滇中地區社會-生態-水資源系統耦合協調發展評價

摘要：探討滇中地區社會、生態與水資源三者的耦合協調關系，對滇中地區及云南的可持續發展具有重要意義。基于能值分析與二元水資源可持續發展理論構建區域社會-生態-水資源系統能值評價指標體系，利用耦合協調度模型探討2006—2020年滇中地區系統發展指數及耦合協調度。結果表明：近15 a來，滇中地區社會經濟發展較快，水資源與生態環境發展相對較慢，復合系統耦合度高于協調度，且耦合協調度呈整體正向發展態勢，多數地區為IV級以上。2006年耦合協調度空間分布呈北高南低趨勢，北邊六州市、南邊紅河分別處于初級、勉強耦合協調發展階段；2015年呈西高東低走勢，均達到初級協調發展階段及以上，麗江變化較大，為中級耦合協調發展階段；2020年呈四周高中間低分布，麗江仍處于中級耦合協調發展階段領先位置，其余州市均處于初級耦合協調發展階段。

關鍵詞：社會-生態-水資源系統；耦合協調模型；能值分析；滇中地區

中圖分類號：TV21 文獻標識碼：A 文章編號：1001-9235（2024）04-0087-11

Coupling and Coordinated Development Evaluation of Society-Ecology-Water Resources System in Central Yunnan

HE Guilin，ZHANG Daiqing^*，CHENG Guaimei，GENG Yiqiao，LI Haokun

（Faculty of Electric Power Engineering，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650500，China）

Abstract： Exploring the coupling and coordination relationship among society，ecology，and water resources in central Yunnan is of significance to the sustainable development of central Yunnan and Yunnan.Based on emergy analysis and dual water resources sustainable development theory，this paper constructs the emergy evaluation index system of the regional social-ecological-water resources system and employs the coupling coordination degree model to explore the system development index and coupling coordination degree of central Yunnan from 2006 to 2020.The results show that in the past 15 years，the socio-economic development of central Yunnan has developed rapidly，the development of water resources and ecological environment has lagged，and the coupling degree is higher than the coordination degree.Additionally，the coupling coordination degree shows an overall positive development trend，and most areas are above grade IV.In 2006，the spatial distribution of coupling coordination degree showed a trend of a high degree in the north and a low degree in the south.Liuzhou City in the north and Honghe River in the south were in the primary and barely coupled and coordinated development stage respectively.In 2015，there was a trend of high degree in the west and low degree in the east，which all reached the primary coordinated development stage and above，and Lijiang changed greatly to the intermediate coupling coordinated development stage.In 2020，the tendency presented a high degree in the middle and a low degree in the areas around.Lijiang was still in the leading position in the intermediate coupling and coordinated development stage，and the rest of the cities were in the primary coupling and coordinated development stage.

Keywords：society-ecology-water resources system;coupling coordination model;emergy analysis;central Yunnan region

隨著經濟快速增長和資源開發的加劇，區域面臨著環境退化、生態系統破壞和水資源緊缺等巨大挑戰^［1］。滇中地區作為云南重要生態屏障和水源涵養區關系著云南省水資源安全和生態環境保護，存在生態系統健康脆弱、水資源承載能力較弱、水資源供需矛盾突出等問題，主要表現為社會經濟發展與生態環境保護、水資源開發利用之間耦合不協調^［2］。針對滇中地區社會-生態-水資源耦合協調發展進行研究，能為正確處理社會、經濟、生態、環境與水資源之間的復雜關系，解決滇中地區弱水資源承載力、高生態脅迫壓力和低經濟發展能力等問題提供理論方法，同時也為其他相似干旱區的生態文明建設和未來發展模式提供基礎支撐^［3-4］。

國內外目前針對水資源生態經濟系統綜合評估的研究比較廣泛成熟。Pandey等^［5］從社會、生態、經濟入手，評估了尼泊爾水資源系統運行狀況。Zhang等^［6］建立了水資源動態評價指標體系，評價了系統可持續發展狀態。陳丹等^［7］基于能值理論對黃河流域水資源生態經濟系統可持續性進行評價。目前的研究大多評價系統的可持續發展狀態，忽略了社會、生態、水資源三系統間的相互作用關系—區域社會、生態與水資源之間存在著緊密耦合關系^［8］。目前國內對復合系統耦合協調性方面的研究主要有利用模糊優選模型，以及ISM-AHP^［9］、GM（1，1）等^［10］方法，對不同耦合系統進行了研究和評估；通過多種權重計算方法，如AHP-熵權法^［11］、AHP-CRITIC^［12］組合賦權法，確定評價指標的權重，并評估各地區的資源-生態-經濟系統的耦合協調關系。但傳統的耦合協調發展評價主要集中在權重確定方法和不同模型的組合評價上^［13-14］，部分評價指標體系大多參考其他成果直接使用統計年鑒數據^［15-16］，難以從同一尺度系統性地衡量指標。

能值理論是復合生態經濟水資源系統定量研究方法，其度量尺度為水資源、生態、社會經濟的價值與發展提供了客觀的標準^［17］。利用能值分析方法評價復合系統的耦合協調性，滿足了同尺度下系統對區域各系統耦合協調關系的分析研究，同時也為進一步探索系統能值間的相互作用提供理論基礎。因此，本文將能值分析方法與復合系統耦合協調度評價相結合，構建基于能值分析的社會-生態-水資源系統能值指標評價體系，運用熵權法及變異系數法相結合計算指標權重，通過耦合協調度模型評價分析滇中地區社會-生態-水資源耦合協調度及發展狀況，初步探索研究滇中地區社會、生態、水資源系統之間的能量關系的同時，為制定滇中城市群未來發展戰略，以及滇中引水工程水資源利用與管理提供了決策參考和技術支持。

1 研究區概況及數據來源

滇中地區位于中國西南部，理論上，滇中地區主要包括昆明、曲靖、玉溪、楚雄和紅河等城市群，但近年來，隨著滇中引水工程的實施，研究滇中地區問題不再單一局限于理論上的區域。滇中引水工程是緩解滇中地區水資源危機及水資源與經濟發展不匹配問題的大型調水工程，涉及昆明、玉溪、楚雄、紅河、麗江和大理等6個州市^［18］。本文為更加深入切實地反映滇中地區整體協調發展狀況，根據滇中引水工程及滇中城市群涉及區域范圍，選取昆明、曲靖、玉溪、麗江、楚雄、紅河、大理等7個州市作為滇中地區研究區域，并利用ArcGIS軟件制作研究區域地形（圖1）。

滇中地區研究區域屬于云南省經濟發達集中區。據統計，昆明、曲靖、玉溪、麗江、楚雄、紅河、大理等7個州市的生產總值量達19 522.43億元，廢水排放量10 139.57萬t，城區人口884.73萬人，綠化覆蓋面積605.94 km²，水資源總量為513.27 億m³。滇中研究區域存在水資源極不匹配問題，部分地區水資源極度匱乏，人均水資源僅700 m³，GDP占比70%以上，但水資源僅占12%。每年缺水量約16 億m³，預計到2040年，年缺水量將達29.3 億m³，缺水率44%。而部分地區因過度開采使得生態環境污染嚴重，導致地方經濟與生態環境發展失衡，不利于地區均衡持續發展。

基于此，本文針對滇中地區研究區域進行集社會經濟、生態環境、水資源三大系統為一體的復合系統耦合協調度評價，選取評價指標數據來源于2007—2021年近15 a《云南省統計年鑒》《云南省水資源公報》《云南省國民經濟及社會發展統計公報》等資料。其中能值計算的基礎數據主要來源于2007—2021年云南省各州市的人口數、水資源狀況、區域經濟及貿易狀況等基礎資料，以及農業、畜牧業、林業、漁業、旅游業等各類生產生活統計數據。

2 研究方法

2.1 能值分析理論

能值分析是一種水能資源-生態環境-社會經濟新型價值理論和系統分析方法。能值分析將不同種類、無法比較的能量轉換為統一的太陽能值，以分析其在系統中的作用和地位^［19］。通過綜合分析各種生態流，獲得綜合能值指標，量化系統的結構功能特征和生態經濟效益。能值考慮能量的大小和質量等級，評估系統中不同等級能量的真實價值和貢獻^［20］。社會-生態-水資源復合系統的基本功能包括能量轉化、物質循環，能量是系統存在和發展的基礎。理論上，能值分析提供了共同的尺度和綜合方法，用于衡量和比較社會-生態-水資源復合系統中各種能源流、資源流、生態流和經濟流，開辟了定量分析評估的新途徑。

2.2 能量分析計算方法

2.2.1 繪制能量系統圖及編制能值分析表

通過能量系統圖分析不同能量流的關系，選主要能量流，將不可比較的能量轉為統一能值，編制能值表，建立指標體系，對系統進行評價。考慮系統邊界、能量、成分和過程，繪制社會-生態-水資源能量系統見圖2。

圖中將可更新資源（如太陽能、風能潮汐能等）、不可更新資源（如表土流失、區域外引水、燃料礦石、電力能源等）、可更新資源能源產品（如糧食作物、工農業產品等）等系統外能源繪于邊界外圍，作為系統主要能量來源。本文確定的系統為水資源、社會經濟、生態環境三大子系統。系統內成分主要表現為內部組分間的關系和作用，系統內部與外界之間的聯系和關系，以及各種能量的流動、轉換和存儲等過程與關系^［21］。

2.2.2 能值計算

a）基礎能值分析計算。

根據資源類型按能（物）流、貨幣流、廢物流分類整理，資料大多數來自研究區的生產生活、進出口貿易、統計年鑒和水資源公報等。分析收集到的資料，明確系統邊界及主要能量來源，區分、歸并各類能值。對相同來源的能值計算取其成本全集，以免重復計算^［22］。基礎能值計算主要包括以下五大類型：可更新資源、可更新資源產品、不可更新資源、貨幣流以及廢物流。

b）復合系統能值指標計算。

通過計算研究區域基礎能值，確定社會-生態-水資源復合系統中分析評價指標的計算模型、能量折算系數和太陽能值轉換率。本文利用相關計算模型和能量折算系數，將各類原始數據轉換為統一單位的能量數據，根據能值轉換率，將各類能量轉換為能值。

2.3 區域復合系統能值指標綜合評價體系

“社會-生態-水資源”涵蓋社會經濟、生態環境和水資源三大子系統，是人、自然和資源三者相互聯系與作用的體現。本文考慮社會經濟、生態環境與水資源系統三者之間的內部機理與整體性，在傳統指標選取的基礎上參考生態經濟系統能值評價及二元水資源可持續發展評價體系構建方法^［23-24］，提出一種基于能值分析計算與構建區域社會-生態-水資源系統綜合評價指標體系的方法，依據指標構建原則，選取B₁-B₂₂共22條評價指標見表1。

由于能值分析計算涉及的能量流計算比較復雜，本文依據表1構建的區域社會-生態-水資源系統綜合評價指標體系，補充說明系統能值計算中涉及的表達式，進一步細化能值流計算方法見表2。

2.4 能值指標綜合評價模型

2.4.1 能值指標數據標準化及權重計算

采用極差法標準化處理指標數據，消除量綱。指標權重反映其重要程度。本文采用熵權法和變異系數法確定指標權重^［27-28］，見表3。

2.4.2 綜合評價模型

根據社會-生態-水資源復合系統的耦合關系，建立社會、生態和水資源三大子系統的綜合評價指數計算模型為：

式中 S（x）、E（y）、W（z）——社會、生態和水資源各子系統的綜合評價指數；s_i、e_i、w_i——各子系統中各評價指標的標準化值；x^*_ij、y^*_ij、z^*_ij——各子系統中各評價指標的權重，為了科學客觀評價滇中地區系統權重，采用社會系統9個指標綜合權重之和、生態系統5個指標綜合權重之和、水資源系統8個指標綜合權重之和作為子系統權重；m、n、p——各子系統中評價指標個數。

2.4.3 耦合協調度模型

式中 T——復合系統的綜合評價系數；α、β、γ——社會、生態和水資源系統的重要程度；C——耦合度；D——耦合協調度；其余符號意義同前。

通過計算各子系統的綜合評價指數相對值，設置不同等級的判別標準，將復合系統的耦合協調度發展關系劃分為不同類型^［29-30］，見表4。

3 結果與分析

3.1 計算結果

對滇中地區2006—2020年各州市各評價指標原始數據進行標準化處理后，運用Spass統計分析軟件計算滇中地區社會-生態-水資源系統耦合協調發展評價綜合指標權重，利用式（1）計算滇中地區2006—2020年各州市社會、生態和水資源三大子系統的綜合評價指數，最后依據式（2）、（3）、（4）計算滇中地區復合系統協調度、耦合度及耦合協調度，計算結果見圖3。

3.1.1 子系統發展指數評價

計算滇中地區2006—2020年各州市社會、生態、水資源三大子系統綜合評價指數，對各系統綜合評價指數繪制熱圖見圖3a、3b、3c。圖3a近15 a 7個州市社會子系統綜合發展指數處于0.09～0.28，昆明市高于其他6個州市，表明昆明市社會經濟發展狀況較好。圖3b與3c發展趨勢相似，均為前期系統發展落后，中期發展有所提升，后期較中期有所回落；近15 a 7個州市生態、水資源子系統綜合發展指數分別處于0.03～0.21、0.03～0.23。綜合分析，可知滇中地區2006—2020年各州市社會子系統整體相較于生態子系統與水資源子系統處于優先發展位置，其子系統綜合發展指數最高為 0.28，最低為0.09，最高與最低值均高于其他2個子系統。

3.1.2 復合系統綜合評價

圖3d、3e、3f分別為復合系統協調度（T）、耦合度（C）、耦合協調度（D）熱圖。總體上看，滇中地區各州市復合系統耦合度略高于協調度，近15 a七州市耦合協調度處于0.59～0.75。圖d中，玉溪近15 a的復合系統協調度為0.3左右，其余6個州市均為0.3以下，說明相較于其他州市，玉溪社會經濟、生態環境、水資源三者間協調性相對較好。從圖3e色帶看，近15 a大多數州市的耦合度高于0.3，少數低于0.3，最低為0.21。從圖3f總體發展趨勢看，2006—2020年7個州市復合系統耦合協調度值表現出明顯的上升趨勢，呈現出整體正向發展態勢，其中紅河與麗江兩州市正向發展態勢較明顯，其中大多數州市復合系統耦合協調度處于0.6～0.7，最高值0.75出現在2012年的昆明市，最低值0.59則為2006年的紅河州。

3.2 評價結果

根據前述計算模型及劃分等級方法分析計算復合系統耦合協調度等級評價結果見表5。

整體上，滇中地區近15 a除2006年紅河地區處于V級外，其余州市均達到IV級及以上，多數為IV級，最高達到III級，說明滇中地區社會-生態-水資源耦合協調發展狀況處于初中等級，要達到良好與優質耦合協調發展，必須采取有效措施提高其綜合協調發展。昆明與麗江，近15 a共有7 a達到III級，其余年份也均達到IV級，屬于滇中地區復合系統耦合協調發展較好的兩個市。曲靖與楚雄近15 a均處于IV級，發展變化不大。玉溪與大理相對于昆明與麗江，其復合系統耦合協調發展相對較弱，僅有5 a達到III級，其余年份均為IV級。相對于其他州市，紅河的復合系統耦合協調發展情況較復雜，近15 a涉及III、IV、V級3個發展階段。從時間趨勢上看，2006—2019年，滇中地區復合耦合協調發展等級趨于正向發展，2020年部分地區有所下降。

3.3 耦合協調度空間分布特征

為了分析滇中地區社會-生態-水資源系統耦合協調度空間分布特征，選取典型年份2006、2010、2015、2020年等4 a數據，運用ArcGIS軟件繪制耦合協調度空間分布（圖4）。

圖4a中，2006年空間分布呈現北高南低趨勢，位于滇中地區北部的昆明、曲靖、麗江、玉溪、大理和楚雄等六州市均處于初級耦合協調發展階段（0.6～0.7），位于滇中地區最南邊的紅河地區其復合系統耦合協調度低于0.6，處于勉強耦合協調發展階段。圖4b隨著時間遷移，2010年相較于2006年有所好轉，7個州市均有所增加且均達到協調發展階段，其中處于中級耦合協調發展階段的地區是昆明、玉溪兩州市為0.7以上，其余5個州市均處于初級協調階段。圖4c中，2015年空間分布出現西高東低趨勢，麗江市由2010年的初級上升為中級，其余大理、昆明、玉溪、楚雄、紅河和曲靖等六州市均處于初級耦合協調發展階段。圖4d中，2020年滇中地區大體呈現“四周高中間低”的盆地形分布，麗江市仍領先滇中地區其他州市處于中級耦合協調發展階段，其余州市均處于初級耦合協調發展階段。

4 結論與展望

本文基于能值分析與二元水資源可持續理論，構建了區域社會-生態-水資源系統能值評價指標體系，對滇中地區社會-生態-水資源系統耦合協調度進行研究，主要結論如下。

a）近15 a滇中各州市社會子系統整體處于優先發展時期，水資源與生態環境系統狀況不太理想，其根本原因是水資源比較短缺、生態環境復雜，建議建立完善的水資源調配與生態環境保護機制，以優化配置水資源和高效利用生態價值，確保水資源可持續利用和生態環境友好發展。

b）2006—2020年各州市復合系統耦合度略高于協調度，耦合協調度值有所提升，并呈現出整體正向發展態勢，紅河與麗江市正向發展態勢較明顯，未來應進一步加強優化協調滇中地區社會經濟與水資源管理及生態環境保護三者間的比重，為實現人-自然-水資源發展奠定基礎。

c）除2006年紅河州處于V級外，滇中地區其余州市復合系統耦合協調等級均達到IV級以上，最高達到III級。滇中地區整體呈現協調發展態勢，未來需多關注紅河地區協調發展狀況。

d）從滇中地區耦合協調度空間分布情況看，麗江市后期增勢較好，領先其它州市處于中級耦合協調發展階段，其余州市均處于初級耦合協調發展階段，從側面也反映出滇中引水選取麗江為供水區的決策在一定程度上協調了麗江地區復合系統的綜合發展。

為進一步分析研究滇中地區水資源、社會經濟、生態環境系統間耦合協調變化內生原因，后續將結合系統間耦合協調變化特征及影響因子分析進行研究。

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（責任編輯：高天揚）