川渝兩地水資源與社會經濟協同發展評價

蒯 萌，盛進路

（重慶交通大學交通運輸學院，重慶 400074）

為追求經濟快速發展，水資源可持續利用壓力逐漸增大，水資源系統與社會經濟系統發展趨于失衡。川渝兩地是長江上游重要的水源涵養地、補給地和國家重要濕地生態功能區，河流湖泊相連相通，跨界河流多達81條[1]。探究川渝兩地水資源與社會經濟的協同發展程度，是水資源是否得到合理利用的關鍵表征因素，也是評價水資源與社會經濟可持續發展的有效指標之一。

學術界關于水資源與社會、經濟協同發展評估方法以及對影響協同度相關因素的分析多采用復合系統協同度模型[2，3]、Super-SBM 模型[4，5]、TOPSIS 模型[6]、數據包絡模型[7，8]、耦合協調度模型[9-11]等。復合系統協同度模型將經濟、社會和資源等多個子系統集成于一個復雜系統，在集成的過程中體現整體協同性，從協同性的角度分析復合系統的發展狀況。伴隨成渝雙城經濟圈的發展越發迅速，對于川渝兩地的生態環境、自然資源跨界協同治理要求也越發增高。目前研究多集中于川渝地區的經濟可持續發展，對于系統研究兩地水資源與社會經濟的協同發展情況還較少。本文采用復合系統協同度模型對川渝兩地水資源-經濟-社會復合系統進行了實證分析，在對兩地協同度數據測算的基礎上分析影響協同度的相關性因素和評估川渝兩地協調發展狀況，對于推動川渝兩地生態保護與經濟社會可持續發展戰略計劃和成渝地區雙城經濟圈高質量和可持續發展具有重要意義。

1 川渝兩地水資源-經濟-社會復合系統

1.1 指標體系構建

從系統角度出發，水資源、經濟和社會系統組成了一個復合系統，水資源在可持續利用中，其數量和質量要滿足社會發展以及伴隨人口規模擴大和經濟的發展對其增量的需求。本文主要是探討長江上游川渝兩地水資源與社會經濟發展協同演化趨勢，區域間的水資源利用協同演化分析是一項系統工程，評價指標的選取不僅要考慮到能否科學、客觀地反映不同的區域、不同資源與環境下的水資源利用現狀，也要考慮影響區域發展的因素和不同地區的指標可比性。本文從水資源-經濟-社會3個系統層面來進行川渝兩地協同度分析，以期豐富長江流域川渝地區的水資源與社會經濟的可持續發展研究。

基于科學性、全面性、代表性、穩定性及指標的可獲得性和可操作性原則并參考相關文獻[12-15]，選取了水資源、經濟和社會系統里包含的10余項序參量指標。分別從水資源本底條件、開發利用方面制定水資源系統評價指標體系，從經濟實力和產業結構角度制定經濟發展指標評價體系，從社會發展、民生福祉構建社會發展評價指標體系，具體指標詳見表1。

表1 川渝地區水資源-經濟-社會復合系統指標體系

1.2 協同度模型構建

1.2.1 復合系統序參量有序度模型

根據子系統有序度影響復合系統協同度的邏輯，本文借鑒的是孟慶松和韓文秀[5]所建立的復合系統協調度模型，構建川渝水資源-經濟-社會協同度測試模型。將復合系統設為A={A1，A2，…，AW}。本文分為水資源子系統（A1）、社會子系統（A2）和經濟子系統（A3）3個子系統，各子系統序參量有序度計算公式如下：

式中：Uj（Cji）為序參量有序度；Cj（Cj1，Cj2，…，Cjn）為子系統在發展過程中的序參量，n≥1，βji≤Cji≤αji，i∈[1，n]；αji，βji為系統穩定臨界點第j個子系統的第i個序參量的上限值和下限值（本文分別取最大值和最小值的1.1倍）。

這里的序參量分為正向指標和負向指標，為不失一般性，假定Cj=C1，C2，…，Ck為正向指標，其取值越大，有序度越高；假定Cj=Cj（k+1），…，Cjn為負向指標，其取值越小，有序度越高。

由定義可知，Uj（Cji）∈[0，1]，表示該值越大，序參量有序度越高，該序參量對系統有序度貢獻越大，反之越小。

1.2.2 復合系統協同度模型

系統的總體有序度取決于各序參量有序度的大小和它們之間的不同組合形式。研究中子系統有序度測度常用集成方法包括加權平均法和幾何平均法，具體算法如下：

式中：Uj(Cj)表示子系統Cj的有序度，且由定義可知，Uj（Cj）∈[0，1]，該值越大，子系統的有序度越高；反之，子系統有序度越低。

復合系統協同度是通過對各個子系統有序度的再次動態測量得到的，為獲得復合系統協同度模型，假設Uj0（Cj），j=1，2，…，n為子系統在給定的初始時刻t0時的系統有序度；Uj1（Cj），j=1，2，…，n為子系統在t1時的系統有序度，定義cm為復合系統協調度，具體算法如下：

其中，cm∈[-1，1]，cm值越大，復合系統協調度越高；反之，則越低。對于參數θ而言，當且僅當Uj1（Cj）－Uj0（Cj）＞0、j∈[1，n]時，復合系統才會有正的協調度。此公式考慮了所有子系統發展演化情況，如一個子系統有序程度提高幅度較大，而另一些子系統有序程度提高幅度較小或是下降，則表明整個系統處于較不協調或是根本不協調的狀態。

目前，尚未有統一度量協同度的標準等級，本文采用的是大多數國家和國際組織采用的協同等級劃分標準[16]，詳見表2。

表2 協同度等級劃分

1.3 數據來源

選取川渝兩地的水資源與社會經濟相關數據作為研究樣本，本文統計數據來自2012—2021 年的中國統計年鑒、中國環境年鑒，四川省、重慶市統計年鑒、環境保護狀況公報以及各地水利廳、環保、發改委等相關職能部門提供的數據。

2 結果與分析

2.1 數據處理

為消除由于指標量綱不同帶來的影響，使計算更加科學性，本文利用SPSS軟件，采用標準差法（ZScore）對兩地各個子系統的序參量分量原始數據進行標準化處理，將標準化后的數據代入式（1），經計算分別得出兩省各子系統序參量的有序度，詳見表3—4。

表3 重慶市2012—2021年水資源-經濟-社會復合系統序參量有序度

表4 四川省2012—2021年水資源-經濟-社會復合系統序參量有序度

2.2 數據計算

在得到兩省各子系統序參量的有序度數據的基礎上，再將各序參量有序度代入式（2），得到兩省3個子系統的有序度，詳見表5，再把各子系統有序度代入式（3），分別得到川渝兩地水資源-經濟-社會系統協調度以及兩省的復合系統協調度，詳見表6。

表5 川渝水資源、經濟及社會子系統有序度

表6 川渝水資源-經濟-社會復合系統協同度

2.3 結果分析

2.3.1 序參量有序度分析

圖1為川渝兩地水資源-經濟-社會序參量有序度，由圖1可觀察出川渝兩地除產業結構、社會發展和經濟實力的有序度呈現總體上升趨勢以外，本底條件、開發利用和民生福祉的有序度變化軌跡都存在較大波動。其中，水資源的本底條件有序度變化差異最為明顯。

圖1 2012—2021年川渝兩地水資源-經濟-社會系統序參量有序度波動

對于本底條件，重慶市分別呈現“V”形和“U”形的交叉波動趨勢，分別在2013、2015、2018 年呈較大幅度下降趨勢。數據顯示，在2015 年重慶市水資源總量僅456.2 億m3，2018 年年降水量僅1 128.2 mm，近幾年重慶市降雨量、水資源總量的減少對序參量有序度影響較大；四川省較重慶市而言，該序參量有序度變化幅度較小，整體呈波動上升趨勢，2013 年水資源總量以及2015、2019 年降水量相較上一年都有所減少，在一定程度上影響了有序度發展趨勢。降水量和水資源總量都屬于水資源的自然稟賦，且受季風氣候影響，兩地的年降水量年內分配不均，不確定性較大，也是造成本底條件序參量有序度波動發展的主要原因之一。

重慶市開發利用系統波動起伏較大，2012—2015年波動上升，2015—2019年呈“U”形變化，2020年又急速下降至0.35；四川省開發利用呈現“V”形發展狀態，波動幅度較重慶相對較小。伴隨產業結構優化和生產技術的升級換代，水資源利用效率大幅提高，實現了萬元GDP 用水量的不斷降低，但城市化和工業化快速發展，水污染和水浪費現象也十分嚴峻，且地區水資源供給不穩定，導致水資源的開發利用效率充滿不確定性。

重慶市民生福祉有序度在2012—2018 年呈總體上升趨勢，2020 年下降幅度較大；四川省民生福祉序參量有序度發展較平穩，在2012—2019 年間實現快速發展，由0.07 上升至0.82，在2020 和2021 年有略微下降起伏。在民生福祉的面板數據顯示，隨著社會經濟的進步，對資源的開發強度逐漸增強，重慶市人均公園綠地面積逐年減少，且在2020 年受新冠疫情影響，許多中小企業經營困難，導致人民失業率增加，都對序參量有序度產生較大影響。

兩地的社會發展和經濟實力子系統序參量有序度總體上呈波動式緩慢上升，產業結構有序度也呈穩定增長態勢，表明3 個子系統序參量有序度演化具備良好的穩定性和適應性。

2.3.2 子系統有序度分析

根據表5 繪制川渝兩地水資源、經濟及社會子系統的有序度變化趨勢，如圖2所示。

圖2 2012—2021年川渝兩地水資源、經濟、社會子系統的有序度波動

兩地的水資源子系統有序度都存在較大幅度的上下波動變化，其中重慶市在2015和2018年變化幅度較大，與上年相比分別下降了45%和24%。伴隨經濟和城鎮化快速發展，居民和工業用水需求及污水排放量增加，導致某一時期的水資源短缺，對系統有序度產生影響，從而水資源有序度協同演化面臨較大壓力。四川省有序度在2013—2014 年快速發展，2015—2021 年呈波動增長。需要說明的是，2015 年四川省夏季發生了大面積干旱，該年降水量相較于2014 年下降了9.7%，全省17 個市州的農作物出現了不同程度的受災，農業用水量大幅度降低，一定程度上影響了水資源系統的有序度。

社會子系統有序度在四川省的演化規律是穩步上升的，系統有序度從2012年的0.07發展至2021年的0.82。四川省自1999 年率先在全國實施退耕還林以來，森林覆蓋率穩中有升，且近幾年對于城市污水處理效率、人均綠地面積大大提高，推動了四川的社會發展。相較而言，重慶市的社會子系統發展趨勢有小幅度的波動，其中最為明顯的是2020 年，社會子系統有序度跌至0.32，較上一年下降了44%。近些年受經濟和城鎮化快速發展影響，本就受地形限制的重慶市，城鎮和工業用地增多，從而人均綠地面積逐年降低，一定程度上降低了人民的幸福指數，從而影響系統有序度發展。

隨著產業結構的優化發展，兩地經濟效益越來越好。觀察兩地2012—2021 的經濟子系統有序度變化發現，兩地的經濟子系統有序度都呈明顯的上升趨勢，表明兩地整個經濟系統發展基本穩定。

2.3.3 復合系統協同度分析

川渝兩地復合系統協同度變化趨勢，如圖3 所示。從圖3 可以看出，川渝復合系統協同度總體呈上升趨勢，重慶市復合系統協同度較四川省而言波動幅度較大，在2013、2015 及2020 年處于高度不協同狀態，2021 年發展至輕度不協同狀態，其余年份均處于中度不協同狀態；四川省復合系統協同度總體發展趨勢較重慶市而言相對平穩，表現出良好的發展態勢，2021年達0.54，說明其內部水資源與社會經濟系統一致程度開始朝較高水平發展。

圖3 川渝兩地復合系統協同度

川渝復合系統協同度均低于0.6，都處于輕度不協同與中度不協同之間，其中2020 年低至-0.3，處于高度不協同范疇。川渝復合系統協同度走向與四川省系統協同度走勢大致相近，參考前述有序度計算結果，發現水資源子系統有序度的不穩定性表現是影響系統協同度發展趨勢的主要原因，其中受水資源總量、水資源可利用率、年降水量以及萬元GDP用水量等因素影響較大。

3 結語

本文采用復合系統協同度模型對川渝兩地水資源-經濟-社會復合系統進行了實證分析，在對兩地協同度數據測算的基礎上，分析影響協同度的相關性因素，對推動川渝兩地水資源與社會經濟可持續發展有重要的現實意義。從上述結果可知，川渝兩地水資源-經濟-社會復合系統整體協同度并不高，雖然兩地協同度發展水平在不斷提高，但距高度協同發展仍有很大差距。從各子系統發展狀況來看，水資源系統有序度是整個系統協同度的發展短板，其中水資源本底條件的緊缺和開發利用效率低是影響整個系統協調性的關鍵因素。

當前，川東北、渝東北片區水資源總量較為豐富，但存在空間分布不均、開發利用水平不足、工程性缺水等問題，針對區域內水資源空間分布與生產力配置不匹配的現狀，應根據兩地社會經濟發展特點，因地制宜優化水資源供給和配置，降低水資源的地域分布差異，加強水資源利用技術的研發與應用，發揮水資源優化對經濟發展的帶動作用，緩解水資源與社會、經濟發展的供需矛盾，促進水資源與社會經濟的可持續協同發展。