德州市“水—土—能—产”系统耦合协调分析

谢亚茹，杨 光

（1.德州市水利局，山东 德州 253014；2.山东鲁建工程集团有限公司，山东 济南 250002）

德州市是山东省沿黄重要城市之一，其自身水资源紧缺，2020 年水资源总量仅为10.25 亿m3，降水量为649.4 mm，水资源调蓄能力弱，主要依靠跨流域调水来满足居民生活及社会生产需要。鉴于此，本文选取德州市为研究对象，收集区域2011—2020 年水、土、能、产等相关数据，构建多指标评价体系，运用耦合协调度模型，分析“水—土—能—产”系统协调发展水平，并利用灰色关联度模型识别主要关联因子，以期为德州市高质量发展提供相关建议。

1 研究方法

1.1 评价指标体系构建及数据来源

构建科学全面的评价指标体系对分析德州市“水—土—能—产”系统耦合协调性十分重要。因此本文从投入、产出两方面出发，按照科学性、合理性及数据可获得性原则共选取了农业用水量、工业用水量、生活用水量等16 项指标，构建了德州市“水—土—能—产”系统综合评价指标体系，见表1。

表1 德州市“水—土—能—产”系统综合评价指标体系

1.2 耦合协调度计算

本研究采用CRITIC 权重法来确定不同指标对系统的影响，运用线性加权法分别计算投入、产出子系统的评价指数，根据物理学耦合协调模型，引入耦合度及耦合协调度两个指标，构建“水—土—能—产”耦合协调模型，定量分析“水—土—能—产”间交互耦合的协调程度。具体计算步骤、耦合度分级及耦合协调度分级见表2及表3。

表2 德州市“水—土—能—产”耦合协调度计算

表3 耦合协调度及耦合度分级

1.3 灰色关联度模型

灰色关联度模型是通过对比子序列和母序列曲线形状相似度来判断二者联系的紧密度，是衡量因子间关联程度的一种方法。为了识别影响德州市“水—土—能—产”系统耦合协调发展的主要关联因子，本文通过构建灰色关联度模型，对各项评价指标（子序列）与耦合协调度（母序列）的关联性进行定量测算，关联度较大的评价指标对综合系统耦合协调发展影响较大，具体计算步骤及分级见表4。

表4 灰色关联度计算及分级

2 实证分析

根据表2 计算步骤，采用CRITIC 权重法确定各系统指标权重，测算德州市投入系统、产出系统的评价指数，德州市“水—土—能—产”系统的综合评价指数、耦合度及耦合协调度。在此基础上，计算各评价指标与耦合协调度的灰色关联度，并识别主要影响因子。

2.1 “水—土—能—产”系统耦合协调度分析

按照表2 公式步骤，计算得出德州市投入系统和产出系统评价指数，德州市“水—土—能—产”系统综合评价指数、耦合度及耦合协调度变化趋势图，如图1、图2 所示。

图1 2011—2020 年各子系统评价指数

图2 2011—2020 年德州市“水—土—能—产”系统评价结果

观察图1 可以发现，投入系统与产出系统的评价指数在2011—2020 年呈现波动上升趋势。投入系统的评价指数在2012 年值最低（0.27），2020 年值最高（0.72）；产出系统的评价指数在2011 年值最低（0.30），2019 年值最高（0.70）。由图2 可知，德州市“水—土—能—产”系统的综合评价指数、耦合度及耦合协调度变化趋势一致，均呈现波动式上升，说明德州市“水—土—能—产”系统各要素之间耦合互动紧密，并向积极态势发展。系统综合评价指数、耦合度及耦合协调度在2011 年值最低，分别为0.33、0.16、0.23；在2020 年值最高，分别为0.69、0.34、0.49。根据耦合度分级（表3）可知，德州市“水—土—能—产”系统在2010—2018 年为低水平耦合，在2019—2020 年为拮抗时期。根据耦合协调度分级（表3）可知，德州市“水—土—能—产”系统在2011—2016 年处于中等失调，2017—2018 年处于轻度失调，2019—2020 年处于濒临失调。综上可知，德州市“水—土—能—产”系统整体协调性较差，协调发展仍有较大提升空间。

2.2 主要影响因子分析

运用灰色关联度模型，以2011—2020 年德州市“水—土—能—产”系统耦合协调度为母序列，以投入系统、产出系统评价指数及各评价指标时序数据为子序列，按照表4 公式步骤计算灰色关联度并判断关联程度。经计算得出投入系统、产出系统评价指数与德州市“水—土—能—产”系统耦合协调度的关联性均较高，其中投入系统为中等关联（0.57）、产出系统为较强关联（0.76）。各评价指标与德州市“水—土—能—产”系统耦合协调度的关联性较高，均处于中等以上（具体数值详见图3、图4）。

图3 德州市“水—土—能—产”系统耦合协调度与投入系统各评价指标关联图

图4 德州市“水—土—能—产”系统耦合协调度与产出系统各评价指标关联图

当灰色关联度大于0.65 时，母序列与子序列表现为较强关联，因此本文将关联度大于0.65的评价指标作为影响德州市“水—土—能—产”系统耦合协调性的主要因子。观察图3、图4 可以发现：投入系统中农业用水量、生活用水量、建设用地、第一产业从业人口、第二产业从业人口、第三产业从业人口等指标是影响德州市“水—土—能—产”系统耦合协调发展的主要因子，其他因子对系统耦合协调度的影响相对较小；产出系统中第一产值占比是影响德州市“水—土—能—产”系统耦合协调发展的主要因子，其他因子对系统耦合协调度的影响相对较小。因此，可以通过加强供用水管理，提高用水效率，强化建设用地利用效率，提高产业从业人口尤其是第三产业从业人口以提升德州市“水—土—能—产”系统整体耦合协调发展水平。

3 结 语

研究期内，德州市“水—土—能—产”系统综合评价指数、耦合度及耦合协调度均呈现波动式上升，系统耦合互动紧密，向积极态势发展。根据耦合度分级得知德州市“水—土—能—产”系统在2010—2018 年为低水平耦合，在2019—2020年为拮抗时期；根据耦合协调度分级得知，德州市“水—土—能—产”系统在2011—2016 年处于中等失调状态，2017—2018 年处于轻度失调状态，2019—2020 年处于濒临失调状态。由此可见，德州市“水—土—能—产”系统整体耦合协调发展水平较差，促进系统协调发展仍有较大提升空间。

经灰色关联性分析得知，投入系统、产出系统评价指数及各评价指标与德州市“水—土—能—产”系统耦合协调度关联性均较高。投入系统中农业用水量、生活用水量、建设用地、第一产业从业人口、第二产业从业人口、第三产业从业人口等是影响德州市“水—土—能—产”系统耦合协调发展的主要因子；产出系统中第一产业产值占比是影响德州市“水—土—能—产”系统耦合协调发展的主要因子。因此，可从加强供用水管理，提高用水效率，强化建设用地利用效率，提高产业从业人口尤其是第三产业从业人口等方面提升德州市“水—土—能—产”系统整体协调发展水平。