新疆經(jīng)濟-生態(tài)-社會系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)演化研究

陳俊科，李 紅，王錫波，馬永仁

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟與貿(mào)易學(xué)院，烏魯木齊 830052；2.新疆畜牧科學(xué)院，烏魯木齊 830000)

可持續(xù)發(fā)展建立在社會、經(jīng)濟、人口、資源、環(huán)境相互協(xié)調(diào)和共同發(fā)展的基礎(chǔ)上，既能相對滿足當代人的需求，又不削弱后代人的發(fā)展。作為維系地球生物生存和發(fā)展的特殊資源，水資源在促進經(jīng)濟社會發(fā)展和維持生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)穩(wěn)定具有無可替代作用。新疆位于我國西部大陸腹地，東經(jīng)73°40′～96°23′，北緯34°25′～49°10′；天山山脈將分為北疆、南疆、東疆；有漢、維、哈、回等47個民族居住，人口多達2 000萬的省區(qū)，地域面積多達160萬km2，占全國國土面積的1/6；年均降水量146.4 mm，其中北疆、南疆、東疆年均降水量分別為215、70.7、21.7 mm；年均日照時數(shù)2 808.6 h，其中北疆、南疆、東疆年均降水量分別為2 774.6、2 813.5、2 949.7 h；年均蒸發(fā)量1 600～2 300 mm。顯然，新疆深居內(nèi)陸、遠離海洋、干旱少雨、蒸發(fā)強烈、生態(tài)脆弱，是典型的內(nèi)陸干旱區(qū)，其經(jīng)濟、生態(tài)、社會系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展已然受到水資源短缺的制約。

截止2014年，新疆人均國內(nèi)生產(chǎn)總值4.064 8萬元/人，較2001年增加3.270 3萬元/人，年均增長13.38%；城鎮(zhèn)居民人均可支配收入和農(nóng)牧民人均純收入分別為2.321 4、0.874 2萬元/人，較2001年分別增加1.699 9、0.703 2萬元/人，年均增長分別為10.67%、13.37%；造林面積13.598 6萬hm2，較2001年增加2.921 5萬hm2，年均增長1.88%。但同時，全疆水資源人均水資源量卻減少至3 130 m3/人，較2001年減少2 370 m3/人，年均降低4.24%；地表水和地下水供水量分別為686.55、443.93 m3/人，較2001年分別減少280.35、248.38 m3/人，年均降低分別為2.60%、3.36%；工業(yè)廢水排放量增加至3.279 939億t，較2001年增加1.766 617億t，年均增長6.13%；水土流失治理面積增加至84.2萬hm2，較2001年增加76.003萬hm2，年均增長19.62%。

顯然，經(jīng)濟增長與社會發(fā)展大幅度提高，而水資源日趨減少且生態(tài)環(huán)境污染加重，需重新審視這14年來新疆經(jīng)濟社會發(fā)展與生態(tài)環(huán)境，特別是水資源要素的促進與制約狀況。鑒于此，本文透過水資源視角定量評價經(jīng)濟、生態(tài)和社會系統(tǒng)整體耦合協(xié)調(diào)狀況，寄希為新疆水資源利用、經(jīng)濟增長、生態(tài)保護和社會進步的可持續(xù)發(fā)展提供一定理論借鑒和實證參考。

1 研究方法和評價指標體系構(gòu)建

1.1 子系統(tǒng)效益指數(shù)

(1)指標權(quán)重確定。對于指標權(quán)重的確定，通過主觀和客觀權(quán)重綜合來取，這樣既可以防止主觀賦權(quán)的人為主觀性，同時也可以避免完全按照指標數(shù)據(jù)信息熵值導(dǎo)致的個別指標權(quán)重過大?；诖?，主觀上通過層次分析法AHP來確定，客觀上通過熵值法來確定，最終指標權(quán)重取其二者平均值。層次分析法是把復(fù)雜問題分解成各個組成因素，又將這些因素按支配關(guān)系分組形成遞階層次結(jié)構(gòu)。熵權(quán)法是一種客觀賦權(quán)法，首先，將實際指標按照比重法轉(zhuǎn)換成評價指標，計算式為：

(1)

則第j項指標的熵值Ej為：

(2)

K>0，K=1/lnn,0≤Ej<1，第j項指標的權(quán)重為：

(3)

式中：dj=1-Ej為指標xj的差異系數(shù)。

(2)子系統(tǒng)評價模型。結(jié)合選取的指標和相關(guān)研究成果，用極值法對原始指標數(shù)據(jù)進行無量綱化，再結(jié)合權(quán)重來計算新疆水資源-經(jīng)濟-生態(tài)-社會系統(tǒng)子系統(tǒng)效益評價函數(shù)模型：

(4)

式中：W、J、E、S分別為水資源、經(jīng)濟、生態(tài)、社會系統(tǒng)子系統(tǒng)評價函數(shù)指數(shù)；αj、βj、δj、μj分別為各指標權(quán)重；wj、jj、ej、sj分別為水資源、經(jīng)濟、生態(tài)、社會系統(tǒng)子系統(tǒng)各評價指標的無量綱化值。

1.2 耦合、協(xié)調(diào)度模型及評價標準

(1)耦合度、協(xié)調(diào)度模型。耦合是指2個或2個以上的體系或運動形式通過各種相互作用而彼此影響的現(xiàn)象。因此，借鑒容量耦合概念和容量耦合系數(shù)模型，構(gòu)建水資源-經(jīng)濟-生態(tài)-社會系統(tǒng)耦合模型：

(5)

耦合度僅僅反映水資源系統(tǒng)與經(jīng)濟、生態(tài)、社會系統(tǒng)之間相互作用的程度大小，卻難以反映相互作用協(xié)調(diào)水平的高低。因此，需引進耦合協(xié)調(diào)度模型來更好地評判各子系統(tǒng)交互耦合的協(xié)調(diào)程度，其公式為：

(6)

式中：Dθ為耦合協(xié)調(diào)度；Rθ為耦合度；Tθ為水資源、經(jīng)濟、生態(tài)、社會系統(tǒng)綜合評價指數(shù)；a、b、c、d為各耦合系統(tǒng)待定系數(shù)。

在子系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)時，二系統(tǒng)基于水資源系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)同等重要性，取a=b=0.5；三系統(tǒng)交互耦合協(xié)調(diào)時，認為水資源系統(tǒng)是制約其余二者的重要因素，取a=0.4，b=c=d=0.3；四系統(tǒng)交互耦合協(xié)調(diào)時，同樣將水資源系統(tǒng)作為重要制約其余三者的重要因素，取a=0.4，b=c=d=0.2。

(2)耦合度、協(xié)調(diào)度評價標準。為了更好解析四大系統(tǒng)之間不同耦合、耦合協(xié)調(diào)發(fā)展關(guān)系和所處階段，在借鑒已有的研究成果和結(jié)合本文研究測度的基礎(chǔ)之上，將耦合、協(xié)調(diào)度評價等級劃分為四等，其得分值域和評價結(jié)果見表1。

表1 耦合、協(xié)調(diào)度評價等級標準

1.3 評價指標體系構(gòu)建

水資源與經(jīng)濟-生態(tài)-社會系統(tǒng)之間相互作用、彼此影響，單一指標無法真實反映其內(nèi)在機理和時空變化。遵循科學(xué)性、可比性、數(shù)據(jù)可獲得性和獨立性等原則，從水資源、經(jīng)濟、生態(tài)和社會4個層級的27個指標構(gòu)建耦合評價指標體系，并利用熵權(quán)公式和AHP層次分析法確定水資源、經(jīng)濟、生態(tài)和社會四大系統(tǒng)的主客觀權(quán)重值，然后取其平均值作為耦合權(quán)重。數(shù)據(jù)主要來自《新疆統(tǒng)計年鑒》、《新疆水資源統(tǒng)計公報》和《新疆國民經(jīng)濟與社會發(fā)展統(tǒng)計公報》。選取2001-2014年新疆水資源(5個指標)、經(jīng)濟(8個指標)、生態(tài)(8個指標)和社會(6個指標)等方面的數(shù)據(jù)，依據(jù)上文所述公式(1)～(3)測算，結(jié)果見表2。

2 結(jié)果分析

2.1 子系統(tǒng)效益指數(shù)變化特征

利用表2計算結(jié)果和公式(4)計算子系統(tǒng)效益指數(shù)，見表3。從新疆2001-2014年水資源、經(jīng)濟、生態(tài)和社會子系統(tǒng)效益變化整體趨勢上來看，水資源系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)變化較為穩(wěn)定，經(jīng)濟系統(tǒng)和社會系統(tǒng)變化幅度差異較大。2001-2014年水資源系統(tǒng)整體上處于增長趨勢，2010年其系統(tǒng)效益指數(shù)最大(0.726)，但之后又波浪式下降至0.608 4；經(jīng)濟系統(tǒng)和社會系統(tǒng)幾乎一致處于增長上升趨勢，且效益指數(shù)2014年分別達到0.984和0.936；生態(tài)系統(tǒng)以2007年為界分為兩個平穩(wěn)階段，但明顯后一階段(2008-2014年)較其前一階段(2001-2007年)系統(tǒng)效益指數(shù)有所提高，但整體提升不大。這些變化與新疆經(jīng)濟、社會、生態(tài)發(fā)展布局和要求密不可分，經(jīng)濟快速增長、民生極力提升、生態(tài)著力改善、水資源利用規(guī)劃重新編制和實施，使得各項子系統(tǒng)效益指數(shù)開始逐步發(fā)生新的趨勢扭轉(zhuǎn)。

表2 評價指標體系及權(quán)重計算結(jié)果

表3 2001-2014年水資源、經(jīng)濟、生態(tài)和社會子系統(tǒng)效益得分

2.2 耦合度和耦合協(xié)調(diào)度演化特征

(1)總體特征。利用表3計算結(jié)果和公式(5)和(6)測算新疆2001-2014年水資源-經(jīng)濟系統(tǒng)(WJ)、水資源-生態(tài)系統(tǒng)(WE)、水資源-社會系統(tǒng)(WS)、水資源-經(jīng)濟-生態(tài)系統(tǒng)(WJE)、水資源-經(jīng)濟-社會系統(tǒng)(WJS)、水資源-生態(tài)-社會系統(tǒng)(WES)、水資源-經(jīng)濟-生態(tài)-社會系統(tǒng)(WJES)的耦合度(Rθ)和耦合協(xié)調(diào)度(Dθ)，見表4。

表4 2001-2014年新疆水資源-經(jīng)濟-生態(tài)-社會系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度得分

從子系統(tǒng)交互層上看，水資源-經(jīng)濟系統(tǒng)(WJ)2001年耦合度值Rθ∈(0.3,0.5]，處于頡頑階段；2003-2005年耦合度值Rθ∈(0.8,1)，處于融合高水平階段；其余2002年、2006-2014年耦合度值Rθ∈(0.5,0.8]，處于磨合優(yōu)化階段。水資源-生態(tài)系統(tǒng)(WE)2001年耦合度值Rθ∈(0.8,1)，處于融合高水平階段；2002-2014年耦合度值Rθ∈(0.5,0.8]，處于磨合優(yōu)化階段。水資源-社會系統(tǒng)(WS)2001-2004年耦合度值Rθ∈(0.8,1)，處于融合高水平階段；2005-2014年耦合度值Rθ∈(0.5,0.8]，處于磨合優(yōu)化階段。水資源-經(jīng)濟-生態(tài)系統(tǒng)(WJE)和水資源-經(jīng)濟-社會系統(tǒng)(WJS)2001-2002年耦合度值Rθ∈(0,0.3)，說明系統(tǒng)處于較低水平耦合階段；2003-2014年耦合度值Rθ∈(0.3,0.5]，處于頡頑階段。水資源-生態(tài)-社會系統(tǒng)(WES)2001-2014年耦合度值Rθ∈(0.3,0.5]，處于頡頑階段。水資源-經(jīng)濟-生態(tài)-社會系統(tǒng)(WJES)2001-2014年耦合度值Rθ∈(0.3,0.5]，處于頡頑階段。

(2)耦合協(xié)調(diào)度特征。從整體上看，2001-2014年，水資源-經(jīng)濟系統(tǒng)(WJ)、水資源-生態(tài)系統(tǒng)(WE)、水資源-社會系統(tǒng)(WS)、水資源-經(jīng)濟-生態(tài)系統(tǒng)(WJE)、水資源-經(jīng)濟-社會系統(tǒng)(WJS)、水資源-生態(tài)-社會系統(tǒng)(WES)、水資源-經(jīng)濟-生態(tài)-社會系統(tǒng)(WJES)的耦合協(xié)調(diào)數(shù)值均呈現(xiàn)上升后逐步趨穩(wěn)態(tài)勢，2014年來的耦合協(xié)調(diào)度平均值分別為0.529、0.586、0.588、0.395、0.400、0.434、0.315。很明顯，二系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度均值 ，系統(tǒng)處于高度協(xié)調(diào)的耦合階段；三系統(tǒng)、四系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度均值Dθ∈(0.3,0.5]，系統(tǒng)處于中度協(xié)調(diào)的耦合階段。說明系統(tǒng)在發(fā)展過程中內(nèi)部要素之間彼此和諧一致的程度較好，系統(tǒng)由無序走向有序的趨勢明顯。

從子系統(tǒng)交互層上看，水資源-經(jīng)濟系統(tǒng)(WJ)2001年耦合協(xié)調(diào)度值Dθ∈(0,0.3)，屬于失調(diào)衰退型； 2002-2005年耦合協(xié)調(diào)度值Dθ∈(0.3,0.5]，屬于勉強協(xié)調(diào)型。2006-2014年耦合協(xié)調(diào)度值Dθ∈(0.5,0.8]，屬于中度協(xié)調(diào)型。水資源-生態(tài)系統(tǒng)(WE)2001-2014年耦合協(xié)調(diào)度值Dθ∈(0.3,0.5]，屬于中度協(xié)調(diào)型。水資源-社會系統(tǒng)(WE)2001年耦合協(xié)調(diào)度值Dθ∈(0.3,0.5]，屬于勉強協(xié)調(diào)型。2002-2014年耦合協(xié)調(diào)度值Dθ∈(0.3,0.5]，屬于中度協(xié)調(diào)型。水資源-經(jīng)濟-生態(tài)系統(tǒng)(WJE)2001-2002年耦合協(xié)調(diào)度值Dθ∈(0,0.3)，屬于失調(diào)衰退型；2003-2014年耦合協(xié)調(diào)度值Dθ∈(0.5,0.8]，屬于中度協(xié)調(diào)型。水資源-經(jīng)濟-社會系統(tǒng)(WJS)2001-2003年耦合協(xié)調(diào)度值Dθ∈(0,0.3)，屬于失調(diào)衰退型；2004-2011年耦合協(xié)調(diào)度值Dθ∈(0.3,0.5]，屬于勉強協(xié)調(diào)型；2012-2014年耦合協(xié)調(diào)度值Dθ∈(0.5,0.8]，屬于中度協(xié)調(diào)型。水資源-生態(tài)-社會系統(tǒng)(WES)2001-2014年耦合協(xié)調(diào)度值Dθ∈(0.3,0.5]，屬于勉強協(xié)調(diào)型。水資源-經(jīng)濟-生態(tài)-社會系統(tǒng)(WJES)2001-2005年耦合協(xié)調(diào)度值Dθ∈(0,0.3)，屬于失調(diào)衰退型；2006-2014年耦合協(xié)調(diào)度值Dθ∈(0.3,0.5]，屬于勉強協(xié)調(diào)型。

3 結(jié) 語

通過對新疆2001-2014年水資源-經(jīng)濟-生態(tài)-社會系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度定量分析發(fā)現(xiàn)：①子系統(tǒng)中水資源系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)效益指數(shù)變化較為穩(wěn)定，經(jīng)濟系統(tǒng)和社會系統(tǒng)效益指數(shù)變化差異較大。其中水資源系統(tǒng)開發(fā)利用處于向優(yōu)發(fā)展態(tài)勢，但仍需進一步提升；經(jīng)濟系統(tǒng)和社會系統(tǒng)已近充分，但要減少浮動落差，保持穩(wěn)定性；生態(tài)系統(tǒng)系統(tǒng)整體水平較低，彰顯徘徊變動態(tài)勢，急需進行調(diào)整改善。②2001-2014年新疆水資源-經(jīng)濟-生態(tài)-社會系統(tǒng)耦合度整體略高于耦合協(xié)調(diào)度水平，其中系統(tǒng)耦合度整體水平處于頡頑階段，耦合協(xié)調(diào)度水平處于勉強協(xié)調(diào)性。從子系統(tǒng)系統(tǒng)交互層的耦合、協(xié)調(diào)情況來看，整體水平排序依次為二系統(tǒng)>三系統(tǒng)>四系統(tǒng)，其中二系統(tǒng)中耦合度>耦合協(xié)調(diào)度，三系統(tǒng)、四系統(tǒng)中耦合度<耦合協(xié)調(diào)度。③結(jié)果表明新疆經(jīng)濟增長和民生改善的明顯改善，而水資源開發(fā)利用和生態(tài)保護的相對滯后；水資源開發(fā)利用與單一經(jīng)濟、生態(tài)和社會系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)較好，但隨著系統(tǒng)層級的增多，這種耦合協(xié)調(diào)性卻開始減弱，四大子系統(tǒng)整體間的資源整合、結(jié)構(gòu)調(diào)整、集聚效度和依賴互存性需要進一步改善和優(yōu)化。

由于研究資料獲取、特別是地州縣域數(shù)據(jù)獲取難度等原因，本文僅從時間序列對新疆2001-2014年水資源-經(jīng)濟-生態(tài)-社會系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度進行了定量分析，而缺乏空間視角的切入和分析，以便更好的探析其發(fā)展變化深層次原因和提出更為合理切實的對策建議，有待進一步深入探究。

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