南京市水資源與社會經濟耦合協調發展研究

周校培,陳建明

(河海大學商學院,江蘇 南京　211100)

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南京市水資源與社會經濟耦合協調發展研究

周校培,陳建明

(河海大學商學院,江蘇 南京211100)

摘要：水資源是支撐社會經濟可持續發展的重要物質基礎,水資源的可持續利用是水資源與社會經濟和諧發展的必要條件。基于水資源-社會經濟復雜系統,構建了水資源與社會經濟耦合協調發展的評價指標體系,采用全排列綜合圖示法測算了2007—2014年南京市水資源系統和社會經濟系統的綜合發展評價指數,并利用耦合協調度模型測算了兩系統間的耦合協調度。結果表明,南京市逐步由嚴重失調衰退狀態向勉強協調發展狀態過渡。利用多邊形圖示法分別對水資源系統和社會經濟系統的發展動態進行了分析,并針對發展過程中的問題提出合理的建議。

關鍵詞：水資源;社會經濟;全排列綜合圖示;耦合協調;南京市

水資源作為國民經濟發展的基礎性資源,其戰略意義日益凸顯。水資源不再僅僅是社會經濟發展的約束條件,而是社會經濟協同發展的重要目標之一。水資源與社會經濟協調發展研究的根本目的是實現人水和諧,實現人類社會的可持續發展[1]。

南京市作為長三角區域的中心城市,有著強勁的輻射能力。社會經濟系統與水資源系統的協調發展是南京市未來可持續發展的重要保障。對南京市社會經濟與水資源協調發展的研究有利于未來促成兩者間更高水平的協調,同時也為長江經濟帶上的其他城市的和諧發展提供借鑒。

目前,國內關于水資源與社會經濟協調發展的研究已經取得了可觀的成果,既有定性的理論研究,也有定量的數據研究。定量研究可分為兩條主線:評價指標體系的構建和評價方法的應用。指標體系的構建主要基于水資源—社會—經濟這個復雜系統[2],水資源方面側重于水資源的整體狀況、水資源的開發利用情況;社會方面側重于居民生活水平;經濟方面側重于經濟規模。居民生活水平不僅要衡量城鎮居民還應當包括農村居民;水資源系統的指標根據“三條紅線”設定,能夠更加全面深刻地描述水資源系統。不同的學者基于不同的視角,分別利用可變模糊識別模型、主成分分析、神經網絡、水足跡、灰色關聯度等方法對水資源和社會經濟間協調關系進行定量研究[3-6]。本文將吳瓊等[7]提出的全排列綜合圖示法和劉耀彬等[8]提出的耦合協調度模型進行有機結合,利用改進后的基于全排列綜合圖示法的耦合協調度模型簡潔直觀地研究城市水資源與社會經濟的耦合協調發展狀況。

1　指標體系建立與評價方法

1.1指標體系及數據來源

社會經濟系統主要涵蓋經濟發展水平和社會發展水平兩個層面的指標。本文選取經濟規模、經濟結構和經濟效益3個方面的指標來描述經濟發展水平;選取居民生活質量、保險醫療、人文水平及環境水平4個方面的指標來描述社會發展水平。經濟結構主要用地區產業結構來衡量,經濟效益除了用最基本的社會勞動生產率來衡量外還應當納入技術創新方面的因素。在現代化建設的背景下,居民的生活質量方面既要考慮城市居民的生活狀況也要考慮農村居民的生活狀況。醫療保險方面主要考慮基本社會保險的覆蓋以及醫療資源諸如醫生和醫療設施的配置情況。人文水平方面選取了高等教育普及、信息普及以及創新潛力這3個方面的指標。

2012年,國務院發布《關于實行最嚴格水資源管理制度的意見》,明確提出水資源開發利用控制、用水效率和水功能區限制納污“三條紅線”的主要目標,推動經濟社會發展與水資源水環境承載能力相適應[9]。因而,水資源系統的評價指標主要以水量、水質和用水效率這三條紅線為切入點。水量方面從水資源總量、用水量和用水結構方面進行指標的設計;用水效率方面除了最典型的萬元GDP用水量指標外，還考慮納入污水、節水等方面的指標。

根據上述指標體系的建立依據,遵循科學性、系統性、獨立性、實用性的原則,構建水資源與社會經濟協調發展研究的指標體系,如表1所示。

表1　水資源與社會經濟協調發展評價指標體系

注:“+”表示正向型指標,“-”表示負向型指標;人均地區生產總值按常住人口計算。

本研究所選取指標的數據來源于2007—2014年的《南京市統計年鑒》以及《南京市水資源公報》。

1.2全排列綜合圖示法

全排列多邊形綜合圖示法的定義如下:設共有n個指標,標準化處理之后,以各指標的上限為半徑構成一個中心n邊形,各指標值的連線構成一個不規則中心n邊形,該中心n邊形的頂點是一個首尾相接的全排列,n個指標總共可以構成(n-1)!/2個不同的不規則中心n邊形,綜合指數定義為所有這些不規則多邊形面積的均值與中心多邊形面積的比值[7]。該方法不僅可以簡明地測算系統綜合發展評價指數,還可以通過幾何圖示直觀描述各個指標對系統的具體影響。

全排列多邊形綜合圖示法計算步驟:

(1)標準化處理。

(1)

該式為正向指標的標準化計算公式,負向型指標則取其相反數。式中,Ui,Li,Ti分別為指標Si的上限、下限和閾值,為了避免主觀干擾,本文采用樣本數據的最大、最小和平均值進行替代。

(2)測算綜合發展評價指數。

(2)

式中:S即為綜合發展評價指數;Si,Sj為第i,j個指標的標準化值。

1.3系統間耦合協調度計算

耦合是指兩個及以上的系統或運動形式通過各種相互作用而彼此影響的現象[10]。水資源系統和社會經濟系統之間存在著顯著的交互耦合作用:經濟的持續增長、社會的持續進步不斷挑戰著水資源承載能力的極限,而水資源的短缺又掣肘了社會經濟的進一步發展。協調是系統間或系統內部要素間配合得當、和諧一致的一種良性的相互關聯。與以往僅僅將水資源看作是社會經濟發展的約束條件的研究不同,本文研究的是水資源與社會經濟的協調發展,二者的重要程度相同,不可偏廢,此時的協調發展則是和諧一致的多元化發展。

在耦合協調發展視角下,耦合是基礎,協調發展是目的,水資源與社會經濟之間相互作用與影響的現象可以看做是水資源系統與社會經濟系統之間的耦合,而水資源系統與社會經濟系統之間和諧一致的狀態可稱為水資源與社會經濟的協調發展。

為了對水資源系統與社會經濟系統的耦合協調度進行測算,構建耦合協調度函數如下:

(3)

(4)

(5)

式中：DSEW為水資源系統與社會經濟系統的耦合協調度；CSEW為水資源系統與社會經濟系統的耦合度;TSEW為水資源系統與社會經濟系統的綜合調和指數；RSE為社會經濟系統綜合發展評價指數；RW為水資源系統綜合發展評價指數；λSE、λW分別為社會經濟系統與水資源系統的權重,此處本著水資源與社會經濟發展同等重要的原則,取λSE=λW=0.5。

耦合協調度的值界于0到1之間,當耦合協調度的值越趨近于1時,系統間達到良性共振,耦合關系趨向極度協調;當耦合協調度的值越趨近于0時,系統間耦合關系極弱。為了清晰劃定水資源與社會經濟耦合協調發展的程度,參考廖重斌[11]對判別標準的設定,根據耦合協調度的取值范圍,設置社會經濟與水資源耦合協調發展的判別標準,如表2所示。

表2　社會經濟與水資源耦合協調發展的分類及判別標準

2　結果與分析

2.1評價結果

2.1.1水資源與社會經濟系統綜合發展評價指數測算

利用全排列綜合圖示法,測算南京市2007—2014年社會經濟系統與水資源系統綜合發展評價指數,結果如表3所示。

表3　2007—2014年南京市社會經濟系統與水資源系統綜合發展評價指數

為了直觀全面地分析南京市2007—2014年間社會經濟系統與水資源系統綜合發展水平以及兩者之間的相互關系,下面作出社會經濟系統與水資源系統綜合發展評價指數的變化趨勢圖,如圖1所示。

圖1　社會經濟系統與水資源系統綜合發展評價指數對比圖(2007—2014)

在2007—2014年間,社會經濟系統綜合發展評價指數呈不斷攀升趨勢,而水資源系統綜合發展評價指數則存在較大波動。社會經濟發展水平穩步上升的趨勢與實際情況相吻合,2010年開始社會經濟發展速度顯著提高,高速發展一直保持到2012年,2013年發展趨勢有所放緩,2014年社會經濟發展再度提速。

水資源系統的綜合發展水平在2010年開始出現了倒退的狀況,并在2011年出現了大幅倒退的嚴峻局面,綜合評價指數由2010年的0.3921降低至0.1793,隨后兩年水資源系統的綜合發展形勢出現了扭轉,基本與社會經濟系統的發展水平保持一致,并在2014年水資源系統綜合發展水平的增速顯著提高,超過了社會經濟系統的發展增速。

在2007—2010年間,水資源系統綜合發展評價指數均大于社會經濟系統綜合發展評價指數,兩者之間的差距在2009年達到最大。2011—2014年間,社會經濟系統綜合發展評價指數一路領先于水資源系統綜合發展評價指數,但兩者之間的差距呈先增大后縮小的趨勢。

2.1.2水資源與社會經濟系統耦合協調度測算

利用耦合協調度函數,測算南京市2007—2014年社會經濟系統與水資源系統間的耦合協調度,結果如表4所示。

表4　2007—2014年南京市社會經濟系統與水資源系統間耦合協調度

根據上述結果,作出2007—2014年南京市社會經濟系統與水資源系統間耦合協調度的變化趨勢圖,如圖2所示。

圖2　水資源系統與社會經濟系統耦合協調度變化趨勢

從變化趨勢圖中可以看出,2007—2010年間,兩系統間的耦合協調度均呈平穩的上升趨勢,但在2011年時,兩系統間的耦合協調度出現了下滑,情況在2012年得到了大幅度的改善,之后也保持相對平穩的上升態勢。2007—2010年間,均屬于社會經

濟滯后型發展,但兩系統間的耦合協調水平經歷了由嚴重失調衰退向中度失調衰退、輕度失調衰退過渡的階段。2011年開始,社會經濟的發展水平趕超水資源的發展水平,屬于水資源滯后型發展,兩系統間的耦合協調水平也由輕度失調衰退向瀕臨失調衰退、勉強協調發展逐步過渡。系統間的耦合協調水平總體呈上升趨勢,但耦合協調度數值基本保持在0.5以下,未能達到協調狀態,直到2014年達到了0.583,進入勉強協調發展階段,并有向初級協調發展靠近的趨勢。

2.2結果分析

2.2.1水資源與社會經濟系統綜合發展水平分析

要對南京市社會經濟與水資源協調發展情況進行深入分析,不僅需要解析系統綜合發展的水平,還應當對系統內在的一些影響因素加以分析。上述全排列綜合圖示法,不僅能夠簡便測算系統綜合發展指數,而且還能夠直觀地描述系統內部各指標的具體發展動態。故而選取上述計算結果中的2010—2014年分別對社會經濟系統和水資源系統作全排列綜合圖示,如圖3、4所示。

圖3　社會經濟系統全排列綜合

圖4　水資源系統全排列綜合

圖3中,不同指標連接形成的多邊形的面積從2010—2014年逐年變大,說明社會經濟系統的綜合發展水平是不斷提升的。這一時期是南京市由“十一五”向“十二五”過渡的時期,“十二五”時期是南京市率先基本實現現代化的重要時期,也是實現經濟轉型的重要階段。從“十一五”期間粗放的經濟發展模式逐步過渡到低能耗高效率的經濟發展模式是“十二五”期間社會經濟發展追尋的主要目標。這一時期,南京市的產業結構發生了明顯的調整,服務業所占比重已經明顯超過第二產業,創新型產業增加值也不斷攀升,經濟轉型成果可見一斑。與此同時,居民的生活質量、人文水平均得到了顯著的提高,但醫療水平存在較大幅度的波動,環境水平呈現下降的趨勢。

“十二五”期間,隨著南京市城市服務功能的日益完善,加速了各類人才的聚集,城市化水平的迅猛提高又加速了城鄉人口的流動,人口密度的持續提高,人口老齡化等諸多因素使得醫療服務行業承受著一定的壓力,醫療資源的規劃和配置存在一定的時滯。環境水平的下降主要是指空氣質量的下降,這與南京市“十二五”期間的交通軌道建設規劃有密切的關系,乘著青奧會的東風,南京市迎來了第二輪地鐵建設高峰期,施工場地星羅棋布,導致空氣中降塵量大大增加,揚塵污染加劇,空氣環境質量受到嚴重影響。

2011年水資源的綜合發展狀況相比于2010年出現了衰退,后續3年水資源系統的綜合發展水平穩步提升。水量方面,降水量大幅減少而用水總量卻大幅攀升,用水結構較上一年惡化,主要是農業、居民生活用水量出現大幅增長,這是因為,降水量的大幅減少使得灌溉用水量大幅增加,導致農業用水量大幅增長;2011年南京市人口自然增長率為3.68‰,遠高于上一年的1.22‰,而此時政府還沒有頒布關于水資源管理的系統、嚴格的政策法規及考核制度。水質在2011年也出現了較大幅度下降,這是因為區縣級以下飲用水水源地尚未全部達標,存在安全隱患,河道黑臭現象仍較為突出。

水資源的用水效率基本呈穩步上升趨勢,經濟的健康、持續發展越來越注重水資源的高效合理利用,但仍需關注重復用水率和節約用水量兩個指標,大多數年份的指標值均未達到平均水平。

水量方面的指標波動幅度最大,水資源總量及降雨量很大程度受自然因素的影響,因而在時間維度上存在較大幅度的波動。從圖4中可以看出,制約水資源系統發展的因素主要來自于水量方面。2010、2013及2014年的用水總量基本持平,2011—2012年用水總量出現了波動。用水結構中,農林畜牧、工業及居民生活用水量指標均為負向型指標,生態用水指標為正向型指標。第一產業的用水量總體呈穩步降低態勢,2014年更是大幅降低,主要是因為這期間南京市農田水利灌溉系數的有效提高;2010—2012年間工業用水量呈逐年遞減的態勢,2013—2014年則出現小幅回升,但各年份間差距不大,這與南京市“十二五”期間積極開展經濟轉型是密切相關的,8年間服務業在GDP中的比重一直高于制造業,兩者在GDP中所占比重差距雖然逐年增大,但該差距的變化水平一直保持平穩,2011年起服務業在GDP中的占比持續大幅提升,并于2014年達到56.5%，遠高于第二產業的41.1%,因而,工業用水量在2010—2012年間出現了理性回落。生態用水量雖然在“十二五”期間也呈現了增長態勢,但除了2010年外,其余年份均沒有達到平均值。所以從整體來看,用水結構隨著經濟結構的深入調整而趨于合理化,但仍有較大的改善的空間。

2.2.2水資源與社會經濟系統耦合協調發展水平分析

從整體來看,南京市社會經濟與水資源的耦合協調水平仍然較低,但是近10年的發展過程中,兩系統之間不斷磨合,各系統綜合發展水平的差距也在逐步縮小。從上述各系統的具體分析來看，水資源系統的發展與社會經濟系統的發展互相支持,各系統內部指標間的相互聯系十分緊密,2007—2010年間,水資源系統是社會經濟系統發展的強有力支撐;2011—2014年間,當經濟的發展逐步回歸理性之后,社會經濟系統的健康發展又推動了水資源系統的持續發展。水資源系統與社會經濟系統高水平的協調發展——水生態文明的建設與社會經濟持續健康的發展始終保持齊頭并進的局面,是南京市未來努力的方向,而如何提高兩系統的耦合協調度則應從上述各系統狀況的具體分析入手,由宏觀政策的實施監管到微觀指標的定量考核[12]。

3　結論與建議

對南京市近10年來水資源與社會經濟耦合協調發展研究結果及分析表明:①南京市水資源與社會經濟的耦合協調水平在逐步提高,但目前協調水平仍不高,仍有相當大的提升空間;②在2011年前,水資源是社會經濟發展的有力支撐,2011年后,水資源的承載能力有所下降,但與此同時,社會經濟的健康發展又推動了水資源的高效合理利用;③2011年水資源發展狀況的大幅倒退使得水資源系統與社會經濟系統的耦合協調水平停滯不前,其中用水結構不合理以及水質的惡化是其主要原因;④阻礙社會經濟系統綜合發展水平提高的主要原因是環境質量的下降和醫療衛生水平得不到有效改善,而阻礙水資源系統綜合發展水平提高的主要原因在于用水結構的不合理以及用水效率方面重復用水率較低以及節約用水量較少。

針對以上分析,筆者提出如下建議:①由于近年來南京市城市吸引力呈不斷增強的趨勢,應當動態評估南京市的人口承載能力,合理規劃醫療衛生資源的配置,切實提高民眾的醫療體驗;②未來5年仍然是南京市軌道交通建設的高峰期,

相關部門應當積極采取措施應對揚塵污染的問題,例如增加灑水頻次、覆蓋堆土、定期清洗圍擋落塵等;③隨著經濟結構轉型的深入,用水結構必須得到實時優化;④用水效率的全面提高還應關注重復用水率和節約用水這兩項指標,除了進行相關節水宣傳外,制定合理的階梯水價是提高節水意識的有效途徑。

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基金項目：水利部公益性行業科研專項(201301055)

作者簡介：周校培(1991—),女,江蘇鹽城人,碩士研究生,主要從事管理科學與工程研究。E-mail:zhouxphhu@163.com

DOI：10.3880/j.issn.1003-9511.2016.04.007

中圖分類號：F407.9

文獻標識碼：A

文章編號：1003-9511(2016)04-0026-05

(收稿日期：2016-02-28編輯：陳玉國)