江蘇省水生態與經濟耦合協調度評價

賈晴雯，董增川，朱圣男，周月嬌，任 杰，王詩韻

(河海大學水文水資源學院，江蘇 南京 210098)

隨著社會生產力的發展、科學技術的進步和產業結構的調整，城鎮人口和城鎮用地不斷增長，我國城鎮化已進入快速增長期，城鎮人口已占總人口的60%。在取得這些成就的同時，城市發展中存在的問題特別是區域經濟與江河湖泊水質之間的矛盾也越來越突出[1-3]。2015年，中共中央、國務院發布了《關于加快推進生態文明建設的意見》和《生態文明體制改革總體方案》，要求牢固樹立“綠水青山就是金山銀山”的強烈意識和“山水林田湖是一個生命共同體”的理念，把江河湖泊保護擺在重要位置。目前，我國河湖水污染防治難度較大，經濟的發展在一定程度上加重了水生態的污染[4]。針對這些問題，有必要積極探索水生態保護和經濟發展之間的協調策略，這不僅有利于加強水生態治理，對經濟發展也將起著重要指導作用。

為了反映水生態和社會經濟之間的協同發展程度，洪水峰等[5]選取2000—2016年的面板數據進行耦合協調研究，結果表明，長江經濟帶SER系統耦合協調發展處于整體協調狀態，東部地區耦合協調發展程度顯著高于中西部地區。Li等[6]以中國9個國家中心城市為研究對象，對其可持續性進行了評價，結果表明，城市的經濟、社會和環境協調發展水平不理想，并提出了相應的政策建議。王剛毅等[7]探索水生態與經濟發展之間的協調關系，基于改進的水生態足跡模型，計算了2001—2016年中原城市群生態足跡的水量和水質，從宏觀和微觀層面構建生態足跡評價模型的協調度模型，對區域經濟發展與水生態環境的協調關系進行了研究。

雖然許多學者積極探索水生態環境保護和社會經濟發展之間的協調關系，并做了大量的基礎研究，但對社會經濟發展與生態環境的耦合協調度的時空分異研究仍處于較弱階段。在研究區域上，更多關注社會經濟發展對單個區域生態環境的影響，而較少關注區域差異，特別是對整個區域進行全面定量分析的研究還不夠；在研究方法上，定性和相關性分析多，定量評價少；在分析維度上，多從時間變化的角度來分析水生態環境與社會經濟發展的協調度，較少從區域變化的角度進行研究，缺乏對區域內各地區均衡發展水平的系統研究。鑒于此，本文利用耦合協調度模型，選擇江蘇省2015—2019年的社會經濟發展和水生態環境統計調查數據，構建江蘇省社會經濟與水生態環境評價指標體系，運用熵值法確定指標權重，對社會經濟與水生態環境系統的協調度分別進行評價，從時空角度定量揭示江蘇省總體和13個設區市的社會經濟和水生態環境的耦合協調發展規律，并針對各地區短板提出了相應建議，旨在為縮小區域差距，實現區域均衡發展提供參考。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

江蘇省位于我國東部沿海的長三角地區，與上海、浙江、安徽和山東四省接壤，國土面積10.72萬km2，水域面積占全省陸地面積的16.9%，居全國各省之首。江蘇省地處長江、淮河下游，需要承受上游洪水下泄及污從排放造成的污染，全省1/3以上的河流湖泊受到不同程度的污染。江蘇省大部分地區為平原區，水面坡度小，水體流動性差，水體交換周期長，河流湖泊自凈能力弱，水生態容量低，水生態相對脆弱。隨著工業化和城鎮化的快速推進，一些河流湖泊被過度開發和利用，超過了其生態承載能力，水域被侵占、環境混亂、水污染、生態退化和功能衰減等問題日益突出。

自進入21世紀以來，蘇南、蘇中、蘇北三大區域經濟都有了較快的發展。最初幾年蘇南經濟由于傳統區位優勢，發展速度超過蘇中、蘇北地區，但是2006年和2008年以后，蘇中、蘇北地區經濟增長速度先后超過蘇南地區，三大區域經濟發展出現了相對差距縮小、絕對差距仍然較大的現象[8- 9]。探尋江蘇省區域經濟與水生態環境質量協調發展，是全面推行河長制、推進區域協調發展的迫切需求，對于貫徹落實中央和省委省政府決策部署，推動江蘇省經濟轉型、建設美麗江蘇，具有重大意義。

1.2 數據來源

水生態環境指標數據來自2015—2019年江蘇省水資源公報，經濟發展相關數據來自2015—2019年《江蘇統計年鑒》《江蘇省國民經濟和社會發展統計公報》、中國統計信息網，個別缺失數據采用數理統計方法補全。

2 研究方法

2.1 指標預處理與權重計算

為了使各指標具有可比性，采用極差法對正向和負向指標分別采用以下公式進行無量綱化處理：

(1)

(2)

2.2 信息熵

信息熵理論中用熵值度量系統中信息的不確定性，即信息的不確定性越高其信息熵越小，其信息效用值越大；反之信息的不確定性越低，則信息熵越大，其信息效用值越小[8]。評價指標的信息熵越小，表明該評價指標處于“無序”狀態，在整個評價系統中具有的作用越大；信息熵越大，表示對象集具有該屬性的不確定性越大，也即該屬性的信息量越大，信息熵從平均意義上表示了屬性的總體特性。

數據的貢獻度為

(3)

數據的信息熵為

(4)

通過信息熵計算各指標的權重為

(5)

式中：Ej為各方案對屬性的總貢獻，即各指標的信息熵;m為指標總數;n為劃分區域的城市個數。這樣就能保證0≤Ej≤1，即Ej最大為1。

2.3 耦合協調度模型

耦合度是指兩個或多個系統之間相互影響和相互作用協調發展的程度，是各子系統在良性互動下相互協調、相互促進的動態關系[9-10]。從耦合度的結果可以看出兩個系統之間的相互影響程度，根據協調程度可以判斷兩個系統的協調狀態。本文為分析區域經濟發展與水生態健康狀況的協調水平，建立了耦合協調度模型。參考物理學中的協調度計算模型，區域經濟與水生態環境協調度計算公式如下：

(6)

其中

T=αu(x)+βv(y)

式中：D為經濟發展與水生態環境的耦合協調度；C為耦合度；T為經濟發展與水生態環境綜合評價指數；u(x)為經濟發展綜合評價值；v(y)為水生態環境綜合評價值；α、β為權重，為待定系數，本文根據水生態環境與經濟發展同等重要的原則，將α、β賦值為0.5。

基于已有的國家、行業和地方規范及相關研究成果，將社會經濟發展與水生態環境的耦合協調度劃分為4個等級：高度協調(0.85≤D≤1)、中度協調(0.7≤D<0.85)、低度協調(0.5≤D<0.7)、不協調(0≤D<0.5)。高度協調表示兩個要素之間的耦合度較高，中度協調表示耦合度一般，低度協調表示耦合度較低，失調表示兩個要素之間嚴重不協調。

針對中度協調、低度協調和失調3種發展類型，將其分為生態滯后和經濟滯后兩種類型。用u(x)表示社會經濟發展綜合評價值，v(y)表示水生態環境綜合評價值。若u(x)>v(y)，則為生態滯后型，表示社會經濟發展水平超過了水生態環境的治理水平；反之，若u(x)

3 江蘇省經濟水生態與經濟耦合協調度評價

3.1 指標體系的構建

水生態環境評價指標體系是一個多層次結構，涉及的指標較多。在構建指標體系時，需要篩選出各準則層的代表性指標，以綜合體現準則層的特征，避免重復。本文首先參照2017年江蘇省政府發布的《江蘇省生態河湖行動計劃(2017—2020年)》文件內容，結合相關指標數據獲取的難易程度以及是否可量化，從水安全、水資源、水污染、水環境與水生態5個方面選取其中15個指標建立江蘇省設區市水生態環境指標體系。江蘇省區域經濟發展評價指標體系基于PSR模型，從經濟發展水平、城市建設水平、居民生活水平3個方面，選取了10個指標構建江蘇省設區市經濟發展評價指標體系。本文總結了前人對評價指標篩選原則的相關研究，并選取了3種具有代表性的方法：專家評分原則、極大不相關原則和最小均方差原則[11-12]。在河流生態與經濟發展評價中，指標的選取遵循科學性、實用性和統一性的原則[13]。基于此構建江蘇省水生態環境與區域經濟評價指標體系，如表1所示。

表1 江蘇省區域經濟與水生態環境評價指標體系

3.2 評價結果與分析

3.2.1江蘇省設區市評價結果

江蘇省社會經濟發展與水生態環境綜合評價及二者協調度評價結果如圖1所示。從圖1可以看出，2015—2019年，江蘇省社會經濟發展水平和水生態環境狀況都有所提升，表明江蘇省各地區在經濟發展的過程中，沒有忽視對水生態環境的保護。從圖1(c)可以看出，截至2019年，江蘇省13個設區市的社會經濟和水生態環境協調發展度均處于中度協調或高度協調階段，表明江蘇省在經濟發展和水生態環境保護之間實現了較高水平的協調，二者耦合程度較高。分析結果表明，蘇南地區協調發展度水平總體較高，5個設區市均處于中度或高度協調階段，中度協調地區的滯后類型為生態滯后型。其中，南京市2015—2019年的協調發展度等級均為高度協調；無錫市2015年和2017年處于中度協調，滯后類型為生態滯后型，其余年份均為高度協調；常州市2015—2018年均為中度協調，滯后類型為生態滯后型，經過幾年的治理，2019年協調發展度達到了高度協調；蘇州市2015—2019年均為高度協調；鎮江市2015—2019年均為中度協調，滯后類型為生態滯后型。

(a)社會經濟

蘇中地區協調發展度水平稍高于蘇北，3個設區市均處于中度協調階段，滯后類型以生態滯后型居多。其中，南通市2015—2019年均處于中度協調階段，2015年和2017年的滯后類型為經濟滯后型，表明在此期間經濟發展水平落后于水生態環境的保護治理水平，其余年份均為生態滯后型；揚州市2015—2019年均為中度協調，且滯后類型為生態滯后型；泰州市2015—2019年均處于中度協調階段，滯后類型為生態滯后型。

蘇北地區協調發展度水平居全省最低，5個設區市均處于低度或中度協調階段，滯后類型包括經濟滯后型和生態滯后型。其中，徐州市2015—2018年均處于中度協調階段，滯后類型為經濟滯后型，2019年達到了高度協調；連云港市2015—2016年處于低度協調階段，2017—2019年達到了中度協調水平，滯后類型為生態滯后型；淮安市2015—2019年均處于中度協調階段，滯后類型為經濟滯后型；鹽城市2015—2019年均為中度協調，滯后類型為生態滯后型；宿遷市2015—2019年均為中度協調，滯后類型為生態滯后型。

3.2.2年度均衡發展度分析

江蘇省2015—2019年的社會經濟、水生態環境綜合評價指數如圖2所示。從2015—2019年的變化來看，江蘇省社會經濟與水生態環境的耦合協調發展度呈逐年上升趨勢。其中，社會經濟和水生態環境綜合評價指數均呈現逐年上升的趨勢，水生態環境水平總體落后于社會經濟發展水平，水生態環境狀況改善較為明顯，社會經濟發展較為平緩，水生態環境的提升程度明顯大于社會經濟發展。表明近5年來，江蘇省在發展經濟的同時，水生態環境治理水平顯著提高，充分體現了江蘇省對水生態環境的重視。

圖2 2015—2019年江蘇省社會經濟、水生態環境綜合評價指數

3.2.3空間均衡度發展分析

根據以上評價結果及協調發展度等級判斷標準，江蘇省2015年、2019年各設區市耦合協調發展度如圖3所示，江蘇省各設區市耦合協調發展度等級分布如圖4所示。

圖3 2015年、2019年江蘇省各設區市耦合協調發展度

(a)2015年

從空間分布上看，2015年蘇南地區協調發展度最高，蘇中、蘇北西部地區次之，蘇北東部地區最低。從圖2可以看出，2019年蘇南地區協調發展度得到了進一步提升，除鎮江市以外，南京市、蘇州市、無錫市、常州市均達到高度協調水平；蘇中地區沒有明顯變化，揚州市、泰州市、南通市始終維持著中度協調的水平；蘇北地區改善程度較大，其中連云港市由低度協調提升為中度協調，徐州市由中度協調提升為高度協調。

位于蘇南地區的蘇州市、無錫市、常州市、南京市，處于高度協調階段，鎮江市處于中度協調階段，總體上蘇南地區的社會經濟與水生態環境的耦合度較高。蘇南地區水生態環境水平總體滯后于社會經濟發展，經濟發展和城市化水平在全省處于領先地位，水生態環境治理也處于較高水平，這些設區市水系發達，人口密集，工業化起步較早。隨著蘇南地區城市化進程不斷加快，人口持續增長，產業不斷發展，對生活污水的處理能力提出了很大的要求，然而管網建設的缺陷使得生活污水在短時間內不能得到根治，也產生了一定的水生態環境問題。2007年太湖藍藻爆發以來，蘇南地區加快推進了城鎮污水管網建設，城市集中式飲用水源地水質總體狀況良好，水環境質量得到持續改善。2019年，常州市和無錫市的協調發展度由中度協調提升到了高度協調。其中，常州市由0.821提升到了0.852，無錫市由0.812提升到了0.872，主要是水生態環境狀況提升導致的。鎮江市由于當地水資源相對短缺，水資源空間分布不均，資源性、水質性缺水問題并存，在水生態環境治理上短板較多，因此耦合協調度和蘇南其他地區有一定差距，需要更加重視當地的水環境治理和水生態修復。

位于蘇中地區的南通市、泰州市、揚州市，處于中度協調階段，社會經濟與水生態環境的耦合度一般。該3市地處長江與運河交匯處，河網密布，是我國南水北調東線工程的主干道，獨特的水環境決定了其水污染防治的重要性?？傮w上，2015—2019年蘇中地區社會經濟與水生態環境的耦合度改善程度較小，原因可能是受到上游工業廢水、生活污水、農業污水和船舶污染的影響，水生態環境治理難度較大。

位于蘇北地區的連云港市、宿遷市、淮安市、鹽城市，處于中度協調階段，徐州市處于高度協調階段，總體上蘇北地區的社會經濟與水生態環境的耦合度一般。蘇北地區社會經濟發展和城鎮化水平在全省處于居中水平，水生態環境治理水平則一般。這些設區市工業化起步較晚，城市人口密度較低，交通運輸水平也不及蘇南地區，總體社會經濟發展水平落后于蘇南，水生態環境治理水平也和全省平均水平存在一定的差距。其中徐州市通過全面加強生態環境治理體系和治理能力建設，水環境質量得到了有效改善。2019年，根據實況數據統計，徐州全市地表水國省考斷面水質平均濃度均達標，優于Ⅲ類水斷面比例83.3%，無劣Ⅴ類水斷面，四項水污染物減排任務均達到年度目標要求，化學需氧量、氨氮、總磷、總氮排放總量較2015年分別削減9.32%、10.04%、8.78%和9.22%。

由圖2和圖3可以看出，相比2015年，江蘇省各設區市在2019年的總體協調發展度有所提升，其中改善最大的是連云港市，協調發展度由2015年的0.602提升到2019年的0.741，協調發展度等級由低度協調提升為中度協調，原因主要是水生態環境治理得到了顯著提升，水生態環境指數由0.234提升到0.519。

2015年以來，連云港市已進入工業化快速發展時期，加劇了城市水土資源的短缺，不可避免地帶來了一系列的水生態環境問題。截至2019年，連云港市完成61個污水集中處理能力提升項目，全面開展入河入海排污口排查整治，對大浦河、薔薇河等主體水體實施加密監測，強化水質預警通報。近岸海域水質大幅提升，近年來首次實現6個國考點位平均水質優良比例100%，取得歷史性突破。22個省考核斷面達標率、優Ⅲ類占比，劣Ⅴ類占比,比較2015年分別提高29.2%和18.2%,降低27.3%。

根據評價結果可以看出，蘇南地區的鎮江市，蘇中地區的南通市、泰州市、揚州市，蘇北地區的連云港市、宿遷市、淮安市、鹽城市，需要加快推進水生態環境的治理，確保水生態環境管理水平符合社會經濟發展的水平。各地政府在未來發展規劃中應合理調整產業空間布局和城市規劃，避免經濟發展過度損耗環境，實現綠水青山、金山銀山的和諧共生。對于區域差距的縮小，要積極引進適合特定地區文化的新理念，在符合社會經濟發展和產業轉型方向的同時，各地區應根據當地情況調整措施，將社會經濟發展目標和水生態環境治理行動方案的要求相結合，根據自身短板和治理能力，重新定位、合理規劃社會經濟建設和水生態環境治理目標。

4 結 語

基于江蘇省社會經濟發展和水生態環境之間的耦合協調度模型，本文研究了江蘇省13個設區市二者協調發展度的空間差異。相較于傳統的評價方法，本文針對水生態環境和社會經濟發展狀況對江蘇省設區市進行了綜合評價，使之能全面、多維地反映區域之間的均衡發展狀況。同時分析了江蘇省社會經濟發展與水生態環境之間的關系，指出部分地區發展不協調的問題，對促進各地區社會經濟與水生態環境的協調發展具有指導作用。

2015—2019年，江蘇省社會經濟與水生態環境的耦合協調度呈逐年增加趨勢，從0.776提升到0.813，表明兩者的耦合水平呈上升趨勢。江蘇省社會經濟與水生態環境耦合度在空間上表現為蘇南最高，蘇中、蘇北其次，地區耦合度差異較大。雖然江蘇省協調發展的總體水平不斷提高，但與高水平的協調還存在差距，需要進一步提高。

從空間變化來看，4個設區市的協調發展水平明顯提高，其中徐州市、常州市、無錫市的協調發展度等級由中度協調轉變為高度協調，連云港市的協調發展度等級由低度協調轉變為高度協調。總體上，蘇南、蘇北地區社會經濟與水生態環境耦合度的改善程度較大，而蘇中地區改善程度較小。社會經濟發展與水生態環境的耦合機制復雜，從江蘇省不同設區市的評價結果來看，耦合度較高的蘇南地區，社會經濟發展較快，水資源保護水平也較高，耦合度一般的蘇中、蘇北地區水資源保護水平普遍落后于社會經濟發展水平。要改變這種狀況，需要采取相應的政策和措施，對當地產業結構、水污染、水生態進行調整和治理，以實現社會經濟與水環境的良性可持續發展。