山東省棗莊市水資源利用與城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)調(diào)性評價(jià)

摘 要：水資源的合理利用是促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的基本保障。水資源利用系統(tǒng)與城市經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)緊密聯(lián)系并相互影響。為了對這兩個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顟B(tài)進(jìn)行定量評價(jià)，首先用主成分分析法計(jì)算山東省棗莊市1996—2006年間水資源利用系統(tǒng)和城市經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的綜合評價(jià)指數(shù)；再運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)方法計(jì)算兩系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)指數(shù)；最后依據(jù)兩系統(tǒng)綜合評價(jià)指數(shù)和系統(tǒng)間協(xié)調(diào)指數(shù)，分別對11年間棗莊市水資源利用與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的程度、水資源利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的演進(jìn)模式進(jìn)行判斷。結(jié)果表明：兩系統(tǒng)發(fā)展雖不同步，但協(xié)調(diào)性不斷增加，協(xié)調(diào)指數(shù)總體趨勢上升；水資源利用與經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)演進(jìn)模式由經(jīng)濟(jì)發(fā)展滯后水資源利用模式逐步轉(zhuǎn)變?yōu)樗Y源利用滯后經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式。

關(guān)鍵詞：水資源利用系統(tǒng) 城市經(jīng)濟(jì)系統(tǒng) 協(xié)調(diào)發(fā)展 棗莊市

中圖分類號：F293 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1004-4914（2008）10-248-02

水資源是不可替代的自然資源。隨著工業(yè)化、城市化進(jìn)程加快，人口的增長、經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展給有限的水資源帶來巨大的壓力。在建立資源節(jié)約型社會和推進(jìn)水資源優(yōu)化配置的時(shí)代背景下，科學(xué)規(guī)劃城市水資源的利用、維持城市經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，成為現(xiàn)代城市規(guī)劃與建設(shè)關(guān)注的熱點(diǎn)。

國內(nèi)外城市水資源利用方面的研究很多，主要集中在水資源利用現(xiàn)狀、水資源利用評價(jià)和水資源利用問題與對策等方面。{1}{2}{3}針對城市水資源利用與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展關(guān)系方面的研究不多，并以定性分析為主。{4}

城市水資源是城市生態(tài)系統(tǒng)的主要物質(zhì)載體，與城市經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)社會——經(jīng)濟(jì)——自然的復(fù)合系統(tǒng)。由于系統(tǒng)的復(fù)雜性，其中不確定因素廣泛存在。本文擬對該復(fù)雜系統(tǒng)的兩個(gè)子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展進(jìn)行定量分析，建立完整的評價(jià)體系與合理的評價(jià)方法。擬采用主成分分析法與模糊數(shù)學(xué)方法相結(jié)合的方法，在構(gòu)建符合區(qū)域?qū)嶋H的指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，嘗試對棗莊市區(qū)水資源利用與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展進(jìn)行定量評價(jià)；建立適用于城市水資源利用與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展評價(jià)、并能揭示兩者發(fā)展規(guī)律的方法，為促進(jìn)城市水資源合理利用和城市可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)決策依據(jù)。

一、研究區(qū)概況

棗莊市位于山東省南部，蘇魯交界邊區(qū)，是山東省的南大門。北依蒙沂山區(qū)，西南瀕臨微山湖，自東北——西南依次為低山區(qū)、丘陵區(qū)、山間盆地區(qū)、山間平原區(qū)與山前平原區(qū)，京杭運(yùn)河(韓莊運(yùn)河)從其南部的臺兒莊區(qū)穿過。面積4550km2，人口361.11萬。年降水量480~910mm。多年人均水資源量約521m3，僅為全國平均的21％，不及世界平均的6％。該市是山東省重要能源原材料基地，主要工業(yè)有煤炭、電力、建材、化工等。主要農(nóng)作物有小麥、玉米、蔬菜等。2006年國民生產(chǎn)值759.95億元，人均國民生產(chǎn)總值21045元。{5}

二、研究方法

1.評價(jià)指標(biāo)體系的建立。水資源利用系統(tǒng)與城市經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展評價(jià)涉及到自然、經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境因素等各個(gè)方面，包含眾多因子。綜合考慮到評價(jià)因子選取原則{6}和資料收集的可能性，將兩大系統(tǒng)的指標(biāo)體系劃分為三個(gè)層次，構(gòu)建評價(jià)指標(biāo)體系的總框架（見表1）。選取水資源供給結(jié)構(gòu)、水資源利用結(jié)構(gòu)和水資源投入產(chǎn)出三類評價(jià)指標(biāo)，共16個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)，構(gòu)成水資源利用評價(jià)指標(biāo)體系；選取經(jīng)濟(jì)實(shí)力、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)外向度、公共基礎(chǔ)設(shè)施與文化教育5類評價(jià)指標(biāo)，共19個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)，構(gòu)成經(jīng)濟(jì)發(fā)展評價(jià)指標(biāo)體系。

2.水資源利用、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)綜合評價(jià)指數(shù)的測算。定量評價(jià)城市水資源利用與城市經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)性，首先必須估算各系統(tǒng)的綜合評價(jià)值。由于兩系統(tǒng)指標(biāo)存在復(fù)雜性及不確定性，彼此之間又有一定的相關(guān)性，使得它們在信息上發(fā)生重疊，從而導(dǎo)致評價(jià)結(jié)果模糊，甚至產(chǎn)生矛盾。為盡量消除這些影響及減少人為因素，考慮采用主成分分析法（PCA）對兩系統(tǒng)綜合發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行定量評價(jià)。{7}

各主成分的得分及系統(tǒng)綜合評價(jià)指數(shù)通過公式（1）和（2）求出。

FK=CK1X1+CK2X2+……+CKPXP（1）

式中：Fk為系統(tǒng)各指標(biāo)綜合評價(jià)指數(shù)；CK1，CK2，…，CKP為相關(guān)系數(shù)矩陣對應(yīng)的特征向量構(gòu)成的正交矩陣的元素；X1，X2，…，XP為標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)值。

式中：Fi為第i年各指標(biāo)綜合評價(jià)指數(shù)（i＝1，2，…，n年）；Wm為第m主成分的貢獻(xiàn)率（m＝1，2，…，k個(gè)）；Fim為第i年的第m個(gè)主成分得分。

3.水資源利用與經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)間協(xié)調(diào)指數(shù)的計(jì)算。為了定量評價(jià)兩個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)程度，引入模糊數(shù)學(xué)中隸屬度概念，對兩系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)度指數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析。首先建立狀態(tài)協(xié)調(diào)度函數(shù)V（i/J）。{8}

V(i，J）=exp[-（Fi-Fi'）2/S2]（3）

式中：V（i/J）表示i系統(tǒng)相對于j系統(tǒng)的狀態(tài)協(xié)調(diào)度；Fi表示j系統(tǒng)對i系統(tǒng)的實(shí)際值；Fi'表示j系統(tǒng)對i系統(tǒng)要求協(xié)調(diào)的值；S2表示i系統(tǒng)的實(shí)際方差。

理想狀態(tài)下，水資源利用與城市經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展模式為同步發(fā)展。即i系統(tǒng)得分為K時(shí)，j系統(tǒng)得分也應(yīng)為K。但實(shí)際中，兩者完全同步的情況少見，一般情況下當(dāng)兩系統(tǒng)得分比值為0.8－1時(shí)即可認(rèn)定兩個(gè)系統(tǒng)為協(xié)調(diào)狀態(tài)。由此可知，F(xiàn)i'的取值為0.8－1。通過狀態(tài)協(xié)調(diào)度V（i，j），可運(yùn)用公式(4)對系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)發(fā)展程度進(jìn)行評價(jià)。

V=[min{V（i/j），V（j/i）}/max{V（i/j），V（j/i）}](4)

式中：V是兩系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度指數(shù)；V（i/j）是i系統(tǒng)對j系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度；V（j/i）是j系統(tǒng)對i系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度。公式（4）表明，V（i/j）與V（j/i）的值越接近，V的值越大，說明兩系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的程度越高，反之，V（i/j）與V（j/i）的值相差越大，V的值越小，說明系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展程度越低。當(dāng)V＝1時(shí)，兩系統(tǒng)發(fā)展完全協(xié)調(diào)。

為了初步反映水資源利用與城市經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的程度，在參考相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，{9}引入模糊隸屬程度，建立了模糊協(xié)調(diào)等級和劃分標(biāo)準(zhǔn)（見表2）。

4.水資源利用與經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)相互作用的模式及其演進(jìn)判斷。水資源利用與城市經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)均處于整個(gè)城市生態(tài)系統(tǒng)之中，由于系統(tǒng)具有開放性，系統(tǒng)間存在著物質(zhì)、能量流動和經(jīng)濟(jì)聯(lián)系，因此在一定時(shí)期系統(tǒng)間會表現(xiàn)出滯后或超前性特征。一般認(rèn)為，水資源利用系統(tǒng)與城市經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)在相互作用與影響下，可產(chǎn)生如圖所示4種基本模式（圖1，x表示經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，y表示水資源集約利用程度）。Ⅰ模式是較理想的協(xié)調(diào)發(fā)展模式，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高，水資源利用合理；Ⅱ模式水資源利用粗放，大量水資源從農(nóng)林牧漁業(yè)生產(chǎn)調(diào)配到工業(yè)生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展以大量水資源要素投入為條件，此模式為不可取模式；Ⅲ模式經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平低，水資源利用粗放，主要用于農(nóng)林牧漁業(yè)生產(chǎn)，水資源利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展均處于落后的水平；Ⅳ模式水資源利用較為合理，但不注重經(jīng)濟(jì)發(fā)展，最終也因經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢，逐漸被其它模式取代。水資源利用和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)相互作用、相互影響下，其演進(jìn)可能出現(xiàn)漸進(jìn)式和突變式等形式。如實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展戰(zhàn)略，加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展、合理利用水資源并加大城市生態(tài)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境友好型發(fā)展，可從模式Ⅲ突變?yōu)槟Ｊ舰瘛?/p>

為判斷兩系統(tǒng)間的演進(jìn)模式，確定其發(fā)展階段，可引入?yún)^(qū)間變量。設(shè)水資源利用系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)分別為W(x)和E(x)，通過上述的計(jì)算方法得出兩系統(tǒng)各自的綜合評價(jià)指數(shù)。當(dāng)W(x)＞E(x)時(shí)，反映該年經(jīng)濟(jì)發(fā)展滯后于水資源利用系統(tǒng)的發(fā)展，這一時(shí)段為經(jīng)濟(jì)發(fā)展滯后于水資源利用模式；當(dāng)W(x)＝E(x)時(shí)，反映該年水資源利用與經(jīng)濟(jì)同步發(fā)展，這一時(shí)段為水資源利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)調(diào)模式；當(dāng)W(x)＜E(x)時(shí)，則反映水資源利用滯后于經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，這一時(shí)段為水資源利用滯后經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式；當(dāng)W(x)和E(x)均呈下降趨勢，說明系統(tǒng)間的發(fā)展為水資源利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展落后模式。系統(tǒng)的綜合評價(jià)值僅是該年度在整個(gè)評價(jià)時(shí)段中的相對水平，評價(jià)值有正、有負(fù)。當(dāng)評價(jià)值為負(fù)值時(shí)表明該年度的發(fā)展水平低于評價(jià)時(shí)段內(nèi)的平均發(fā)展水平。

三、研究結(jié)果

棗莊市水資源利用系統(tǒng)與經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的綜合評價(jià)指數(shù)的計(jì)算結(jié)果見表3，從總體狀況來看，1996—2006年兩系統(tǒng)綜合評價(jià)指數(shù)均處于增長狀態(tài)。城市水資源利用系統(tǒng)綜合評價(jià)指數(shù)由1996年的-8.532增加到2006年的6.031；城市經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的綜合評價(jià)指數(shù)由1996年的-12.376增加到2006年的8.394，反映城市處于進(jìn)步發(fā)展?fàn)顟B(tài)。在發(fā)展速度上，水資源利用系統(tǒng)發(fā)展較慢，經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)發(fā)展速度較快，其速度明顯大于水資源利用系統(tǒng)的發(fā)展速度，兩者速度比為1∶0.70。這表明兩系統(tǒng)發(fā)展雖不同步，但協(xié)調(diào)性較高，是水資源不斷優(yōu)化配置的結(jié)果。根據(jù)兩系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)指數(shù)（表3），并結(jié)合協(xié)調(diào)度等級劃分標(biāo)準(zhǔn)（表2），可以發(fā)現(xiàn)兩系統(tǒng)總體上處于基本協(xié)調(diào)狀態(tài)，協(xié)調(diào)程度逐漸提升，且1998年以后協(xié)調(diào)指數(shù)總體呈上升趨勢，2001年以來開始步入處級協(xié)調(diào)層次。這說明兩系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)的質(zhì)量和穩(wěn)定性都隨著水資源的優(yōu)化配置不斷提高。具體來看，1996—2001年兩者的協(xié)調(diào)度相對較低，其中1998年協(xié)調(diào)指數(shù)僅為0.542，處于勉強(qiáng)協(xié)調(diào)狀態(tài)，2001年協(xié)調(diào)指數(shù)為0.638，處于初級協(xié)調(diào)狀態(tài)。在水資源利用－經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)系中，W(x)＞E(y)，說明1996—2001年城市水資源利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的演進(jìn)模式為經(jīng)濟(jì)發(fā)展滯后水資源利用模式；2002—2006年，兩系統(tǒng)的綜合評價(jià)值均為正值，并且系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)度增強(qiáng)。在水資源利用－經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)系中，W(x)＜E(y)，說明這個(gè)階段城市水資源合理利用促進(jìn)了城市經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的發(fā)展，城市水資源利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的演進(jìn)模式已經(jīng)演變?yōu)樗Y源利用滯后經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式。

四、結(jié)語與討論

由于城市水資源利用—經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的復(fù)雜性，定量評價(jià)城市區(qū)域水資源利用與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的研究少見。論文采用主成分分析法與模糊數(shù)學(xué)相結(jié)合的方法，對棗莊市區(qū)水資源利用與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展進(jìn)行定量評價(jià)并進(jìn)行演進(jìn)模式判斷。研究表明，棗莊市水資源的不斷優(yōu)化配置加速了城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，兩者的協(xié)調(diào)性不斷提升。研究結(jié)果與實(shí)際情況基本一致。

研究中考慮到城市水資源利用—經(jīng)濟(jì)復(fù)合系統(tǒng)的復(fù)雜性及兩系統(tǒng)間復(fù)雜關(guān)系，在評價(jià)指標(biāo)的選取時(shí)遇到一些困難，建立的評價(jià)模型與協(xié)調(diào)等級僅能初步反映兩系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展程度。因此，要提高城市水資源利用與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展程度的精確度，仍需繼續(xù)完善評價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建并優(yōu)化模型結(jié)構(gòu)。

[基金項(xiàng)目：棗莊學(xué)院2005 科技發(fā)展項(xiàng)目(20050206)；棗莊學(xué)院優(yōu)先扶持學(xué)科(自然地理學(xué))資助項(xiàng)目]

注釋：

{1}張志.我國水資源利用現(xiàn)狀分析[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，2007（3）

{2}鄧曉軍等.基于水足跡分析法的四川省水資源利用評價(jià)[J].人民長江，2007（2）

{3}劉鴻旗，孫勤德.阿拉善地區(qū)水資源利用現(xiàn)狀及對策[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，2007（4）

{4}朱文彬，樊國瑞.石家莊地區(qū)水資源利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)調(diào)模型研究[J].水科學(xué)進(jìn)展，1994（4）

{5}山東省統(tǒng)計(jì)局.山東省統(tǒng)計(jì)年鑒2007[Z].中國統(tǒng)計(jì)出版社，2007

{6}沈珍瑤，楊志峰.黃河流域水資源可再生性評價(jià)指標(biāo)體系與評價(jià)方法[J].自然資源學(xué)報(bào)，2002(2)

{7}葉曉楓，王志良.主成分分析法在水資源評價(jià)中的應(yīng)用[J].河南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2007(3)

{8}李雪銘，李婉娜.1990年以來大連市人居環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展定量分析[J].經(jīng)濟(jì)地理，2005(3)

{9}熊鷹等.城市人居環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展不確定性定量評價(jià)——以長沙市為例[J].地理學(xué)報(bào)，2007(4)

(作者單位：華東師范大學(xué)地理系 上海 200062；棗莊學(xué)院旅游與資源環(huán)境系 山東棗莊 277160)（責(zé)編：若佳）