王大洋，王大剛

(中山大學(xué) 地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院，廣東 廣州 510275)

1 研究背景

水資源作為城市建設(shè)和發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源，其與人類社會(huì)的關(guān)系一直都是需要重視和關(guān)注的研究課題。由于水資源地理空間分配的異質(zhì)性特點(diǎn)，不同地區(qū)的人水和諧關(guān)系也通常表現(xiàn)不同。建設(shè)粵港澳大灣區(qū)(Guangdong-Hong Kong-Macao Great Bay Area, GBA)，以下簡(jiǎn)稱大灣區(qū)，是新時(shí)期國(guó)家推動(dòng)形成全面開放新格局、深化內(nèi)地與港澳地區(qū)合作、打造世界級(jí)城市群的重要舉措，其無(wú)論是經(jīng)濟(jì)還是戰(zhàn)略地位，都具有不可替代的作用。近些年，針對(duì)大灣區(qū)水資源的研究逐漸增加，如張金松等[1]對(duì)大灣區(qū)面臨的水安全、黑臭水體整治和城市內(nèi)澇等問題進(jìn)行了梳理和分析；劉暢等[2]探究了大灣區(qū)水環(huán)境和水生態(tài)現(xiàn)狀，提出了相關(guān)的治理對(duì)策；李駿飛等[3]則利用大數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，分析了大灣區(qū)數(shù)字水務(wù)的發(fā)展?jié)摿?，?duì)其未來(lái)的可發(fā)展性進(jìn)行了展望?？傮w而言，針對(duì)水資源與人類社會(huì)發(fā)展關(guān)系方面的研究仍然有些欠缺[4-5]。基于此，有必要對(duì)大灣區(qū)規(guī)劃建設(shè)以來(lái)近些年的人水和諧關(guān)系進(jìn)行量化研究，從而準(zhǔn)確把握大灣區(qū)水資源和人類社會(huì)的和諧程度，為其未來(lái)更好地發(fā)展提供技術(shù)支持[6-7]。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 研究區(qū)概況

大灣區(qū)是我國(guó)珠江三角洲地區(qū)由香港、澳門兩個(gè)特別行政區(qū)和廣東省下轄的9個(gè)城市組成的世界級(jí)城市群。選取大灣區(qū)涉及的廣東省的9個(gè)城市(分別是廣州、深圳、珠海、佛山、惠州、東莞、中山、肇慶和江門)為研究對(duì)象，探究城市的水資源和人類社會(huì)的和諧程度并進(jìn)行量化分析。研究區(qū)的地理位置見圖1。

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

研究數(shù)據(jù)來(lái)源于2014-2018年的《廣東省水資源公報(bào)》《廣東省統(tǒng)計(jì)年鑒》和相關(guān)綜合規(guī)劃。通過(guò)對(duì)水資源系統(tǒng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展系統(tǒng)及兩者協(xié)調(diào)性的研究，同時(shí)結(jié)合人水和諧理論中關(guān)于健康度(health degree,HED)、發(fā)展度(development degree,DED)和協(xié)調(diào)度(harmony degree,HAD)的影響因素，選取15個(gè)指標(biāo)建立評(píng)價(jià)體系。在等級(jí)和標(biāo)準(zhǔn)確定方面，依據(jù)《大灣區(qū)發(fā)展規(guī)劃綱要》《珠江流域水利規(guī)劃》等相關(guān)規(guī)劃制定了評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。人水和諧度(human water harmony degree,HWHD)量化指標(biāo)體系及等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)見表1，表1的“類型”列中“+”為效益型，“-”為成本型。

圖1 大灣區(qū)背景下廣東省9市位置示意圖

表1 大灣區(qū)廣東省9市人水和諧度量化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

2.3 研究方法

研究以人水和諧理論為指導(dǎo)。首先，計(jì)算各指標(biāo)的子和諧度；其次，利用二元模糊比較-熵權(quán)法-合作博弈理論計(jì)算指標(biāo)的綜合權(quán)重；之后，根據(jù)權(quán)重分別求得各個(gè)城市的健康度、發(fā)展度和協(xié)調(diào)度；最后，集成3個(gè)要素來(lái)推求最終的人水和諧度。

2.3.1 子和諧度計(jì)算 以線性隸屬度函數(shù)計(jì)算指標(biāo)子和諧度，即通過(guò)對(duì)各指標(biāo)分級(jí)，以各分級(jí)邊界值為基礎(chǔ)，劃分確定各指標(biāo)的子和諧度。研究中參考人水和諧理論[8-13]，采用五點(diǎn)線分段，分段點(diǎn)為(a, 0), (b, 0.3), (c, 0.6), (d, 0.8), (e, 1.0)，分別對(duì)應(yīng)V～I(xiàn)級(jí)。對(duì)于效益型和成本型兩種類型指標(biāo)采用不同的隸屬度函數(shù)，兩種類型指標(biāo)的子和諧度隸屬度曲線如圖2所示。

圖2 兩種類型指標(biāo)的子和諧度隸屬度曲線

2.3.2 綜合權(quán)重分析

(1)二元模糊比較法。主觀權(quán)重采用二元模糊比較確定[14]。若指標(biāo)向量為P(p1,p2, … ,pm，m為指標(biāo)個(gè)數(shù))，對(duì)指標(biāo)向量中的任何兩個(gè)都進(jìn)行對(duì)比，可獲得標(biāo)度矩陣E：

(1)

比較時(shí)遵循以下原則：①若Pk較Pl重要，則ekl=1,elk=0；②若Pl較Pk重要，則ekl=0,elk=1；③若Pk與Pl同樣重要，則ekl=0.5,elk=0.5。通過(guò)將E中各行向量求和，可得每行的重要性標(biāo)度，其值大小反映該指標(biāo)在指標(biāo)向量中的重要性。之后，按照指標(biāo)向量的標(biāo)度排序，以第1個(gè)為基礎(chǔ)，對(duì)其余指標(biāo)參考語(yǔ)氣算子與基礎(chǔ)指標(biāo)作重要性比較分析，結(jié)合兩者關(guān)系表確定各指標(biāo)相對(duì)隸屬度μ(μ1,μ2,…,μm)，通過(guò)公式(2)歸一化確定權(quán)重，即主觀權(quán)重。不同程度語(yǔ)氣算子對(duì)應(yīng)的相對(duì)隸屬度見表2。

(2)

表2 不同程度的語(yǔ)氣算子對(duì)應(yīng)的相對(duì)隸屬度

(2)熵權(quán)法。熵權(quán)法以評(píng)價(jià)矩陣數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以信息熵的形式表現(xiàn)指標(biāo)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響程度，信息熵的大小表示權(quán)重的大小[15]。若有矩陣E，形狀為m×n，其中m為指標(biāo)個(gè)數(shù)，n為城市個(gè)數(shù)。則可以通過(guò)指標(biāo)矩陣歸一化、計(jì)算熵、計(jì)算熵權(quán)3個(gè)步驟確定指標(biāo)的客觀權(quán)重。

① 指標(biāo)矩陣歸一化，得R=(rij)m×n。

② 計(jì)算熵。

(3)

(4)

式中：fij為第j個(gè)城市中第i個(gè)指標(biāo)的比重；rij為第j個(gè)城市中第i個(gè)指標(biāo)的歸一化值；Hi為各城市的第i個(gè)目標(biāo)的信息熵。

③ 計(jì)算熵權(quán)。

(5)

w=(ωij)1×m

(6)

式中：ωi為第i個(gè)指標(biāo)的客觀權(quán)重；w為指標(biāo)的熵權(quán)向量，即客觀權(quán)重。

(3)基于合作博弈的組合權(quán)重。如若采用s種方法分別計(jì)算出m個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，可以組成為關(guān)于權(quán)重的1個(gè)基本權(quán)重矩陣Ws=(w1m,w2m, … ,wsm)，這s個(gè)基本向量可以組成為線性組合：

(7)

式中：W為綜合權(quán)重向量；ak為權(quán)重組合系數(shù)。

確定綜合權(quán)重的方法是尋找能使綜合權(quán)重和各個(gè)基本權(quán)重偏差達(dá)到最小的組合系數(shù)[16]，因此，該問題實(shí)際可轉(zhuǎn)化為尋求最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)為

(8)

的問題，該最優(yōu)的解集可采用遺傳算法(genetic algorithm)[17]尋優(yōu)找到。得到最優(yōu)組合系數(shù)后，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化并結(jié)合最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)式(8)確定最終的綜合權(quán)重。

2.3.3 人水和諧度的計(jì)算方法 人水和諧度是健康度(HED)、發(fā)展度(DED)和協(xié)調(diào)度(HAD)3個(gè)要素的集成，而此三者構(gòu)建則通過(guò)子和諧度和權(quán)重為基本單元。因此，3個(gè)要素的計(jì)算公式如下：

(9)

(10)

(11)

HWHD(T)=HED(T)β1·DED(T)β2·

HAD(T)β3

(12)

式中：HED(T)、DED(T)和HAD(T)分別為評(píng)價(jià)中某個(gè)城市的健康度、發(fā)展度和協(xié)調(diào)度；HWHD(T)為人水和諧度；m1、m2、m3分別為3個(gè)要素含有的指標(biāo)個(gè)數(shù)；SHD1i、SHD2i、SHD3i分別為3個(gè)要素中各指標(biāo)對(duì)應(yīng)的子和諧度；Wi為各指標(biāo)的組合權(quán)重；β1、β2和β3分別為3個(gè)要素的指數(shù)權(quán)重，研究中全部取值為1/3，主要原因是將三者同等而視。

人水和諧度HWHD(T)大小區(qū)間為[0,1]，可分為嚴(yán)重不和諧(0≤HWHD(T)<0.2)、不和諧(0.2≤HWHD(T)<0.4)、基本和諧(0.4≤HWHD(T)<0.6)、較和諧(0.6≤HWHD(T)<0.8)與和諧(0.8≤HWHD(T)≤1.0)共5個(gè)等級(jí)。

3 結(jié)果與分析

3.1 子和諧度

根據(jù)第2節(jié)中的介紹，結(jié)合大灣區(qū)規(guī)劃中涉及的廣東省9個(gè)城市構(gòu)建的人水和諧指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，依據(jù)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算9個(gè)城市的每個(gè)指標(biāo)連續(xù)5 a的子和諧度，結(jié)果匯總于表3(因全部數(shù)據(jù)過(guò)多，文中僅以2018年為例)。

3.2 綜合權(quán)重

采用二元模糊對(duì)比法確定主觀權(quán)重，采用熵權(quán)法確定客觀權(quán)重，再以合作博弈論將兩者相連接，以遺傳算法尋優(yōu)，得到各個(gè)指標(biāo)的綜合權(quán)重。需要說(shuō)明的是對(duì)于客觀權(quán)重，因每年均有9個(gè)城市，因此對(duì)應(yīng)的客觀權(quán)重也應(yīng)當(dāng)有5個(gè)，為避免因不同年份之間指標(biāo)權(quán)重差異太大造成的誤差影響，在計(jì)算時(shí)，以5 a各指標(biāo)數(shù)據(jù)的均值作為基礎(chǔ)來(lái)計(jì)算客觀權(quán)重，從而保證權(quán)重的一致性，結(jié)果列于表4。

3.3 人水和諧關(guān)系的時(shí)空特性

根據(jù)指標(biāo)綜合權(quán)重和子和諧度，可以計(jì)算9個(gè)城市2014-2018年的健康度(HED)、發(fā)展度(DED)、協(xié)調(diào)度(HAD)，再以這三者為基礎(chǔ)來(lái)確定城市的人水和諧度(HWHD)。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，分別繪制HED、DED、HAD與HWHD隨時(shí)間變化曲線和空間變化分布圖，用以分析9個(gè)城市的人水和諧關(guān)系，結(jié)果見圖3和4。

表4 人水和諧量化評(píng)價(jià)各指標(biāo)權(quán)重

圖3 大灣區(qū)廣東省9個(gè)城市2014-2018年HED、DED、HAD及HWHD的時(shí)間變化曲線

3.4 結(jié)果分析

對(duì)時(shí)間變化曲線分析，由圖3(a)健康度來(lái)看，2014-2018年間9個(gè)城市的健康度差異性比較大，范圍跨度大約在0.156～0.800之間，9個(gè)城市的健康度的變化趨勢(shì)基本一致，2014-2016年整體基本均存在較小幅度的升高趨勢(shì)，之后雖在2017年略微降低，但2018年又有所回升，基本表現(xiàn)出持平的狀態(tài)。就整個(gè)健康度水平而言，惠州、江門和肇慶3市2014-2018年的健康度值均大于0.6，均高于其余6個(gè)城市；珠海的健康度升高的趨勢(shì)較為明顯；廣州、深圳、佛山、東莞和中山的水資源健康狀況則表現(xiàn)為雖有波動(dòng)起伏，但整體基本穩(wěn)定的趨勢(shì)。由圖3(b)發(fā)展度來(lái)看，9個(gè)城市的發(fā)展度均較高，基本全部在0.6以上。其中，深圳、珠海、東莞和佛山的整體水平均比較高，江門、肇慶和惠州3個(gè)市的發(fā)展度值位列其次。由圖3(c)協(xié)調(diào)度來(lái)看，9個(gè)城市的協(xié)調(diào)度均比較高，基本保持在0.70以上。其中，除佛山和東莞在2014-2015年有大幅度的提升之外，其余城市協(xié)調(diào)度水平都較為穩(wěn)定；9個(gè)城市中，深圳市表現(xiàn)最為突出，2014-2018年協(xié)調(diào)度全部保持在0.9之上。由圖3(d)人水和諧度來(lái)看，除佛山表現(xiàn)波動(dòng)較大之外，其余8個(gè)城市基本呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢(shì)。其中，肇慶、惠州、珠海和江門4個(gè)市的人水和諧度較高，2014-2018年基本都保持在0.7～0.8之間，該閾值等級(jí)為“較和諧”，并且表現(xiàn)為逐漸上升的趨勢(shì)。

從地理空間位置分析，除珠海距離澳門較近之外，肇慶、江門和惠州分別位于大灣區(qū)的最西北、最西南和最東面(圖1)，且城市面積相對(duì)較大，良好的人水和諧關(guān)系可以為大灣區(qū)的發(fā)展提供良好的腹地環(huán)境和條件，避免出現(xiàn)發(fā)展方向上的不平衡，從而保證大灣區(qū)的發(fā)展輻射到全方位和各區(qū)域。廣州、深圳、東莞、中山的人水和諧度基本處于0.45～0.65之間，等級(jí)為“基本和諧”到“較和諧”之間，個(gè)別年份雖有波動(dòng)，但總體呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢(shì)，人水和諧關(guān)系發(fā)展態(tài)勢(shì)良好。

圖4 大灣區(qū)廣東省9個(gè)城市2014-2018年HED、DED、HAD及HWHD的空間變化分布圖

4 討 論

通過(guò)研究分析，有兩個(gè)現(xiàn)象值得進(jìn)一步思考，現(xiàn)討論如下：

廣州作為首府，從該城市的發(fā)展度水平來(lái)看，其2014-2018年各年的發(fā)展度值(DED)分別為0.667、0.675、0.687、0.678和0.679，排名并非位于9個(gè)城市前列，但其發(fā)展趨勢(shì)卻比較穩(wěn)定。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因，一方面可能是由于廣州市社會(huì)發(fā)展歷史相對(duì)較長(zhǎng)，較早的發(fā)展使得城市的經(jīng)濟(jì)體系結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)用水模式定型比較早，這些結(jié)構(gòu)和模式整體更新需要相對(duì)較長(zhǎng)的周期，因此針對(duì)發(fā)展度的指標(biāo)而言，其對(duì)應(yīng)的子和諧度并不是很高。另一方面，廣州市龐大的經(jīng)濟(jì)體量需要足夠的生產(chǎn)力，故而其接收吸納了大量來(lái)自外省(多為周邊湖南、廣西、江西等省)的勞動(dòng)力人口，而選取的發(fā)展度指標(biāo)中人口密度和生活用水指標(biāo)可能被平均化，這在一定程度上影響了廣州市的發(fā)展度水平。

此外，另一個(gè)亮點(diǎn)是深圳市的協(xié)調(diào)度明顯領(lǐng)跑其余8個(gè)城市。究其原因，可能是因?yàn)樯钲谑凶鳛槲覈?guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的先行示范區(qū)，設(shè)特區(qū)伊始本身已經(jīng)形成了集創(chuàng)新、綠色、共享于一體的健康發(fā)展模式。因此深圳市能夠在保證經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的同時(shí)，兼顧協(xié)調(diào)水資源開發(fā)和城區(qū)建設(shè)發(fā)展之間的關(guān)系，從而形成了較為合理的水生態(tài)格局和水環(huán)境條件，開拓出了新的、適合自己的一體化治水發(fā)展模式。這些管理舉措使得深圳市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水資源系統(tǒng)的關(guān)系朝著更加協(xié)調(diào)穩(wěn)定的方向發(fā)展，城市水資源與人類社會(huì)的和諧程度不斷提高。同時(shí)，這種發(fā)展模式也值得其他城市學(xué)習(xí)借鑒。

5 結(jié) 論

(1)大灣區(qū)背景下廣東省的廣州、深圳、珠海等9個(gè)珠江三角洲城市在2014-2018年期間的人水和諧度雖有波動(dòng)，但整體表現(xiàn)出緩慢上升趨勢(shì)。在影響人水和諧的3個(gè)要素中，不同城市間健康度差異最大，協(xié)調(diào)度次之，發(fā)展度差異最小。各個(gè)城市的水資源系統(tǒng)空間分布差異性較大，而發(fā)展度水平均較高，差異較小。9個(gè)城市的人水和諧度關(guān)系基本保持在“基本和諧”和“較和諧”水平。

(2)大灣區(qū)水資源健康度空間差異較大。距離港澳稍遠(yuǎn)的江門、惠州、肇慶3個(gè)城市的水資源健康狀況較好。未來(lái)大灣區(qū)在進(jìn)行水資源開發(fā)和管理時(shí)，建議參考區(qū)域分布特點(diǎn)，統(tǒng)籌開發(fā)、系統(tǒng)調(diào)度、科學(xué)分配，從而保證整個(gè)大灣區(qū)城市群的和諧發(fā)展。