張　慧　于魯冀　梁　靜

（鄭州大學環(huán)境技術咨詢工程公司，河南　鄭州　450001）

·科技預測與評價·

基于改進TOPSIS模型的淮河流域社會經濟水資源水環(huán)境協(xié)調發(fā)展問題識別研究

張慧于魯冀梁靜

（鄭州大學環(huán)境技術咨詢工程公司，河南鄭州450001）

隨著城鎮(zhèn)化、工業(yè)化的快速發(fā)展，社會、經濟與資源環(huán)境之間的矛盾將越來越突出。為有效識別流域內各城市的復合系統(tǒng)協(xié)調發(fā)展狀況，該文從社會、經濟、水資源、水環(huán)境4個方面選取了26個指標構建了淮河流域城市復合系統(tǒng)協(xié)調發(fā)展評價體系，采用改進的TOPSIS模型，評價了淮河流域（河南?。?個城市的社會經濟水資源水環(huán)境協(xié)調狀況，并識別了影響協(xié)調發(fā)展狀況的主要因素，對未來城市社會經濟資源環(huán)境協(xié)調發(fā)展指出主要方向。

協(xié)調發(fā)展；淮河流域；改進TOPSIS模型

淮河流域是我國七大重要流域之一，由于土地肥沃且便于灌溉，歷來為人口集聚、糧食生產的核心區(qū)，流域內土地及水資源開發(fā)利用程度較高，導致目前經濟環(huán)境發(fā)展沖突相對較為嚴重。具體表現(xiàn)為流域城市整體經濟發(fā)展水平不高，水環(huán)境質量惡化與水資源利用日趨緊張等問題并存，流域社會經濟環(huán)境資源協(xié)調發(fā)展面臨著一定的挑戰(zhàn)。由于在上下游之間，流域的水資源利用及水環(huán)境質量改善具有一定的關聯(lián)性，國內外已經開展了大量以流域為對象，以協(xié)調流域之間水資源利用、控制流域水污染、改善流域水環(huán)境質量為主的相關研究，而國內目前從流域上下游之間關聯(lián)角度出發(fā)，對流域內城市協(xié)調發(fā)展的相關研究較少［1-3］。結合淮河流域經濟社會環(huán)境資源環(huán)境特點，建立流域內城市協(xié)調發(fā)展評價模型，通過識別城市協(xié)調發(fā)展短板，是十分必要也是有意義的。

目前，國內外對經濟與環(huán)境協(xié)調發(fā)展已有不少研究，主要研究思路為建立一套能夠量化的指標系，掌握和評價經濟與環(huán)境的相互影響程度，識別制約瓶頸，指導區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。例如李名升等［4］根據經濟系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)本身的特點，結合已有研究成果，將經濟系統(tǒng)分解為經濟規(guī)模、經濟活力、經濟結構、經濟效益四個要素層，將將環(huán)境系統(tǒng)分解為生態(tài)建設、環(huán)境質量、污染物排放量、污染控制、環(huán)境管理五個要素層，構建一套評價經濟、環(huán)境系統(tǒng)特征值的指標體系。李智國［5］以云南省為研究對象，構建社會經濟與資源環(huán)境協(xié)調發(fā)展評價指標體系，在社會經濟指標方面，主要從區(qū)域發(fā)展的總量水平、質量狀況和流量水平來構建，資源環(huán)境系統(tǒng)主要從自然資源條件、生態(tài)環(huán)境壓力和生態(tài)環(huán)境治理保護來構建。

現(xiàn)有的城市協(xié)調發(fā)展評價對協(xié)調發(fā)展的評價指標體系及協(xié)調發(fā)展評價模型研究較多，初步具有協(xié)調發(fā)展研究的一定成果，但在對協(xié)調發(fā)展研究多集中在經濟、環(huán)境兩個方面，有些擴展至社會，甚少有從流域上下游的角度考慮經濟、社會、水資源、水環(huán)境四個方面的協(xié)調發(fā)展問題，且在研究或方法上有一定的主觀性，多由決策者主觀判斷，或是計算方法和過程較為復雜，忽視了不同指標屬性和地位，而TOPSIS模型具有能夠進行橫向、縱向對比分析且計算簡單的優(yōu)點，從原始數據獲得權重，相對客觀真實。鑒于此，本文以淮河流域（河南省段）城市為例，通過建立淮河流域城市經濟與環(huán)境協(xié)調發(fā)展評價體系，采用改進的TOPSIS模型，對淮河流域（河南?。?個城市的社會經濟環(huán)境資源協(xié)調發(fā)展狀況進行實證研究，并識別影響協(xié)調發(fā)展狀況的主要因素，為區(qū)域城市提升協(xié)調發(fā)展水平提供方法支撐和現(xiàn)實依據。

1　研究區(qū)域和數據來源

1.1研究區(qū)概況

淮河是中國南北方的一條自然氣候分界線，中國1 月0℃等溫線和800毫米平均等降水線大致沿淮河和秦嶺一線分布。河南省淮河流域地表水資源受地形地貌的影響，地區(qū)分布極為不均，基本分布為南部大于北部，山區(qū)大于平原，且由西至東遞減。2012年人均水資源量為277立方米，約為全國平均水平的1/7流域內以農業(yè)用水占比最高，達到53.3%，其次為生活、工業(yè)用水，占比分別為23.4%、23.3%。

河南省淮河流域位于淮河流域中上游，包括信陽、周口、漯河、許昌、平頂山、開封、商丘7個城市全部及鄭州、洛陽、南陽、駐馬店4個城市的部分區(qū)域，共涉及11個省轄市82個縣（市、區(qū)），面積8.83萬km2，占淮河流域總面積的32.7%，占河南省總面積的52.8%。洛陽及南陽只有一個縣屬于淮河流域，考慮數據的代表性，本次研究中不考慮洛陽及南陽，研究區(qū)域為其他9各省轄市。

1.2數據來源

研究數據主要涉及社會經濟發(fā)展、水環(huán)境質量、污染排放、水資源等資料與數據，數據來源為研究區(qū)域內各城市的統(tǒng)計年鑒、地方國民經濟與社會發(fā)展統(tǒng)計公報、地方政府工作報告、河南省水資源公報、淮河流域水資源公報、環(huán)境監(jiān)測年鑒、在線監(jiān)測數據、環(huán)境統(tǒng)計數據、污染物普查更新數據、現(xiàn)場調研數據?？紤]數據的可獲得性，數據時限為2006年至2012年。

2　研究方法

2.1協(xié)調發(fā)展內涵界定

關于協(xié)調發(fā)展，國內不少學者針對“協(xié)調”“發(fā)展”“協(xié)調度”等有不少研究值得借鑒，例如，王維國［3］認為既不能離開系統(tǒng)的演化來討論協(xié)調，把協(xié)調當成結構穩(wěn)定的同義語，也不能把協(xié)調等同于平衡，把協(xié)調范疇僅僅歸結為系統(tǒng)結構的靜態(tài)比例關系。協(xié)調應是發(fā)展的一種規(guī)定，是對系統(tǒng)的各種因素和屬性之間的動態(tài)相互作用關系及其程度的反映。協(xié)調是以實現(xiàn)系統(tǒng)總體的演進目標為目的，因此協(xié)調是指為實現(xiàn)系統(tǒng)總體演進的目標，各子系統(tǒng)或各要素之間相互協(xié)作、相互配合、相互促進形成的一種良性循環(huán)態(tài)勢［6］。廖重斌，張富［7］為：“發(fā)展”是指系統(tǒng)或系統(tǒng)組成要素本身從小到大、從簡單到復雜、從低級到高級、從無序到有序的變化過程。因此“發(fā)展”可被全面的理解為：①發(fā)展是一個動態(tài)的過程；②發(fā)展不是單一的某一方面的發(fā)展，是綜合系統(tǒng)的全面發(fā)展；③發(fā)展是從低級到高級的進化過程。

城市作為一個包含一定結構、功能的系統(tǒng)，從流域角度分析其協(xié)調發(fā)展，可將其水相關系統(tǒng)的具體組成分為社會、經濟、水資源、水環(huán)境，其協(xié)調發(fā)展的內涵主要為各子系統(tǒng)之間相互和諧統(tǒng)一，在實現(xiàn)城市總體更優(yōu)的目標演進中，各子系統(tǒng)或各要素之間相互協(xié)作、相互配合、相互促進形成的一種良性循環(huán)態(tài)勢；最終體現(xiàn)的是社會文明發(fā)展、經濟持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展、水資源合理有效利用、水環(huán)境良性循環(huán)、城市整體發(fā)展水平更優(yōu)。

2.2協(xié)調發(fā)展評價指標體系建立

本研究在淮河流域社會、經濟、水資源與水環(huán)境特征要素分析的基礎上，依據社會、經濟、水資源、水環(huán)境各自系統(tǒng)內涵先建立指標目標層，其中社會子系統(tǒng)選取人口發(fā)展水平、生活水平兩個特征要素反映社會子系統(tǒng)的發(fā)展變化；經濟子系統(tǒng)選擇經濟實力、經濟結構、經濟活力三個方面對經濟子系統(tǒng)發(fā)展進行評價；水資源子系統(tǒng)主要考慮水資源豐度和水資源利用效率兩個方面對其發(fā)展進行評價；水環(huán)境子系統(tǒng)主要從環(huán)境壓力、環(huán)境質量、環(huán)境治理三個方面對其進行表征和評價。

通過社會經濟與資源環(huán)境協(xié)調發(fā)展相關研究指標進行統(tǒng)計，選取頻次較高的指標，并采用Spas軟件對指標之間進行相關分析，剔除指標之間相關程度過高的指標，最終建立流域復合系統(tǒng)協(xié)調發(fā)展評價指標。

2.3數據處理及識別過程

TOPSIS（Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution）是一種多目標決策方法，由Wang和Yoon于1981年首次提出，TOPSIS（逼近理想排序法）原理是通過測度優(yōu)先方案中的最優(yōu)方案和最劣方案，分別計算出各評價對象與最優(yōu)方案和最劣方案的距離，獲得各評價對象與最優(yōu)方案的相對接近程度，以此來對評價對象進行評價排序，具有計算簡便，對樣本量要求不大以及結果合理的優(yōu)勢。與傳統(tǒng)的TOPSIS相比，改進的TOPSIS法主要針對評價對象與正理想解和負理想解得評價公式進行了改進，然后求出各個方案與理想值、負理想值之間的加權歐式距離，由此得出各方案與最優(yōu)方案的接近程度，作為評價方案優(yōu)劣的標準［8］。具體步驟如下

假設一多屬性決策問題有m個備選方案A1，A2，…Am，同時有 n個決策屬性（指標）R1，R2，…，Rm，其評價值構成決策矩陣。

第一步，評價指標無量綱化

對于正向指標，

對于逆向指標，

表1　流域城市復合系統(tǒng)協(xié)調發(fā)展指標體系

第二步，指標權重確定，構建加權的決策矩陣。采用變異系數法確定指標權重，變異系數法是一種直接對指標數據進行數學處理求取指標權重的客觀賦權方法。具體步驟如下：

①計算第i項指標的變異系數

其中，vi為第i項指標的變異系數；Si和xi分別為第i項指標的標準差和平均值，

②確定第i項指標的權重

其中，woi為第i項指標的權重，且∑woi=1（i=1，2，…，n，n為指標個數）。一般來說，權重越接近1，說明對應指標越重要。

第三步，計算加權規(guī)范決策矩陣

Woi=其加權值為：υij=ωj·nij（ωj為Rj的權重，）

第四步，計算某個方案與理想解的分離度：

若di＞-0.1，說明方案的加權決策值的和大于協(xié)調發(fā)展臨界值的加權決策值的和，有利于系統(tǒng)協(xié)調發(fā)展，為系統(tǒng)協(xié)調發(fā)展的有利因素。

若di＞-0.1，說明方案的加權決策值的和小于協(xié)調發(fā)展臨界值的加權決策值的和，不利于系統(tǒng)協(xié)調發(fā)展，為系統(tǒng)協(xié)調發(fā)展的不利因素。

第五步，依據各要素與理想解分離度的大小，判斷對系統(tǒng)協(xié)調發(fā)展的有力支撐程度與不利程度，形成協(xié)調發(fā)展問題識別依據。

3　結果與分析

3.1流域系統(tǒng)協(xié)調發(fā)展問題識別

根據改進TOPSIS模型和協(xié)調發(fā)展指標目標值標準，計算流域綜合評價要素的分離系數，以分離系數評價要素層指標對河南省淮河流域協(xié)調發(fā)展的影響，評價結果如表2所示。

表2　河南省淮河流域社會經濟水資源水環(huán)境協(xié)調發(fā)展分離系數計算結果

從表2可以看出，流域要素層指標分離系數均為負數，說明要素層指標距離目標值仍有距離，流域要素層不能促進流域協(xié)調發(fā)展。但流域發(fā)展最為突出的問題為經濟發(fā)展、生活水平相對較低。就淮河流域來看，目前仍以傳統(tǒng)農業(yè)為主，農業(yè)現(xiàn)代化進程速度較慢，致使農業(yè)產出效率較低，這也是影響河南省淮河流域協(xié)調發(fā)展的重要影響因素。

其次，工業(yè)以煤炭、電力、農產品加工為主，工業(yè)基礎差、底子薄，工業(yè)企業(yè)布局存在一定的問題，流域工業(yè)以煤炭、電力以及農副產品為原料的食品、輕紡工業(yè)為主，這些工業(yè)企業(yè)的資源消耗大，環(huán)境污染嚴重。行業(yè)的污染物排放量貢獻率與其對經濟增長的貢獻率不成比例，導致流域工業(yè)結構性污染問題十分突出。第二產業(yè)比重較大會使整個區(qū)域經濟受到更強的資源、環(huán)境約束，但流域經濟發(fā)展水平落后，要使在發(fā)展經濟的同時，擺脫資源、環(huán)境的雙重約束，不但應該對三次產業(yè)間而且應對三次產業(yè)內部結構進行優(yōu)化。

3.2流域內各城市系統(tǒng)協(xié)調發(fā)展問題識別

根據改進TOPSIS模型和協(xié)調發(fā)展指標目標值標準，計算流域內各城市評價要素的分離系數，以分離系數評價要素層指標對城市協(xié)調發(fā)展的影響，評價結果如表3所示。

表3　河南省淮河流域社會經濟水資源水環(huán)境協(xié)調發(fā)展分離系數計算結果

根據要素層指標對鄭州市協(xié)調發(fā)展的影響結果可知，環(huán)境治理、經濟結構、經濟活力、資源利用分離度計算結果相對較小，分別為-0.004、-0.041、-0.020、-0.018，表示鄭州市環(huán)境治理力度、經濟結構、經濟活力及資源利用水平與理想標準值差距較小，為鄭州市協(xié)調發(fā)展的相對有利因素。鄭州市協(xié)調發(fā)展中經濟水平及環(huán)境質量對鄭州市協(xié)調發(fā)展的不利影響最大，其分離度計算分別為-0.224、-0.179。影響協(xié)調發(fā)展的不利指標主要為人均GDP、人均財政收入、人均固定資產投資、國省控斷面水質表達率，以上四個指標與目標值差距較大。

開封市協(xié)調發(fā)展中經濟水平、環(huán)境質量及環(huán)境壓力對開封市協(xié)調發(fā)展的不利影響最大，其分離度計算分別為-0.396、-0.231、-0.207。影響協(xié)調發(fā)展的不利指標主要為人均GDP、人均財政收入、人均固定資產投資、國省控斷面水質達標率，單位工業(yè)值COD排放量、單位工業(yè)值氨氮排放量，以上六個指標與理想標準值差距較大。

許昌市協(xié)調發(fā)展中經濟水平、生活水平、環(huán)境質量對許昌市協(xié)調發(fā)展的不利影響最大，其分離度計算分別為-0.344、-0.201、-0.134。影響協(xié)調發(fā)展的不利指標主要為城鎮(zhèn)居民人均可支配收入、人均財政收入、人均水資源量、氨氮環(huán)境承載率4個指標與理想標準值差距較大。

漯河市經濟活力、環(huán)境治理、環(huán)境壓力與理想標準值差距較小，為漯河市協(xié)調發(fā)展的相對有利因素。協(xié)調發(fā)展中經濟水平、生活水平、人口狀況對漯河市協(xié)調發(fā)展的不利影響最大，其分離度計算分別為-0.374、-0.253、-0.179。影響協(xié)調發(fā)展的不利指標主要為人口自然增長率、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入、人均財政收入、第三產業(yè)比重5個指標與目標值差距較大。

商丘市協(xié)調發(fā)展中經濟水平、生活水平、環(huán)境壓力對商丘市協(xié)調發(fā)展的不利影響最大，其分離度計算分別為-0.416、-0.277、-0.118。影響協(xié)調發(fā)展的不利指標主要為人均GDP、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入、人均財政收入、單位工業(yè)增加值COD排放率、單位工業(yè)增加值氨氮排放率、COD環(huán)境承載力、氨氮環(huán)境承載力率7個指標與理想標準值差距較大。

信陽市協(xié)調發(fā)展中經濟水平、生活水平、資源利用、人口狀況對信陽市協(xié)調發(fā)展的不利影響最大，其分離度計算分別為-0.402、-0.354、-0.122、0.207。影響協(xié)調發(fā)展的不利指標主要為城鎮(zhèn)居民人均可支配收入、農村居民人均純收入、城鎮(zhèn)居民家庭恩格爾系數、人均GDP、第二產業(yè)比重、單位工業(yè)增加值用水量、有效灌溉率7個指標與目標值差距較大。

周口市協(xié)調發(fā)展中經濟水平、生活水平、人口狀況、資源利用對周口市協(xié)調發(fā)展的不利影響最大，其分離度計算分別為-0.428、-0.292、-0.185、0.154。影響協(xié)調發(fā)展的不利指標主要為城鎮(zhèn)居民人均可支配收入、農村居民人均純收入、人均GDP、人口密度、人均財政收入、人均固定資產投資、工業(yè)重復用水率、城鎮(zhèn)生活污水處理率8個指標與目標值差距較大。

駐馬店市協(xié)調發(fā)展中經濟水平、生活水平、人口狀況對駐馬店市協(xié)調發(fā)展的不利影響最大，其分離度計算分別為-0.420、-0.252、-0.195。影響協(xié)調發(fā)展的不利指標主要為城鎮(zhèn)化水平、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入、農村居民人均純收入人均GDP、第二產業(yè)比重、單位工業(yè)增加值COD排放量、單位工業(yè)增加值氨氮排放量7個指標與目標值差距較大。

4　結論

第一，通過流域及流域內城市系統(tǒng)協(xié)調發(fā)展問題識別發(fā)現(xiàn)：社會經濟的發(fā)展與水資源環(huán)境質量的保護之間矛盾沖突較為集中，社會經濟實力的增強或多或少的都要以犧牲環(huán)境為代價，而資源環(huán)境質量好的地區(qū)，其社會經濟發(fā)展水平又相對比較落后，在鄭州和信陽得到了具體的表現(xiàn)。社會經濟發(fā)展與資源環(huán)境質量之間并非是完全對立的，四者之間存在協(xié)調發(fā)展的可能性。如鄭州，經濟實力都較強，雖然原有環(huán)境基礎較差，但在經濟持續(xù)發(fā)展的過程中同時注重對環(huán)境的保護和治理，環(huán)境質量得到了實質性的改善，并有繼續(xù)好轉趨勢，經濟與環(huán)境之間有望取得良好的協(xié)調發(fā)展狀態(tài)。

第二，流域及各城市協(xié)調發(fā)展的首要問題仍然是經濟發(fā)展水平較低，但城市之間又有所區(qū)別，其中鄭州、平頂山、駐馬店的環(huán)境質量也是影響其協(xié)調發(fā)展的關鍵因素；信陽、周口的人口狀況是其協(xié)調發(fā)展面臨一大壓力。

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Identification Research on theCoordinative Development between Society-Economic-Water Resources and Surrounding Water
Environment in Huaihe Basin based on Improving TOPSIS Model

Zhang HuiYu Luji Liang Jing
（Environmental Technology and Consulting Engineering Company，Zhengzhou University，Zhengzhou Henan 450002）

With the rapid development of urbanization，industrialization，the contradiction between society，economy and resources environment will be more and more prominent.To effectively identify coordinated development of cities composite system in the basin，in this paper，from the four aspects of society，economy，water resources and water environment，26 indicators areselectedto build the Huaihebasincity composite system coordinated development evaluation system.With the improved TOPSIS model，the coordination between society，economy，water resources and water environment of nine cities inHuaihebasin（Henan province）is evaluated，and the main factors affecting the coordinated development are identified，which has pointed out the main direction for the coordinated development between society，economy，resources and environment in the future cities.

coordinated development；Huaihebasin（Henan）；improved TOPSIS model.

F127

A

1671-0037（2016）07-25-5

2016-6-2

張慧（1982-），女，碩士，工程師，研究方向：環(huán)境規(guī)劃與環(huán)境經濟。