天津、山东等11个省份始终为水量不可持续，主要分布于水资源相对匮乏的华北和东北地区。从时间趋势来看，2021年有17个省份实现水量可持续，多于2013年的16个。这表明随着最严格水资源管理以及水资源节约集约利用等相关政策的深入实施，我国水资源供需矛盾得以逐步缓解，水量可持续状态逐渐呈现出向好发展态势。
从水质可持续状态随时间的变化来看（图2c、2d），相较于2013年，2021年表现为水质不可持续状态的省份略有减少，水质可持续状态有所改善。从空间分布特征来看，黑龙江、西藏、云南、贵州、四川等18个省份始终表现为水质可持续，主要分布于东北、西南和华南地区；河北、宁夏、山西、河南、山东5省一直表现为水质不可持续，主要位于我国西北和华北地区。这些省份呈现水质不可持续的原因可能有两方面：一是部分省份本身就缺水，导致可利用水量少，例如宁夏、河北、山西等省份，在灰水足迹相近时，这些省份表现为水质不可持续的可能性更大；二是部分省份的经济发展伴随着较为严重的水资源污染，导致灰水足迹数值大，例如河南、山东等省份，在可利用水量相近时，这些省份更有可能表现为水质不可持续。
从水价值可持续状态的时空分布来看（图2e、2f），2013—2021年31个省份的水价值可持续状态整体较好，但并未表现出明显的时空分布特征。其中，天津、河北、辽宁、吉林、黑龙江等27个省份2013—2021年一直表现为水价值可持续；2013年有北京、重庆、上海3个省份表现为水价值不可持续，2021年仅有重庆和上海2个省份未能实现水价值可持续。31个省份中仅有重庆始终表现为水价值不可持续。究其原因，重庆降雨形成的水资源量有限，过境水资源丰富但未能大量储存并形成本地的水资源资产。
（2）三维水资源可持续性
2013—2021年31个省份的三维水资源可持续状态整体较好（图3）。从空间趋势来看，水资源可持续性多表现为三维可持续和二维可持续。三维可持续状态主要分布于我国西南和华南地区，例如西藏、云南、贵州、四川、广东和广西等省区；二维可持续状态主要分布于我国东北地区，少量分布于华东、华中地区，例如重庆、安徽、辽宁等省份。但也仍有部分省份未能实现水资源可持续。宁夏、北京、天津、河南、山东、上海等省份的水资源可持续状态较差，基本呈现二维不可持续状态，甚至在部分年份出现三维不可持续状态。“量-质-价值”三维水资源可持续状态整体呈现“南好北差”特征，南方只有少量省份的三维水资源可持续状态较差，如上海。原因主要有两方面：一方面，上海人口密集、经济活动频繁，导致生活、生产用水量较大；另一方面，上海虽有大量过境水，但本身水资源禀赋较匮乏，2013—2021年的水资源总量在我国约排29名。同时，长江口的水质污染和水体富营养化较严重[46]，也影响了上海水资源的水质，因此导致其2013—2021年的水资源可持续状态较差。
图3 2013—2021年中国31个省份三维水资源可持续状态时空分布

注：基于自然资源部标准地图服务网站GS（2020）4619号标准地图制作，底图边界无修改。

Figure 3 Spatial and temporal distribution of the three-dimensional water resources sustainability states in 31 provinces of China, 2013-2021

从时间趋势来看，“量-质-价值”三维水资源可持续状态随时间表现出逐渐向好趋势。2013—2021年实现三维可持续的省份逐渐增多，并且2021年没有出现三维不可持续状态的省份。从单个省份来看也有一样的趋势，例如甘肃和江苏，水资源随时间逐步从二维不可持续转变为二维可持续状态；上海的水资源曾出现三维不可持续状态，到2021年已转变为二维可持续状态。可见我国颁布的大量水资源管理政策已见成效，正在逐步改善我国的水资源可持续状态。

3.2.2 水资源可持续性空间集聚特征

表2为31个省份水量、水质、水价值可持续性的全局莫兰指数计算结果。2013—2021年的水量可持续性莫兰指数均为正数，且P值都小于0.010，表明水量可持续性呈现空间正相关的集聚特征。2013—2021年水量可持续性的莫兰指数维持在一定水平，总体变动幅度不大。水质可持续性与水量可持续性存在类似特征和规律。水价值可持续性的莫兰指数未能通过显著性检验，表明不存在显著的空间集聚特征。原因可能是水价值不仅涉及水资源量和质两方面的因素，还包括价格因素，各省份水价由当地政府根据供水成本、是否实施阶梯级水价以及经济和社会等多方面因素共同确定，具有严格独立性，从而使得31个省份的水价值可持续性难以表现出显著的空间集聚特征。
表2 2013—2021年中国31个省份水量、水质、水价值可持续性全局莫兰指数

Table 2 Global Moran’s I index for the sustainability of water quantity, quality, and value in 31 provinces of China, 2013-2021

年份 水量可持续性 水质可持续性 水价值可持续性
Ia Z(Ia) P Ib Z(Ib) P Ic Z(Ic) P
2013 0.336 3.980 0.000 0.267 3.363 0.001 0.092 1.224 0.221
2014 0.350 4.091 0.000 0.297 3.685 0.000 0.051 0.837 0.403
2015 0.357 3.966 0.000 0.322 3.646 0.000 0.043 0.742 0.458
2016 0.309 3.590 0.000 0.329 3.750 0.000 0.085 1.147 0.252
2017 0.338 4.001 0.000 0.297 3.639 0.000 0.133 1.671 0.095
2018 0.332 4.004 0.000 0.279 3.537 0.000 0.100 1.314 0.189
2019 0.342 3.925 0.000 0.296 3.447 0.001 0.160 1.908 0.056
2020 0.339 3.961 0.000 0.273 3.301 0.001 0.052 0.846 0.397
2021 0.280 3.530 0.000 0.202 2.760 0.006 0.073 1.053 0.293
从局部集聚状态来看，31个省份2013—2021年期间的水量可持续性主要呈现“高-高”集聚和“低-低”集聚（图4a、4b）。其中，广西、贵州、云南、湖南、江西等12个省份呈现“高-高”集聚，主要位于西南和华南地区；安徽、北京、河南、湖北、吉林、江苏等15个省份呈现“低-低”集聚，主要位于华北、东北和华东地区。从各省份集聚状态来看，表现为水量可持续状态的省份更容易集聚，类似的，表现为水量不可持续状态的省份也更易集聚，这与全局莫兰指数结果分析一致。相邻省份往往资源禀赋相似，水资源的流动性使得水量充沛省份的周围也常水量富裕，缺水省份周围也常水量贫乏。
图4 2013—2021年中国31个省份水量、水质、水价值可持续状态局部集聚分布图

注：基于自然资源部标准地图服务网站GS（2020）4619号标准地图制作，底图边界无修改。

Figure 4 Distribution of localized agglomeration for the sustainability states of water quantity, quality, and value in 31 provinces of China, 2013-2021

31个省份2013—2021年的水质可持续性主要呈现“低-低”集聚（图4c、4d）。从图中可以看出，西藏、云南、广西等9个省份的水质可持续性呈现“高-高”集聚，主要分布于西南地区；北京、天津、山东、山西等13个省份一直呈现“低-低”集聚，主要分布在华东、华北地区。水质可持续性呈现“低-低”集聚的省份要多于呈现“高-高”集聚的省份，可能是因为相较于水污染治理的正外部性传导，水污染流动转移的负外部性更强，往往表现为水质不可持续状态的省份对周围省份的水质情况影响较大，致使周围省份也表现为水质不可持续。
31个省份2013—2021年的水价值可持续性尚未形成明显的空间集聚特征（图4e、4f）。水价值可持续性在“高-高”集聚、“低-高”集聚以及“低-低”集聚区域均分布有较多省份。其中，山西、宁夏、辽宁、青海一直呈现“低-高”集聚；位于西南的四川、云南、西藏等水资源禀赋丰富的省份，其水价值可持续性多呈现“高-高”集聚；东部沿海的江苏、安徽、浙江等省份多呈现“低-低”集聚。可以发现，山东、河南等省份2013—2021年水价值可持续性的空间集聚状态发生过多次变化，尚未形成稳定的集聚态势，且31个省份分布于多个集聚类型中，因此导致整体未能表现出明显的空间集聚特征。

3.3 三维视角下水资源可持续性时空演化规律分析

31个省份水量可持续性整体呈现逐渐向好的演化趋势（图5a）。具体表现为：①2021年相较于2013年核密度曲线整体略微向右移动，表明31个省份水量可持续状态随时间呈现好转趋势。②2013—2021年31个省份水量可持续性核密度曲线均存在右拖尾现象，并且主峰凸起比较明显，主要是因为西藏、广西、云南、贵州等地水资源禀赋较丰富且用水需求相对较小。31个省份的水量可持续性核密度曲线在研究期间大多都有两个波峰，并且二者的高度差距有所减小，说明水量可持续性的省际差异在逐渐减小。③水量可持续性核密度曲线存在两个波峰，两个波峰的宽度都呈现“先窄后宽”的特征，主峰高度呈现“先降-再升-后下降”的趋势，次峰高度呈现“先升后降”的趋势，这表明31个省份水量可持续性的“极化”趋势总体上逐渐减弱。我国一直大力推行水资源节约集约利用，提高水资源利用效率，严格的水资源管理制度使得水量供需矛盾有所缓解，各省份水量可持续状态之间的差异逐渐减小，水量可持续状态也逐步向好发展。
图5 2013—2021年中国31个省份水量、水质、水价值可持续性时序演化

Figure 5 Time series change of the sustainability of water quantity, quality, and value in 31 provinces of China, 2013-2021

31个省份水质可持续性核密度曲线的波峰呈现先下降后上升的趋势（图5b），表明水质可持续状态的省际差异整体呈现“先增大、后减小”的变化特征，两极分化现象有所缓解。此外，曲线拖尾整体略向右移，表明水质可持续状态随时间发展逐渐好转。除2021年有3个波峰外，其余年份水质可持续性均只有2个波峰，但是随时间发展，两个波峰之间的差距先增大，后慢慢减小，可能是因为2013—2015年31个省份工业化发展进程各不相同，存在部分省份的水质可持续状态退步较明显，省际差距逐渐扩大。但在2015年我国发布《水污染防治行动计划》后，各省愈发重视水污染治理，水质可持续状态省际差异也在逐渐减小。
31个省份水价值可持续性的核密度曲线在2013—2021年间呈现波动变化，并未表现出明显的单向演化趋势（图5c）。相较于2013年，水价值可持续性2021年核密度曲线的波峰明显向右偏移，表明水价值可持续状态改善较快，这也与我国愈发重视水资源资产化管理有关。水价值主峰波峰先降低后升高，表明省际差异呈现“先增大、后减小”的变化趋势。31个省份2013—2021年的水价值可持续性核密度曲线出现多个副峰，表明各省份之间的水价值还未形成明显的随时间好转的趋势。

4 讨论

4.1 水资源可持续性评价结果合理性分析

根据前文分析可以发现，我国及其31省份的“量-质-价值”三维水资源可持续状态较好，且水量、水质、水价值和“量-质-价值”三维水资源可持续状态均表现出随时间逐渐向好的演化趋势。这与我国近年来愈发重视水资源管理有关，政府先后出台了多项政策关注水污染治理和水资源节约集约利用[47⇓-49]。随着相关政策的深入实施，我国水资源可持续状态逐渐呈现向好趋势，与本文得到的单维和三维水资源可持续状态随时间的演化规律一致。
本文中有关我国不同区域三维水资源可持续性差异的发现在已有研究中得到了很好的验证。例如，Zhang等[50]、Wu等[51]与本文研究均发现，西部地区水量充足，水质相对较好，但经济发展相对较差，水资源有效利用率较低；东部地区水质较差，但水量总体较为充足，经济发展较好。马晓蕾等[52]得到的水量、水质可持续性评价结果与本文一致，北京、天津、河北、山西等北方省份的水量和水质均处于极不安全状态，西藏、四川、云南、湖南、广西、海南等南方省份均有较为安全的水量、水质水平。
本文得到的单个省份的水资源可持续性评价结果也在已有研究得到验证。本文和宋松等[53]、禹熙等[54]均得到广东水资源可持续状态较好的结论。李腾等[55]发现河北水资源可持续状态较差，但随着时间呈现向好发展态势；Huang等[56]发现浙江和安徽在水资源可持续利用方面的表现优于上海和江苏。二者研究所得结果也与本文河北以及东部沿海4省的水资源可持续性评价结果一致。Yu等[57]发现北京市水资源可持续性状态较差，但是随时间呈现逐渐改善的趋势，南水北调引水量是影响北京市水资源可持续性的最重要指标。本文中北京市水量可持续状态较差，水质可持续状态中等，但是包含南水北调引水量数据的水价值可持续状态较好，且整体水资源可持续状态随时间逐渐改善。

4.2 水价值维度引入对水资源可持续性评价的影响

水价值维度的引入使我国整体的三维水资源可持续状态相较于水量、水质可持续性和水量水质可持续性评价结果出现小幅提升，仅有少部分省份三维水资源可持续状态相较于单维和二维水资源可持续评价结果略有下降。
对比仅进行水量或水质以及水量水质两方面水资源可持续性评价的研究，本文所得的这一观点得到了更好的验证。王雅晴等[58]发现吉林和陕西的水资源可持续状态很好，但本文中陕西和吉林2016年的三维水资源可持续状态略差一些。张祥永等[59]得出东部沿海省份2013—2018年水资源可持续性水平较高的结论，但是在本文中，东部省份如山东、江苏以及上海的水资源可持续状态较差。甘容等[60]发现黄河流域九省份2013—2020年整体的水资源可持续利用水平出现了不同程度的上升趋势，上游省份的水资源可持续利用水平较高，但在本文中，上游省份如甘肃和宁夏的水资源可持续状态较差。
究其原因，上述研究只考虑了水量水质两方面或其中一方面，但是水资源可持续性与人类生活、社会经济息息相关且会随着时间的推移发生变化。水资源可持续性综合评价不仅需要考虑水资源的本质属性（水量、水质），还应考虑水价值的重要影响。水价值维度对于客观合理地进行水资源可持续综合评价十分重要[61]。我国也先后颁布了多项政策，从水资源资产化管理、水权交易和水价方面，强调了水价值维度对水资源可持续性评价的重要性[31,32,62,63]。在引入水价值维度后，由于纳入考虑的评价要素更为全面，存在部分省份的三维水资源可持续性评价结果相较于二维视角发生一定程度变化。总体来看，31个省份整体的三维水资源可持续状态还是因为良好的水价值可持续性略有提升。因此，我国未来的区域政策制定不仅要重视水资源水量、水质，还应该重点考虑水价值维度，据此针对性施策进行水资源管理以持续支撑我国经济高质量发展。

5 结论与政策建议

5.1 结论

本文创新性地从水资源“供需-承载-资产”三维视角，通过水足迹、灰水足迹和水资源资产负债表方法开展2013—2021年中国31个省份水量、水质、水价值单维和“量-质-价值”三维水资源可持续性评价，结合莫兰指数和ArcGIS软件可视化分析三维视角下水资源可持续状态的时空分布特征，并使用核密度估计方法进一步分析水量、水质、水价值可持续状态的时空演化特征。主要结论如下：
（1）我国水资源可持续性评价结果较好，始终表现为三维可持续状态。31个省份的水量、水质、水价值可持续性评价结果省际差异较大且随时间变化显著。
（2）31个省份三维水资源可持续状态较好且呈现提升趋势，其中水量可持续状态较差，水质可持续状态中等，水价值可持续状态较好，水资源禀赋较丰富的省份更容易表现出更好的水资源可持续状态。为此，我国亟需在明晰不同区域水资源可持续状态类型的前提下，开展差异化分区调控。
（3）省际存在显著的水污染负外部性，31个省份中有较多省份的水质可持续状态和部分省份的水量可持续状态表现出“低-低”集聚特征。为此，我国应在分区施策的同时注重水资源协同治理，强化政策的正向溢出效应。
（4）31个省份水资源可持续性省际差异随时间呈现逐渐缩小的趋势。可见我国近年来采取的最严格水资源管理、水资源节约集约利用、用水权和水价改革等措施正在逐步改善我国的水资源可持续状态。

5.2 政策建议

因此，本文针对性地提出了一些提升我国水资源可持续状态的政策建议：
（1）差异化调控。对于天津、河北、辽宁等水资源“量-质”二维不可持续的省份，亟需进一步加强国家水网建设，强化水资源消耗总量和强度双控，深化水资源污染治理和污染物排放管理；对于吉林、黑龙江、内蒙古等仅有水量不可持续的省份，应尤其重视“节水优先”，通过增加水资源节约利用相关设施建设及技术创新，进一步提高水资源节约集约利用效率，争取尽快实现水量可持续；对于一直未能实现水价值可持续的重庆，应加快推进用水权改革和水银行、水市场建设，促进水资源转化为水资源资产，推动水资源资产存储与交易。
（2）协同治理。一方面，各省份应促进国家水网搭建并早日落实“南水北调”西线工程建设，加强全国水网互联互通；另一方面，应该由国家牵头，联合各省份水利、统计、生态环境等部门，构建智慧化水资源动态监管平台，促进水资源统一调度。此外，国家还应加强考核，结合河湖长制、水资源耗水清单、领导干部离任审计、生态补偿等制度建立奖惩机制，激励各省份保护水资源，进一步实现水资源可持续。

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