江苏省水生态与经济耦合协调度评价

贾晴雯，董增川，朱圣男，周月娇，任 杰，王诗韵

(河海大学水文水资源学院，江苏 南京 210098)

随着社会生产力的发展、科学技术的进步和产业结构的调整，城镇人口和城镇用地不断增长，我国城镇化已进入快速增长期，城镇人口已占总人口的60%。在取得这些成就的同时，城市发展中存在的问题特别是区域经济与江河湖泊水质之间的矛盾也越来越突出[1-3]。2015年，中共中央、国务院发布了《关于加快推进生态文明建设的意见》和《生态文明体制改革总体方案》，要求牢固树立“绿水青山就是金山银山”的强烈意识和“山水林田湖是一个生命共同体”的理念，把江河湖泊保护摆在重要位置。目前，我国河湖水污染防治难度较大，经济的发展在一定程度上加重了水生态的污染[4]。针对这些问题，有必要积极探索水生态保护和经济发展之间的协调策略，这不仅有利于加强水生态治理，对经济发展也将起着重要指导作用。

为了反映水生态和社会经济之间的协同发展程度，洪水峰等[5]选取2000—2016年的面板数据进行耦合协调研究，结果表明，长江经济带SER系统耦合协调发展处于整体协调状态，东部地区耦合协调发展程度显著高于中西部地区。Li等[6]以中国9个国家中心城市为研究对象，对其可持续性进行了评价，结果表明，城市的经济、社会和环境协调发展水平不理想，并提出了相应的政策建议。王刚毅等[7]探索水生态与经济发展之间的协调关系，基于改进的水生态足迹模型，计算了2001—2016年中原城市群生态足迹的水量和水质，从宏观和微观层面构建生态足迹评价模型的协调度模型，对区域经济发展与水生态环境的协调关系进行了研究。

虽然许多学者积极探索水生态环境保护和社会经济发展之间的协调关系，并做了大量的基础研究，但对社会经济发展与生态环境的耦合协调度的时空分异研究仍处于较弱阶段。在研究区域上，更多关注社会经济发展对单个区域生态环境的影响，而较少关注区域差异，特别是对整个区域进行全面定量分析的研究还不够；在研究方法上，定性和相关性分析多，定量评价少；在分析维度上，多从时间变化的角度来分析水生态环境与社会经济发展的协调度，较少从区域变化的角度进行研究，缺乏对区域内各地区均衡发展水平的系统研究。鉴于此，本文利用耦合协调度模型，选择江苏省2015—2019年的社会经济发展和水生态环境统计调查数据，构建江苏省社会经济与水生态环境评价指标体系，运用熵值法确定指标权重，对社会经济与水生态环境系统的协调度分别进行评价，从时空角度定量揭示江苏省总体和13个设区市的社会经济和水生态环境的耦合协调发展规律，并针对各地区短板提出了相应建议，旨在为缩小区域差距，实现区域均衡发展提供参考。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

江苏省位于我国东部沿海的长三角地区，与上海、浙江、安徽和山东四省接壤，国土面积10.72万km2，水域面积占全省陆地面积的16.9%，居全国各省之首。江苏省地处长江、淮河下游，需要承受上游洪水下泄及污从排放造成的污染，全省1/3以上的河流湖泊受到不同程度的污染。江苏省大部分地区为平原区，水面坡度小，水体流动性差，水体交换周期长，河流湖泊自净能力弱，水生态容量低，水生态相对脆弱。随着工业化和城镇化的快速推进，一些河流湖泊被过度开发和利用，超过了其生态承载能力，水域被侵占、环境混乱、水污染、生态退化和功能衰减等问题日益突出。

自进入21世纪以来，苏南、苏中、苏北三大区域经济都有了较快的发展。最初几年苏南经济由于传统区位优势，发展速度超过苏中、苏北地区，但是2006年和2008年以后，苏中、苏北地区经济增长速度先后超过苏南地区，三大区域经济发展出现了相对差距缩小、绝对差距仍然较大的现象[8- 9]。探寻江苏省区域经济与水生态环境质量协调发展，是全面推行河长制、推进区域协调发展的迫切需求，对于贯彻落实中央和省委省政府决策部署，推动江苏省经济转型、建设美丽江苏，具有重大意义。

1.2 数据来源

水生态环境指标数据来自2015—2019年江苏省水资源公报，经济发展相关数据来自2015—2019年《江苏统计年鉴》《江苏省国民经济和社会发展统计公报》、中国统计信息网，个别缺失数据采用数理统计方法补全。

2 研究方法

2.1 指标预处理与权重计算

为了使各指标具有可比性，采用极差法对正向和负向指标分别采用以下公式进行无量纲化处理：

(1)

(2)

2.2 信息熵

信息熵理论中用熵值度量系统中信息的不确定性，即信息的不确定性越高其信息熵越小，其信息效用值越大；反之信息的不确定性越低，则信息熵越大，其信息效用值越小[8]。评价指标的信息熵越小，表明该评价指标处于“无序”状态，在整个评价系统中具有的作用越大；信息熵越大，表示对象集具有该属性的不确定性越大，也即该属性的信息量越大，信息熵从平均意义上表示了属性的总体特性。

数据的贡献度为

(3)

数据的信息熵为

(4)

通过信息熵计算各指标的权重为

(5)

式中：Ej为各方案对属性的总贡献，即各指标的信息熵;m为指标总数;n为划分区域的城市个数。这样就能保证0≤Ej≤1，即Ej最大为1。

2.3 耦合协调度模型

耦合度是指两个或多个系统之间相互影响和相互作用协调发展的程度，是各子系统在良性互动下相互协调、相互促进的动态关系[9-10]。从耦合度的结果可以看出两个系统之间的相互影响程度，根据协调程度可以判断两个系统的协调状态。本文为分析区域经济发展与水生态健康状况的协调水平，建立了耦合协调度模型。参考物理学中的协调度计算模型，区域经济与水生态环境协调度计算公式如下：

(6)

其中

T=αu(x)+βv(y)

式中：D为经济发展与水生态环境的耦合协调度；C为耦合度；T为经济发展与水生态环境综合评价指数；u(x)为经济发展综合评价值；v(y)为水生态环境综合评价值；α、β为权重，为待定系数，本文根据水生态环境与经济发展同等重要的原则，将α、β赋值为0.5。

基于已有的国家、行业和地方规范及相关研究成果，将社会经济发展与水生态环境的耦合协调度划分为4个等级：高度协调(0.85≤D≤1)、中度协调(0.7≤D<0.85)、低度协调(0.5≤D<0.7)、不协调(0≤D<0.5)。高度协调表示两个要素之间的耦合度较高，中度协调表示耦合度一般，低度协调表示耦合度较低，失调表示两个要素之间严重不协调。

针对中度协调、低度协调和失调3种发展类型，将其分为生态滞后和经济滞后两种类型。用u(x)表示社会经济发展综合评价值，v(y)表示水生态环境综合评价值。若u(x)>v(y)，则为生态滞后型，表示社会经济发展水平超过了水生态环境的治理水平；反之，若u(x)

3 江苏省经济水生态与经济耦合协调度评价

3.1 指标体系的构建

水生态环境评价指标体系是一个多层次结构，涉及的指标较多。在构建指标体系时，需要筛选出各准则层的代表性指标，以综合体现准则层的特征，避免重复。本文首先参照2017年江苏省政府发布的《江苏省生态河湖行动计划(2017—2020年)》文件内容，结合相关指标数据获取的难易程度以及是否可量化，从水安全、水资源、水污染、水环境与水生态5个方面选取其中15个指标建立江苏省设区市水生态环境指标体系。江苏省区域经济发展评价指标体系基于PSR模型，从经济发展水平、城市建设水平、居民生活水平3个方面，选取了10个指标构建江苏省设区市经济发展评价指标体系。本文总结了前人对评价指标筛选原则的相关研究，并选取了3种具有代表性的方法：专家评分原则、极大不相关原则和最小均方差原则[11-12]。在河流生态与经济发展评价中，指标的选取遵循科学性、实用性和统一性的原则[13]。基于此构建江苏省水生态环境与区域经济评价指标体系，如表1所示。

表1 江苏省区域经济与水生态环境评价指标体系

3.2 评价结果与分析

3.2.1江苏省设区市评价结果

江苏省社会经济发展与水生态环境综合评价及二者协调度评价结果如图1所示。从图1可以看出，2015—2019年，江苏省社会经济发展水平和水生态环境状况都有所提升，表明江苏省各地区在经济发展的过程中，没有忽视对水生态环境的保护。从图1(c)可以看出，截至2019年，江苏省13个设区市的社会经济和水生态环境协调发展度均处于中度协调或高度协调阶段，表明江苏省在经济发展和水生态环境保护之间实现了较高水平的协调，二者耦合程度较高。分析结果表明，苏南地区协调发展度水平总体较高，5个设区市均处于中度或高度协调阶段，中度协调地区的滞后类型为生态滞后型。其中，南京市2015—2019年的协调发展度等级均为高度协调；无锡市2015年和2017年处于中度协调，滞后类型为生态滞后型，其余年份均为高度协调；常州市2015—2018年均为中度协调，滞后类型为生态滞后型，经过几年的治理，2019年协调发展度达到了高度协调；苏州市2015—2019年均为高度协调；镇江市2015—2019年均为中度协调，滞后类型为生态滞后型。

(a)社会经济

苏中地区协调发展度水平稍高于苏北，3个设区市均处于中度协调阶段，滞后类型以生态滞后型居多。其中，南通市2015—2019年均处于中度协调阶段，2015年和2017年的滞后类型为经济滞后型，表明在此期间经济发展水平落后于水生态环境的保护治理水平，其余年份均为生态滞后型；扬州市2015—2019年均为中度协调，且滞后类型为生态滞后型；泰州市2015—2019年均处于中度协调阶段，滞后类型为生态滞后型。

苏北地区协调发展度水平居全省最低，5个设区市均处于低度或中度协调阶段，滞后类型包括经济滞后型和生态滞后型。其中，徐州市2015—2018年均处于中度协调阶段，滞后类型为经济滞后型，2019年达到了高度协调；连云港市2015—2016年处于低度协调阶段，2017—2019年达到了中度协调水平，滞后类型为生态滞后型；淮安市2015—2019年均处于中度协调阶段，滞后类型为经济滞后型；盐城市2015—2019年均为中度协调，滞后类型为生态滞后型；宿迁市2015—2019年均为中度协调，滞后类型为生态滞后型。

3.2.2年度均衡发展度分析

江苏省2015—2019年的社会经济、水生态环境综合评价指数如图2所示。从2015—2019年的变化来看，江苏省社会经济与水生态环境的耦合协调发展度呈逐年上升趋势。其中，社会经济和水生态环境综合评价指数均呈现逐年上升的趋势，水生态环境水平总体落后于社会经济发展水平，水生态环境状况改善较为明显，社会经济发展较为平缓，水生态环境的提升程度明显大于社会经济发展。表明近5年来，江苏省在发展经济的同时，水生态环境治理水平显著提高，充分体现了江苏省对水生态环境的重视。

图2 2015—2019年江苏省社会经济、水生态环境综合评价指数

3.2.3空间均衡度发展分析

根据以上评价结果及协调发展度等级判断标准，江苏省2015年、2019年各设区市耦合协调发展度如图3所示，江苏省各设区市耦合协调发展度等级分布如图4所示。

图3 2015年、2019年江苏省各设区市耦合协调发展度

(a)2015年

从空间分布上看，2015年苏南地区协调发展度最高，苏中、苏北西部地区次之，苏北东部地区最低。从图2可以看出，2019年苏南地区协调发展度得到了进一步提升，除镇江市以外，南京市、苏州市、无锡市、常州市均达到高度协调水平；苏中地区没有明显变化，扬州市、泰州市、南通市始终维持着中度协调的水平；苏北地区改善程度较大，其中连云港市由低度协调提升为中度协调，徐州市由中度协调提升为高度协调。

位于苏南地区的苏州市、无锡市、常州市、南京市，处于高度协调阶段，镇江市处于中度协调阶段，总体上苏南地区的社会经济与水生态环境的耦合度较高。苏南地区水生态环境水平总体滞后于社会经济发展，经济发展和城市化水平在全省处于领先地位，水生态环境治理也处于较高水平，这些设区市水系发达，人口密集，工业化起步较早。随着苏南地区城市化进程不断加快，人口持续增长，产业不断发展，对生活污水的处理能力提出了很大的要求，然而管网建设的缺陷使得生活污水在短时间内不能得到根治，也产生了一定的水生态环境问题。2007年太湖蓝藻爆发以来，苏南地区加快推进了城镇污水管网建设，城市集中式饮用水源地水质总体状况良好，水环境质量得到持续改善。2019年，常州市和无锡市的协调发展度由中度协调提升到了高度协调。其中，常州市由0.821提升到了0.852，无锡市由0.812提升到了0.872，主要是水生态环境状况提升导致的。镇江市由于当地水资源相对短缺，水资源空间分布不均，资源性、水质性缺水问题并存，在水生态环境治理上短板较多，因此耦合协调度和苏南其他地区有一定差距，需要更加重视当地的水环境治理和水生态修复。

位于苏中地区的南通市、泰州市、扬州市，处于中度协调阶段，社会经济与水生态环境的耦合度一般。该3市地处长江与运河交汇处，河网密布，是我国南水北调东线工程的主干道，独特的水环境决定了其水污染防治的重要性。总体上，2015—2019年苏中地区社会经济与水生态环境的耦合度改善程度较小，原因可能是受到上游工业废水、生活污水、农业污水和船舶污染的影响，水生态环境治理难度较大。

位于苏北地区的连云港市、宿迁市、淮安市、盐城市，处于中度协调阶段，徐州市处于高度协调阶段，总体上苏北地区的社会经济与水生态环境的耦合度一般。苏北地区社会经济发展和城镇化水平在全省处于居中水平，水生态环境治理水平则一般。这些设区市工业化起步较晚，城市人口密度较低，交通运输水平也不及苏南地区，总体社会经济发展水平落后于苏南，水生态环境治理水平也和全省平均水平存在一定的差距。其中徐州市通过全面加强生态环境治理体系和治理能力建设，水环境质量得到了有效改善。2019年，根据实况数据统计，徐州全市地表水国省考断面水质平均浓度均达标，优于Ⅲ类水断面比例83.3%，无劣Ⅴ类水断面，四项水污染物减排任务均达到年度目标要求，化学需氧量、氨氮、总磷、总氮排放总量较2015年分别削减9.32%、10.04%、8.78%和9.22%。

由图2和图3可以看出，相比2015年，江苏省各设区市在2019年的总体协调发展度有所提升，其中改善最大的是连云港市，协调发展度由2015年的0.602提升到2019年的0.741，协调发展度等级由低度协调提升为中度协调，原因主要是水生态环境治理得到了显著提升，水生态环境指数由0.234提升到0.519。

2015年以来，连云港市已进入工业化快速发展时期，加剧了城市水土资源的短缺，不可避免地带来了一系列的水生态环境问题。截至2019年，连云港市完成61个污水集中处理能力提升项目，全面开展入河入海排污口排查整治，对大浦河、蔷薇河等主体水体实施加密监测，强化水质预警通报。近岸海域水质大幅提升，近年来首次实现6个国考点位平均水质优良比例100%，取得历史性突破。22个省考核断面达标率、优Ⅲ类占比，劣Ⅴ类占比,比较2015年分别提高29.2%和18.2%,降低27.3%。

根据评价结果可以看出，苏南地区的镇江市，苏中地区的南通市、泰州市、扬州市，苏北地区的连云港市、宿迁市、淮安市、盐城市，需要加快推进水生态环境的治理，确保水生态环境管理水平符合社会经济发展的水平。各地政府在未来发展规划中应合理调整产业空间布局和城市规划，避免经济发展过度损耗环境，实现绿水青山、金山银山的和谐共生。对于区域差距的缩小，要积极引进适合特定地区文化的新理念，在符合社会经济发展和产业转型方向的同时，各地区应根据当地情况调整措施，将社会经济发展目标和水生态环境治理行动方案的要求相结合，根据自身短板和治理能力，重新定位、合理规划社会经济建设和水生态环境治理目标。

4 结 语

基于江苏省社会经济发展和水生态环境之间的耦合协调度模型，本文研究了江苏省13个设区市二者协调发展度的空间差异。相较于传统的评价方法，本文针对水生态环境和社会经济发展状况对江苏省设区市进行了综合评价，使之能全面、多维地反映区域之间的均衡发展状况。同时分析了江苏省社会经济发展与水生态环境之间的关系，指出部分地区发展不协调的问题，对促进各地区社会经济与水生态环境的协调发展具有指导作用。

2015—2019年，江苏省社会经济与水生态环境的耦合协调度呈逐年增加趋势，从0.776提升到0.813，表明两者的耦合水平呈上升趋势。江苏省社会经济与水生态环境耦合度在空间上表现为苏南最高，苏中、苏北其次，地区耦合度差异较大。虽然江苏省协调发展的总体水平不断提高，但与高水平的协调还存在差距，需要进一步提高。

从空间变化来看，4个设区市的协调发展水平明显提高，其中徐州市、常州市、无锡市的协调发展度等级由中度协调转变为高度协调，连云港市的协调发展度等级由低度协调转变为高度协调。总体上，苏南、苏北地区社会经济与水生态环境耦合度的改善程度较大，而苏中地区改善程度较小。社会经济发展与水生态环境的耦合机制复杂，从江苏省不同设区市的评价结果来看，耦合度较高的苏南地区，社会经济发展较快，水资源保护水平也较高，耦合度一般的苏中、苏北地区水资源保护水平普遍落后于社会经济发展水平。要改变这种状况，需要采取相应的政策和措施，对当地产业结构、水污染、水生态进行调整和治理，以实现社会经济与水环境的良性可持续发展。