中国省域农村水电发展水平评价及空间格局演变研究

乔海娟，黄 洲，张丛林，欧传奇，张 爽

(1. 水利部农村电气化研究所，杭州 310012；2. 浙江工业大学建筑工程学院，杭州 310023； 3. 中国科学院科技战略咨询研究院，北京 100190；4. 国际小水电中心，杭州 310002；5. 中国水利水电科学研究院，北京 100038)

0 引 言

在中国，农村水电系指小水电，即装机容量小于50 MW的水电站[1-3]。1949年以来，中国农村水电的发展历程大致可分为三个阶段[4,5]。

(1)1949年至20世纪70年代。农村水电从以解决生活照明和农副产品加工用电为主，逐步拓展至排灌和乡镇企业供电[6]，并初步解决了占全国国土面积1/2以上地区约3亿农村人口的供电和照明问题。

(2)20世纪80-90年代。国家采取政策支持、财政补助等措施，鼓励地方政府、农村集体经济组织和农民自主兴办农村水电。至1999年底，全国农村水电装机容量达到2 348 万kW，653个县实现水电农村电气化。

(3)21世纪以来。中国持续推进水电农村电气化建设，启动农村水电代燃料工程，社会资本也逐步进入，集体和股份制办电开辟了农民增收的新途径。2016年以后，随着有关意见[7]和标准[8]的发布，农村水电进入绿色发展的新阶段。

中国地域辽阔，不同地区气候及水文、水资源条件差异较大，各地区经济社会发展与生态环境保护之间不平衡不充分。农村水电经历近70年的发展历程，从省级层面对中国农村水电的发展水平进行综合评价，分析关键时间节点的发展态势，探寻其空间演变格局及成因，对于研判今后的发展趋势，合理规划和布局未来发展，是极为重要和必要的。到目前为止，前人在农村水电发展水平评价和空间格局演变方面开展了若干研究。在农村水电发展水平评价方面，针对农村水电法律冲突，电站的环境、经济、资源、社会、政治影响评价，农村水电与社会、经济、生态环境可持续发展，农村水电开发现状和潜力，农村水电站运行和自动化维护，绿色农村水电认证和监管等问题，从国家、省级、县级、电站等层面，通过遥感数据分析、因素分析、综合大坝评价模型、模糊层次分析、驱动力-压力-状态-影响-响应模型、生态保护工程能源计算模型、多标准评分、农村水电站运行和维护模型、模糊综合评价、定性分析等方法，在得到相关结论的同时，从管理条例、政策设计、规划制定、项目融资、能源交易、能源监管、环境影响、评价指标、电站设备及监测系统等方面指出了农村水电发展面临的挑战，并提出了对策建议[9-20]。

在农村水电发展空间格局演变方面，相关研究成果较少。针对水电站选址和布局，水能资源开发模式，水能资源开发利用程度，水电开发带来的生态环境、土地利用、景观格局负面效应等问题，已有研究分别从国家、流域、电站等层面，通过地理空间信息系统、面板数据统计分析、因素分析、定性分析等方法，得出了有关结论[21-25]。

总体来看，相关研究已取得诸多成果，但仍有待进一步完善。目前缺少一套从省级层面对农村水电发展水平进行综合评价的量化方法，农村水电发展的空间格局亦有待进一步明晰。本文拟在已有研究的基础上，针对中国农村水电的省域发展水平评价及其空间格局演变等问题开展研究，分析中国农村水电发展水平的空间分布特征，对其发展格局进行划分，并探寻其演化过程及原因。

1 研究方法与数据来源

1.1 研究方法

1.1.1 评价指标体系

目前，国内外已有的农村水电发展水平评价指标体系主要涉及经济、社会、生态环境、管理等领域。但这些评价指标体系往往综合性不足，且大多聚焦于单一的电站层面，并处于定性描述阶段[26-30]。

本文选择具体指标时，主要遵循可持续性、可操作性和代表性原则[31]。按照可持续性原则，认为农村水电要对保护与发展均具有促进作用，从经济、社会、生态环境和资源等领域初步遴选25个指标；遵照可操作性原则，查找有关统计年鉴、年报，通过数据可得性筛选获得中国31个省级行政区(限于相关数据可得性，未计处香港特别行政区、澳门特别行政区和台湾省)的20个指标；依据代表性原则，对这20个指标进行试运算，因熵权TOPSIS法根据指标的离异程度赋权重，方差小的指标所得权重亦小，在试运算中，根据标准化后的方差进一步筛选指标，选取至累积方差达到90%为止，共得到15个指标(表1)。

表1 农村水电发展水平评价指标体系 %

注：① 功效性中，“正”意为效益型指标；“负”意为成本型指标。② 此处所指的经济、社会、生态环境和资源领域主要与上述各领域指标有关，与国家层面的经济、社会、生态环境、资源有一定区别。

1.1.2 熵权TOPSIS法

熵权TOPSIS法根据指标值的变异程度进行客观赋值，通过测度各评价对象与最优方案的相对接近程度，对其进行排序[32,33]。其中：熵权法依据各项指标客观信息量的大小计算指标权重。在信息论中，信息熵是系统无序化程度大小的度量，若某项指标值的信息熵越小，其信息量越大，其指标权重也越大；反之，则该指标权重越小。在各省级行政区综合评价中，可依据各项指标值的变异程度，利用信息熵计算各指标权重。TOPSIS 中文译为“逼近于理想解法的排序法”，其基本原理是通过测度被评价对象的指标评价向量与综合评价问题的正理想解和负理想解的相对距离来进行排序。所谓的正理想解是一个假设的最优解，其各项指标值都达到评价对象中各项指标的最优值；而负理想解是另一虚拟的最差解。因此，可以通过计算评价对象的指标评价向量与最优解、最差解之间的距离，来对评价对象进行排序，确定各省级行政区农村水电发展水平。该方法的主要计算步骤如下：

(1)构建原始指标的判断矩阵：X=(xij)m×n；

(2)对判断矩阵进行归一化处理，得到归一化矩阵：P=(pij)m×n；

(3)利用熵权法确定各指标权重：wj；

(4)构造标准化的加权决策矩阵：Zij=(wjPij)m×n；

(5)根据步骤(4)求出的标准化加权决策矩阵，确定正理想解和负理想解：

Z+={(maxZij|j∈J1),(minZij|j∈J2|i=1,2,…,m)}=

(1)

Z-={(minZij|j∈J1),(maxZij|j∈J2|i=1,2,…,m)}=

(2)

式中：Z+为第j个指标在i年的最大值，即正理想解；Z-为第j个指标在i年的最小值，即负理想解；J1为效益型指标集；J2为成本型指标集。

(3)

(4)

(7)计算各省级行政区评价指标与理想解的相对接近度Ci：

(5)

式中：对计算出的Ci按大小排序，Ci越大，表明农村水电发展水平越高。

1.1.3 耦合协调度模型

(1)协调度模型。协调度模型可以衡量评价对象的相关领域间的协同作用，即相互作用程度，这些领域影响着评价对象的发展趋势。本文通过协调度模型衡量经济、社会、生态环境和资源四大领域间的协同程度[34]。

借鉴容量耦合系数模型与耦合度函数建立协调度模型：

Ki={(Ai×Bi×Ci×Di)/

[(Ai+Bi)×(Ai+ci)×(Ai+Di)×

(Bi+Ci)×(Bi+Di)×(Ci+Di)]}1/4

(6)

式中：Ai、Bi、Ci和Di分别为第i个省级行政区的经济、社会、生态环境和资源领域得分，可通过熵权TOPSIS法得出；Ki表示四大领域间的协调性，0≤Ki≤1，Ki越大表示协调性越好。

(2)耦合协调度模型。在某些情况下，协调度难以反映出领域间的真实情况。例如，4个领域得分均低和均高的省级行政区，其协调度得分可能相近，但农村水电发展水平却差异巨大。因此，需要进一步构建耦合协调度模型来更全面地反映省域农村水电发展水平：

Zi=(Ki×Ci)1/2

(7)

式中：Zi为第i个省级行政区的耦合协调度；0≤Zi≤1，Zi值越大，表示该省级行政区的农村水电总体发展水平越高。

1.2 数据来源

本文从《中国统计年鉴》、《中国农村统计年鉴》、《中国水利统计年鉴》、《全国农村水电统计年报》等年鉴和年报中提取基础数据。对于部分指标缺失个别年份数据的情况，本文采取线性插值法进行处理，最终得到中国31个省级行政区1990-2015年15个指标所需的评价数据。

2 结果与分析

根据前文对农村水电发展历程的划分，分别选取1990、1995、2000、2005、2010、2015年等6个关键节点年，利用熵权法对其截面数据进行分析，计算得出各节点年各指标的权重(表2)，并计算各省级行政区农村水电发展水平的耦合协调度(表3)。在此基础上通过聚类分析，对省域农村水电发展空间格局演变情况进行描述。

表2 农村水电发展水平评价指标权重Tab.2 The weight of evaluation indicator system of development level of rural hydropower

2.1 耦合协调度分布的空间变化

从国家层面来看，1990-1995年，农村水电发展水平的耦合协调度略有下降；1995-2000年，略有上升；2000-2005年，表现出较明显的下降，这与“无立项、无设计、无验收、无管理”等“四无”农村水电站的快速无序开发有关；2005-2015年，耦合协调度稳步上升(表3)。全国农村水电发展水平的总体提高得益于20世纪90年代以来，水电农村电气化、农村水电代燃料生态保护、农村水电增效扩容改造等政策的大力扶持。

从区域层面来看，华南、华中、西南等地区耦合协调度的平均得分相对较高，华东、西北及华北地区则相对较低，后者与前者平均得分相差大于23%，差异主要体现在经济和资源两个领域，其中：A1、A2、A5、D1和D25个指标差异显著，前者与后者的同一指标相差达4～10倍。其中：

表3 省域农村水电发展水平耦合协调度Tab.3 Coupling coordination degree of provincial development level of rural hydropower

华南地区：1990-2005年，该地区农村水电发展水平在波动中呈现下降趋势，且在2005年达到极小值，此后逐年稳步提高，经济、社会及资源等领域发展相对均衡。其中：1995-2015年，广东省农村水电发展水平波动中下降，但下降速度呈现减缓趋势，且分别在1995年、2010年出现极大值；广东省作为中国农村水电发展的排头兵，随着经济社会的发展以及水能资源的逐步开发，其耦合协调度虽有所下降，但一直位居全国第一，整体发展水平相对较为稳定。1990-2005年，桂、琼两省农村水电发展水平总体呈下降趋势，此后逐年稳步上升。

华中地区：1990-2005年，该地区农村水电发展水平逐年下降，此后逐步上升，经济、资源领域优势突出。其中：1990-2005年，豫、鄂两省农村水电发展水平下降，此后呈上升趋势；1990-2015年，湖南省农村水电发展水平整体表现为波动中下降的趋势，分别于1995年和2010年取得极大值和极小值，二者相差10.4%。

西南地区：1990-2000年，该地区农村水电发展水平逐步上升，此后表现出略有波动但微降的发展趋势，且极大、极小值间相差8.2%，该地区各领域发展相对均衡。1990-2000年，渝、贵两省农村水电发展水平稳步上升，其后，重庆市在2005年发展水平降低，而贵州省降低趋势则持续到2010年，此后两省发展水平又均呈上升趋势；1990-2010年，四川省发展水平在波动中下降，此后又逐步提升，其耦合协调度得分相对较高，平均分达0.52；1990-2000年，云南省农村水电发展在波动中上升，此后在波动中下降，并于2010年出现极小值；1990年起，西藏农村水电发展水平逐步上升，2010年后略有下降。

东北地区：1990-2000年，该地区农村水电发展水平逐年稳步提升，2000-2015期间，呈波动趋势。辽宁省农村水电发展与东北地区整体趋势较为相似；1990-2000年，吉林省农村水电发展水平逐年上升，2000-2015年，呈现先下降后逐步上升的趋势，且于2005年出现极小值；黑龙江省农村水电发展水平较东北地区平均水平低10%，总体呈波动趋势。

华东地区：1990-2015年，该地区农村水电发展水平呈现整体波动中上升趋势。若不计入上海市(辖区内无农村水电)该地区耦合协调度将提高17%。地区内经济、社会领域优势显著。其中：苏、鲁两省，因水能资源禀赋较差造成D1、D2两个指标排名较为靠后。安徽省于1990-2015年期间表现为波动中上升的发展趋势；1990-2000年，浙、闽两省农村水电发展水平稳步上升，此后呈现下降趋势；1990-2005年，江西省农村水电发展呈现波动中下降趋势，且于1995年出现极大值，此后逐年上升。

西北及华北地区：1990-2015年，这两个地区大部分省级行政区农村水电发展水平在波动中小幅上升，部分省级行政区略有下降。地区内经济、资源领域劣势凸显，但社会领域发展较好。其中，1990-2005年，京、津、晋、陕、甘、宁、新等地农村水电发展水平略有下降，此后随着经济、社会领域发展水平的逐步提高，其农村水电发展水平亦逐渐上升；1990-2000年，青海省农村水电发展水平在波动中整体上升，此后在波动中下降；1990-2010年，蒙、冀两地发展水平在波动中上升，2010-2015年出现下降趋势。

2.2 省域农村水电空间格局演变

对经济、社会、生态环境、资源等领域及耦合协调度得分进行聚类分析，由1990、1995、2000、2005、2010、2015年等六年的截面数据，得到三大类聚类结果：以京、津、冀为代表的省级行政区，其生态环境、社会领域优势明显，但资源和经济领域相较其他省级行政区处于劣势，耦合协调度较低，将其命名为欠协调度区；以广东为代表的省级行政区，其经济、社会、生态环境及资源等四领域发展较为协调，耦合协调度较高，将其命名为高度协调区；介于欠协调区和高度协调区之间的，称为相对协调区。在此基础上，将中国省域农村水电空间格局演变划分为三个阶段(图1)。

图1 1990-2015年中国农村水电发展水平聚类结果Fig.1 The clustering analysis results of the provincial development level of rural hydropower from 1990 to 2015

(1)1990-2000年，农村水电发展水平波动上升期。这一时期，全国农村水电发展水平在经济、资源、生态环境领域得分分别升高13.9%、0.3%、20.5%，社会领域得分降低4.4%；全国和欠协调、相对及高度协调三大分区的耦合协调度分别增加了2.86%、6.25%、1.95%和5.02%。聚类结果显示：1990-2000年，赣、鄂、桂、贵等地由相对协调区演变为欠协调区，陕西省则由欠协调区上升到相对协调区，相对协调区涵盖的省级行政区数量有所减少，而欠协调区包含的省级行政区数量增加；粤、浙、闽等省级行政区各领域优势显著且相对稳定，一直位于高度协调区。在全国农村水电发展水平逐步提高的背景下，欠协调区内省级行政区数量的增加，是因为欠协调区中新增省级行政区的农村水电发展水平增速落后于全国其他地区。

(2)2000-2005年，农村水电不平衡、不协调发展期。这一阶段，全国农村水电发展水平在经济、社会、生态环境、资源等四大领域得分各降低21.4%、38%、20.1%、4.5%，全国和欠协调、相对及高度协调三大分区的耦合协调度分别下降了5.93%、8.66%、8.85%和2.15%。聚类结果显示：以粤、浙、闽等为代表的高度协调区相对稳定。处于欠协调区的省级行政区数量亦相对稳定，仅鄂、贵等省级行政区由欠协调区转为相对协调区，使得相对协调区在经济和资源领域的优势明显加强。

该时期，随着中国政府对“三农”问题日益重视，水电农村电气化县建设继续加速推进，农村电网改造、送电到乡光明工程等一系列项目大力实施，A2、A1、B1和D2四个指标增长较快(分别增长51.05%、41.14%、44.66%、36.45%)，而其余指标或为微增，或为负增长。因民营资本准入门槛降低，以及为进一步解决“用电荒”问题，全国范围内出现诸多“无立项、无设计、无验收、无管理”的“四无”农村水电站，快速无序的发展造成了这一时期农村水电发展格局的不平衡、不协调。

(3)2005-2015年，农村水电发展水平稳步上升期。这一时期，农村水电发展水平在经济、生态环境两个领域得分各升高12.8%、24.8%，社会领域得分先降后升，资源领域得分表现为波动中下降的趋势。耦合协调度整体升高，全国、欠协调区及相对协调区的耦合协调度分别增加5.32%、7.52%和5.76%，高度协调区则下降1.14%。聚类结果显示：浙、闽等地由高度协调区回归相对协调区，陕西省由相对协调区重返欠协调区，其余省级行政区的农村水电发展水平基本稳定。欠协调区各领域维持平衡；相对协调区在经济、社会、生态环境及资源等四大领域优势均有所提升；而广东省作为高度协调区，在经济及社会领域的优势弱化，生态环境及资源领域的优势凸显，耦合协调度略有下降。此阶段，基于对上一阶段问题的反思，中国农村水电发展更加重视协调保护与发展的关系，转变传统规划观念。经济、资源、生态环境、资源等四领域发展差异逐步缩小，耦合协调度较第一阶段更高，农村水电发展格局更趋协调。

2.3 政策建议

以上述聚类结果为基础，结合各省份农村水电发展的特点，未来时期，中国农村水电应加快转变发展方式、因地施策，推动该行业进一步发展。

(1)以广东省为代表的高度协调区，应将绿色发展理念贯穿始终，积极发挥其在农村水电行业的引领作用，严格控制新建农村水电审批工作，努力做好存量农村水电管理工作。建议开展农村水电安全生产标准化建设，提高安全生产标准化水平；在此基础上，积极融入“互联网+”思维，打造农村水电智慧管理平台，发展基于云计算、大数据的农村水电信息挖掘以及电力智能预测业务，建立农村水电智慧管理新模式。

(2)对处于相对协调区的赣、鄂、湘、桂、川、云、贵等省份，因其水能资源较为丰富，建议进一步优化农村水电发展布局，在绿色水电发展理念的引领下，积极做好农村水电增量工作，建立以“国家扶持、市场运作、贫困户持续收益”为导向的农村水电精准扶贫模式，补齐这些地区在经济、社会和生态环境领域的发展短板，增强合力，提高省域农村水电发展的耦合协调度，促进其向农村水电发展水平的高度协调区转变；在农村水电项目开发建设过程中，重视发挥其对生态环境的保护作用，使其走生态环境友好的绿色水电发展之路。

(3)对处于农村水电发展欠协调区的华北、东北及西北等“三北”地区的13个省份及华东地区部分省份，限于其水能资源较为欠缺且农村水电开发建设工作已接近尾声，建议这些区域重点加强存量水电站的管理工作，并加快推进向小水电的标准化、信息化及智能化管理转型的步伐。

3 结 语

文章从时间和空间两个维度，围绕经济、社会、生态环境、资源等四个领域构建中国农村水电发展水平评价指标体系。通过综合运用熵权TOPSIS方法及耦合协调度模型，对中国及各省域农村水电发展水平进行测度；并以聚类分析结果为支撑，对我国省域农村水电空间格局演变情况进行分析，得到如下主要结论。

(1)本文提供了一种综合评价我国省域农村水电发展水平的量化方法，其主要意义在于明晰我国省域农村水电发展水平的空间格局及其演变规律。研究结果显示：国家层面，1990-2015年，中国农村水电发展水平的耦合协调度呈现先上升后下降再上升的总体发展趋势；区域层面，华南、华中、西南等地区耦合协调度的平均得分相对较高，西北及华北地区则相对较低，其差异主要体现在经济和资源两个领域；在此基础上，聚类分析结果将我国农村水电空间格局划分为高度协调、相对协调和欠协调三大分区，并将省域农村水电空间格局演变过程划分为波动上升期，不平衡、不协调发展期及稳步上升期三个阶段。据此有助于针对各省份自身农村水电发展特点，分类施策，推动中国农村水电行业的进一步发展。

(2)研究发现，中国省域农村水电发展水平各评价指标的权重是随着经济社会发展不断变化的，因而采用熵权法对不同年份进行综合评价更为合理。但该方法的有效性在很大程度上取决于所构建的指标体系。鉴于此，下一阶段，应进一步完善本文的指标体系。例如：各省农村水电上网电价、开发成本等指标对于衡量农村水电开发的经济效益比有较大科学价值，但限于数据可得性，未纳入此次研究。随着未来国家有关部门统计工作的加强，希冀纳入更多具有代表性的评价指标，以更精准的刻画中国省域农村水电发展水平的空间格局及其演变规律。

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