黃河下游典型灘區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)-防洪安全-生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)分析

李 想，趙連軍，李東陽(yáng)，韓沙沙，4，牛超杰，全李宇，胡彩虹

（1.鄭州大學(xué)黃河實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450001； 2.黃河水利委員會(huì)黃河水利科學(xué)研究院水利部黃河泥沙重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450003； 3.河南黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450003；4.清華大學(xué) 水沙科學(xué)與水利水電工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100084）

1 研究背景

黃河下游河道是橫跨中華腹地的“地上懸河”，其防洪安全事關(guān)國(guó)家穩(wěn)定大局。河道邊的灘區(qū)有大洪水行洪、滯洪、沉沙的功能，又有黃河防洪安全、灘區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及生態(tài)環(huán)境保護(hù)的“河道-社會(huì)-生態(tài)”三重屬性［1］。受國(guó)家現(xiàn)行法規(guī)等因素制約，防洪管理調(diào)度、生態(tài)環(huán)保方面的問(wèn)題比較突出，灘區(qū)的發(fā)展建設(shè)已不能滿足發(fā)展的需要，現(xiàn)已形成了河南、山東二省人口較為集中的沿黃貧困區(qū)［2］。洪水安全與經(jīng)濟(jì)社會(huì)、生態(tài)環(huán)境之間存在著復(fù)雜多變的反饋關(guān)系［3，4］，黃河灘區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展-防洪安全-生態(tài)環(huán)境相互作用系統(tǒng)研究也是熱點(diǎn)問(wèn)題。

黃河下游系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的研究，多側(cè)重單一系統(tǒng)或兩個(gè)系統(tǒng)之間的相互發(fā)展關(guān)系的評(píng)價(jià)，如徐輝等［5］構(gòu)建黃河流域高質(zhì)量發(fā)展評(píng)價(jià)指標(biāo)體系來(lái)測(cè)度黃河流域高質(zhì)量發(fā)展的社會(huì)與生態(tài)層面。寧朝山等［6］基于生態(tài)保護(hù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平兩方面入手對(duì)黃河流域進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。針對(duì)系統(tǒng)之間的耦合發(fā)展情況，GAO等［7］開(kāi)發(fā)了耦合協(xié)調(diào)度模型研究了農(nóng)村發(fā)展與水環(huán)境之間的非線性作用關(guān)系。劉琳軻等［8］通過(guò)建立黃河流域生態(tài)保護(hù)與高質(zhì)量發(fā)展的耦合機(jī)理框架，評(píng)價(jià)了其協(xié)調(diào)度發(fā)展關(guān)系。而楊開(kāi)忠等［9］從要素、空間和時(shí)間三方面研究了黃河流域生態(tài)保護(hù)與高質(zhì)量發(fā)展應(yīng)向社會(huì)經(jīng)濟(jì)生態(tài)轉(zhuǎn)型的發(fā)展趨勢(shì)。以往研究多關(guān)注黃河流域整體，灘地多系統(tǒng)相關(guān)研究較為少見(jiàn)。黃河下游灘區(qū)是一個(gè)綜合經(jīng)濟(jì)、防洪和生態(tài)的三維度的復(fù)雜環(huán)境，要高質(zhì)量發(fā)展，需要在保證防洪安全、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上。如何科學(xué)地評(píng)價(jià)灘區(qū)防洪安全與社會(huì)經(jīng)濟(jì)以及生態(tài)環(huán)境之間的耦合關(guān)系需進(jìn)一步探索。以蘭東灘為研究案例，提出單指標(biāo)量化-多指標(biāo)組合權(quán)重-三維度耦合的評(píng)價(jià)方法，對(duì)蘭東灘的社會(huì)經(jīng)濟(jì)-防洪安全-生態(tài)環(huán)境耦合系統(tǒng)進(jìn)行量化研究，系統(tǒng)評(píng)估各個(gè)系統(tǒng)發(fā)展程度以及分析灘區(qū)綜合優(yōu)化發(fā)展的趨勢(shì)，以期促進(jìn)灘區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、防洪安全、生態(tài)環(huán)境的協(xié)同發(fā)展，為黃河下游灘區(qū)協(xié)調(diào)治理發(fā)展和黃河流域高質(zhì)量發(fā)展提供科學(xué)參考。

2 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1 研究區(qū)域概況

蘭東灘是黃河灘地經(jīng)過(guò)河南省蘭考縣與山東省東明縣的區(qū)域（見(jiàn)圖1），灘區(qū)面積約301.00 km2。蘭東灘位于黃河從東壩頭由東西流向折向東北流向的大彎處右岸，處于典型的游蕩性河段，旱、澇、洪、沙災(zāi)害頻繁。漫灘機(jī)遇較多，生產(chǎn)環(huán)境十分惡劣，洪水漫灘后，農(nóng)作物受淹嚴(yán)重。灘區(qū)河段分布東壩頭險(xiǎn)工至老君堂控導(dǎo)工程，河道控導(dǎo)、險(xiǎn)工工程等由于布局不夠完善，不能起到完全護(hù)灘保村的作用。汛期洪水漫灘導(dǎo)致洪澇頻繁發(fā)生，生態(tài)環(huán)境脆弱，社會(huì)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)活動(dòng)受到嚴(yán)重制約。

圖1 蘭東灘地理位置圖Fig.1 Location map of Landong Beach

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

指標(biāo)數(shù)據(jù)來(lái)源于《開(kāi)封市統(tǒng)計(jì)年鑒》 《菏澤市統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國(guó)縣域統(tǒng)計(jì)年鑒》 《水資源公報(bào)》 黃河水利科學(xué)研究院提供的防洪安全相關(guān)數(shù)據(jù)以及相關(guān)政府工作報(bào)告等，統(tǒng)計(jì)整理了2001-2020年間的防洪、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)。特別說(shuō)明的是蘭東灘并非是一個(gè)完整的行政區(qū)，其包含了蘭考縣與東明縣部分地區(qū)，沒(méi)有針對(duì)性的區(qū)域統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，因此研究中參考了蘭考縣與東明縣的相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

3 研究方法

3.1 灘區(qū)經(jīng)濟(jì)-防洪-生態(tài)耦合系統(tǒng)評(píng)價(jià)體系

黃河下游灘區(qū)分布有居民區(qū)、耕地、防洪工程、灘地濕地系統(tǒng)等等，是一個(gè)經(jīng)濟(jì)-防洪-生態(tài)耦合系統(tǒng)是由各子系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)、彼此作用的復(fù)雜系統(tǒng)［10，11］，3個(gè)系統(tǒng)存在緊密的互相聯(lián)系和復(fù)雜的互饋機(jī)制及評(píng)價(jià)體系（見(jiàn)圖2）。

圖2 黃河下游灘區(qū)經(jīng)濟(jì)-防洪-生態(tài)耦合系統(tǒng)互饋機(jī)制及技術(shù)路線Fig.2 Mutual feed mechanism and technical route of economic-flood-ecological coupling system in the downstream beach area of yellow river

防洪安全是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境友好發(fā)展的基礎(chǔ)，影響防洪安全的主要因素有河勢(shì)本身的穩(wěn)定控制能力、不可控的自然界來(lái)水能力以及后期人為修建防洪工程的能力，因此指標(biāo)選取主要河段的形態(tài)性質(zhì)、工程的數(shù)量等。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展不僅體現(xiàn)了灘區(qū)的社會(huì)價(jià)值，也為生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展提供保障，同時(shí)也對(duì)防洪安全保障提出了更高的要求［3］。社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)主要包括灘區(qū)百姓為生存和發(fā)展而發(fā)生的農(nóng)業(yè)、工業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)等。生態(tài)環(huán)境為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與防洪安全提供了健康發(fā)展的保障。對(duì)生態(tài)環(huán)境的評(píng)價(jià)，應(yīng)兼顧灘區(qū)經(jīng)濟(jì)與河道的生態(tài)安全，主要選取了產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的污水排放量，反映防洪安全與生態(tài)安全的適宜生態(tài)徑流量保證率，以及直觀反映生態(tài)環(huán)境的生態(tài)環(huán)境用水率和植被覆蓋率。評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖3所示。統(tǒng)籌考慮各方需求和相互制約關(guān)系，是綜合評(píng)估黃河灘區(qū)安全發(fā)展水平與協(xié)調(diào)程度的關(guān)鍵［12，13］。

圖3 經(jīng)濟(jì)-防洪-生態(tài)耦合系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.3 Evaluation index system of economic-flood-ecological coupling system

3.2 指標(biāo)體系構(gòu)建

基于研究區(qū)經(jīng)濟(jì)-防洪-生態(tài)耦合系統(tǒng)互饋機(jī)制，以促進(jìn)灘區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，保障防洪安全，維持流域生態(tài)安全為目標(biāo)。按照以下原則選取系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)：①科學(xué)性原則，能準(zhǔn)確表達(dá)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、防洪安全、生態(tài)環(huán)境之間的作用關(guān)系；②全面性原則，從不同角度出發(fā)，選取的指標(biāo)能代表3個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)，各個(gè)子系統(tǒng)的指標(biāo)之間互相不包含、不重復(fù)、互相獨(dú)立；③層次性原則，選取指標(biāo)分為一級(jí)指標(biāo)與二級(jí)指標(biāo)；④動(dòng)態(tài)性原則，各項(xiàng)指標(biāo)隨著時(shí)間的變化是變化的；⑤操作性原則，指標(biāo)具有可量化性、可獲得性［14］。

綜上，構(gòu)建了包含社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、防洪安全、生態(tài)環(huán)境3個(gè)子系統(tǒng)，人均GDP、河道彎曲指數(shù)、工業(yè)污水排放量等共17個(gè)二級(jí)指標(biāo)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，正、負(fù)號(hào)分別代表二級(jí)指標(biāo)對(duì)子系統(tǒng)的促進(jìn)、抑制作用。具體指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 社會(huì)經(jīng)濟(jì)-防洪安全-生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)Tab.1 Social economy - flood control safety - ecological environment assessment index

3.3 模型構(gòu)建

3.3.1 指標(biāo)權(quán)重計(jì)算方法

由于評(píng)價(jià)指標(biāo)代表的意義不同、單位不一，故利用歸一化方法將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理［15］。二級(jí)指標(biāo)均可量化，采用熵權(quán)法進(jìn)行客觀權(quán)重計(jì)算可避免主觀因素影響。一級(jí)指標(biāo)難以量化，層次分析法多適用于計(jì)算主觀權(quán)重，因此選用層次分析法來(lái)計(jì)算，旨在解決研究區(qū)耦合系統(tǒng)復(fù)雜的決策分析問(wèn)題［16］。計(jì)算步驟見(jiàn)表2。

3.3.2 耦合協(xié)調(diào)模型

耦合協(xié)調(diào)度模型是分析兩個(gè)或兩個(gè)以上系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展水平的方法［17］，研究各個(gè)子系統(tǒng)相互聯(lián)系、相互制約。構(gòu)建綜合系統(tǒng)安全耦合協(xié)調(diào)度模型來(lái)探討三者之間的發(fā)展關(guān)系十分關(guān)鍵，模型構(gòu)建步驟如下：

（1）計(jì)算安全評(píng)價(jià)指數(shù)。將組合權(quán)重加權(quán)平均得到灘區(qū)各個(gè)年份的系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)指數(shù)：

式中：wi對(duì)應(yīng)各個(gè)指標(biāo)的組合權(quán)重；xi、yi、zi分別為標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)值；f（x）、g（y）、h（z）分別為灘區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)、防洪安全、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)指數(shù)，反映子系統(tǒng)的安全水平。

（2）計(jì)算耦合度。耦合度可以反映多個(gè)系統(tǒng)之間相互制約、相互依賴的程度［6］，計(jì)算公式如下：

式中：C為耦合度，C∈［0，1］，C越大則證明各個(gè)子系統(tǒng)之間的耦合程度越高，相互作用越大。

（3）計(jì)算耦合協(xié)調(diào)度。耦合協(xié)調(diào)度是反映多個(gè)系統(tǒng)整體安全發(fā)展?fàn)顩r的指標(biāo)，用來(lái)反映子系統(tǒng)耦合關(guān)系中良性耦合的程度與整體協(xié)調(diào)狀況的好壞［6］，計(jì)算公式為：

式中：D為耦合協(xié)調(diào)度。D∈［0，1］，其值越大，系統(tǒng)整體間良性耦合程度越高，協(xié)調(diào)發(fā)展水平越好［18］。Txyz為3個(gè)子系統(tǒng)的綜合安全評(píng)價(jià)指數(shù)。這里的a、b、c分別為3個(gè)子系統(tǒng)的權(quán)重，這里設(shè)置3個(gè)子系統(tǒng)的安全評(píng)價(jià)指數(shù)同等重要，取a=b=c=1/3［19］。各評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)劃分見(jiàn)表4和表5。

表4 耦合度標(biāo)準(zhǔn)劃分等級(jí)Tab.4 Level of coupling standards

表5 耦合協(xié)調(diào)度標(biāo)準(zhǔn)劃分等級(jí)Tab.5 Coupling coordination degree standard division level

4 結(jié)果與討論

4.1 各子系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)指數(shù)分析

為分析各指標(biāo)在不同年份區(qū)間對(duì)于社會(huì)經(jīng)濟(jì)-防洪安全-生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的影響，將2001-2020年共20年數(shù)據(jù)分5年為一個(gè)區(qū)間分別進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重計(jì)算。采用熵權(quán)法計(jì)算指標(biāo)客觀權(quán)重是在每個(gè)子系統(tǒng)中分別進(jìn)行的，層次分析法是在子系統(tǒng)之間進(jìn)行的，在結(jié)合專家打分的基礎(chǔ)上，確定兩兩指標(biāo)之間的耦合因素并篩選出相對(duì)重要的指標(biāo)，重要性標(biāo)度見(jiàn)表6。

表6 子系統(tǒng)重要性標(biāo)度Tab.6 Subsystem importance scale

由于主觀法、客觀法任一一種方法均無(wú)法達(dá)到實(shí)際情況的需求［20］，但是通過(guò)二者耦合可以得到各指標(biāo)相對(duì)整體三維評(píng)價(jià)模型的權(quán)重值，主客觀權(quán)重乘積為最終的組合權(quán)重［21，22］。一級(jí)指標(biāo)權(quán)重值占比重最大的是防洪安全，為0.484，其次是社會(huì)經(jīng)濟(jì)為0.349，最后是生態(tài)環(huán)境為0.168。組合權(quán)重值見(jiàn)表7。熵權(quán)法是根據(jù)指標(biāo)的離散程度來(lái)分配權(quán)重，指標(biāo)的變化程度越大，權(quán)重系數(shù)越小。21世紀(jì)以來(lái)，黃河下游灘區(qū)的旅游業(yè)服務(wù)業(yè)等第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展較為迅速，因此第三產(chǎn)業(yè)客觀比重在不斷增大。防洪安全類指標(biāo)由于防洪工程的建設(shè)以及每年來(lái)水來(lái)沙量不同，每年指標(biāo)客觀權(quán)重變化較為明顯。生態(tài)環(huán)境指標(biāo)權(quán)重持續(xù)增大的有工業(yè)污水排放量與植被覆蓋率，這與近年來(lái)灘區(qū)發(fā)展建設(shè)密切相關(guān)。

表7 各指標(biāo)客觀權(quán)重與組合權(quán)重值Tab.7 Objective weight and combined weight of each index

表2 研究方法Tab.2 Research method

4.1.1 社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)

為明晰灘區(qū)各子系統(tǒng)的發(fā)展水平與整體系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展情況，構(gòu)建社會(huì)經(jīng)濟(jì)-防洪安全-生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度模型，根據(jù)2001-2020共20年長(zhǎng)系列數(shù)據(jù)，分別計(jì)算了蘭東灘的社會(huì)經(jīng)濟(jì)、防洪安全、生態(tài)環(huán)境3個(gè)子系統(tǒng)的安全評(píng)價(jià)指數(shù)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)安全評(píng)價(jià)指數(shù)結(jié)果見(jiàn)圖4（a）。

圖4 社會(huì)經(jīng)濟(jì)安全評(píng)價(jià)指數(shù)及權(quán)重值Fig.4 Social and economic security evaluation index and weight value

社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)指數(shù)呈指數(shù)形增長(zhǎng)，增大幅度較為顯著，從0.046上升至0.345。其安全指數(shù)擬合方程為y=2 686.15-2.69x+0.000 67x2，擬合優(yōu)度R2為0.995，預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度較高，整體呈高速增長(zhǎng)趨勢(shì)，與改革開(kāi)放以來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)相近。近20年河南山東沿黃地區(qū)積極貫徹國(guó)家宏觀調(diào)控政策，黃河流域的經(jīng)濟(jì)實(shí)力顯著增強(qiáng)。

從圖4（b）可知，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)中，農(nóng)作物播種面積在2011-2015年間所占權(quán)重最小，其余年份都占最大權(quán)重，這是由于這5年間黃河未發(fā)生特大洪水漫灘，對(duì)農(nóng)作物播種面積影響較小。第三產(chǎn)業(yè)在2011-2015年間所占比重較大，主要是這5年黃河下游灘區(qū)服務(wù)業(yè)旅游業(yè)等產(chǎn)業(yè)發(fā)展較為迅速所導(dǎo)致的。

4.1.2 防洪安全子系統(tǒng)

防洪安全子系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)指數(shù)大體呈現(xiàn)波動(dòng)性增長(zhǎng)，個(gè)別年份有下降趨勢(shì)，見(jiàn)圖5（a）。近20年黃河流域?yàn)﹨^(qū)有防護(hù)工程措施的建設(shè)，防洪安全子系統(tǒng)安全指數(shù)較不穩(wěn)定。其擬合方程擬合方程為y=-3 950.54+3.92x-0.000 97x2，擬合優(yōu)度R2為0.908，趨勢(shì)線在近幾年趨于平緩，甚至有下降趨勢(shì)，說(shuō)明隨著黃河下游灘區(qū)各方面的發(fā)展，防洪安全建設(shè)已不適應(yīng)灘區(qū)的高速發(fā)展。

圖5 防洪安全評(píng)價(jià)指數(shù)及權(quán)重值Fig.5 Flood control safety evaluation index and weight value

從圖5（b）可知，由于2003年左右小浪底水庫(kù)初期建設(shè)運(yùn)用，對(duì)平灘流量有較大的影響，導(dǎo)致2001-2005年間平灘流量所占權(quán)重最大。防洪安全指標(biāo)在近20年有較大變動(dòng)，主要影響因素為防洪工程的建設(shè)以及不可控的自然因素。

4.1.3 生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)

生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)呈現(xiàn)間斷性增長(zhǎng)，增長(zhǎng)幅度較防洪安全明顯，見(jiàn)圖6（a）。2011年左右隨著中原水生態(tài)文明的建設(shè)，生態(tài)環(huán)境安全評(píng)價(jià)指數(shù)整體得到提升。擬合方程為y=-11.30+0.005 7x，擬合優(yōu)度R2為0.927。根據(jù)圖6（a）中近20年的生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)指數(shù)趨勢(shì)走向可以看出，未來(lái)生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)指數(shù)將會(huì)穩(wěn)定增長(zhǎng)，增長(zhǎng)速度低于社會(huì)經(jīng)濟(jì)高于防洪安全。從圖6（b）可知，生態(tài)系統(tǒng)中工業(yè)污水排放量與植被覆蓋率是影響系統(tǒng)安全的關(guān)鍵性指標(biāo)。

圖6 生態(tài)環(huán)境安全評(píng)價(jià)指數(shù)及權(quán)重值Fig.6 Ecological and environmental security evaluation index and weight value

系統(tǒng)綜合安全評(píng)價(jià)指數(shù)在2015年后有明顯的提高（見(jiàn)圖7），說(shuō)明灘區(qū)系統(tǒng)的綜合協(xié)調(diào)發(fā)展安全評(píng)價(jià)效果較好，但還需各個(gè)子系統(tǒng)都處于較高的安全水平才能達(dá)到綜合系統(tǒng)的良好發(fā)展。21世紀(jì)以來(lái)灘區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)呈現(xiàn)持續(xù)而穩(wěn)定的增長(zhǎng)，但影響防洪安全子系統(tǒng)的不穩(wěn)定因素較多，保證防洪安全穩(wěn)定才能保障經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，經(jīng)濟(jì)良好發(fā)展同時(shí)才能促進(jìn)生態(tài)環(huán)境友好發(fā)展，這也是今后踐行黃河流域生態(tài)保護(hù)與高質(zhì)量發(fā)展需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題［23］。

圖7 系統(tǒng)綜合安全評(píng)價(jià)指數(shù)柱狀圖Fig.7 Bar chart of system comprehensive safety evaluation index

4.2 社會(huì)經(jīng)濟(jì)-防洪安全-生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)性

2001-2020年蘭東灘的經(jīng)濟(jì)-防洪-生態(tài)耦合度與耦合協(xié)調(diào)度計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表8與表9。不同長(zhǎng)度時(shí)間序列的計(jì)算結(jié)果差別較大。五年為一個(gè)區(qū)間分析時(shí)，每年都有一個(gè)極度失調(diào)狀態(tài)，與實(shí)際狀況相差較大。以20年為研究區(qū)間來(lái)看，隨著灘區(qū)的發(fā)展，系統(tǒng)的耦合度在逐年增大，并在2018年達(dá)到最大值0.934。3個(gè)系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度近幾年處于勉強(qiáng)協(xié)調(diào)狀態(tài)，整體距離優(yōu)質(zhì)的協(xié)調(diào)水平還有很大差距。

表8 不同年份區(qū)間耦合度與耦合協(xié)調(diào)度計(jì)算結(jié)果Tab.8 The calculation results of coupling degree and coupling coordination degree in different years

表9 2001-2020年間耦合度與耦合協(xié)調(diào)度計(jì)算結(jié)果Tab.9 Calculation results of coupling degree and coupling coordination degree from 2001 to 2020

為了解未來(lái)耦合協(xié)調(diào)關(guān)系變化趨勢(shì)，運(yùn)用多項(xiàng)式擬合對(duì)表9的耦合度與耦合協(xié)調(diào)度進(jìn)行預(yù)測(cè)，見(jiàn)圖8（a）。結(jié)果顯示2001-2020年黃河下游灘區(qū)三系統(tǒng)耦合度預(yù)測(cè)結(jié)果的擬合方程為y=-5 313.64+5.27x-0.001 3x2，擬合優(yōu)度R2為0.896，耦合協(xié)調(diào)度擬合方程為y=-2 378.79+2.35x-5.79x2，擬合優(yōu)度R2為0.983，殘差平方均小于0.01，擬合準(zhǔn)確度較高。耦合度是反映子系統(tǒng)相互作用程度的大小，不反應(yīng)各系統(tǒng)水平，耦合協(xié)調(diào)度是既可以反映各系統(tǒng)是否具有較好的水平，又可以反映系統(tǒng)間相互作用關(guān)系。耦合度趨勢(shì)線趨于穩(wěn)定在0.9以上，增長(zhǎng)速率明顯減慢，耦合協(xié)調(diào)度呈增長(zhǎng)趨勢(shì)但處于低協(xié)調(diào)狀態(tài)，各系統(tǒng)相互作用較大但發(fā)展水平不高，在未來(lái)灘區(qū)建設(shè)發(fā)展方面也伴隨有新一輪的挑戰(zhàn)。

圖8 黃河下游灘區(qū)系統(tǒng)耦合度與耦合協(xié)調(diào)度及指標(biāo)組合權(quán)重Fig.8 Coupling degree， coupling coordination degree and index combination weight of the beach system in the lower Yellow River

由圖8（b）看出，防洪安全子系統(tǒng)中平灘流量所占權(quán)重最大，河段主流擺幅變化、工程裹護(hù)長(zhǎng)度次之，說(shuō)明在灘區(qū)防洪安全系統(tǒng)中，河道的綜合過(guò)流能力、河道主流的擺動(dòng)幅度變化與工程裹護(hù)長(zhǎng)度的大小是影響防洪的關(guān)鍵性指標(biāo)，同時(shí)這些指標(biāo)也能反映出近些年來(lái)黃河下游灘區(qū)在河道流量、河道形態(tài)以及河道相關(guān)防護(hù)工程等方面離散程度較大、空間差異性較大。生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)中工業(yè)污水排放量與植被覆蓋率對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響較大。

5 結(jié)論與建議

研究以黃河下游典型灘區(qū)蘭東灘為例，在構(gòu)建經(jīng)濟(jì)-防洪-生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上開(kāi)展耦合協(xié)調(diào)研究，分析了2001-2020年蘭東灘經(jīng)濟(jì)-防洪-生態(tài)系統(tǒng)各子系統(tǒng)的安全評(píng)價(jià)指數(shù)以及耦合協(xié)調(diào)度的變化情況。主要結(jié)論如下：①蘭東灘經(jīng)濟(jì)-防洪-生態(tài)耦合系統(tǒng)相互作用明顯，但整體協(xié)調(diào)耦合發(fā)展程度不高，距離優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)還有一定的差距；②綜合系統(tǒng)的耦合度與耦合協(xié)調(diào)度擬合優(yōu)度較好，均在0.9以上，且其趨勢(shì)線與防洪安全評(píng)價(jià)指數(shù)趨勢(shì)較為接近，表明防洪安全對(duì)綜合系統(tǒng)的影響較大；③組合權(quán)重占比較大的主要是防洪安全方面的指標(biāo)，其次是社會(huì)經(jīng)濟(jì)，最后是生態(tài)環(huán)境，蘭東灘安全發(fā)展與環(huán)境友好的前提就是保障最基本的防洪安全；④社會(huì)經(jīng)濟(jì)、防洪安全、生態(tài)環(huán)境3個(gè)子系統(tǒng)的安全評(píng)價(jià)指數(shù)在近20年都有不同程度的增幅，社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)指數(shù)穩(wěn)定上升，增長(zhǎng)速度明顯高于防洪與生態(tài)，防洪安全與生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)發(fā)展較為不均衡。在未來(lái)黃河流域?yàn)﹨^(qū)綜合治理中，防洪安全和生態(tài)建設(shè)問(wèn)題不可忽視。