新疆經(jīng)濟(jì)-生態(tài)-社會(huì)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)演化研究

陳俊科，李 紅，王錫波，馬永仁

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)與貿(mào)易學(xué)院，烏魯木齊 830052；2.新疆畜牧科學(xué)院，烏魯木齊 830000)

可持續(xù)發(fā)展建立在社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、人口、資源、環(huán)境相互協(xié)調(diào)和共同發(fā)展的基礎(chǔ)上，既能相對(duì)滿(mǎn)足當(dāng)代人的需求，又不削弱后代人的發(fā)展。作為維系地球生物生存和發(fā)展的特殊資源，水資源在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和維持生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)穩(wěn)定具有無(wú)可替代作用。新疆位于我國(guó)西部大陸腹地，東經(jīng)73°40′～96°23′，北緯34°25′～49°10′；天山山脈將分為北疆、南疆、東疆；有漢、維、哈、回等47個(gè)民族居住，人口多達(dá)2 000萬(wàn)的省區(qū)，地域面積多達(dá)160萬(wàn)km2，占全國(guó)國(guó)土面積的1/6；年均降水量146.4 mm，其中北疆、南疆、東疆年均降水量分別為215、70.7、21.7 mm；年均日照時(shí)數(shù)2 808.6 h，其中北疆、南疆、東疆年均降水量分別為2 774.6、2 813.5、2 949.7 h；年均蒸發(fā)量1 600～2 300 mm。顯然，新疆深居內(nèi)陸、遠(yuǎn)離海洋、干旱少雨、蒸發(fā)強(qiáng)烈、生態(tài)脆弱，是典型的內(nèi)陸干旱區(qū)，其經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會(huì)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展已然受到水資源短缺的制約。

截止2014年，新疆人均國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值4.064 8萬(wàn)元/人，較2001年增加3.270 3萬(wàn)元/人，年均增長(zhǎng)13.38%；城鎮(zhèn)居民人均可支配收入和農(nóng)牧民人均純收入分別為2.321 4、0.874 2萬(wàn)元/人，較2001年分別增加1.699 9、0.703 2萬(wàn)元/人，年均增長(zhǎng)分別為10.67%、13.37%；造林面積13.598 6萬(wàn)hm2，較2001年增加2.921 5萬(wàn)hm2，年均增長(zhǎng)1.88%。但同時(shí)，全疆水資源人均水資源量卻減少至3 130 m3/人，較2001年減少2 370 m3/人，年均降低4.24%；地表水和地下水供水量分別為686.55、443.93 m3/人，較2001年分別減少280.35、248.38 m3/人，年均降低分別為2.60%、3.36%；工業(yè)廢水排放量增加至3.279 939億t，較2001年增加1.766 617億t，年均增長(zhǎng)6.13%；水土流失治理面積增加至84.2萬(wàn)hm2，較2001年增加76.003萬(wàn)hm2，年均增長(zhǎng)19.62%。

顯然，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與社會(huì)發(fā)展大幅度提高，而水資源日趨減少且生態(tài)環(huán)境污染加重，需重新審視這14年來(lái)新疆經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境，特別是水資源要素的促進(jìn)與制約狀況。鑒于此，本文透過(guò)水資源視角定量評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)系統(tǒng)整體耦合協(xié)調(diào)狀況，寄希為新疆水資源利用、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、生態(tài)保護(hù)和社會(huì)進(jìn)步的可持續(xù)發(fā)展提供一定理論借鑒和實(shí)證參考。

1 研究方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

1.1 子系統(tǒng)效益指數(shù)

(1)指標(biāo)權(quán)重確定。對(duì)于指標(biāo)權(quán)重的確定，通過(guò)主觀和客觀權(quán)重綜合來(lái)取，這樣既可以防止主觀賦權(quán)的人為主觀性，同時(shí)也可以避免完全按照指標(biāo)數(shù)據(jù)信息熵值導(dǎo)致的個(gè)別指標(biāo)權(quán)重過(guò)大?；诖?，主觀上通過(guò)層次分析法AHP來(lái)確定，客觀上通過(guò)熵值法來(lái)確定，最終指標(biāo)權(quán)重取其二者平均值。層次分析法是把復(fù)雜問(wèn)題分解成各個(gè)組成因素，又將這些因素按支配關(guān)系分組形成遞階層次結(jié)構(gòu)。熵權(quán)法是一種客觀賦權(quán)法，首先，將實(shí)際指標(biāo)按照比重法轉(zhuǎn)換成評(píng)價(jià)指標(biāo)，計(jì)算式為：

(1)

則第j項(xiàng)指標(biāo)的熵值Ej為：

(2)

K>0，K=1/lnn,0≤Ej<1，第j項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重為：

(3)

式中：dj=1-Ej為指標(biāo)xj的差異系數(shù)。

(2)子系統(tǒng)評(píng)價(jià)模型。結(jié)合選取的指標(biāo)和相關(guān)研究成果，用極值法對(duì)原始指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化，再結(jié)合權(quán)重來(lái)計(jì)算新疆水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)-社會(huì)系統(tǒng)子系統(tǒng)效益評(píng)價(jià)函數(shù)模型：

(4)

式中：W、J、E、S分別為水資源、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會(huì)系統(tǒng)子系統(tǒng)評(píng)價(jià)函數(shù)指數(shù)；αj、βj、δj、μj分別為各指標(biāo)權(quán)重；wj、jj、ej、sj分別為水資源、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會(huì)系統(tǒng)子系統(tǒng)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的無(wú)量綱化值。

1.2 耦合、協(xié)調(diào)度模型及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

(1)耦合度、協(xié)調(diào)度模型。耦合是指2個(gè)或2個(gè)以上的體系或運(yùn)動(dòng)形式通過(guò)各種相互作用而彼此影響的現(xiàn)象。因此，借鑒容量耦合概念和容量耦合系數(shù)模型，構(gòu)建水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)-社會(huì)系統(tǒng)耦合模型：

(5)

耦合度僅僅反映水資源系統(tǒng)與經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會(huì)系統(tǒng)之間相互作用的程度大小，卻難以反映相互作用協(xié)調(diào)水平的高低。因此，需引進(jìn)耦合協(xié)調(diào)度模型來(lái)更好地評(píng)判各子系統(tǒng)交互耦合的協(xié)調(diào)程度，其公式為：

(6)

式中：Dθ為耦合協(xié)調(diào)度；Rθ為耦合度；Tθ為水資源、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會(huì)系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)；a、b、c、d為各耦合系統(tǒng)待定系數(shù)。

在子系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)時(shí)，二系統(tǒng)基于水資源系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)同等重要性，取a=b=0.5；三系統(tǒng)交互耦合協(xié)調(diào)時(shí)，認(rèn)為水資源系統(tǒng)是制約其余二者的重要因素，取a=0.4，b=c=d=0.3；四系統(tǒng)交互耦合協(xié)調(diào)時(shí)，同樣將水資源系統(tǒng)作為重要制約其余三者的重要因素，取a=0.4，b=c=d=0.2。

(2)耦合度、協(xié)調(diào)度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。為了更好解析四大系統(tǒng)之間不同耦合、耦合協(xié)調(diào)發(fā)展關(guān)系和所處階段，在借鑒已有的研究成果和結(jié)合本文研究測(cè)度的基礎(chǔ)之上，將耦合、協(xié)調(diào)度評(píng)價(jià)等級(jí)劃分為四等，其得分值域和評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 耦合、協(xié)調(diào)度評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

1.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

水資源與經(jīng)濟(jì)-生態(tài)-社會(huì)系統(tǒng)之間相互作用、彼此影響，單一指標(biāo)無(wú)法真實(shí)反映其內(nèi)在機(jī)理和時(shí)空變化。遵循科學(xué)性、可比性、數(shù)據(jù)可獲得性和獨(dú)立性等原則，從水資源、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)4個(gè)層級(jí)的27個(gè)指標(biāo)構(gòu)建耦合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并利用熵權(quán)公式和AHP層次分析法確定水資源、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)四大系統(tǒng)的主客觀權(quán)重值，然后取其平均值作為耦合權(quán)重。數(shù)據(jù)主要來(lái)自《新疆統(tǒng)計(jì)年鑒》、《新疆水資源統(tǒng)計(jì)公報(bào)》和《新疆國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》。選取2001-2014年新疆水資源(5個(gè)指標(biāo))、經(jīng)濟(jì)(8個(gè)指標(biāo))、生態(tài)(8個(gè)指標(biāo))和社會(huì)(6個(gè)指標(biāo))等方面的數(shù)據(jù)，依據(jù)上文所述公式(1)～(3)測(cè)算，結(jié)果見(jiàn)表2。

2 結(jié)果分析

2.1 子系統(tǒng)效益指數(shù)變化特征

利用表2計(jì)算結(jié)果和公式(4)計(jì)算子系統(tǒng)效益指數(shù)，見(jiàn)表3。從新疆2001-2014年水資源、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)子系統(tǒng)效益變化整體趨勢(shì)上來(lái)看，水資源系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)變化較為穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和社會(huì)系統(tǒng)變化幅度差異較大。2001-2014年水資源系統(tǒng)整體上處于增長(zhǎng)趨勢(shì)，2010年其系統(tǒng)效益指數(shù)最大(0.726)，但之后又波浪式下降至0.608 4；經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和社會(huì)系統(tǒng)幾乎一致處于增長(zhǎng)上升趨勢(shì)，且效益指數(shù)2014年分別達(dá)到0.984和0.936；生態(tài)系統(tǒng)以2007年為界分為兩個(gè)平穩(wěn)階段，但明顯后一階段(2008-2014年)較其前一階段(2001-2007年)系統(tǒng)效益指數(shù)有所提高，但整體提升不大。這些變化與新疆經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)發(fā)展布局和要求密不可分，經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)、民生極力提升、生態(tài)著力改善、水資源利用規(guī)劃重新編制和實(shí)施，使得各項(xiàng)子系統(tǒng)效益指數(shù)開(kāi)始逐步發(fā)生新的趨勢(shì)扭轉(zhuǎn)。

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及權(quán)重計(jì)算結(jié)果

表3 2001-2014年水資源、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)子系統(tǒng)效益得分

2.2 耦合度和耦合協(xié)調(diào)度演化特征

(1)總體特征。利用表3計(jì)算結(jié)果和公式(5)和(6)測(cè)算新疆2001-2014年水資源-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)(WJ)、水資源-生態(tài)系統(tǒng)(WE)、水資源-社會(huì)系統(tǒng)(WS)、水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)(WJE)、水資源-經(jīng)濟(jì)-社會(huì)系統(tǒng)(WJS)、水資源-生態(tài)-社會(huì)系統(tǒng)(WES)、水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)-社會(huì)系統(tǒng)(WJES)的耦合度(Rθ)和耦合協(xié)調(diào)度(Dθ)，見(jiàn)表4。

表4 2001-2014年新疆水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)-社會(huì)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度得分

從子系統(tǒng)交互層上看，水資源-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)(WJ)2001年耦合度值Rθ∈(0.3,0.5]，處于頡頑階段；2003-2005年耦合度值Rθ∈(0.8,1)，處于融合高水平階段；其余2002年、2006-2014年耦合度值Rθ∈(0.5,0.8]，處于磨合優(yōu)化階段。水資源-生態(tài)系統(tǒng)(WE)2001年耦合度值Rθ∈(0.8,1)，處于融合高水平階段；2002-2014年耦合度值Rθ∈(0.5,0.8]，處于磨合優(yōu)化階段。水資源-社會(huì)系統(tǒng)(WS)2001-2004年耦合度值Rθ∈(0.8,1)，處于融合高水平階段；2005-2014年耦合度值Rθ∈(0.5,0.8]，處于磨合優(yōu)化階段。水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)(WJE)和水資源-經(jīng)濟(jì)-社會(huì)系統(tǒng)(WJS)2001-2002年耦合度值Rθ∈(0,0.3)，說(shuō)明系統(tǒng)處于較低水平耦合階段；2003-2014年耦合度值Rθ∈(0.3,0.5]，處于頡頑階段。水資源-生態(tài)-社會(huì)系統(tǒng)(WES)2001-2014年耦合度值Rθ∈(0.3,0.5]，處于頡頑階段。水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)-社會(huì)系統(tǒng)(WJES)2001-2014年耦合度值Rθ∈(0.3,0.5]，處于頡頑階段。

(2)耦合協(xié)調(diào)度特征。從整體上看，2001-2014年，水資源-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)(WJ)、水資源-生態(tài)系統(tǒng)(WE)、水資源-社會(huì)系統(tǒng)(WS)、水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)(WJE)、水資源-經(jīng)濟(jì)-社會(huì)系統(tǒng)(WJS)、水資源-生態(tài)-社會(huì)系統(tǒng)(WES)、水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)-社會(huì)系統(tǒng)(WJES)的耦合協(xié)調(diào)數(shù)值均呈現(xiàn)上升后逐步趨穩(wěn)態(tài)勢(shì)，2014年來(lái)的耦合協(xié)調(diào)度平均值分別為0.529、0.586、0.588、0.395、0.400、0.434、0.315。很明顯，二系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度均值 ，系統(tǒng)處于高度協(xié)調(diào)的耦合階段；三系統(tǒng)、四系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度均值Dθ∈(0.3,0.5]，系統(tǒng)處于中度協(xié)調(diào)的耦合階段。說(shuō)明系統(tǒng)在發(fā)展過(guò)程中內(nèi)部要素之間彼此和諧一致的程度較好，系統(tǒng)由無(wú)序走向有序的趨勢(shì)明顯。

從子系統(tǒng)交互層上看，水資源-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)(WJ)2001年耦合協(xié)調(diào)度值Dθ∈(0,0.3)，屬于失調(diào)衰退型； 2002-2005年耦合協(xié)調(diào)度值Dθ∈(0.3,0.5]，屬于勉強(qiáng)協(xié)調(diào)型。2006-2014年耦合協(xié)調(diào)度值Dθ∈(0.5,0.8]，屬于中度協(xié)調(diào)型。水資源-生態(tài)系統(tǒng)(WE)2001-2014年耦合協(xié)調(diào)度值Dθ∈(0.3,0.5]，屬于中度協(xié)調(diào)型。水資源-社會(huì)系統(tǒng)(WE)2001年耦合協(xié)調(diào)度值Dθ∈(0.3,0.5]，屬于勉強(qiáng)協(xié)調(diào)型。2002-2014年耦合協(xié)調(diào)度值Dθ∈(0.3,0.5]，屬于中度協(xié)調(diào)型。水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)(WJE)2001-2002年耦合協(xié)調(diào)度值Dθ∈(0,0.3)，屬于失調(diào)衰退型；2003-2014年耦合協(xié)調(diào)度值Dθ∈(0.5,0.8]，屬于中度協(xié)調(diào)型。水資源-經(jīng)濟(jì)-社會(huì)系統(tǒng)(WJS)2001-2003年耦合協(xié)調(diào)度值Dθ∈(0,0.3)，屬于失調(diào)衰退型；2004-2011年耦合協(xié)調(diào)度值Dθ∈(0.3,0.5]，屬于勉強(qiáng)協(xié)調(diào)型；2012-2014年耦合協(xié)調(diào)度值Dθ∈(0.5,0.8]，屬于中度協(xié)調(diào)型。水資源-生態(tài)-社會(huì)系統(tǒng)(WES)2001-2014年耦合協(xié)調(diào)度值Dθ∈(0.3,0.5]，屬于勉強(qiáng)協(xié)調(diào)型。水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)-社會(huì)系統(tǒng)(WJES)2001-2005年耦合協(xié)調(diào)度值Dθ∈(0,0.3)，屬于失調(diào)衰退型；2006-2014年耦合協(xié)調(diào)度值Dθ∈(0.3,0.5]，屬于勉強(qiáng)協(xié)調(diào)型。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)新疆2001-2014年水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)-社會(huì)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度定量分析發(fā)現(xiàn)：①子系統(tǒng)中水資源系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)效益指數(shù)變化較為穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和社會(huì)系統(tǒng)效益指數(shù)變化差異較大。其中水資源系統(tǒng)開(kāi)發(fā)利用處于向優(yōu)發(fā)展態(tài)勢(shì)，但仍需進(jìn)一步提升；經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和社會(huì)系統(tǒng)已近充分，但要減少浮動(dòng)落差，保持穩(wěn)定性；生態(tài)系統(tǒng)系統(tǒng)整體水平較低，彰顯徘徊變動(dòng)態(tài)勢(shì)，急需進(jìn)行調(diào)整改善。②2001-2014年新疆水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)-社會(huì)系統(tǒng)耦合度整體略高于耦合協(xié)調(diào)度水平，其中系統(tǒng)耦合度整體水平處于頡頑階段，耦合協(xié)調(diào)度水平處于勉強(qiáng)協(xié)調(diào)性。從子系統(tǒng)系統(tǒng)交互層的耦合、協(xié)調(diào)情況來(lái)看，整體水平排序依次為二系統(tǒng)>三系統(tǒng)>四系統(tǒng)，其中二系統(tǒng)中耦合度>耦合協(xié)調(diào)度，三系統(tǒng)、四系統(tǒng)中耦合度<耦合協(xié)調(diào)度。③結(jié)果表明新疆經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和民生改善的明顯改善，而水資源開(kāi)發(fā)利用和生態(tài)保護(hù)的相對(duì)滯后；水資源開(kāi)發(fā)利用與單一經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)較好，但隨著系統(tǒng)層級(jí)的增多，這種耦合協(xié)調(diào)性卻開(kāi)始減弱，四大子系統(tǒng)整體間的資源整合、結(jié)構(gòu)調(diào)整、集聚效度和依賴(lài)互存性需要進(jìn)一步改善和優(yōu)化。

由于研究資料獲取、特別是地州縣域數(shù)據(jù)獲取難度等原因，本文僅從時(shí)間序列對(duì)新疆2001-2014年水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)-社會(huì)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度進(jìn)行了定量分析，而缺乏空間視角的切入和分析，以便更好的探析其發(fā)展變化深層次原因和提出更為合理切實(shí)的對(duì)策建議，有待進(jìn)一步深入探究。

[1] 任永泰，馬雪倩，張貴杰. 黑龍江水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)研究[J]. 節(jié)水灌溉，2013,(2)：41-43.

[2] 柳玉梅，李九一. 水資源與糧食生產(chǎn)耦合關(guān)系研究現(xiàn)狀與展望[J]. 節(jié)水灌溉，2014,(12)：54-59.

[3] 夏 菁，崔 佳，王憲恩. 四平市水資源環(huán)境與經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展研究[J]. 節(jié)水灌溉，2015,(1)：56-64.

[4] 呂王勇，陳美香，王 波.基于主成分的區(qū)域水資源與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)度評(píng)價(jià)[J]. 水資源與水工程學(xué)報(bào)，2011,(1)：122-128.

[5] 張勝武，石培基，王祖靜. 干旱區(qū)內(nèi)陸河流域城鎮(zhèn)化與水資源環(huán)境系統(tǒng)耦合分析[J]. 經(jīng)濟(jì)地理，2012,(8)：143-150.

[6] 易 平，方世明. 地質(zhì)公園社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境效益耦合協(xié)調(diào)度研究----以嵩山世界地質(zhì)公園為例[J].資源科學(xué)，2014,(1)：206-216.

[7] 張鳳太，蘇維詞. 貴州省水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)環(huán)境-社會(huì)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)演化特征研究[J].灌溉排水學(xué)報(bào)，2015,(6)：44-49.

[8] 陳端呂，彭保發(fā)，熊建新. 環(huán)洞庭湖區(qū)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的耦合特征研究[J]. 地理科學(xué)，2015,(11)：1 338-1 345.