宁夏沿黄经济区水资源短缺与社会适应能力耦合关系分析

王永良， 唐 莲,2,3， 张 静， 黄天炎

(1.宁夏大学 土木与水利工程学院， 宁夏 银川 750021； 2.宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心，宁夏 银川 750021； 3.旱区现代农业水资源高效利用教育部工程研究中心， 宁夏 银川 750021)

1 研究背景

水资源是人类社会发展的重要保障，随着人类活动的加剧，水资源问题已扩大到经济社会系统中，在处理水资源问题时，考虑水资源的社会属性是解决水资源问题的关键。目前国内外许多学者对水资源短缺的类型及程度进行了定量分析及评价。王浩等[1]基于“自然-社会”二元水循环研究的基础上，阐述了内陆干旱区流域水循环的基本原理，为解决西北旱区水资源短缺的问题提供了理论依据；苏贤保等[2]采用综合权重法，选取了水资源短缺的28个评价指标，对甘肃省水资源短缺现状进行了综合的评价分析，为旱区水资源的开发利用提供了参考依据。Ohisson[3]界定了“第一资源短缺”(自然属性)和“第二资源短缺”(社会属性)，把社会适应能力解释为自然资源稀缺的社会资源量；Liu等[4]提出了人与自然两系统耦合的概念，把自然资源和社会资源组建在一起，对于二者而言，随着自然资源出现短缺，社会经济系统会受到影响，此时系统内部组分就会发挥作用并使损失降到最低。

本文结合宁夏沿黄经济区4个城市的水资源利用现状，采用改进熵值法，在分析水资源系统与社会适应能力系统评价指标的基础上，建立了耦合关系模型，并对结果进行了分析，为探明宁夏沿黄经济区4个城市的水资源短缺与社会适应能力发展间的互动反馈机制，有效地协调水资源的永续利用与社会经济的健康发展提供理论依据。

2 研究对象的界定和研究方法

2.1 研究对象的空间界定

宁夏沿黄经济区地处我国包昆通道的纵轴北部，以银川市为中心，涵盖吴忠市、石嘴山市、中卫市沿黄城市所辖行政区域。该区域属中温带干旱区，年平均降水量为180～400 mm，年平均蒸发量1 825 mm，是年降水量的10倍左右，黄河水是该区域地表水的主要来源，水资源短缺是影响该地区经济社会发展的重要因素之一。分析研究二者之间的耦合协调关系，对实现水资源的永续利用和促进经济社会的健康稳态发展有着不可忽视的作用。

2.2 耦合协调度模型

系统耦合是指两个(或两个以上)的系统，通过某种介质，在一定条件下进化的过程[5]。协调是指两种或两种以上要素之间的一种良性循环的关系[6]。在社会经济系统中，周校培等[7]建立了水资源与经济社会复杂系统评价指标体系，利用耦合协调度模型，分析研究了两系统间的耦合协调度，为区域的健康可持续发展提出了合理的建议。常玉苗[8]以长江经济带为研究区域，基于系统分析方法，建立了水资源系统与城市生态经济系统的定量评价模型。

程怀文等[9]以黑河流域为研究区域，建立了水资源系统与社会适应能力的定量评价模型。刘丽萍等[10]从社会水循环的角度，采用主客观综合赋权的方法，建立了水资源短缺与社会适应能力的耦合协调关系模型。伏吉芮等[11]以吐鲁番地区为研究区域，根据耦合协调关系模型，对水资源-经济-生态环境发展情况进行了研究分析。

一方面，水资源短缺是影响社会适应能力发展的主要制约因素；另一方面，社会适应能力的提高可以缓解或加剧水资源的供需矛盾。二者之间存在耦合发生的条件，即系统内部之间具有一定的联系。因此，对二者之间的作用关系进行分析探讨具有重要意义。

(1)数据标准化。

为了消除不同量纲不可以比较的问题，将原始数据做标准化处理。公式如下：

正项指标：

(1)

反向指标：

(2)

(2)权重的确定及综合指数的计算。

(3)

水资源短缺综合指数：

(4)

社会适应能力综合指数：

(5)

(3)协调度计算。为反映水资源短缺程度与社会适应能力间的协调发展水平，引入耦合度计算公式：

(6)

(7)

T=αf(x)+βg(y)

(8)

式中：C为协调度；k为调节系数，且2≤k≤5(取k=2)；D为耦合协调度；T为水资源短缺与社会适应能力协调发展水平；α、β为待定系数(α=β=0.5)。

2.3 耦合协调类型判别

根据耦合协调度D的计算结果，结合协调度C的取值，借助已有文献的划分标准[12-15]，同时考虑宁夏沿黄经济区水资源短缺与社会适应能力发展的实际情况，将水资源短缺与社会适应能力的整体协调发展状况按以下类别进行划分(见表1)。

表1 耦合协调等级的区间划分

2.4 数据来源

宁夏沿黄经济区位于我国内陆西北地区，银川、吴忠、石嘴山、中卫4个沿黄城市存在着不同程度的水资源短缺现象。原始数据均来源于2016年《宁夏统计年鉴》、《宁夏水资源公报》和《宁夏国民经济和社会发展统计公报》，并根据相关计算所得。

3 指标体系的构建及权值的确定

3.1 指标体系的构建

根据宁夏沿黄经济区的水资源短缺的现状和经济社会的发展水平，借鉴已有文献的研究成果[16-18]建立宁夏沿黄经济区水资源和社会适应能力指标体系。水资源短缺系统的评价指标主要以用水量和用水效率为切入点，同时还考虑了污水回用等方面的因素，选取了13个评价指标。在社会适应能力方面，考虑社会、经济和资源环境等方面的因素，选取了6个评价指标，最终构建了宁夏沿黄经济区水资源短缺和社会适应能力协调耦合关系的指标体系，具体评价指标见表2。

3.2 指标权重的确定

文中采用改进熵权法对两系统进行指标权重的计算。根据指标权重值的大小判断其重要性程度，同时结合各个指标变量的变异性程度，计算出各个指标变量的最终权重值，结果见表2。

3.3 耦合协调度计算

根据公式(4)、(5)将指标标准化数值乘以对应的权重，可分别得到水资源短缺与社会适应能力综合评价值。然后由公式(6)～(8)计算协调度C、耦合协调度D和水资源短缺与社会适应能力协调发展水平T值，并依据耦合协调等级的区间划分(表1)，将宁夏沿黄经济区4市的水资源短缺和社会适应能力综合评价值进行排序，见表3。

4 结果与分析

(1)综合评价值分析。由表3可知，宁夏沿黄经济区4个城市排名次序为银川市、石嘴山市、中卫市和吴忠市。一般来说，一个地区污水处理回用量越大，则相应的水资源短缺程度就越小；而万元GDP耗水量越高，则水资源的短缺程度就越严峻。银川市2016年的污水处理回用量达到0.097×108m3，处于宁夏沿黄4市的首位，而万元GDP耗水量为50 m3，处于宁夏沿黄4市的末位，因而水资源短缺综合评价值最大。

从社会适应能力综合评价值g(y)来看，由表3可知，宁夏沿黄经济区4个城市排名由大到小次序为银川市、吴忠市、石嘴山市和中卫市。由耦合协调度模型分析确定的指标权重可知，绿地面积和人均GDP在社会适应能力方面占有较大的权重，银川市的绿地面积处在宁夏沿黄4个城市首位，人均GDP相对较大，故而社会适应能力综合评价值最大；中卫市的绿地面积和人均GDP相对偏小，故而社会适应能力最为薄弱。

(2)协调度分析。由表3可以看出，2016年宁夏沿黄经济区各市的水资源短缺与社会适应能力协调度基本处于中度失调和优质耦合2个阶段。根据协调度C的计算结果来看，宁夏沿黄经济区，处于优质耦合的有银川市、石嘴山市和中卫市，其数值均在0.9～1.0之间，说明该地区水资源短缺与社会适应能力发展程度差别不大，反映了宁夏沿黄经济区水资源与社会适应能力二者相互协调。仅吴忠市处于中度失调状态。银川市、石嘴山市和中卫市水资源短缺与社会适应能力基本呈现双优型极度耦合关系，虽然水资源总量、年降水量受自然条件限制，但该地区经济社会发展较好，人均耗水量、农业亩均耗水量所占比例低，污水处理回用量较高等特点，缓解了水资源短缺的程度。吴忠市水资源短缺程度相对严重，农业用水量所占比例高，污水处理回用量、城镇化率相对落后很大程度上阻碍了经济社会的进一步发展，因而出现中度失调的现象。

表2 水资源短缺与社会适应能力评价指标数据标准化及权重

表3 2016年宁夏沿黄经济区水资源短缺与社会适应能力协调度与耦合协调度类型判别

(3)耦合协调度分析。由表3可知，2016年宁夏沿黄经济区的水资源短缺与社会适应能力耦合协调度基本上处于耦合协调时期和失调衰退时期2个阶段。依据协调度、耦合协调度计算结果，结合宁夏沿黄4市水资源短缺程度与经济社会水平现状，基本上可以反映宁夏沿黄4市的实际状况。银川市耦合协调程度最高，处于良好耦合协调发展阶段，银川市水资源短缺程度与经济社会适应能力发展水平居于4市首位，在水资源有效利用、污水处理回用等方面处于高水平地位。经济社会的发展一定程度上提高了地区节水措施、节水政策的制定，二者发挥良性作用，促进了水资源与经济社会的整体协调发展。石嘴山市、中卫市水资源短缺与社会适应能力耦合协调度总体处于居中水平，其数值均处在0.5～0.8之间，且万元GDP耗水量和人均耗水量、污水处理回用量、径流深处于宁夏沿黄4市中间位置，但中卫市的绿地面积和人均GDP相对偏小，阻碍了水资源的高效利用，二者相互影响、耦合协调度相对较差；吴忠市社会适应能力较强，但水资源短缺的状况影响了经济社会的进一步发展，故而表现出极度失调衰退现象。

5 结 论

(1)从评价值结果来看，在水资源短缺综合评价方面，选取反映宁夏沿黄经济区水资源短缺程度的13个指标进行分析评价，优良排序结果为银川市、石嘴山市、中卫市和吴忠市；在社会适应能力方面，包含人口自然增长率、绿地面积、城镇登记失业率、城镇化率、人均GDP、城镇居民恩格尔系数的6个指标，结果排序为银川市、吴忠市、石嘴山市和中卫市。表明银川市水资源利用水平较高，而中卫市社会适应能力最为薄弱。

(2)宁夏沿黄经济区水资源短缺与社会适应能力协调度关系基本上处于优质耦合和中度失调2种状态。由此可以看出，宁夏沿黄经济区经济社会的发展在水资源利用的承受范围之内，并且还具有较大的潜力。因此，宁夏沿黄经济区在未来的发展中，应逐步用水效率，加大水资源整治力度，推动公众参与，努力实现水资源短缺与社会适应能力的协调健康发展。

(3)空间上，宁夏沿黄经济区4市耦合协调发展可划分为良好耦合协调发展、中级耦合协调发展、勉强耦合协调发展和极度失调衰退4种类型。同时，在对2016年宁夏沿黄4市水资源短缺与社会适应能力耦合协调度的类别划分中可以看出，耦合协调度与区域水资源短缺具有较大的关联。除吴忠市外，其他3市水资源短缺综合评价值较高的地区，耦合协调度也相应的较好，这充分证明了宁夏沿黄经济区水资源短缺与社会适应能力耦合协调度在空间上产生了良性互动。