中国水利生产力的异质性及其发展趋势

《Agricultural Water Management》：Heterogeneity and trend of water conservancy productivity in China

　　中国新型水利生产力（NWCPF）评价体系及区域差异分析

　　
中国新型水利生产力（NWCPF）发展评估与区域差异研究（2018-2030）

一、研究背景与意义
在全球水资源安全与高质量发展需求驱动下，中国水利建设投资持续增长（2022年达1.09万亿元，2024年预计突破1.35万亿元），但现有研究存在三大不足：1）缺乏系统性评价方法；2）区域差异动因分析不深入；3）长期趋势预测不足。本研究通过构建五维评价指标体系，结合空间计量模型与智能预测算法，首次实现从省级到国家层面的动态评估与前瞻性预测。

二、核心研究方法
1. **五维评价体系**：涵盖水资源利用（占权重26.77%）、工程建设（23.62%）、技术创新（18.33%）、经济协调（15.78%）、生态保护（16.10%）五大维度，设置10项可量化指标。例如，灌溉水利用系数、水库数量、科研投入占比等。
2. **熵权-TOPSIS法**：通过信息熵计算确定指标权重，结合TOPSIS模型进行区域排名。处理正向指标（如万元GDP用水量）采用极差标准化，反向指标（如水质达标率）采用倒距离标准化。
3. **Dagum基尼系数分解**：将区域差异分解为省际差异（42.41%-46.70%）、省内差异（23.08%-30.22%）和超密度梯度效应（24.05%-31.99%）。发现省际差异贡献率稳定在42%以上，成为主要矛盾。
4. **空间自相关分析**：采用全局Moran's I指数（0.1016-0.1304）和局部LISA空间自相关图，发现：
- 2018-2023年空间自相关系数从0.1198增至0.1304（p<0.05）
- 形成两大集聚区：长三角（江苏、浙江、上海）集聚度达0.4877，珠三角（广东、广西）为0.4768
- 西部地区呈现"低-高"负相关（如青海、宁夏），东部沿海形成"高-高"正相关
5. **优化灰色模型（FGM(1,1)）**：引入粒子群优化算法（PSO）动态调整模型参数，预测误差率（MAPE）控制在0.27%以内，2024-2030年国家平均值预计达0.2250。

三、关键研究发现
1. **时间序列演变特征**：
- 2018-2023年国家NWCPF指数从0.2121提升至0.2219，年均增长0.90%
- 2020年因国家水网建设规划实施，增速达2.5%峰值
- 2022年后受疫情影响增速回落至0.5%，但广东、江苏等省仍保持年增1.2%以上

2. **空间格局与区域差异**：
- 形成显著"东高西低"格局：东部沿海省份（江苏0.5073、广东0.4768）与西部内陆省份（青海0.0678、宁夏0.0438）差距达10.8倍
- 区域差异分解显示：省际差异贡献率42.41%-46.70%，省内差异23.08%-30.22%
- 东部与中西部差距：2023年东部平均0.2392，西部0.1808，中部0.3081

3. **动力机制与驱动因素**：
- 技术创新维度：数字孪生技术应用使预警时效提升至72小时（如黄河流域）
- 资本投入维度：2024年智能泵站投资占比达18.7%（广东）
- 人才集聚效应：长三角地区技术研发人才密度达0.32人/平方公里，是西部地区的3.2倍

四、未来趋势预测
1. **全国发展态势**：
- 2024-2030年预计年均增速0.65%，CAGR达1.2%
- 2025年进入"智能水利2.0"阶段，预测MAPE<0.35%

2. **区域发展预测**：
- 东部保持优势：江苏预计2030年达0.53，广东0.49
- 中部增速加快：河南从0.30提升至0.35（年增1.5%）
- 西部突破：四川通过南水北调项目带动，预计2030年达0.25（+9.2%）

3. **关键增长极**：
- 数字孪生示范区（太湖流域）：2025年覆盖率预计达85%
- 智慧灌区推广区（华北平原）：2026年自动化灌溉面积突破5000万亩
- 环境移民创新带（长江经济带）：生态移民配套率达78%

五、政策建议
1. **短期措施（2024-2026）**：
- 建立水利数据共享平台，开放20个重点流域实时监测数据
- 实施"数字孪生+"工程，在长江流域先行推广智能调度系统

2. **中期建设（2027-2030）**：
- 设立200亿元"西部水利创新基金"，重点支持宁夏、青海等省
- 制定《跨省水权交易技术标准》，建立长江经济带等6大流域协同机制

3. **长效机制**：
- 将NWCPF纳入河湖长制考核体系，权重占比不低于15%
- 构建"技术扩散-人才流动-资本配置"三位一体机制
- 开发水利碳汇核算系统，探索生态补偿市场化路径

六、理论创新与实践价值
1. **理论贡献**：
- 建立水利生产力评价的"技术-制度"双轮驱动模型
- 提出空间差异的"超密度梯度效应"理论框架
- 完善灰色预测模型的动态参数优化算法

2. **实践意义**：
- 为"十四五"水利发展规划提供量化决策支持
- 助力国家水网重大工程实施（如南水北调后续工程）
- 指导区域协同发展（如长三角生态绿色一体化示范区）

3. **国际比较**：
- 与OECD国家相比，我国灌溉水利用系数（0.55）仍有提升空间（目标0.7-0.8）
- 数字孪生技术应用领先度：中国>美国（智能泵站覆盖率35% vs 28%）
- 区域均衡度：我国基尼系数0.33 vs 欧盟0.18，显示较大改进空间

本研究为破解"南北调水、东西用能"困局提供科学依据，建议优先在长三角、珠三角建立"数字孪生流域"示范区，通过"云-边-端"协同架构，实现跨区域水资源优化配置。相关成果已纳入《国家水网建设三年行动计划（2024-2026）》技术路线图。