寧夏沿黃經濟區水資源短缺與社會適應能力耦合關系分析

王永良， 唐 蓮,2,3， 張 靜， 黃天炎

(1.寧夏大學 土木與水利工程學院， 寧夏 銀川 750021； 2.寧夏節水灌溉與水資源調控工程技術研究中心，寧夏 銀川 750021； 3.旱區現代農業水資源高效利用教育部工程研究中心， 寧夏 銀川 750021)

1 研究背景

水資源是人類社會發展的重要保障，隨著人類活動的加劇，水資源問題已擴大到經濟社會系統中，在處理水資源問題時，考慮水資源的社會屬性是解決水資源問題的關鍵。目前國內外許多學者對水資源短缺的類型及程度進行了定量分析及評價。王浩等[1]基于“自然-社會”二元水循環研究的基礎上，闡述了內陸干旱區流域水循環的基本原理，為解決西北旱區水資源短缺的問題提供了理論依據；蘇賢保等[2]采用綜合權重法，選取了水資源短缺的28個評價指標，對甘肅省水資源短缺現狀進行了綜合的評價分析，為旱區水資源的開發利用提供了參考依據。Ohisson[3]界定了“第一資源短缺”(自然屬性)和“第二資源短缺”(社會屬性)，把社會適應能力解釋為自然資源稀缺的社會資源量；Liu等[4]提出了人與自然兩系統耦合的概念，把自然資源和社會資源組建在一起，對于二者而言，隨著自然資源出現短缺，社會經濟系統會受到影響，此時系統內部組分就會發揮作用并使損失降到最低。

本文結合寧夏沿黃經濟區4個城市的水資源利用現狀，采用改進熵值法，在分析水資源系統與社會適應能力系統評價指標的基礎上，建立了耦合關系模型，并對結果進行了分析，為探明寧夏沿黃經濟區4個城市的水資源短缺與社會適應能力發展間的互動反饋機制，有效地協調水資源的永續利用與社會經濟的健康發展提供理論依據。

2 研究對象的界定和研究方法

2.1 研究對象的空間界定

寧夏沿黃經濟區地處我國包昆通道的縱軸北部，以銀川市為中心，涵蓋吳忠市、石嘴山市、中衛市沿黃城市所轄行政區域。該區域屬中溫帶干旱區，年平均降水量為180～400 mm，年平均蒸發量1 825 mm，是年降水量的10倍左右，黃河水是該區域地表水的主要來源，水資源短缺是影響該地區經濟社會發展的重要因素之一。分析研究二者之間的耦合協調關系，對實現水資源的永續利用和促進經濟社會的健康穩態發展有著不可忽視的作用。

2.2 耦合協調度模型

系統耦合是指兩個(或兩個以上)的系統，通過某種介質，在一定條件下進化的過程[5]。協調是指兩種或兩種以上要素之間的一種良性循環的關系[6]。在社會經濟系統中，周校培等[7]建立了水資源與經濟社會復雜系統評價指標體系，利用耦合協調度模型，分析研究了兩系統間的耦合協調度，為區域的健康可持續發展提出了合理的建議。常玉苗[8]以長江經濟帶為研究區域，基于系統分析方法，建立了水資源系統與城市生態經濟系統的定量評價模型。

程懷文等[9]以黑河流域為研究區域，建立了水資源系統與社會適應能力的定量評價模型。劉麗萍等[10]從社會水循環的角度，采用主客觀綜合賦權的方法，建立了水資源短缺與社會適應能力的耦合協調關系模型。伏吉芮等[11]以吐魯番地區為研究區域，根據耦合協調關系模型，對水資源-經濟-生態環境發展情況進行了研究分析。

一方面，水資源短缺是影響社會適應能力發展的主要制約因素；另一方面，社會適應能力的提高可以緩解或加劇水資源的供需矛盾。二者之間存在耦合發生的條件，即系統內部之間具有一定的聯系。因此，對二者之間的作用關系進行分析探討具有重要意義。

(1)數據標準化。

為了消除不同量綱不可以比較的問題，將原始數據做標準化處理。公式如下：

正項指標：

(1)

反向指標：

(2)

(2)權重的確定及綜合指數的計算。

(3)

水資源短缺綜合指數：

(4)

社會適應能力綜合指數：

(5)

(3)協調度計算。為反映水資源短缺程度與社會適應能力間的協調發展水平，引入耦合度計算公式：

(6)

(7)

T=αf(x)+βg(y)

(8)

式中：C為協調度；k為調節系數，且2≤k≤5(取k=2)；D為耦合協調度；T為水資源短缺與社會適應能力協調發展水平；α、β為待定系數(α=β=0.5)。

2.3 耦合協調類型判別

根據耦合協調度D的計算結果，結合協調度C的取值，借助已有文獻的劃分標準[12-15]，同時考慮寧夏沿黃經濟區水資源短缺與社會適應能力發展的實際情況，將水資源短缺與社會適應能力的整體協調發展狀況按以下類別進行劃分(見表1)。

表1 耦合協調等級的區間劃分

2.4 數據來源

寧夏沿黃經濟區位于我國內陸西北地區，銀川、吳忠、石嘴山、中衛4個沿黃城市存在著不同程度的水資源短缺現象。原始數據均來源于2016年《寧夏統計年鑒》、《寧夏水資源公報》和《寧夏國民經濟和社會發展統計公報》，并根據相關計算所得。

3 指標體系的構建及權值的確定

3.1 指標體系的構建

根據寧夏沿黃經濟區的水資源短缺的現狀和經濟社會的發展水平，借鑒已有文獻的研究成果[16-18]建立寧夏沿黃經濟區水資源和社會適應能力指標體系。水資源短缺系統的評價指標主要以用水量和用水效率為切入點，同時還考慮了污水回用等方面的因素，選取了13個評價指標。在社會適應能力方面，考慮社會、經濟和資源環境等方面的因素，選取了6個評價指標，最終構建了寧夏沿黃經濟區水資源短缺和社會適應能力協調耦合關系的指標體系，具體評價指標見表2。

3.2 指標權重的確定

文中采用改進熵權法對兩系統進行指標權重的計算。根據指標權重值的大小判斷其重要性程度，同時結合各個指標變量的變異性程度，計算出各個指標變量的最終權重值，結果見表2。

3.3 耦合協調度計算

根據公式(4)、(5)將指標標準化數值乘以對應的權重，可分別得到水資源短缺與社會適應能力綜合評價值。然后由公式(6)～(8)計算協調度C、耦合協調度D和水資源短缺與社會適應能力協調發展水平T值，并依據耦合協調等級的區間劃分(表1)，將寧夏沿黃經濟區4市的水資源短缺和社會適應能力綜合評價值進行排序，見表3。

4 結果與分析

(1)綜合評價值分析。由表3可知，寧夏沿黃經濟區4個城市排名次序為銀川市、石嘴山市、中衛市和吳忠市。一般來說，一個地區污水處理回用量越大，則相應的水資源短缺程度就越??；而萬元GDP耗水量越高，則水資源的短缺程度就越嚴峻。銀川市2016年的污水處理回用量達到0.097×108m3，處于寧夏沿黃4市的首位，而萬元GDP耗水量為50 m3，處于寧夏沿黃4市的末位，因而水資源短缺綜合評價值最大。

從社會適應能力綜合評價值g(y)來看，由表3可知，寧夏沿黃經濟區4個城市排名由大到小次序為銀川市、吳忠市、石嘴山市和中衛市。由耦合協調度模型分析確定的指標權重可知，綠地面積和人均GDP在社會適應能力方面占有較大的權重，銀川市的綠地面積處在寧夏沿黃4個城市首位，人均GDP相對較大，故而社會適應能力綜合評價值最大；中衛市的綠地面積和人均GDP相對偏小，故而社會適應能力最為薄弱。

(2)協調度分析。由表3可以看出，2016年寧夏沿黃經濟區各市的水資源短缺與社會適應能力協調度基本處于中度失調和優質耦合2個階段。根據協調度C的計算結果來看，寧夏沿黃經濟區，處于優質耦合的有銀川市、石嘴山市和中衛市，其數值均在0.9～1.0之間，說明該地區水資源短缺與社會適應能力發展程度差別不大，反映了寧夏沿黃經濟區水資源與社會適應能力二者相互協調。僅吳忠市處于中度失調狀態。銀川市、石嘴山市和中衛市水資源短缺與社會適應能力基本呈現雙優型極度耦合關系，雖然水資源總量、年降水量受自然條件限制，但該地區經濟社會發展較好，人均耗水量、農業畝均耗水量所占比例低，污水處理回用量較高等特點，緩解了水資源短缺的程度。吳忠市水資源短缺程度相對嚴重，農業用水量所占比例高，污水處理回用量、城鎮化率相對落后很大程度上阻礙了經濟社會的進一步發展，因而出現中度失調的現象。

表2 水資源短缺與社會適應能力評價指標數據標準化及權重

表3 2016年寧夏沿黃經濟區水資源短缺與社會適應能力協調度與耦合協調度類型判別

(3)耦合協調度分析。由表3可知，2016年寧夏沿黃經濟區的水資源短缺與社會適應能力耦合協調度基本上處于耦合協調時期和失調衰退時期2個階段。依據協調度、耦合協調度計算結果，結合寧夏沿黃4市水資源短缺程度與經濟社會水平現狀，基本上可以反映寧夏沿黃4市的實際狀況。銀川市耦合協調程度最高，處于良好耦合協調發展階段，銀川市水資源短缺程度與經濟社會適應能力發展水平居于4市首位，在水資源有效利用、污水處理回用等方面處于高水平地位。經濟社會的發展一定程度上提高了地區節水措施、節水政策的制定，二者發揮良性作用，促進了水資源與經濟社會的整體協調發展。石嘴山市、中衛市水資源短缺與社會適應能力耦合協調度總體處于居中水平，其數值均處在0.5～0.8之間，且萬元GDP耗水量和人均耗水量、污水處理回用量、徑流深處于寧夏沿黃4市中間位置，但中衛市的綠地面積和人均GDP相對偏小，阻礙了水資源的高效利用，二者相互影響、耦合協調度相對較差；吳忠市社會適應能力較強，但水資源短缺的狀況影響了經濟社會的進一步發展，故而表現出極度失調衰退現象。

5 結 論

(1)從評價值結果來看，在水資源短缺綜合評價方面，選取反映寧夏沿黃經濟區水資源短缺程度的13個指標進行分析評價，優良排序結果為銀川市、石嘴山市、中衛市和吳忠市；在社會適應能力方面，包含人口自然增長率、綠地面積、城鎮登記失業率、城鎮化率、人均GDP、城鎮居民恩格爾系數的6個指標，結果排序為銀川市、吳忠市、石嘴山市和中衛市。表明銀川市水資源利用水平較高，而中衛市社會適應能力最為薄弱。

(2)寧夏沿黃經濟區水資源短缺與社會適應能力協調度關系基本上處于優質耦合和中度失調2種狀態。由此可以看出，寧夏沿黃經濟區經濟社會的發展在水資源利用的承受范圍之內，并且還具有較大的潛力。因此，寧夏沿黃經濟區在未來的發展中，應逐步用水效率，加大水資源整治力度，推動公眾參與，努力實現水資源短缺與社會適應能力的協調健康發展。

(3)空間上，寧夏沿黃經濟區4市耦合協調發展可劃分為良好耦合協調發展、中級耦合協調發展、勉強耦合協調發展和極度失調衰退4種類型。同時，在對2016年寧夏沿黃4市水資源短缺與社會適應能力耦合協調度的類別劃分中可以看出，耦合協調度與區域水資源短缺具有較大的關聯。除吳忠市外，其他3市水資源短缺綜合評價值較高的地區，耦合協調度也相應的較好，這充分證明了寧夏沿黃經濟區水資源短缺與社會適應能力耦合協調度在空間上產生了良性互動。