青海省水資源－環境－社會經濟系統耦合協調特征

摘 要：水資源、環境、社會經濟系統之間相互影響、協同演進，對３ 個系統相互作用關系的研究是目前的熱點。為探究水資源－環境－社會經濟系統的耦合協調特征，以青海省為研究對象，構建多系統評價指標體系，利用耦合協調模型及灰色關聯模型對２０００—２０２０ 年青海省水資源－環境－社會經濟系統耦合協調特征進行定量評價。結果表明：①研究期內，青海省水資源、環境、社會經濟子系統的評價指數呈現不同程度的增大趨勢；②水資源－環境－社會經濟系統耦合度處于融合高水平階段，耦合協調度處于由中級協調向良好協調過渡的階段；③在３ 個子系統中，水資源子系統的發展水平對青海省水資源－環境－社會經濟系統耦合協調發展影響較大，環境子系統次之，社會經濟子系統的影響相對較小。

關鍵詞：水資源－環境－社會經濟系統；耦合協調模型；灰色關聯模型；ＣＲＩＴＩＣ 權重法；青海省

中圖分類號：ＴＶ２１３．９ 文獻標志碼：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２３．０４．０１２

引用格式：白美霞，王高旭，張軒，等．青海省水資源－環境－社會經濟系統耦合協調特征［Ｊ］．人民黃河，２０２３，４５（４）：７０－７５，９１．

１ 引 言

水資源是生態之基，良好的水生態環境是實現水循環和經濟可持續發展的重要條件之一［１］ 。隨著經濟社會的高速發展，不合理的開發方式使得生態環境遭到嚴重破壞，給水資源、環境系統均帶來巨大的壓力。近年來，人們轉變發展經濟的思路，開始關注水生態環境問題。水資源－環境－社會經濟是一個大系統，水資源、環境與社會經濟子系統之間存在著錯綜復雜的關系（見圖１），任意子系統的發展波動均會影響水資源－環境－社會經濟系統整體［２－３］ 。因此，探究水資源－環境－社會經濟系統耦合協調特征，深化對各子系統間相互作用關系的認知，有利于水資源的持續開發利用及生態環境的保護，可為水資源管理和經濟社會可持續發展提供參考。

國外關于水、環境、社會經濟系統相互關系的研究較早，Ｖｏｅｒｏｅｓｍａｒｔｙ 等［４］ 對水資源系統的多種壓力源進行量化，提出一個考慮人類和生物多樣性對水安全影響的全球綜合報告；Ｐｅｒｓｈａ 等［５］ 采用東非和南亞地區的數據，研究分析了從森林中獲得社會和生態效益的復雜過程；Ｖｏｌｌｍｅｒ 等［６］ 將淡水資源作為社會－生態系統的一部分，從社會、水文和生態３ 個維度，提出了評價淡水生態系統健康的指標體系框架；Ａｌｂｕｑｕｅｒｑｕｅ等［７］ 引入生態位結構理論研究人類活動對環境的長期干擾。國內學者在系統間相互關系方面提出了一系列定量化的研究方法，例如耦合協調模型［８］ 、系統動力學模型［９］ 、ＰＳＲ 模型［１０］ 等。近年來，復合系統耦合協調度研究逐漸成為熱點，例如：劉琳軻等［１１］ 利用耦合協調模型定量評價黃河流域生態保護與高質量發展之間的交互響應關系，結果表明研究期內黃河流域生態保護和高質量發展的耦合協調度整體呈現上升態勢；韓春輝等［１２］ 采用熵權法與耦合協調度模型，分析評價了２０１１—２０１８ 年河南省引黃受水區的資源－生態－經濟系統安全水平和子系統間的耦合協調關系，結果表明資源、生態、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；孫才志等［１３］基于２００７—２０１７ 年黃河流域９ 個省（區）能源耗水量和糧食耗水量，對耗水壓力的時空格局演化特征進行綜合研判，結果表明研究期內黃河流域能源耗水量和糧食耗水量都呈現波動上升趨勢，中下游區單位糧食產量藍水足跡明顯高于上游區；秦騰［１４］ 基于水－能源－糧食紐帶關系，采用Ｋａｙａ 擴展恒等式和對數平均迪氏分解法（ＬＭＤＩ）對１９９８—２０１９ 年我國用水量變化的影響因素進行定量評估，研究表明水－能源－糧食紐帶效應是抑制用水量增長的首要因素，其中能源－糧食紐帶效應貢獻最大。目前針對系統間耦合協調度的研究較多，但對多系統耦合協調發展中關鍵因素及耦合成因進行深入探究的較少。

鑒于此，本文以青海省水資源－環境－社會經濟系統為研究對象，利用耦合協調模型對各子系統間的相關關系進行定量評價，并利用灰色關聯模型［１５］ 識別重要關聯因素，以期為青海省水資源節約集約利用與社會經濟高質量發展提供參考。

２ 研究方法

本文采用的多系統耦合協調評價模型主要包括耦合度及耦合協調度兩個關鍵指標。耦合度指兩個或兩個以上系統之間相互作用的程度；耦合協調度指系統之間相互作用過程中彼此和諧一致的程度，反映系統間交互耦合的協調程度［１６］ 。首先構建水資源－環境－社會經濟系統綜合評價指標體系，采用ＣＲＩＴＩＣ 權重法確定各指標權重；然后計算子系統評價指數及多系統耦合協調度，定量評價水資源、環境、社會經濟３ 個子系統間交互耦合的協調程度；最后采用灰色關聯模型識別耦合發展過程中的重要關聯因素。

２．１ 構建評價指標體系

水資源－環境－社會經濟系統是涵蓋多種指標的復雜大系統，如何科學全面地構建評價指標體系是其耦合協調評價的關鍵。按照科學性、層次性及數據可獲得性等原則［１７］ ，結合研究區域的實際情況，分別從總量、結構、效益３ 個層次選取子系統典型特征因子作為指標［１８－２０］ ，構建水資源－環境－社會經濟系統綜合評價指標體系。其中：水資源子系統指標主要包括水資源量、供用水量及用水效率等；環境子系統指標主要包括水環境狀況、污染物排放量及生態建設狀況等；社會經濟子系統指標主要包括國民經濟和社會發展的總量及效益等。

２．２ 確定指標權重

采用ＣＲＩＴＩＣ 權重法［２１］ 確定不同指標對系統的影響大小，計算步驟如下。

（１）數據標準化。采用極差標準化方法［２２］ 對各項指標數據進行同趨化、無量綱化處理。

３ 實例研究

３．１ 研究區概況

青海省地處青藏高原東北部，跨黃河、長江、瀾滄江、黑河四大水系，水資源豐富，人均水資源占有量是全國平均水平的５．３ 倍。近年來，在氣候變化和人類活動雙重影響下，青海省生態環境明顯惡化，出現植被退化、水源涵養能力降低、水質惡化等一系列生態環境問題。受氣候、地理等自然條件的限制，青海省社會經濟相對不發達。

３．２ 指標體系與數據來源

構建的青海省水資源－環境－社會經濟系統綜合評價指標體系見表２。研究數據主要來源于２０００—２０２０ 年《青海統計年鑒》《青海省水資源公報》《青海省環境狀況公報》及《青海省國民經濟和社會發展統計公報》等，對于統計口徑不一的數據進行換算處理，個別缺失數據采用內插法或外推法獲得。

３．３ 評價指數計算結果及特征分析

利用式（８） ～ 式（１０），分別測算２０００—２０２０ 年青海省水資源－環境－社會經濟系統中３ 個子系統的評價指數，見圖２。

青海省水資源子系統評價指數在研究期內呈波動增大趨勢。２００４—２０１４ 年，青海省的降水量年際變化較大，因而其水資源子系統評價指數呈現與水資源量高度一致的變化趨勢。此外，青海省水資源利用效率一直穩步提升，因而其評價指數呈波動增大趨勢。環境子系統的評價指數大致可分為４ 個變化階段：２０００—２００２ 年呈小幅上升趨勢，２００３—２００７ 年呈波動下降趨勢，２００８—２０１５ 年基本平穩，２０１６—２０２０年呈現較為明顯的上升趨勢。２０００—２００２ 年青海省污水排放量不斷減小，２００２ 年達到研究期內的最小值，同時其他指標變幅較小，前期的評價指數呈上升趨勢。之后，青海省污水排放量、能源消費總量大幅度上漲，污水中ＣＯＤ、氨氮比例也呈上升趨勢，給環境子系統帶來極大的負面影響。與此同時，青海省的森林綠化面積不斷增大，污水處理率大幅度提升，促進了環境系統的改善。在二者的綜合作用下，環境子系統的評價指數在研究期內呈現下降—平穩—上升的變化規律。從２０１６ 年開始，青海省政府投入巨資修復生態環境，自然環境惡化得到了有效控制和改善，環境子系統評價指數得到大幅度提升。

社會經濟子系統的評價指數前期呈現下降趨勢，從２００６ 年開始呈現波動上升趨勢，尤其是２０１１—２０１５ 年漲幅較大，年均增長速度為８．３３％。究其原因，２０００—２００５ 年，青海省工業產值占比呈現較快的增長速度，而第三產業比重不斷減小，城鎮登記失業率不斷攀升，評價指數在此期間呈下降趨勢；２００６ 年之后，青海省生產總值大幅度增長，產業結構得到改善，城鎮失業率不斷降低，社會經濟子系統整體向好，尤其是２０１１—２０１５ 年，社會經濟子系統各正向指標都呈現不同程度的上升趨勢，子系統評價指數大幅度提高。

３．４ 耦合協調度計算結果及特征分析

根據計算所得的青海省水資源、環境、社會經濟子系統評價指數及上述多系統耦合協調評價模型，可以計算得出青海省水資源－環境－社會經濟系統耦合度、耦合協調度及綜合評價指數，結果見圖３。研究期內青海省水資源－環境－社會經濟系統耦合度變幅較小，平均值為０．９７，處于融合高水平階段。其中：２００５ 年、２０１２ 年出現兩個低值點，分析原因可知，青海省社會經濟子系統２００５ 年的評價指數僅為０．１９，社會經濟發展水平較低導致３ 個子系統之間的耦合度出現低值；２０１２ 年青海省水資源子系統評價指數較高，環境子系統次之，社會經濟子系統評價指數較低，３ 個子系統發展水平不均衡導致耦合度較低。水資源－環境－社會經濟系統綜合評價指數在２００５ 年之前基本穩定在０．４左右，從２００６ 年開始呈現波動上升趨勢。由于研究期內水資源－環境－社會經濟系統耦合度變幅較小，因此耦合協調度變化規律與綜合評價指數高度一致，前期呈現微弱的下降趨勢，２００６ 年開始呈上升趨勢，處于由初級協調經中級協調向良好協調過渡的階段。究其原因，２００５ 年之前，青海省經濟發展速度較慢，產業結構不合理，社會經濟子系統發展水平較低，水資源－環境－社會經濟系統綜合評價指數及耦合協調度受到限制；２００６ 年之后，社會經濟子系統開始向好發展，水資源、環境子系統也得到不同程度的改善，水資源－環境－社會經濟系統的綜合評價指數及耦合協調度均呈上升趨勢，２００６—２０１４ 年的波動情況主要受水資源子系統評價指數波動的影響。

３．５ 主要影響因子識別

運用灰色關聯模型，以２０００—２０２０ 年青海省水資源－環境－社會經濟系統耦合協調度時序數據為參考序列，以３ 個子系統的評價指數與各項評價指標時序數據為比較序列，分別計算水資源－環境－社會經濟系統耦合協調度與各子系統的關聯度，結果見表３。３ 個子系統的發展水平與水資源－環境－社會經濟系統耦合協調發展關聯度均較高，其中：水資源子系統的關聯度最高，達到０．７０５；環境子系統的關聯度次之；社會經濟子系統的關聯度最低。

由灰色關聯分析結果可知，青海省水資源－環境－社會經濟系統各項評價指標與耦合協調度的整體關聯度較強，所有指標的關聯等級均處于中等關聯以上，見表３。本文以關聯度大于０．６５ 的評價指標作為影響青海省水資源－環境－社會經濟系統耦合協調發展的主要因子，其分類如圖４ 所示。其中：水資源子系統指標數量在所有主要因子中占比為４４．４％，環境子系統指標占比為４４．４％，社會經濟子系統指標占比為１１．２％。水資源子系統的人均用水量、水資源開發利用率等指標以及環境子系統的森林覆蓋率、污水處理率等指標是影響青海省水資源－環境－社會經濟系統耦合協調發展的重要因素；社會經濟子系統各指標對耦合協調度的影響相對較小。綜上，全面加強供用水管理、提高用水效率是推進青海省協調發展的關鍵措施。此外，應進一步加大對生態環境保護的投資，擴大綠化面積，減少污染物排放，加強生態環境建設，以提升青海省水資源－環境－社會經濟系統整體協調發展水平。

４ 結 語

（１）２０００—２０２０ 年，青海省水資源子系統評價指數呈波動上升趨勢，環境子系統和社會經濟子系統評價指數前期呈下降趨勢，而近年來提升較快。水資源、環境和社會經濟子系統評價指數整體處于中低水平，各子系統發展水平不高。近年來３ 個子系統均呈現良好發展態勢，且仍有較大提升空間，提升各子系統發展水平有利于推動青海省水資源－環境－社會經濟系統協調發展。

（２）青海省水資源－環境－社會經濟系統耦合度變幅較小，且處于融合高水平階段，表明青海省水資源、環境和社會經濟３ 個子系統之間的相互作用強度維持在較高的水平；耦合協調度處于由中級協調向良好協調過渡的階段，表明３ 個子系統之間交互耦合的協調程度不斷提高，系統呈現良性發展的變化趨勢，基本能夠實現三者的耦合協調發展。

（３）３ 個子系統的發展水平與青海省水資源－環境－社會經濟系統耦合協調發展關聯度均較高，水資源子系統的關聯度最高，環境子系統的關聯度次之，社會經濟子系統的關聯度最低。水資源子系統的人均用水量、水資源開發利用率等指標以及環境子系統的森林覆蓋率、污水處理率等指標是影響青海省水資源－環境－社會經濟系統耦合協調發展的重要因素。青海省今后應全面加強供用水管理，提高用水效率，提升水資源子系統發展水平，同時增加環保投入，加大生態環境保護力度，使水資源子系統和環境子系統能夠匹配社會經濟子系統的發展，實現水資源－環境－社會經濟系統的協調發展。

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【責任編輯 張華興】