干旱区人口-经济-水资源耦合协调发展及其相关性分析----以乌鲁木齐县为例

王新芸，瓦哈甫·哈力克，阿斯古丽·木萨，王亚菲，王 芳

(1.新疆大学绿洲生态教育部重点实验室，乌鲁木齐 830046；2.新疆大学资源与环境科学学院，乌鲁木齐 830046；3.新疆大学旅游学院，乌鲁木齐 830046)

0 引 言

21世纪全球面临着人口压力、生态环境恶化、资源短缺、能源危机等问题，协调人口、经济、社会、资源与环境之间的发展关系，保证人类社会的可持续发展是当前重中之重[1]。党的“十九大”报告[2]中指出坚持人与自然和谐共生作为新时代坚持和发展中国特色社会主义的基本方略之一，将建设美丽中国作为全面建设社会主义现代化国家的重大目标，提出着力解决突出环境问题。习近平总书记指出：“必须树立和践行绿水青山就是金山银山的理念，坚持节约资源和保护环境的基本国策，像对待生命一样对待生态环境”，高度论述了自然资源的重要性。水资源是生命的源泉，是人类生活和生产必不可少的部分，人口增长使得用水量不断增加，环境污染致使水资源污染严重，缺水不仅影响正常的生产与生活，还会影响到人类生存，水资源短缺将成为21世纪的重大问题。如何协调水资源与人口、经济之间的关系，保证正常的生产、生活活动，是近年来研究的热点问题。

学者们关于耦合的研究涉及领域广泛，涵盖方方面面。耦合的概念源自于物理学，后来被引进到地理学，从最初2个研究对象到现在3～4个对象，代表性研究学者如瓦哈甫·哈力克教授关于吐鲁番地区的相关方面研究[3,4]；关于研究内容[5-7]，在人口、经济、社会、资源、环境、生态、城乡发展等方面都有耦合的身影；耦合应用最广泛的研究方法是耦合模型[3,4]，为得到耦合协调指数而采用模糊综合评价法测算子系统发展水平较常见[5-7]，由于客观赋权法则很好地消除了研究人员主观因素对计算结果的影响，所以权重的确定应用客观赋权法较多[8]；关于研究尺度，地域上多以中尺度为主[3-6]，以省市为研究单元，时间上多以年为节点[7,9,10]，研究其耦合协调关系、耦合协调类型、耦合协调时空变化；关于Pearson相关分析，研究已经趋于成熟[11-14]。

国内外关于人口-经济-水资源的专项研究还相对较少，主要涉及以下两个方面：①三者之间关系的研究[15,16]；②三者协调发展研究[17,18]。因此研究中存在的问题是不能忽视的：大多数学者将研究视角放在中尺度，分析不同省份之间或者同一省份内部的耦合情况，但干旱区绿洲地区尤其是以县域为研究单位的，耦合协调研究还甚为少见，尤其是以农业为主、工业发展为辅，特色旅游业为主导产业、缺水严重的县城。因此，如何认识该地区人口-经济-水资源耦合协调发展程度以及如何协调发展，是乌鲁木齐县面临的一个科学难题。本研究在实地调研的基础上，将人与自然系统细化为人口-经济-水资源，并结合耦合协调度的划分，将研究视角放在具有独特自然人文环境的干旱区县域层面，分析并测算乌鲁木齐县人口-经济-水资源系统的耦合度以及耦合协调度，揭示乌鲁木齐县20年来的耦合发展趋势，有助于维持合理、适度的干旱地区绿洲发展规模，从根本上保证乌鲁木齐县的生态安全、持续发展。

1 研究方法

1.1 研究区概况

乌鲁木齐县位于北纬43°01′08″～44°06′11″，东经86°37′56″～88°58′22″之间，地处中天山北麓，准格尔盆地南缘。东与达坂城区接壤，南以天山吐格达坂为界与吐鲁番地区托克逊县、巴音郭楞蒙古自治州和静县相依，西与乌鲁木齐市头屯河区为邻，北和乌鲁木齐市天山区、沙依巴克区眦连，县辖区面积4 141 km2。县境内大西沟等地全年盛行西北风，中山区盛行东北风和南风，大部分地区平均风速为2～3 m/s。县境内光照充足，日照时数为2 488.8 h。年均蒸发量大于降水量，是典型中温带大陆干旱气候，区域内可持续发展受到水资源短缺的制约。截至2015年年底，乌鲁木齐县总人口达到62 214 万人，城镇化水平达到21.3%，地区生产总值约205 201 万元，农民人均所得15 785 元，配水量为15 180 万m3/a，单位面积用水量13 290 m3，万元GDP耗水量135 178.52 m3。如何在乌鲁木齐县人口-经济-水资源中达到平衡，维持可持续发展是当前亟待解决的问题。

1.2 数据来源及指标体系建立

1.2.1 数据来源

本文数据来源于社会统计数据：《乌鲁木齐县国民经济统计年鉴(2014-2015)》、《乌鲁木齐县年鉴(2015-2016)》、《乌鲁木齐县志(1994-2013年)》，政府部门的相关资料，实地调研数据、以及自己二次计算的数据。

1.2.2 指标体系建立

根据前人的研究经验[11-14,19,20]，选取三大子系统相关指标，根据靶区自身的特点，除去数据不易获得的、含义相近的部分指标，最终选取具有代表性的指标，建立包括人口、经济、水资源在内的18个评价指标的指标体系(表1)。

1.3 研究方法

1.3.1 数据标准化处理

采用变异系数法，对指标进行标准化处理，消除量纲的影响。

(i=1,2,3,…,m;j=1,2,3,…,n)(正向指标)

(1)

(i=1,2,3,…,m;j=1,2,3,…,n)(负向指标)

(2)

式中：Xij为原始数据；Aij为标准化后的数据。

1.3.2 权重计算

计算权重的方法有很多种，例如：主成分分析法、专家打分法、网络分析法、熵值法等，本文采用变异系数法计算权重。

(1)均值计算。

表1 乌鲁木齐县1996-2015 年人口-经济-水资源耦合协调度评价指标及权重Tab.1 Index and weight of population-economy-water resources system in Urumqi county from 1996 to 2015

(3)

(2)标准差。

(4)

(i=1,2,3,…,m;j=1,2,3,…,n)

(3)变异系数。

(5)

(4)权重。

(6)

1.3.3 指数计算

(7)

1.3.4 耦合协调模型

(1)耦合度计算。

(8)

本文涉及到3个子系统，所以n=3，整理公式得：

(9)

(2)协调度计算。

(10)

T=αU1+βU2+γU3

(11)

式中：T为人口密度-经济-水资源的综合评价指数，在参照相关文献的基础上，加上专家打分，U1、U2、U3的待定系数α、β、γ依次定为0.3、0.3、0.4。

1.3.5 Pearson相关性分析

(12)

式中：r为相关系数，X与Y为两个变量，在显著水平上，r的绝对值越接近1，表明两个变量的相关程度越强。

2 结果分析

2.1 综合指数测算及评价

2.1.1 综合指数测算

采用变异系数法计算权重，根据耦合协调模型计算出乌鲁木齐县1996-2015年人口、经济、水资源的综合评价指数U1、U2、U3，以及人口-经济-水资源耦合度(C)、综合评价指数(T)和耦合协调度(D)，如表2所示。

表2 乌鲁木齐县人口-经济-水资源评价指数、耦合、协调度(1996-2015)Tab.2 The comprehensive index of population-economy-water resources system and coupling degree and coupling coordination(1996-2015)

2.1.2 综合指数评价

图2显示了乌鲁木齐县(1996-2015年)人口、经济、水资源的综合发展水平在总体上呈现波动状态，略有降低，下降幅度为0.112，其中人口发展指数与经济发展指数呈现持续上升趋势，水资源与综合发展趋势一致，有所降低，降低幅度高于综合发展指数。具体可以分为4个阶段：

图1 乌鲁木齐县(1996-2015年)人口-经济-水资源综合发展指数趋势Fig.1 Trend of the integrated population-economy-water resources development index in Urumqi county from 1996 to 2015

1996-2002年，呈现下降趋势，尤其是1999-2002年，骤然下降，这主要是因为2001-2002年，乌鲁木齐县区划的大幅度调整(七道湾、二工、大湾、地窝堡、达坂城区)，全县面积缩小、资源减少、人口减少、经济总量下降，导致综合发展水平下降幅度大。

2002-2009年，人口、经济、水资源及综合水平都呈现一个持续上涨的趋势，尤其是经济发展态势良好，增长幅度较大，主要原因是政策影响，自区划重新调整后，产业结构由原来的“三、二、一”变化为“一、二、三”，政府加大对调整和优化农业产业结构力度，突出旅游业，加快“二、三”产业发展，加强基础设施建设，不断提高人民生活水平。

2009-2011年，经济、水资源以及综合发展指数都呈现下降趋势，其原因是乌鲁木齐县区划的再次调整、经济总量略有所下降，但是人口发展指数呈现上升趋势，究其原因：县域面积相对调整较少，但是人口迁出近40%，人口密度由原来的每平方千米21.78下降到每平方千米13.05，非农业人口比重上升。

2011-2015年，乌鲁木齐县在县政府的领导下，人口呈现上升趋势，经济发展步入正轨，环境保护工作加强，因此总体呈现上升趋势。

2.2 耦合协调评价

2.2.1 耦合协调类型划分

由表2可知，1996-2015年，乌鲁木齐县三大子系统的耦合度(0.737～0.998)基本上都呈现良性耦合状态，不能全面反映乌鲁木齐县人口-经济-水资源的耦合协调状况，因此结合计算所得的耦合协调指数，参考已有研究的分类标准[21]，将人口-经济-水资源发展系统耦合协调度分为协调发展类、过度发展类和失调衰退类 3 大类，优质协调、高度协调等10个亚类(表3)。

2.2.2 耦合协调类型评价

进一步分析乌鲁木齐县1996-2015年人口-经济-水资源的耦合协调度(图2)，结合前面耦合协调的等级，可以发现，1996-2015年，乌鲁木齐县人口-经济-水资源的耦合协调度呈现出字母“W”的变化格局，呈现波动式递减的趋势。

表3 耦合协调等级划分Tab.3 Coupling coordination level division

图2 1996-2015年乌鲁木齐县人口-经济-水资源耦合协调度Fig.2 Population-economy-water resource coupling coscheduling in Urumqi county from 1996 to 2015

从表4可以看出，1996-2000年间，乌鲁木齐县的耦合协调处于协调发展区间，耦合协调类型为中初级耦合协调，耦合协调度在0.688～0.725之间，在没有重新区划行政范围前，乌鲁木齐县县域面积广阔，资源丰富，但是当地人缺乏环境意识，缺乏发展旅游意识，大部分水资源也只是用来维持基本生存，因此发展等级是经济滞后型。2002-2009年，由于该区行政区划的调整，县域面积缩减，产业结构发生根本改变，经济发展受到重创，耦合协调大类由协调发展区转变为过度发展区，发展等级依然是经济滞后型。2010年前再次因为行政区划的调整，耦合协调度发生转变，2010-2015，耦合协调度发生转变的根本原因还是行政区划的转变，但是发展等级由经济落后性转变为水资源落后性，说明地区的经济发展速度较快，人口与经济发展协调，但水资源供应还需加强。

2.3 相关关系分析

用软件SPSS19对综合指数(T)人口(U1)、经济(U2)、水资源(U3)做了相关性分析(表5)，研究结果表明：综合指数(T)

表4 乌鲁木齐县(1996-2015年)耦合协调度及其类型Tab.4 The coupling coordination degree and its type in Urumqi county (1996-2015 years)

表5 综合指数及子系统指数的相关性分析Tab.5 Correlation Analysis of the comprehensive index and sub-system index

与经济(U2)和水资源(U3)在0.01水平上表现出强的正相关(Pearson，r>0.6)，与人口(U1)也呈现出正相关，但是相关性不显著(Pearson，r=0.186，p<0.05)。人口(U1)与经济(U2)在0.05水平上呈现出中等程度正相关(Pearson，0.4

3 结论与讨论

3.1 结 论

人口-经济-水资源是人地关系地域系统研究的重要内容。以乌鲁木齐县为例，构建人口-经济-水资源耦合协调发展指标及其耦合协调模型，测算了1996—2015年乌鲁木齐县人口、经济、水资源发展水平指数以及人口-经济-水资源综合发展指数、耦合协调度指数，对其时序演变特征进行定量化研究，并依托SPSS19软件，对其相关性进行了分析，结论如下：

(1)1996-2015年乌鲁木齐县人口-经济-水资源综合发展水平在总体上呈现波动状态，相比1996年，2015年略有所降低，下降幅度为0.112；其中人口发展指数与经济发展指数呈现持续上升趋势，水资源与综合发展趋势一致，有所降低，降低幅度高于综合发展指数。

(2)1996-2015年，乌鲁木齐县人口-经济-水资源的耦合协调度呈现出字母“W”的变化格局，呈现波动式递减的趋势。

(3)1996-2015年，乌鲁木齐县耦合类别变化情况依次为中级耦合协调类—初级耦合协调类—濒临失调衰退型—勉强耦合协调类—濒临失调衰退类—初级耦合协调类；耦合协调类型依次为人口滞后型—经济滞后型—水资源滞后型。

(4)人口-经济-水资源系统中，综合发展指数与经济和水资源的呈显著的正相关，与人口呈正相关，但不显著。

3.2 讨 论

为构建科学合理的干旱地区县域人地耦合系统的发展格局，推进水资源健康可持续开发利用，统筹人口-经济-水资源系统协调，结合本文对乌鲁木齐县相关研究成果，坚持人与自然和谐共生的理念，树立和践行绿水青山就是金山银山的理念，坚持节约资源和保护环境的基本国策，在发展的过程中应该注意：①应该大力推广特色旅游业发展，加大人口第三产业转移力度，提高人口质量；②不能以追求经济效益而以破坏自然环境和水资源为代价，乌鲁木齐县属于生态脆弱区，发展旅游业必然会使环境遭到破坏，应该做好环境容量测算等工作，为可持续发展作保障；③优化水资源配置，合理利用水资源，乌鲁木齐县地表水均是内陆河系，河道段而分散，以冰雪融水为主要补给，应加强水资源利用效率，合理分配。县域经济发展要树立长远目标，为子孙后代着想，只有这样，人口-经济-水资源才能协调发展，才能实现可持续发展。

由于研究数据获取的难度，特别是乡镇数据，本文仅从时间序列对乌鲁木齐县1996-2015年人口-经济-水资源耦合协调度进行了定量分析，而缺乏空间视角的切入和分析，以便更好地探析其发展变化深层次原因和提出更为合理切实的对策建议，有待进一步深入探究。

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