王永良， 唐 蓮,2,3， 張 靜， 黃天炎

(1.寧夏大學 土木與水利工程學院， 寧夏 銀川 750021； 2.寧夏節(jié)水灌溉與水資源調(diào)控工程技術研究中心，寧夏 銀川 750021； 3.旱區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)水資源高效利用教育部工程研究中心， 寧夏 銀川 750021)

1 研究背景

水資源是人類社會發(fā)展的重要保障，隨著人類活動的加劇，水資源問題已擴大到經(jīng)濟社會系統(tǒng)中，在處理水資源問題時，考慮水資源的社會屬性是解決水資源問題的關鍵。目前國內(nèi)外許多學者對水資源短缺的類型及程度進行了定量分析及評價。王浩等[1]基于“自然-社會”二元水循環(huán)研究的基礎上，闡述了內(nèi)陸干旱區(qū)流域水循環(huán)的基本原理，為解決西北旱區(qū)水資源短缺的問題提供了理論依據(jù)；蘇賢保等[2]采用綜合權(quán)重法，選取了水資源短缺的28個評價指標，對甘肅省水資源短缺現(xiàn)狀進行了綜合的評價分析，為旱區(qū)水資源的開發(fā)利用提供了參考依據(jù)。Ohisson[3]界定了“第一資源短缺”(自然屬性)和“第二資源短缺”(社會屬性)，把社會適應能力解釋為自然資源稀缺的社會資源量；Liu等[4]提出了人與自然兩系統(tǒng)耦合的概念，把自然資源和社會資源組建在一起，對于二者而言，隨著自然資源出現(xiàn)短缺，社會經(jīng)濟系統(tǒng)會受到影響，此時系統(tǒng)內(nèi)部組分就會發(fā)揮作用并使損失降到最低。

本文結(jié)合寧夏沿黃經(jīng)濟區(qū)4個城市的水資源利用現(xiàn)狀，采用改進熵值法，在分析水資源系統(tǒng)與社會適應能力系統(tǒng)評價指標的基礎上，建立了耦合關系模型，并對結(jié)果進行了分析，為探明寧夏沿黃經(jīng)濟區(qū)4個城市的水資源短缺與社會適應能力發(fā)展間的互動反饋機制，有效地協(xié)調(diào)水資源的永續(xù)利用與社會經(jīng)濟的健康發(fā)展提供理論依據(jù)。

2 研究對象的界定和研究方法

2.1 研究對象的空間界定

寧夏沿黃經(jīng)濟區(qū)地處我國包昆通道的縱軸北部，以銀川市為中心，涵蓋吳忠市、石嘴山市、中衛(wèi)市沿黃城市所轄行政區(qū)域。該區(qū)域?qū)僦袦貛Ц珊祬^(qū)，年平均降水量為180～400 mm，年平均蒸發(fā)量1 825 mm，是年降水量的10倍左右，黃河水是該區(qū)域地表水的主要來源，水資源短缺是影響該地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展的重要因素之一。分析研究二者之間的耦合協(xié)調(diào)關系，對實現(xiàn)水資源的永續(xù)利用和促進經(jīng)濟社會的健康穩(wěn)態(tài)發(fā)展有著不可忽視的作用。

2.2 耦合協(xié)調(diào)度模型

系統(tǒng)耦合是指兩個(或兩個以上)的系統(tǒng)，通過某種介質(zhì)，在一定條件下進化的過程[5]。協(xié)調(diào)是指兩種或兩種以上要素之間的一種良性循環(huán)的關系[6]。在社會經(jīng)濟系統(tǒng)中，周校培等[7]建立了水資源與經(jīng)濟社會復雜系統(tǒng)評價指標體系，利用耦合協(xié)調(diào)度模型，分析研究了兩系統(tǒng)間的耦合協(xié)調(diào)度，為區(qū)域的健康可持續(xù)發(fā)展提出了合理的建議。常玉苗[8]以長江經(jīng)濟帶為研究區(qū)域，基于系統(tǒng)分析方法，建立了水資源系統(tǒng)與城市生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的定量評價模型。

程懷文等[9]以黑河流域為研究區(qū)域，建立了水資源系統(tǒng)與社會適應能力的定量評價模型。劉麗萍等[10]從社會水循環(huán)的角度，采用主客觀綜合賦權(quán)的方法，建立了水資源短缺與社會適應能力的耦合協(xié)調(diào)關系模型。伏吉芮等[11]以吐魯番地區(qū)為研究區(qū)域，根據(jù)耦合協(xié)調(diào)關系模型，對水資源-經(jīng)濟-生態(tài)環(huán)境發(fā)展情況進行了研究分析。

一方面，水資源短缺是影響社會適應能力發(fā)展的主要制約因素；另一方面，社會適應能力的提高可以緩解或加劇水資源的供需矛盾。二者之間存在耦合發(fā)生的條件，即系統(tǒng)內(nèi)部之間具有一定的聯(lián)系。因此，對二者之間的作用關系進行分析探討具有重要意義。

(1)數(shù)據(jù)標準化。

為了消除不同量綱不可以比較的問題，將原始數(shù)據(jù)做標準化處理。公式如下：

正項指標：

(1)

反向指標：

(2)

(2)權(quán)重的確定及綜合指數(shù)的計算。

(3)

水資源短缺綜合指數(shù)：

(4)

社會適應能力綜合指數(shù)：

(5)

(3)協(xié)調(diào)度計算。為反映水資源短缺程度與社會適應能力間的協(xié)調(diào)發(fā)展水平，引入耦合度計算公式：

(6)

(7)

T=αf(x)+βg(y)

(8)

式中：C為協(xié)調(diào)度；k為調(diào)節(jié)系數(shù)，且2≤k≤5(取k=2)；D為耦合協(xié)調(diào)度；T為水資源短缺與社會適應能力協(xié)調(diào)發(fā)展水平；α、β為待定系數(shù)(α=β=0.5)。

2.3 耦合協(xié)調(diào)類型判別

根據(jù)耦合協(xié)調(diào)度D的計算結(jié)果，結(jié)合協(xié)調(diào)度C的取值，借助已有文獻的劃分標準[12-15]，同時考慮寧夏沿黃經(jīng)濟區(qū)水資源短缺與社會適應能力發(fā)展的實際情況，將水資源短缺與社會適應能力的整體協(xié)調(diào)發(fā)展狀況按以下類別進行劃分(見表1)。

表1 耦合協(xié)調(diào)等級的區(qū)間劃分

2.4 數(shù)據(jù)來源

寧夏沿黃經(jīng)濟區(qū)位于我國內(nèi)陸西北地區(qū)，銀川、吳忠、石嘴山、中衛(wèi)4個沿黃城市存在著不同程度的水資源短缺現(xiàn)象。原始數(shù)據(jù)均來源于2016年《寧夏統(tǒng)計年鑒》、《寧夏水資源公報》和《寧夏國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》，并根據(jù)相關計算所得。

3 指標體系的構(gòu)建及權(quán)值的確定

3.1 指標體系的構(gòu)建

根據(jù)寧夏沿黃經(jīng)濟區(qū)的水資源短缺的現(xiàn)狀和經(jīng)濟社會的發(fā)展水平，借鑒已有文獻的研究成果[16-18]建立寧夏沿黃經(jīng)濟區(qū)水資源和社會適應能力指標體系。水資源短缺系統(tǒng)的評價指標主要以用水量和用水效率為切入點，同時還考慮了污水回用等方面的因素，選取了13個評價指標。在社會適應能力方面，考慮社會、經(jīng)濟和資源環(huán)境等方面的因素，選取了6個評價指標，最終構(gòu)建了寧夏沿黃經(jīng)濟區(qū)水資源短缺和社會適應能力協(xié)調(diào)耦合關系的指標體系，具體評價指標見表2。

3.2 指標權(quán)重的確定

文中采用改進熵權(quán)法對兩系統(tǒng)進行指標權(quán)重的計算。根據(jù)指標權(quán)重值的大小判斷其重要性程度，同時結(jié)合各個指標變量的變異性程度，計算出各個指標變量的最終權(quán)重值，結(jié)果見表2。

3.3 耦合協(xié)調(diào)度計算

根據(jù)公式(4)、(5)將指標標準化數(shù)值乘以對應的權(quán)重，可分別得到水資源短缺與社會適應能力綜合評價值。然后由公式(6)～(8)計算協(xié)調(diào)度C、耦合協(xié)調(diào)度D和水資源短缺與社會適應能力協(xié)調(diào)發(fā)展水平T值，并依據(jù)耦合協(xié)調(diào)等級的區(qū)間劃分(表1)，將寧夏沿黃經(jīng)濟區(qū)4市的水資源短缺和社會適應能力綜合評價值進行排序，見表3。

4 結(jié)果與分析

(1)綜合評價值分析。由表3可知，寧夏沿黃經(jīng)濟區(qū)4個城市排名次序為銀川市、石嘴山市、中衛(wèi)市和吳忠市。一般來說，一個地區(qū)污水處理回用量越大，則相應的水資源短缺程度就越小；而萬元GDP耗水量越高，則水資源的短缺程度就越嚴峻。銀川市2016年的污水處理回用量達到0.097×108m3，處于寧夏沿黃4市的首位，而萬元GDP耗水量為50 m3，處于寧夏沿黃4市的末位，因而水資源短缺綜合評價值最大。

從社會適應能力綜合評價值g(y)來看，由表3可知，寧夏沿黃經(jīng)濟區(qū)4個城市排名由大到小次序為銀川市、吳忠市、石嘴山市和中衛(wèi)市。由耦合協(xié)調(diào)度模型分析確定的指標權(quán)重可知，綠地面積和人均GDP在社會適應能力方面占有較大的權(quán)重，銀川市的綠地面積處在寧夏沿黃4個城市首位，人均GDP相對較大，故而社會適應能力綜合評價值最大；中衛(wèi)市的綠地面積和人均GDP相對偏小，故而社會適應能力最為薄弱。

(2)協(xié)調(diào)度分析。由表3可以看出，2016年寧夏沿黃經(jīng)濟區(qū)各市的水資源短缺與社會適應能力協(xié)調(diào)度基本處于中度失調(diào)和優(yōu)質(zhì)耦合2個階段。根據(jù)協(xié)調(diào)度C的計算結(jié)果來看，寧夏沿黃經(jīng)濟區(qū)，處于優(yōu)質(zhì)耦合的有銀川市、石嘴山市和中衛(wèi)市，其數(shù)值均在0.9～1.0之間，說明該地區(qū)水資源短缺與社會適應能力發(fā)展程度差別不大，反映了寧夏沿黃經(jīng)濟區(qū)水資源與社會適應能力二者相互協(xié)調(diào)。僅吳忠市處于中度失調(diào)狀態(tài)。銀川市、石嘴山市和中衛(wèi)市水資源短缺與社會適應能力基本呈現(xiàn)雙優(yōu)型極度耦合關系，雖然水資源總量、年降水量受自然條件限制，但該地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展較好，人均耗水量、農(nóng)業(yè)畝均耗水量所占比例低，污水處理回用量較高等特點，緩解了水資源短缺的程度。吳忠市水資源短缺程度相對嚴重，農(nóng)業(yè)用水量所占比例高，污水處理回用量、城鎮(zhèn)化率相對落后很大程度上阻礙了經(jīng)濟社會的進一步發(fā)展，因而出現(xiàn)中度失調(diào)的現(xiàn)象。

表2 水資源短缺與社會適應能力評價指標數(shù)據(jù)標準化及權(quán)重

表3 2016年寧夏沿黃經(jīng)濟區(qū)水資源短缺與社會適應能力協(xié)調(diào)度與耦合協(xié)調(diào)度類型判別

(3)耦合協(xié)調(diào)度分析。由表3可知，2016年寧夏沿黃經(jīng)濟區(qū)的水資源短缺與社會適應能力耦合協(xié)調(diào)度基本上處于耦合協(xié)調(diào)時期和失調(diào)衰退時期2個階段。依據(jù)協(xié)調(diào)度、耦合協(xié)調(diào)度計算結(jié)果，結(jié)合寧夏沿黃4市水資源短缺程度與經(jīng)濟社會水平現(xiàn)狀，基本上可以反映寧夏沿黃4市的實際狀況。銀川市耦合協(xié)調(diào)程度最高，處于良好耦合協(xié)調(diào)發(fā)展階段，銀川市水資源短缺程度與經(jīng)濟社會適應能力發(fā)展水平居于4市首位，在水資源有效利用、污水處理回用等方面處于高水平地位。經(jīng)濟社會的發(fā)展一定程度上提高了地區(qū)節(jié)水措施、節(jié)水政策的制定，二者發(fā)揮良性作用，促進了水資源與經(jīng)濟社會的整體協(xié)調(diào)發(fā)展。石嘴山市、中衛(wèi)市水資源短缺與社會適應能力耦合協(xié)調(diào)度總體處于居中水平，其數(shù)值均處在0.5～0.8之間，且萬元GDP耗水量和人均耗水量、污水處理回用量、徑流深處于寧夏沿黃4市中間位置，但中衛(wèi)市的綠地面積和人均GDP相對偏小，阻礙了水資源的高效利用，二者相互影響、耦合協(xié)調(diào)度相對較差；吳忠市社會適應能力較強，但水資源短缺的狀況影響了經(jīng)濟社會的進一步發(fā)展，故而表現(xiàn)出極度失調(diào)衰退現(xiàn)象。

5 結(jié) 論

(1)從評價值結(jié)果來看，在水資源短缺綜合評價方面，選取反映寧夏沿黃經(jīng)濟區(qū)水資源短缺程度的13個指標進行分析評價，優(yōu)良排序結(jié)果為銀川市、石嘴山市、中衛(wèi)市和吳忠市；在社會適應能力方面，包含人口自然增長率、綠地面積、城鎮(zhèn)登記失業(yè)率、城鎮(zhèn)化率、人均GDP、城鎮(zhèn)居民恩格爾系數(shù)的6個指標，結(jié)果排序為銀川市、吳忠市、石嘴山市和中衛(wèi)市。表明銀川市水資源利用水平較高，而中衛(wèi)市社會適應能力最為薄弱。

(2)寧夏沿黃經(jīng)濟區(qū)水資源短缺與社會適應能力協(xié)調(diào)度關系基本上處于優(yōu)質(zhì)耦合和中度失調(diào)2種狀態(tài)。由此可以看出，寧夏沿黃經(jīng)濟區(qū)經(jīng)濟社會的發(fā)展在水資源利用的承受范圍之內(nèi)，并且還具有較大的潛力。因此，寧夏沿黃經(jīng)濟區(qū)在未來的發(fā)展中，應逐步用水效率，加大水資源整治力度，推動公眾參與，努力實現(xiàn)水資源短缺與社會適應能力的協(xié)調(diào)健康發(fā)展。

(3)空間上，寧夏沿黃經(jīng)濟區(qū)4市耦合協(xié)調(diào)發(fā)展可劃分為良好耦合協(xié)調(diào)發(fā)展、中級耦合協(xié)調(diào)發(fā)展、勉強耦合協(xié)調(diào)發(fā)展和極度失調(diào)衰退4種類型。同時，在對2016年寧夏沿黃4市水資源短缺與社會適應能力耦合協(xié)調(diào)度的類別劃分中可以看出，耦合協(xié)調(diào)度與區(qū)域水資源短缺具有較大的關聯(lián)。除吳忠市外，其他3市水資源短缺綜合評價值較高的地區(qū)，耦合協(xié)調(diào)度也相應的較好，這充分證明了寧夏沿黃經(jīng)濟區(qū)水資源短缺與社會適應能力耦合協(xié)調(diào)度在空間上產(chǎn)生了良性互動。