河南省引黃受水區資源－生態－經濟系統安全評價與耦合協調分析

韓春輝 左其亭 張修宇 任少華

摘 要：資源-生態-經濟系統是一個復雜的互饋系統，系統的安全及協調發展關系到一個地區的可持續發展與穩定。以河南省引黃受水區涉及的14個地級市為研究區，采用熵權法與耦合協調度模型，評價和分析了2011—2018年各地級市的資源-生態-經濟系統安全水平和子系統間的耦合協調發展關系，結果表明：①河南省引黃受水區各地級市的資源-生態-經濟系統安全水平普遍不高，安全評價指數均在0.70以下；②失業率、城鄉生活環境用水占比、人均用水量是影響資源-生態-經濟系統安全的關鍵性指標；③資源子系統、生態子系統、經濟子系統的空間不均衡發展是制約資源-生態-經濟系統安全的根本原因；④資源-生態-經濟系統內部存在強烈的作用關系，耦合協調發展水平有待進一步提高。

關鍵詞：資源-生態-經濟系統；安全評價；耦合協調度；引黃受水區；河南省

中圖分類號：TV213.4；TV882.1 文獻標志碼：A doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2022.01.013

引用格式：韓春輝，左其亭，張修宇，等.河南省引黃受水區資源-生態-經濟系統安全評價與耦合協調分析[J].人民黃河，2022，44（1）：61-66，93.

SafetyEvaluationandCouplingCoordinationAnalysisofResource Ecology EconomySystem oftheYellowRiverWaterSupplyAreainHenanProvince

HANChunhui1，2，ZUOQiting3，ZHANGXiuyu1，2，RENShaohua4

（1.CollegeofWaterResources，NorthChinaUniversityofWaterResourcesandElectricPower，Zhengzhou450046，China；2.HenanKeyLaboratoryofWaterResourcesConservationandIntensiveUtilizationintheYellowRiverBasin，Zhengzhou450046，China；3.SchoolofWaterConservancyEngineering，ZhengzhouUniversity，Zhengzhou450001，China；4.ZhengzhouChangzhuangReservoirManagementOffice，Zhengzhou450042，China）

Abstract：Theresource ecology economic（REE）systemisacomplexmutualfeedbacksystem.Thesafetyandcoordinateddevelopmentof thesystemarerelatedtothesustainabledevelopmentandstabilityofanarea.Thispapertookthe14prefecture levelcitiesinvolvedinthe YellowRiverwatersupplyareainHenanProvinceasaresearcharea，andadoptedentropymethodandcouplingcoordinationdegreemodelto evaluatetheREEsecuritylevelofeachcityandthecouplingandcoordinationrelationshipsbetweensystemsfrom2011to2018.Theresults showthat：a）thesecurityleveloftheREEofvariouscitiesintheYellowRiverwatersupplyareainHenanProvinceisgenerallynothigh，andallsafetyevaluationindexesarebelow0.70；b）unemploymentrate，proportionofurbanandrurallivingenvironmentwaterconsumption，andpercapitawaterconsumptionarekeyindicatorsthataffectthesecurityofREE；c）theunbalancedspatialdevelopmentofresources，e cology，andeconomicsystemsisthefundamentalreasonthatrestrictsthesecurityofREE；d）therearestronginteractionswithinREE，but thelevelofcoupledandcoordinateddevelopmentstillneedstobefurtherimproved.

Keywords：resource ecology economysystem；securityevaluation；couplingcoordinationdegree；YellowRiverwatersupplyarea；HenanProvince

1 引 言

關于系統安全性評價方面的研究有很多，但主要側重于對單一系統或兩個系統安全性的評價，如吳景全等[1]評價了西北諸河流域多年來土地生態安全變化狀況，黃昌碩等[2]以省級行政區為單元對中國水資源及水生態安全狀況進行了評價，Liu等[3]采用模糊多屬性決策分析方法對黃河流域9個?。▍^）的水資源安全狀況進行了評價，王兆峰等[4]從糧食安全和生態安全視角評價了耕地資源利用的安全性，Wang等[5]對中亞五國的水安全進行了評價，高志剛[6]對中國和西北周邊主要國家經濟安全進行了評價，Zhang等[7]對中國能源安全整體狀況進行了評價；對于3個相互關聯的復合系統安全評價研究較少，比如李鵬飛等[8]評價了新疆瑪納斯河流域水資源-生態-經濟復合系統的安全性，李東林等[9]評價了“一帶一路”非洲區水-能源-糧食的安全程度。在耦合協調發展研究方面，針對地區和流域的研究較多，比如Zhou等[10]評價了中國西部地區石油-經濟-環境系統的耦合協調關系，趙良仕等[11]對2007—2017年黃河流域水-能源-糧食安全系統耦合協調度進行了測算，宋冬凌等[12]以河南省為例分析了黃河流域綠色水資源利用率與經濟高質量發展的耦合關系。筆者以河南省引黃受水區涉及的14個地級市為研究區域，結合熵權法與耦合協調度模型，通過構建資源-生態-經濟系統安全綜合評價指標體系，定量評價資源-生態-經濟系統及其子系統的安全水平和系統間的耦合協調關系，以期為河南省引黃受水區生態環境保護與高質量發展的路徑優選提供參考。

2 研究區概況

河南省引黃受水區包括鄭州市、開封市、洛陽市、平頂山市、安陽市、鶴壁市、新鄉市、焦作市、濮陽市、許昌市、三門峽市、商丘市、周口市和濟源市14個地級市（見圖1），總面積10.23萬km2，占全省面積的61.3%，跨黃河、海河、淮河三大流域。河南省引黃受水區涉及中原經濟區、鄭州航空港經濟綜合實驗區、鄭洛新國家自主創新示范區、中國（河南）自貿區等，糧食生產核心區、鄭州國家中心城市、大運河文化保護傳承利用河南段均布局在該區域。由于該區域資源-生態-經濟系統交互作用強度較大，因此保障其資源-生態-經濟系統安全性及耦合協調發展顯得十分重要。2018年，河南省引黃受水區常住人口6988萬人，占全省的73.1%；GDP總量38806億元，占全省的80.8%；耕地面積457.2萬hm2、有效灌溉面積357.3萬hm2、實灌面積318.7萬hm2，分別占全省的60.7%、65.5%和70.1%。

3 研究方法

3.1 資源-生態-經濟系統安全評價指標體系構建

資源-生態-經濟系統是由資源、生態、經濟3個子系統組成的復雜巨系統，子系統之間彼此作用和聯系。本文基于前人研究成果[13-15]，同時結合研究區實際情況，遵循科學、全面、主客觀結合、可操作等原則，從資源開發利用、生態環境保護、經濟社會發展3個層面，篩選出28個具有獨立性、靈敏性的指標，構建資源-生態-經濟系統安全評價指標體系（見表1），其中：資源開發利用層面主要用水、能源、糧食三大戰略資源的數量和開發利用情況相關指標（X1～X9）表示，生態環境保護層面用主要污染物排放水平、污水處理水平和綠化水平相關指標（X10～X19）表示，經濟社會發展主要用發展實力、生產水平和效率、居民生活水平相關指標（X20～X28）表示。所有指標分為正向和逆向，正向指標數值越大越好，逆向指標數值越小越好。

3.2 數據來源

本研究所用的河南省引黃受水區14個地級市2011—2018年的數據大部分在《河南省統計年鑒》《河南省水資源公報》《河南省環境統計年報》、各地級市《國民經濟和社會發展統計公報》中直接獲取，部分無法直接獲取的數據通過相關指標計算間接獲得。

3.3 熵權法指標權重計算

熵權法是一種基于信息熵理論的客觀賦值方法，即數據越離散、所含信息越多，則對綜合評價影響越大。指標權重計算步驟如下。

3.5 耦合協調度模型

耦合協調度模型是一種分析兩個及兩個以上系統協調發展水平的方法。資源-生態-經濟系統包括資源子系統、生態子系統和經濟子系統，各子系統之間相互影響、相互制約。為此，本文構建資源-生態-經濟系統安全耦合協調度模型來探討3個子系統安全耦合協調關系，模型構建步驟如下。

（1）計算資源子系統、生態子系統、經濟子系統安全評價指數。采用熵權法分別計算資源子系統、生態子系統、經濟子系統的指標權重，再通過加權求和計算得到3個子系統的安全評價指數：

4 結果與討論

4.1 河南省引黃受水區資源-生態-經濟系統安全評價

基于熵權法計算的權重，通過加權求和計算得到2011—2018年河南省引黃受水區14個地級市的資源-生態-經濟系統安全評價指數，見圖2?？梢钥闯?，河南省引黃受水區資源-生態-經濟系統安全水平普遍不高，均在0.70以下，其中：鄭州市和濟源市安全評價指數在0.60～0.70之間波動，表現為相對安全和穩定；商丘市、周口市、開封市、平頂山市、新鄉市、濮陽市的安全評價指數相對較小，雖然個別地級市的安全評價指數隨時間呈緩慢增大趨勢，但是仍小于0.50。從時間變化上來看，14個地級市中除鄭州市和三門峽市的安全評價指數呈負增長、平頂山市基本保持穩定外，其他11個地級市的安全評價指數均表現為隨時間呈緩慢增大趨勢，其中增幅最大的為開封市（0.17），這得益于其生態旅游經濟的持續穩定發展。各地級市在資源、生態、經濟方面對系統安全評價指數貢獻的差異顯著，除濟源市外，其他地級市資源的貢獻普遍偏小，特別是鄭州市，雖然其資源-生態-經濟系統安全評價指數相對較大，但是資源對系統安全評價指數的貢獻多年來都在0.1以下。資源稟賦差是造成各地級市資源對系統安全評價指數貢獻普遍較小的重要原因，比如鄭州市雖然在能源方面有優勢，但是在水資源和糧食方面卻與其他地級市相比處于劣勢，水-能源-糧食關系的空間不均衡極大降低了河南省引黃受水區各地級市的資源安全性，進而拉低了資源-生態-經濟系統安全的整體水平。

為了進一步分析各指標對資源-生態-經濟系統安全的影響，基于熵權法的計算結果，繪制了河南省引黃受水區資源-生態-經濟系統安全評價指標的多年平均權重對比圖（見圖3）。根據信息論中熵的特征可知，熵值既可用來判斷事件的隨機性及無序程度，也可用來判斷某個指標的離散程度，指標的離散程度越大，該指標對評價結果的影響（權重）越大。從圖3可以看出，有10個指標的權重在0.04以上，大小排序為X28>X16>X22>X2>X1>X5>X18>X25>X6>X20。由此可知，資源系統中的降水量、人均水資源量、人均能耗、人均用電量，生態系統中的城鄉生活環境用水占比、城鎮建成區植被覆蓋率，經濟系統中的人均GDP、人均用水量、城鎮化率、失業率是影響資源-生態-經濟系統安全的關鍵性指標，同時這些指標也反映出河南省引黃受水區各地級市在水資源稟賦、能源利用、用水結構、發展水平等方面離散程度較高、空間差異性較大。

4.2 河南省引黃受水區資源-生態-經濟系統耦合協調分析

為了明晰各子系統的發展水平，運用資源-生態-經濟系統耦合協調度模型，計算了2011—2018年14個地級市的資源子系統、生態子系統、經濟子系統的安全評價指數，結果見圖4。從資源子系統來看，濟源市和三門峽市的資源安全評價指數相對較大，其中：濟源市資源子系統安全評價指數多年來位居河南省引黃受水區首位，表現出相對較高的資源安全水平；三門峽市前期資源安全水平僅次于濟源市，但隨著水資源短缺加劇、人口增長帶來的糧食和能源安全水平降低，其資源安全水平呈顯著降低趨勢。從生態子系統來看，2011年各地級市生態安全評價指數相互間存在較大差距，但是隨著2012年開始的全國生態文明建設的持續推進，各地級市之間的生態安全評價指數差距逐漸縮小，生態安全水平整體上有了顯著的提升，其中鄭州市、洛陽市、許昌市和三門峽市多年來生態安全評價指數位居前4位，反映出這4個地級市生態安全水平較高。從經濟子系統來看，鄭州市遙遙領先于其他地級市，顯示出省會城市經濟安全的絕對主導地位，緊跟其后的是濟源市、鶴壁市和焦作市，也具有相對較高的經濟安全水平；平頂山市、商丘市和周口市的經濟安全評價指數居后3位，相對于其他地級市來說安全水平較低。值得注意的是，各地級市經濟子系統的安全評價指數隨時間變化相比資源子系統和生態子系統來說變化幅度不大，一方面表明河南省引黃受水區14個地級市的經濟發展持續而穩定，另一方面表明資源子系統和生態子系統的不穩定因素較多，是今后踐行黃河流域生態保護和高質量發展需要重點關注和提高的兩個方面。

2011—2018年河南省引黃受水區14個地級市的資源-生態-經濟系統耦合度見圖5?？梢钥闯?，各地級市的資源-生態-經濟系統耦合度均在0.85以上，絕大多數地級市甚至超過0.95，表現出非常高的耦合水平，且發展趨勢較為穩定，說明資源子系統、生態子系統、經濟子系統之間存在非常緊密和強烈的作用關系。經濟的增長需要資源的投入和生態環境容量的支撐，資源和生態的質量和數量決定了經濟發展的高質量水平，因此資源子系統、生態子系統、經濟子系統之間極易出現矛盾，從而產生各種問題與危機，因而如何協調三者之間的關系是需要重點關注和解決的難題。

2011—2018年河南省引黃受水區各地級市的資源-生態-經濟系統耦合協調狀況見圖6。整體上來看，西北部的資源-生態-經濟系統耦合協調度大于東南部地區，與資源-生態-經濟系統安全評價指數空間分布狀況一致。2011年僅鄭州市、濟源市、三門峽市達到中級協調水平，安陽市、鶴壁市、焦作市、洛陽市、平頂山市、許昌市均為初級協調，東部地級市則多數處于勉強協調水平，特別是周口市處于瀕臨失調的狀態。

造成河南省引黃受水區各地級市資源-生態-經濟系統耦合協調水平較低的原因是多方面的，首先西北部資源豐富，資源稟賦及開發利用水平都高于東南部；其次東南部人口多、經濟發展相對落后，導致整體發展水平偏低；另外東南部農業和工業體量大，但是技術水平不高，污染物排放及經濟增長造成的生態環境代價較大。2011年之后，隨著水生態文明建設、中原經濟區規劃、河南自由貿易試驗區等政策的實施，河南省引黃受水區各地級市資源-生態-經濟系統耦合協調水平逐步得到提升，但整體距離優質的協調水平還有很大差距。到2018年14個地級市耦合協調度雖然均在初級協調水平以上，但僅濟源市達到良性協調水平，鄭州、洛陽、許昌、焦作、安陽5個地級市達到中級協調水平，這與文獻[20]的研究結論一致，這也是造成各地級市系統安全評價指數2018年仍然處于0.70以下的重要原因?？梢?，河南省引黃受水區需注重資源子系統、生態子系統、經濟子系統同步發展，只有3個子系統同時達到較高水平，才能從整體上提高區域的資源-生態-經濟系統安全水平。

5 結論與建議

本文針對河南省引黃受水區14個地級市開展了資源-生態-經濟系統安全及耦合協調研究，分析和評價了2011—2018年各地級市的資源-生態-經濟系統安全評價指數、各子系統安全評價指數、耦合度和耦合協調度的變化情況。主要結論和建議如下：①從資源-生態-經濟系統安全來看，河南省引黃受水區14個地級市的安全水平普遍不高，綜合安全評價指數均在0.70以下，面對資源稟賦差異顯著且短時期難以彌補的問題，需要將重心放在經濟發展模式調整上，同時避免走“生態換經濟”的老路；②從資源子系統、生態子系統、經濟子系統安全評價指數來看，各地級市均具有明顯的不均衡特征，大部分地級市在3個子系統都存在短板，需要提高協調發展水平；③河南省引黃受水區資源-生態-經濟系統耦合度高，相互作用強度大，應盡快開展系統內部的相互作用機制研究，以應對復雜系統變化帶來的不確定性問題；④2011年之后河南省引黃受水區各地級市的耦合協調度有了較為明顯的提高，但是整體上距離優質協調水平還有很大距離，影響到資源-生態-經濟系統的整體安全，這是實現黃河流域生態保護和高質量發展必須盡快攻克的一個難題。

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【責任編輯 張華興】