德州市“水—土—能—產(chǎn)”系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)分析

謝亞茹，楊 光

（1.德州市水利局，山東 德州 253014；2.山東魯建工程集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250002）

德州市是山東省沿黃重要城市之一，其自身水資源緊缺，2020 年水資源總量?jī)H為10.25 億m3，降水量為649.4 mm，水資源調(diào)蓄能力弱，主要依靠跨流域調(diào)水來(lái)滿足居民生活及社會(huì)生產(chǎn)需要。鑒于此，本文選取德州市為研究對(duì)象，收集區(qū)域2011—2020 年水、土、能、產(chǎn)等相關(guān)數(shù)據(jù)，構(gòu)建多指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，運(yùn)用耦合協(xié)調(diào)度模型，分析“水—土—能—產(chǎn)”系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展水平，并利用灰色關(guān)聯(lián)度模型識(shí)別主要關(guān)聯(lián)因子，以期為德州市高質(zhì)量發(fā)展提供相關(guān)建議。

1 研究方法

1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建及數(shù)據(jù)來(lái)源

構(gòu)建科學(xué)全面的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系對(duì)分析德州市“水—土—能—產(chǎn)”系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)性十分重要。因此本文從投入、產(chǎn)出兩方面出發(fā)，按照科學(xué)性、合理性及數(shù)據(jù)可獲得性原則共選取了農(nóng)業(yè)用水量、工業(yè)用水量、生活用水量等16 項(xiàng)指標(biāo)，構(gòu)建了德州市“水—土—能—產(chǎn)”系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，見(jiàn)表1。

表1 德州市“水—土—能—產(chǎn)”系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.2 耦合協(xié)調(diào)度計(jì)算

本研究采用CRITIC 權(quán)重法來(lái)確定不同指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)的影響，運(yùn)用線性加權(quán)法分別計(jì)算投入、產(chǎn)出子系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指數(shù)，根據(jù)物理學(xué)耦合協(xié)調(diào)模型，引入耦合度及耦合協(xié)調(diào)度兩個(gè)指標(biāo)，構(gòu)建“水—土—能—產(chǎn)”耦合協(xié)調(diào)模型，定量分析“水—土—能—產(chǎn)”間交互耦合的協(xié)調(diào)程度。具體計(jì)算步驟、耦合度分級(jí)及耦合協(xié)調(diào)度分級(jí)見(jiàn)表2及表3。

表2 德州市“水—土—能—產(chǎn)”耦合協(xié)調(diào)度計(jì)算

表3 耦合協(xié)調(diào)度及耦合度分級(jí)

1.3 灰色關(guān)聯(lián)度模型

灰色關(guān)聯(lián)度模型是通過(guò)對(duì)比子序列和母序列曲線形狀相似度來(lái)判斷二者聯(lián)系的緊密度，是衡量因子間關(guān)聯(lián)程度的一種方法。為了識(shí)別影響德州市“水—土—能—產(chǎn)”系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的主要關(guān)聯(lián)因子，本文通過(guò)構(gòu)建灰色關(guān)聯(lián)度模型，對(duì)各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)（子序列）與耦合協(xié)調(diào)度（母序列）的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行定量測(cè)算，關(guān)聯(lián)度較大的評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)綜合系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展影響較大，具體計(jì)算步驟及分級(jí)見(jiàn)表4。

表4 灰色關(guān)聯(lián)度計(jì)算及分級(jí)

2 實(shí)證分析

根據(jù)表2 計(jì)算步驟，采用CRITIC 權(quán)重法確定各系統(tǒng)指標(biāo)權(quán)重，測(cè)算德州市投入系統(tǒng)、產(chǎn)出系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指數(shù)，德州市“水—土—能—產(chǎn)”系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)、耦合度及耦合協(xié)調(diào)度。在此基礎(chǔ)上，計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)與耦合協(xié)調(diào)度的灰色關(guān)聯(lián)度，并識(shí)別主要影響因子。

2.1 “水—土—能—產(chǎn)”系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度分析

按照表2 公式步驟，計(jì)算得出德州市投入系統(tǒng)和產(chǎn)出系統(tǒng)評(píng)價(jià)指數(shù)，德州市“水—土—能—產(chǎn)”系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)、耦合度及耦合協(xié)調(diào)度變化趨勢(shì)圖，如圖1、圖2 所示。

圖1 2011—2020 年各子系統(tǒng)評(píng)價(jià)指數(shù)

圖2 2011—2020 年德州市“水—土—能—產(chǎn)”系統(tǒng)評(píng)價(jià)結(jié)果

觀察圖1 可以發(fā)現(xiàn)，投入系統(tǒng)與產(chǎn)出系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指數(shù)在2011—2020 年呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì)。投入系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指數(shù)在2012 年值最低（0.27），2020 年值最高（0.72）；產(chǎn)出系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指數(shù)在2011 年值最低（0.30），2019 年值最高（0.70）。由圖2 可知，德州市“水—土—能—產(chǎn)”系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)、耦合度及耦合協(xié)調(diào)度變化趨勢(shì)一致，均呈現(xiàn)波動(dòng)式上升，說(shuō)明德州市“水—土—能—產(chǎn)”系統(tǒng)各要素之間耦合互動(dòng)緊密，并向積極態(tài)勢(shì)發(fā)展。系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)、耦合度及耦合協(xié)調(diào)度在2011 年值最低，分別為0.33、0.16、0.23；在2020 年值最高，分別為0.69、0.34、0.49。根據(jù)耦合度分級(jí)（表3）可知，德州市“水—土—能—產(chǎn)”系統(tǒng)在2010—2018 年為低水平耦合，在2019—2020 年為拮抗時(shí)期。根據(jù)耦合協(xié)調(diào)度分級(jí)（表3）可知，德州市“水—土—能—產(chǎn)”系統(tǒng)在2011—2016 年處于中等失調(diào)，2017—2018 年處于輕度失調(diào)，2019—2020 年處于瀕臨失調(diào)。綜上可知，德州市“水—土—能—產(chǎn)”系統(tǒng)整體協(xié)調(diào)性較差，協(xié)調(diào)發(fā)展仍有較大提升空間。

2.2 主要影響因子分析

運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度模型，以2011—2020 年德州市“水—土—能—產(chǎn)”系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度為母序列，以投入系統(tǒng)、產(chǎn)出系統(tǒng)評(píng)價(jià)指數(shù)及各評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)序數(shù)據(jù)為子序列，按照表4 公式步驟計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)度并判斷關(guān)聯(lián)程度。經(jīng)計(jì)算得出投入系統(tǒng)、產(chǎn)出系統(tǒng)評(píng)價(jià)指數(shù)與德州市“水—土—能—產(chǎn)”系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度的關(guān)聯(lián)性均較高，其中投入系統(tǒng)為中等關(guān)聯(lián)（0.57）、產(chǎn)出系統(tǒng)為較強(qiáng)關(guān)聯(lián)（0.76）。各評(píng)價(jià)指標(biāo)與德州市“水—土—能—產(chǎn)”系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度的關(guān)聯(lián)性較高，均處于中等以上（具體數(shù)值詳見(jiàn)圖3、圖4）。

圖3 德州市“水—土—能—產(chǎn)”系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度與投入系統(tǒng)各評(píng)價(jià)指標(biāo)關(guān)聯(lián)圖

圖4 德州市“水—土—能—產(chǎn)”系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度與產(chǎn)出系統(tǒng)各評(píng)價(jià)指標(biāo)關(guān)聯(lián)圖

當(dāng)灰色關(guān)聯(lián)度大于0.65 時(shí)，母序列與子序列表現(xiàn)為較強(qiáng)關(guān)聯(lián)，因此本文將關(guān)聯(lián)度大于0.65的評(píng)價(jià)指標(biāo)作為影響德州市“水—土—能—產(chǎn)”系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)性的主要因子。觀察圖3、圖4 可以發(fā)現(xiàn)：投入系統(tǒng)中農(nóng)業(yè)用水量、生活用水量、建設(shè)用地、第一產(chǎn)業(yè)從業(yè)人口、第二產(chǎn)業(yè)從業(yè)人口、第三產(chǎn)業(yè)從業(yè)人口等指標(biāo)是影響德州市“水—土—能—產(chǎn)”系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的主要因子，其他因子對(duì)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度的影響相對(duì)較小；產(chǎn)出系統(tǒng)中第一產(chǎn)值占比是影響德州市“水—土—能—產(chǎn)”系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的主要因子，其他因子對(duì)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度的影響相對(duì)較小。因此，可以通過(guò)加強(qiáng)供用水管理，提高用水效率，強(qiáng)化建設(shè)用地利用效率，提高產(chǎn)業(yè)從業(yè)人口尤其是第三產(chǎn)業(yè)從業(yè)人口以提升德州市“水—土—能—產(chǎn)”系統(tǒng)整體耦合協(xié)調(diào)發(fā)展水平。

3 結(jié) 語(yǔ)

研究期內(nèi)，德州市“水—土—能—產(chǎn)”系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)、耦合度及耦合協(xié)調(diào)度均呈現(xiàn)波動(dòng)式上升，系統(tǒng)耦合互動(dòng)緊密，向積極態(tài)勢(shì)發(fā)展。根據(jù)耦合度分級(jí)得知德州市“水—土—能—產(chǎn)”系統(tǒng)在2010—2018 年為低水平耦合，在2019—2020年為拮抗時(shí)期；根據(jù)耦合協(xié)調(diào)度分級(jí)得知，德州市“水—土—能—產(chǎn)”系統(tǒng)在2011—2016 年處于中等失調(diào)狀態(tài)，2017—2018 年處于輕度失調(diào)狀態(tài)，2019—2020 年處于瀕臨失調(diào)狀態(tài)。由此可見(jiàn)，德州市“水—土—能—產(chǎn)”系統(tǒng)整體耦合協(xié)調(diào)發(fā)展水平較差，促進(jìn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展仍有較大提升空間。

經(jīng)灰色關(guān)聯(lián)性分析得知，投入系統(tǒng)、產(chǎn)出系統(tǒng)評(píng)價(jià)指數(shù)及各評(píng)價(jià)指標(biāo)與德州市“水—土—能—產(chǎn)”系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度關(guān)聯(lián)性均較高。投入系統(tǒng)中農(nóng)業(yè)用水量、生活用水量、建設(shè)用地、第一產(chǎn)業(yè)從業(yè)人口、第二產(chǎn)業(yè)從業(yè)人口、第三產(chǎn)業(yè)從業(yè)人口等是影響德州市“水—土—能—產(chǎn)”系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的主要因子；產(chǎn)出系統(tǒng)中第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占比是影響德州市“水—土—能—產(chǎn)”系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的主要因子。因此，可從加強(qiáng)供用水管理，提高用水效率，強(qiáng)化建設(shè)用地利用效率，提高產(chǎn)業(yè)從業(yè)人口尤其是第三產(chǎn)業(yè)從業(yè)人口等方面提升德州市“水—土—能—產(chǎn)”系統(tǒng)整體協(xié)調(diào)發(fā)展水平。