新疆经济-生态-社会系统耦合协调演化研究

陈俊科，李 红，王锡波，马永仁

(1.新疆农业大学经济与贸易学院，乌鲁木齐 830052；2.新疆畜牧科学院，乌鲁木齐 830000)

可持续发展建立在社会、经济、人口、资源、环境相互协调和共同发展的基础上，既能相对满足当代人的需求，又不削弱后代人的发展。作为维系地球生物生存和发展的特殊资源，水资源在促进经济社会发展和维持生态环境系统稳定具有无可替代作用。新疆位于我国西部大陆腹地，东经73°40′～96°23′，北纬34°25′～49°10′；天山山脉将分为北疆、南疆、东疆；有汉、维、哈、回等47个民族居住，人口多达2 000万的省区，地域面积多达160万km2，占全国国土面积的1/6；年均降水量146.4 mm，其中北疆、南疆、东疆年均降水量分别为215、70.7、21.7 mm；年均日照时数2 808.6 h，其中北疆、南疆、东疆年均降水量分别为2 774.6、2 813.5、2 949.7 h；年均蒸发量1 600～2 300 mm。显然，新疆深居内陆、远离海洋、干旱少雨、蒸发强烈、生态脆弱，是典型的内陆干旱区，其经济、生态、社会系统的可持续发展已然受到水资源短缺的制约。

截止2014年，新疆人均国内生产总值4.064 8万元/人，较2001年增加3.270 3万元/人，年均增长13.38%；城镇居民人均可支配收入和农牧民人均纯收入分别为2.321 4、0.874 2万元/人，较2001年分别增加1.699 9、0.703 2万元/人，年均增长分别为10.67%、13.37%；造林面积13.598 6万hm2，较2001年增加2.921 5万hm2，年均增长1.88%。但同时，全疆水资源人均水资源量却减少至3 130 m3/人，较2001年减少2 370 m3/人，年均降低4.24%；地表水和地下水供水量分别为686.55、443.93 m3/人，较2001年分别减少280.35、248.38 m3/人，年均降低分别为2.60%、3.36%；工业废水排放量增加至3.279 939亿t，较2001年增加1.766 617亿t，年均增长6.13%；水土流失治理面积增加至84.2万hm2，较2001年增加76.003万hm2，年均增长19.62%。

显然，经济增长与社会发展大幅度提高，而水资源日趋减少且生态环境污染加重，需重新审视这14年来新疆经济社会发展与生态环境，特别是水资源要素的促进与制约状况。鉴于此，本文透过水资源视角定量评价经济、生态和社会系统整体耦合协调状况，寄希为新疆水资源利用、经济增长、生态保护和社会进步的可持续发展提供一定理论借鉴和实证参考。

1 研究方法和评价指标体系构建

1.1 子系统效益指数

(1)指标权重确定。对于指标权重的确定，通过主观和客观权重综合来取，这样既可以防止主观赋权的人为主观性，同时也可以避免完全按照指标数据信息熵值导致的个别指标权重过大。基于此，主观上通过层次分析法AHP来确定，客观上通过熵值法来确定，最终指标权重取其二者平均值。层次分析法是把复杂问题分解成各个组成因素，又将这些因素按支配关系分组形成递阶层次结构。熵权法是一种客观赋权法，首先，将实际指标按照比重法转换成评价指标，计算式为：

(1)

则第j项指标的熵值Ej为：

(2)

K>0，K=1/lnn,0≤Ej<1，第j项指标的权重为：

(3)

式中：dj=1-Ej为指标xj的差异系数。

(2)子系统评价模型。结合选取的指标和相关研究成果，用极值法对原始指标数据进行无量纲化，再结合权重来计算新疆水资源-经济-生态-社会系统子系统效益评价函数模型：

(4)

式中：W、J、E、S分别为水资源、经济、生态、社会系统子系统评价函数指数；αj、βj、δj、μj分别为各指标权重；wj、jj、ej、sj分别为水资源、经济、生态、社会系统子系统各评价指标的无量纲化值。

1.2 耦合、协调度模型及评价标准

(1)耦合度、协调度模型。耦合是指2个或2个以上的体系或运动形式通过各种相互作用而彼此影响的现象。因此，借鉴容量耦合概念和容量耦合系数模型，构建水资源-经济-生态-社会系统耦合模型：

(5)

耦合度仅仅反映水资源系统与经济、生态、社会系统之间相互作用的程度大小，却难以反映相互作用协调水平的高低。因此，需引进耦合协调度模型来更好地评判各子系统交互耦合的协调程度，其公式为：

(6)

式中：Dθ为耦合协调度；Rθ为耦合度；Tθ为水资源、经济、生态、社会系统综合评价指数；a、b、c、d为各耦合系统待定系数。

在子系统耦合协调时，二系统基于水资源系统与其他子系统同等重要性，取a=b=0.5；三系统交互耦合协调时，认为水资源系统是制约其余二者的重要因素，取a=0.4，b=c=d=0.3；四系统交互耦合协调时，同样将水资源系统作为重要制约其余三者的重要因素，取a=0.4，b=c=d=0.2。

(2)耦合度、协调度评价标准。为了更好解析四大系统之间不同耦合、耦合协调发展关系和所处阶段，在借鉴已有的研究成果和结合本文研究测度的基础之上，将耦合、协调度评价等级划分为四等，其得分值域和评价结果见表1。

表1 耦合、协调度评价等级标准

1.3 评价指标体系构建

水资源与经济-生态-社会系统之间相互作用、彼此影响，单一指标无法真实反映其内在机理和时空变化。遵循科学性、可比性、数据可获得性和独立性等原则，从水资源、经济、生态和社会4个层级的27个指标构建耦合评价指标体系，并利用熵权公式和AHP层次分析法确定水资源、经济、生态和社会四大系统的主客观权重值，然后取其平均值作为耦合权重。数据主要来自《新疆统计年鉴》、《新疆水资源统计公报》和《新疆国民经济与社会发展统计公报》。选取2001-2014年新疆水资源(5个指标)、经济(8个指标)、生态(8个指标)和社会(6个指标)等方面的数据，依据上文所述公式(1)～(3)测算，结果见表2。

2 结果分析

2.1 子系统效益指数变化特征

利用表2计算结果和公式(4)计算子系统效益指数，见表3。从新疆2001-2014年水资源、经济、生态和社会子系统效益变化整体趋势上来看，水资源系统和生态系统变化较为稳定，经济系统和社会系统变化幅度差异较大。2001-2014年水资源系统整体上处于增长趋势，2010年其系统效益指数最大(0.726)，但之后又波浪式下降至0.608 4；经济系统和社会系统几乎一致处于增长上升趋势，且效益指数2014年分别达到0.984和0.936；生态系统以2007年为界分为两个平稳阶段，但明显后一阶段(2008-2014年)较其前一阶段(2001-2007年)系统效益指数有所提高，但整体提升不大。这些变化与新疆经济、社会、生态发展布局和要求密不可分，经济快速增长、民生极力提升、生态着力改善、水资源利用规划重新编制和实施，使得各项子系统效益指数开始逐步发生新的趋势扭转。

表2 评价指标体系及权重计算结果

表3 2001-2014年水资源、经济、生态和社会子系统效益得分

2.2 耦合度和耦合协调度演化特征

(1)总体特征。利用表3计算结果和公式(5)和(6)测算新疆2001-2014年水资源-经济系统(WJ)、水资源-生态系统(WE)、水资源-社会系统(WS)、水资源-经济-生态系统(WJE)、水资源-经济-社会系统(WJS)、水资源-生态-社会系统(WES)、水资源-经济-生态-社会系统(WJES)的耦合度(Rθ)和耦合协调度(Dθ)，见表4。

表4 2001-2014年新疆水资源-经济-生态-社会系统耦合协调度得分

从子系统交互层上看，水资源-经济系统(WJ)2001年耦合度值Rθ∈(0.3,0.5]，处于颉顽阶段；2003-2005年耦合度值Rθ∈(0.8,1)，处于融合高水平阶段；其余2002年、2006-2014年耦合度值Rθ∈(0.5,0.8]，处于磨合优化阶段。水资源-生态系统(WE)2001年耦合度值Rθ∈(0.8,1)，处于融合高水平阶段；2002-2014年耦合度值Rθ∈(0.5,0.8]，处于磨合优化阶段。水资源-社会系统(WS)2001-2004年耦合度值Rθ∈(0.8,1)，处于融合高水平阶段；2005-2014年耦合度值Rθ∈(0.5,0.8]，处于磨合优化阶段。水资源-经济-生态系统(WJE)和水资源-经济-社会系统(WJS)2001-2002年耦合度值Rθ∈(0,0.3)，说明系统处于较低水平耦合阶段；2003-2014年耦合度值Rθ∈(0.3,0.5]，处于颉顽阶段。水资源-生态-社会系统(WES)2001-2014年耦合度值Rθ∈(0.3,0.5]，处于颉顽阶段。水资源-经济-生态-社会系统(WJES)2001-2014年耦合度值Rθ∈(0.3,0.5]，处于颉顽阶段。

(2)耦合协调度特征。从整体上看，2001-2014年，水资源-经济系统(WJ)、水资源-生态系统(WE)、水资源-社会系统(WS)、水资源-经济-生态系统(WJE)、水资源-经济-社会系统(WJS)、水资源-生态-社会系统(WES)、水资源-经济-生态-社会系统(WJES)的耦合协调数值均呈现上升后逐步趋稳态势，2014年来的耦合协调度平均值分别为0.529、0.586、0.588、0.395、0.400、0.434、0.315。很明显，二系统耦合协调度均值 ，系统处于高度协调的耦合阶段；三系统、四系统耦合协调度均值Dθ∈(0.3,0.5]，系统处于中度协调的耦合阶段。说明系统在发展过程中内部要素之间彼此和谐一致的程度较好，系统由无序走向有序的趋势明显。

从子系统交互层上看，水资源-经济系统(WJ)2001年耦合协调度值Dθ∈(0,0.3)，属于失调衰退型； 2002-2005年耦合协调度值Dθ∈(0.3,0.5]，属于勉强协调型。2006-2014年耦合协调度值Dθ∈(0.5,0.8]，属于中度协调型。水资源-生态系统(WE)2001-2014年耦合协调度值Dθ∈(0.3,0.5]，属于中度协调型。水资源-社会系统(WE)2001年耦合协调度值Dθ∈(0.3,0.5]，属于勉强协调型。2002-2014年耦合协调度值Dθ∈(0.3,0.5]，属于中度协调型。水资源-经济-生态系统(WJE)2001-2002年耦合协调度值Dθ∈(0,0.3)，属于失调衰退型；2003-2014年耦合协调度值Dθ∈(0.5,0.8]，属于中度协调型。水资源-经济-社会系统(WJS)2001-2003年耦合协调度值Dθ∈(0,0.3)，属于失调衰退型；2004-2011年耦合协调度值Dθ∈(0.3,0.5]，属于勉强协调型；2012-2014年耦合协调度值Dθ∈(0.5,0.8]，属于中度协调型。水资源-生态-社会系统(WES)2001-2014年耦合协调度值Dθ∈(0.3,0.5]，属于勉强协调型。水资源-经济-生态-社会系统(WJES)2001-2005年耦合协调度值Dθ∈(0,0.3)，属于失调衰退型；2006-2014年耦合协调度值Dθ∈(0.3,0.5]，属于勉强协调型。

3 结 语

通过对新疆2001-2014年水资源-经济-生态-社会系统耦合协调度定量分析发现：①子系统中水资源系统和生态系统效益指数变化较为稳定，经济系统和社会系统效益指数变化差异较大。其中水资源系统开发利用处于向优发展态势，但仍需进一步提升；经济系统和社会系统已近充分，但要减少浮动落差，保持稳定性；生态系统系统整体水平较低，彰显徘徊变动态势，急需进行调整改善。②2001-2014年新疆水资源-经济-生态-社会系统耦合度整体略高于耦合协调度水平，其中系统耦合度整体水平处于颉顽阶段，耦合协调度水平处于勉强协调性。从子系统系统交互层的耦合、协调情况来看，整体水平排序依次为二系统>三系统>四系统，其中二系统中耦合度>耦合协调度，三系统、四系统中耦合度<耦合协调度。③结果表明新疆经济增长和民生改善的明显改善，而水资源开发利用和生态保护的相对滞后；水资源开发利用与单一经济、生态和社会系统耦合协调较好，但随着系统层级的增多，这种耦合协调性却开始减弱，四大子系统整体间的资源整合、结构调整、集聚效度和依赖互存性需要进一步改善和优化。

由于研究资料获取、特别是地州县域数据获取难度等原因，本文仅从时间序列对新疆2001-2014年水资源-经济-生态-社会系统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，以便更好的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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