德州市“水—土—能—產”系統耦合協調分析

謝亞茹，楊 光

（1.德州市水利局，山東 德州 253014；2.山東魯建工程集團有限公司，山東 濟南 250002）

德州市是山東省沿黃重要城市之一，其自身水資源緊缺，2020 年水資源總量僅為10.25 億m3，降水量為649.4 mm，水資源調蓄能力弱，主要依靠跨流域調水來滿足居民生活及社會生產需要。鑒于此，本文選取德州市為研究對象，收集區域2011—2020 年水、土、能、產等相關數據，構建多指標評價體系，運用耦合協調度模型，分析“水—土—能—產”系統協調發展水平，并利用灰色關聯度模型識別主要關聯因子，以期為德州市高質量發展提供相關建議。

1 研究方法

1.1 評價指標體系構建及數據來源

構建科學全面的評價指標體系對分析德州市“水—土—能—產”系統耦合協調性十分重要。因此本文從投入、產出兩方面出發，按照科學性、合理性及數據可獲得性原則共選取了農業用水量、工業用水量、生活用水量等16 項指標，構建了德州市“水—土—能—產”系統綜合評價指標體系，見表1。

表1 德州市“水—土—能—產”系統綜合評價指標體系

1.2 耦合協調度計算

本研究采用CRITIC 權重法來確定不同指標對系統的影響，運用線性加權法分別計算投入、產出子系統的評價指數，根據物理學耦合協調模型，引入耦合度及耦合協調度兩個指標，構建“水—土—能—產”耦合協調模型，定量分析“水—土—能—產”間交互耦合的協調程度。具體計算步驟、耦合度分級及耦合協調度分級見表2及表3。

表2 德州市“水—土—能—產”耦合協調度計算

表3 耦合協調度及耦合度分級

1.3 灰色關聯度模型

灰色關聯度模型是通過對比子序列和母序列曲線形狀相似度來判斷二者聯系的緊密度，是衡量因子間關聯程度的一種方法。為了識別影響德州市“水—土—能—產”系統耦合協調發展的主要關聯因子，本文通過構建灰色關聯度模型，對各項評價指標（子序列）與耦合協調度（母序列）的關聯性進行定量測算，關聯度較大的評價指標對綜合系統耦合協調發展影響較大，具體計算步驟及分級見表4。

表4 灰色關聯度計算及分級

2 實證分析

根據表2 計算步驟，采用CRITIC 權重法確定各系統指標權重，測算德州市投入系統、產出系統的評價指數，德州市“水—土—能—產”系統的綜合評價指數、耦合度及耦合協調度。在此基礎上，計算各評價指標與耦合協調度的灰色關聯度，并識別主要影響因子。

2.1 “水—土—能—產”系統耦合協調度分析

按照表2 公式步驟，計算得出德州市投入系統和產出系統評價指數，德州市“水—土—能—產”系統綜合評價指數、耦合度及耦合協調度變化趨勢圖，如圖1、圖2 所示。

圖1 2011—2020 年各子系統評價指數

圖2 2011—2020 年德州市“水—土—能—產”系統評價結果

觀察圖1 可以發現，投入系統與產出系統的評價指數在2011—2020 年呈現波動上升趨勢。投入系統的評價指數在2012 年值最低（0.27），2020 年值最高（0.72）；產出系統的評價指數在2011 年值最低（0.30），2019 年值最高（0.70）。由圖2 可知，德州市“水—土—能—產”系統的綜合評價指數、耦合度及耦合協調度變化趨勢一致，均呈現波動式上升，說明德州市“水—土—能—產”系統各要素之間耦合互動緊密，并向積極態勢發展。系統綜合評價指數、耦合度及耦合協調度在2011 年值最低，分別為0.33、0.16、0.23；在2020 年值最高，分別為0.69、0.34、0.49。根據耦合度分級（表3）可知，德州市“水—土—能—產”系統在2010—2018 年為低水平耦合，在2019—2020 年為拮抗時期。根據耦合協調度分級（表3）可知，德州市“水—土—能—產”系統在2011—2016 年處于中等失調，2017—2018 年處于輕度失調，2019—2020 年處于瀕臨失調。綜上可知，德州市“水—土—能—產”系統整體協調性較差，協調發展仍有較大提升空間。

2.2 主要影響因子分析

運用灰色關聯度模型，以2011—2020 年德州市“水—土—能—產”系統耦合協調度為母序列，以投入系統、產出系統評價指數及各評價指標時序數據為子序列，按照表4 公式步驟計算灰色關聯度并判斷關聯程度。經計算得出投入系統、產出系統評價指數與德州市“水—土—能—產”系統耦合協調度的關聯性均較高，其中投入系統為中等關聯（0.57）、產出系統為較強關聯（0.76）。各評價指標與德州市“水—土—能—產”系統耦合協調度的關聯性較高，均處于中等以上（具體數值詳見圖3、圖4）。

圖3 德州市“水—土—能—產”系統耦合協調度與投入系統各評價指標關聯圖

圖4 德州市“水—土—能—產”系統耦合協調度與產出系統各評價指標關聯圖

當灰色關聯度大于0.65 時，母序列與子序列表現為較強關聯，因此本文將關聯度大于0.65的評價指標作為影響德州市“水—土—能—產”系統耦合協調性的主要因子。觀察圖3、圖4 可以發現：投入系統中農業用水量、生活用水量、建設用地、第一產業從業人口、第二產業從業人口、第三產業從業人口等指標是影響德州市“水—土—能—產”系統耦合協調發展的主要因子，其他因子對系統耦合協調度的影響相對較小；產出系統中第一產值占比是影響德州市“水—土—能—產”系統耦合協調發展的主要因子，其他因子對系統耦合協調度的影響相對較小。因此，可以通過加強供用水管理，提高用水效率，強化建設用地利用效率，提高產業從業人口尤其是第三產業從業人口以提升德州市“水—土—能—產”系統整體耦合協調發展水平。

3 結 語

研究期內，德州市“水—土—能—產”系統綜合評價指數、耦合度及耦合協調度均呈現波動式上升，系統耦合互動緊密，向積極態勢發展。根據耦合度分級得知德州市“水—土—能—產”系統在2010—2018 年為低水平耦合，在2019—2020年為拮抗時期；根據耦合協調度分級得知，德州市“水—土—能—產”系統在2011—2016 年處于中等失調狀態，2017—2018 年處于輕度失調狀態，2019—2020 年處于瀕臨失調狀態。由此可見，德州市“水—土—能—產”系統整體耦合協調發展水平較差，促進系統協調發展仍有較大提升空間。

經灰色關聯性分析得知，投入系統、產出系統評價指數及各評價指標與德州市“水—土—能—產”系統耦合協調度關聯性均較高。投入系統中農業用水量、生活用水量、建設用地、第一產業從業人口、第二產業從業人口、第三產業從業人口等是影響德州市“水—土—能—產”系統耦合協調發展的主要因子；產出系統中第一產業產值占比是影響德州市“水—土—能—產”系統耦合協調發展的主要因子。因此，可從加強供用水管理，提高用水效率，強化建設用地利用效率，提高產業從業人口尤其是第三產業從業人口等方面提升德州市“水—土—能—產”系統整體協調發展水平。