河南省水利工程系統與“經濟—社會—水域生態”復合系統的協調度評價

華 堅，劉 秀，李晶晶

(1.河海大學商學院，江蘇 南京 211100；2.江蘇省“世界水谷”與水生態文明協同創新中心，江蘇 南京 211100)

黨的十九大報告提出要“堅持人與自然和諧共生”的基本思想，為我國綠色發展指明了方向。水利作為連接人類與生態的紐帶，報告中提出要加強水利等基礎設施建設，把水利擺在首位，足以見其重要性。河南省是我國重要的糧食生產核心區，水利對糧食生產貢獻率達到40%，農業用水狀況對糧食安全的影響顯得尤為重要。作為“一帶一路”建設的重要支撐點，在國家積極的發展戰略引領下，河南省經濟社會發展迎來了重要機遇。目前，河南省水利工程雖然在防洪、灌溉、水電、供水、生態修復等方面發揮了顯著效益，但存在水利設施發展滯后、工程效益無法滿足經濟社會快速發展需求的問題，嚴重制約了河南省經濟和社會的發展。此外，嚴重的水土流失現象、突出的水環境問題以粗放的經濟增長方式[1]加劇了生態壓力。黨的十八大將“生態文明建設”提高到“五位一體”總布局高度，河南省水利廳提出全省的水利工作要緊緊圍繞統籌推進“五位一體”總體布局的基本要求，積極踐行新時期水利工作方針。對水利工程與國民經濟及生態之間的協調性進行分析，實現河南省水利工程與“經濟—社會—生態”之間的協調發展，對于河南省打造“一帶一路”核心腹地、中國“糧倉”地位具有重要意義。

目前，國內外關于水利工程與“經濟—社會—水域生態”的研究主要集中在水利與經濟社會的協調發展方面，如水利防災能力[2]、流域與水利發展協調關系[3]、城市水利與經濟的協調發展關系[4]、水利與國民經濟的協調發展[5]、人與水協調的可持續發展[6]、水資源與水域生態經濟的協調發展[7]等。有關協調度的評價也僅限于水利工程系統與經濟社會系統的協調度評價，未能將經濟、社會、水域生態系統有機結合，充分考慮三者間的相互關系和交織影響，也較為缺乏水利工程系統與三者交織影響的研究，而考慮經濟、社會、生態三者的交織影響，是充分發揮水利工程支撐區域發展的有效途徑。因此，筆者將經濟、社會、水域生態看作復合系統的組成部分，強調子系統間的交織影響，構建水利工程系統的評價指標體系，研究河南省水利工程系統與“經濟—社會—水域生態”復合系統的協調發展問題。

1 水利工程系統與“經濟—社會—水域生態”復合系統協調的內涵分析

1.1 水利工程系統

水利工程在防洪、供水、灌溉、發電等方面發揮了巨大的經濟效益與社會效益，水利工程系統是一個由若干具有適應性并相互影響的子系統所組成的富有層次性的復雜系統[8]。根據其自身特點，可分為水供給、水環境、水安全、水生態和水管理5個子系統[9]。其中，水供給子系統是水利工程系統的基礎，包括生活用水、農業用水、工業用水、生態環境供水等；水環境、水生態子系統是水利工程系統的重要組成部分，水環境子系統主要指水功能區水質狀況，水生態子系統包含水體、水系、河岸帶、陸地等；水安全子系統是水利工程系統的保障，包含防洪能力、除澇能力、安全水供水能力等；水管理子系統是水利工程系統的有力支撐，主要指資金管理、政府調控能力以及水利工程單位自身管理能力等。

1.2 “經濟—社會—水域生態”復合系統

“經濟—社會—水域生態”復合系統是由經濟子系統、社會子系統和水域生態子系統相互作用、相互影響的復合系統。一個區域存在著人類物質、能量、信息和價值，這些因素不斷作用統一在一起，形成了“經濟—社會—水域生態”復合系統。然而，經濟、社會、水域生態3個子系統并不是孤立的，而是相互聯系、相互作用的有機整體。因此，“經濟—社會—水域生態”復合系統是一個具有獨立要素、結構、功能，具備自身性質、發展規律的復合系統。其中，收入水平、經濟規模、生活質量、結構合理度、生存資源稟賦、農業生產水平、基礎建設等因素影響經濟子系統的協調發展；人口發展、社會結構、社會公平、社會安全、潛在社會效能等因素影響社會子系統的協調發展；區域環境水平、區域生態水平、生態保護、生物多樣性、水質等因素影響水域生態子系統的協調發展。

1.3 水利工程系統與“經濟—社會—水域生態”復合系統協調的內涵

協調性是指系統或系統要素之間具有同步、合作、互補等關系，并使系統呈現出某種趨于協調或平衡狀態[10]。水利工程系統與“經濟—社會—水域生態”復合系統協調發展應包括3個方面：水利工程系統的協調發展、復合系統內部各子系統的協調發展以及水利工程系統與復合系統的協調發展。其中，水利工程系統與“經濟—社會—水域生態”復合系統的協調發展是通過與復合系統中的經濟、社會、水域生態3個子系統的協調來實現，因此，將水利工程系統與“經濟—社會—水域生態”復合系統協調發展定義為：水利工程系統、“經濟—社會—水域生態”復合系統及各子系統內部各要素之間相互配合與協作的良性循環態勢，即經濟、社會、水域生態持續發展的同時，水利工程通過防洪除澇、供水、發電、灌溉等功能保障水資源的有效供給、治理并改善水生態、對涉水事務有效管理，實現經濟、社會、生態效益的統一。

圖1 水利工程系統與“經濟—社會—水域生態”復合系統的協調關系圖

由圖1可見，水利工程系統與“經濟—社會—水域生態”復合系統中的經濟、社會、水域生態3個子系統的協調表現為如下幾方面：

第一，水利工程系統與經濟子系統的關系主要表現在水利工程建設對經濟發展的支撐和保障作用。一方面，水利工程的建設發展保障了當地生產和生活的水供給，提高人均水資源量，促進工農業發展，能夠提高區域居民收入水平以及人均糧食產量，工程建設帶來的投資還可以刺激城市基礎設施建設。另一方面，經濟子系統的合理發展為水利工程發展提供了物質條件，能夠提高對水利工程的投資，增加政府對工程的調控力度，保障對水利工程的管理。

第二，水利工程系統與社會子系統的關系主要表現為維護社會的穩定和諧。一方面，水利工程通過防洪、除澇、解決飲水不安全人口等途徑促進社會的安全穩定。通過農業供水提高農村居民收入，縮小城鄉居民收入差距維護社會公平，通過工程建設增加社會就業，維護社會安全。另一方面，社會子系統的發展為工程建設提供穩定的外部條件，有利于工程順利修建，社會潛在效能即高素質人才的增加為工程實施輸送所需人才，提高對工程的管理能力。

第三，水利工程系統與水域生態子系統的關系主要表現為水利工程的合理運作能夠保護生態環境的良性發展。一方面，水利工程的規劃、實施、運作及管理過程中充分考慮生態環境，能夠減少水土流失面積，促進生態保護，維持生態水平。工程通過發電等方式為社會提供清潔能源，能夠減少廢棄物排放，提高區域環境水平。另一方面，水域生態子系統的良性發展能夠為水利工程建設提供良好的環境支撐，提高水功能區的水質狀況。

2 水利工程與“經濟—社會—水域生態”復合系統協調度評價指標體系及模型構建

2.1 指標體系選取

表1 水利工程系統與“經濟—社會—水域生態”復合系統協調度評價指標體系

注：(+)表示效益型指標；(-)表示成本型指標。

基于經濟社會生態協同及可持續性，參考文獻[9][11]的指標選取，設計水利工程系統與“經濟—社會—水域生態”復合系統協調度評價指標體系(表1)。協調度評價指標體系由水利工程系統與“經濟—社會—水域生態”復合系統組成，其中，水利工程系統包含工程的水供給、水環境、水安全、水生態、水管理子系統，“經濟—社會—水域生態”復合系統包含經濟子系統、社會子系統和水域生態子系統。

2.2 數據標準化與指標權重的確定

指標體系中的指標分為效益型指標和成本型指標(表1)，對于效益型指標，即越大越好時，令

(1)

對于成本型指標，即越小越好時，令

(2)

根據公式(1)(2)可得出相應指標數據的標準值。

目前關于權重的計算主要有層次分析法[12]、標準離差法[13]、德爾菲法[14]等，為避免主觀性，本文采用標準離差法計算各指標權重：

(3)

式中:δji為第i個系統中第j個序參量的標準差值。

2.3 模型構建

協同理論研究各子系統和要素中產生的自組織行為，將研究對象看作子系統、要素等構成的復合系統，各子系統通過能量、物質、信息、價值的相互關聯，使整個系統形成新結構并產生整體效應[15]。基于協同發展理論、系統理論構建系統協調度模型如下：

(4)

式中:B(t)為3個系統間的耦合度；f(t,x)，g(t,y)，h(t,z)分別為A子系統、B子系統、C子系統在t時刻的效益值；k為調整系數，一般k的取值范圍為[2,5]，此處K取值3。耦合度B(t)的值應在0～1之間，越接近1，說明3個子系統間的耦合度越高，反之亦然。

三大子系統效益的計算公式如下：

(5)

(6)

(7)

C(t)=αf(t,x)+βg(t,y)+γh(t,z)

(8)

式中:f(x)，g(y)，h(z)分別為A子系統、B子系統、C子系統的效益；xi′，yi′，zi′分別為A子系統、B子系統、C子系統中對應的指標的標準值，i=1,2,…,n；ai，bi，ci分別為指標對應的權重；C(t)為系統綜合評價值，其中α+β+γ=1。

系統耦合協調度由耦合度和綜合評價值組成，計算公式如下：

(9)

式中:D為系統協調度；B(t)為A、B和C3個系統間的耦合度；C(t)為系統綜合評價值。其中，0

2.4 協調度評價標準

借鑒文獻[16]中協調度的分類體系，給出水利工程系統與“經濟—社會—水域生態”復合系統協調發展類型分類體系，按照評估分數將協調發展程度由低到高分為10個等級，如表2所示。

2.5 灰色關聯模型

基于灰色關聯度模型，探求水利工程系統、“經濟—社會—水域生態”復合系統及經濟子系統、社會子系統和水域生態子系統發展水平之間的關聯程度，其表達式為：

表2 水利工程系統與“經濟—社會—水域生態”

(10)

式中：j為選取的比較序列；ξsj(t)為t年第j個比較序列與被比較對象的灰色關聯系數；sj(t)為t年第j個比較序列與被比較對象的絕對差值；ρ為分辨系數，一般取值0.5[17]。

根據式(10)可以計算灰色關聯度：

(11)

式中：Rj為灰關聯度；N為年份數量。

3 河南省水利工程系統與“經濟—社會—水域生態”復合系統協調性實證分析

3.1 水利工程與“經濟—社會—水域生態”復合系統及各子系統的綜合發展水平

根據上文評價模型，得到河南省2009—2015年水利工程系統與“經濟—社會—水域生態”復合系統及其3個子系統的綜合發展水平測度結果(圖2)。

圖2 水利工程系統與“經濟—社會—水域生態”復合系統及各子系統的綜合發展水平

由圖2可以看出，2009—2015年河南省水利工程、“經濟—社會—水域生態”復合系統及經濟、社會、水域生態的發展水平整體上呈上升趨勢。其中，社會子系統的發展水平變化幅度最大，2009—2012年，社會子系統的發展水平在所有系統中處于最低水平，2012—2015年，其發展速度和水平超過其他系統。從社會子系統的評價指標看，正效益指標“人口自然增長率”“第三產業勞動者占社會勞動者比例”“年底從業人員”及“每萬人含有大學生數量”均有顯著增加。負指標“城鄉居民收入比例”及“城鎮失業率”自2012年開始上升緩慢且有下降趨勢，主要是由于近年來河南省在發展經濟的同時更加注重收入分配的公平，“十二五”期間，河南城鎮居民人均可支配收入年均增長8.89%，農村居民人均純收入年均增長13.23%，農村居民人均純收入增長幅度比城鎮居民人均可支配收入增長幅度更為可觀，農村居民生活水平不斷提高，城鄉居民收入差距逐步縮小，促進社會公平發展。

經濟子系統的發展水平由快速發展轉變為緩慢發展，且2013—2014年有下降趨勢，主要原因是在經濟新常態的背景之下，河南省的經濟發展速度持續放緩，由高速增長調整為中高速增長。

水域生態子系統的變化幅度最小，基本呈現出水平發展的態勢，2010—2011年、2012—2014年，生態系統的發展水平有輕微下降的趨勢。從水域生態子系統內部指標來看，負效益指標“化學需氧量排放量”在2010—2011年增長幅度超過200%，正指標“水土流失綜合治理面積”在2012—2014年下降幅度為幾年中最大，說明河南省的經濟和社會的發展是以犧牲環境為代價的，且水利基礎設施的建設也對環境造成了一定程度的破壞。

在經濟子系統、水域生態子系統和社會子系統交織作用下，河南省“經濟—社會—水域生態”復合系統呈現出持續上升的趨勢，表明河南省的整體發展水平越來越高。2009—2015年水利工程系統的發展水平呈上升趨勢，從水利工程系統內部各子系統來看，水供給、水環境、水安全、水生態與水管理能力均顯著增強，表明河南省日益重視水利工程的建設與管理工作。

3.2 耦合協調度評價

表3 水利工程系統與各系統的協調度

由表3可以看出，2009—2015年河南省水利工程系統與“經濟—社會—水域生態”復合系統中各系統的協調度均呈上升趨勢，說明水利工程對區域經濟、社會、生態的作用逐步改善，并逐漸發揮其經濟效益、社會效益和生態效益。

2009—2015年，正值國家第十二個五年規劃階段，同時也是河南省水利發展的黃金時期。在此時期內，河南省積極貫徹落實“節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力”的新時期水利工作方針，加大水利投資，全面加快推進水利工程的建設。從水利工程評價指標看，水利工程事業的大力發展增加了河南省的水供給能力，工農業用水增加，提高了居民的收入水平以及人均糧食產量，在一定程度上促進了河南省經濟子系統的發展，水利工程系統與經濟子系統的協調度一直保持著上升的態勢。從社會子系統的評價指標體系來看，水利工程的建設發展提高了農村居民的收入水平，縮小了城鄉居民收入差距。工程在施工過程中需要大量的勞動力，減少了城鎮失業率，增加了從業人員的數量，水利工程的發展促進了河南省的社會發展，兩者之間的協調度呈現出上升的趨勢。從水利工程系統評價指標看，水電在能源結構中的比例逐漸增大，減少了廢棄物排放，提高了區域環境水平，水利工程的建設改善了水域生態系統，促進了兩者之間的協調度上升。在經濟子系統、社會子系統與水域生態子系統的共同交織作用下，水利工程系統與“經濟—社會—水域生態”復合系統的協調度逐年上升，說明水利工程系統對區域“經濟—社會—水域生態”系統發展逐漸起到了一定的支撐作用。

3.3 水利工程系統與“經濟—社會—水域生態”復合系統的相互作用關系

基于灰色關聯度模型，計算了水利工程系統與“經濟—社會—水域生態”復合系統及其各個子系統之間的關聯程度(表4)。由表4可知，河南省水利工程“經濟—社會—水域生態”復合系統之間的協調度與水利工程系統、經濟子系統及水域生態子系統的關聯度分別為0.981、0.99、0.994，說明其協調度受這3個子系統的影響顯著。水利工程系統與經濟子系統之間的相互關聯程度都高達0.991，說明兩個系統之間的相互影響程度較大，要注重兩個系統之間的相互促進作用，以達到兩個系統協同發展的目的。“經濟—社會—水域生態”復合系統與經濟子系統的發展水平都是受水利工程系統和水域生態子系統的影響最大。社會子系統與其他3個子系統的關聯度相差不大，說明水利工程系統、經濟子系統和水域生態子系統的發展水平對社會子系統的發展具有同等重要性。

表4 各系統之間的關聯度

4 結論與建議

通過構建水利工程與“經濟—社會—水域生態”復合系統的評價指標體系，引入耦合協調度模型，測算了河南省2009—2015年水利工程系統與“經濟—社會—水域生態”復合系統及其各個子系統之間的耦合協調度，并采用灰色關聯度模型計算各個系統之間以及子系統與復合系統協調度之間的關聯度，得出以下結論：①2009—2015年河南省的水利工程系統與“經濟—社會—水域生態”復合系統及其各個子系統的綜合發展水平整體呈上升趨勢，社會子系統的變動幅度最大，近幾年水域生態子系統的發展水平最低。②各系統之間的協調度均逐年上升，由失調發展為協調，呈現向良性方向發展趨勢。③河南省水利工程系統與“經濟—社會—水域生態”復合系統之間的協調度受水利工程系統、經濟子系統及水域生態子系統發展水平的影響顯著。

為促進河南省水利工程系統與“經濟—社會—水域生態”復合系統的協調發展，在“一帶一路”背景下實現河南省的人水和諧發展，筆者提出如下政策建議：

a. 加大對水利工程尤其是農村水利基礎設施的投資。2009—2015年河南省水利工程系統、“經濟—社會—水域生態”復合系統的發展水平均向良性方向發展，但是整體屬于水利工程滯后型，所以政府的財政應適度向水利工程建設傾斜。作為農業大省的河南，農村水利基礎設施的建設對于河南的經濟社會發展尤其重要，必須擴大農田水利設施覆蓋面積，在灌區配套改造與更新設施落后的排灌站。

b. 提高水資源利用效率，推進河南高效節水工業和現代農業的發展。河南省的農業用水效率僅為0.4～0.5，工業用水效率不足60%，水資源利用效率低下，節水潛力很大，各工業部門必須樹立節水意識，廣泛普及污水處理設施使用，促進水資源的循環高效利用。此外，河南省要實施以節水工程為核心的農村水利現代化建設，提高農田灌溉效率。各地區要根據自身水資源狀況、地形地貌等特點，因地制宜地進行農業結構調整以及農田水利設施建設。

c. 深化水利工程管理體制改革。工程性建設并不是水利工程的目的，而應該管好用好水利工程，挖掘其更大的工程效益。應從傳統的管理方式轉變為科學的、現代化的管理方式，使管理適用于現代經濟社會發展的需要。過去，河南省的水利工程由于資金問題導致管理無度，管理方式粗放，未能建立完善的管理機制。近年來，河南省推進了小型水利基礎設施產權制度改革，強化了對水利工程的管理，但這種水利產權制度必須堅持“確保水利資產不流失、因地制宜進行管理、管理方式要公平、透明”等原則。此外，要強化行業能力建設，不斷厚植水利發展優勢，堅持依法治水管水興水，大力推動水利科技創新，加快互聯網、大數據、人工智能等高新技術與水利工作深度融合，以水利信息化帶動水利現代化。