汪順生，楊金月，王愛(ài)麗，陳春來(lái)，柳騰飛

(1：華北水利水電大學(xué)水利學(xué)院，鄭州 450046) (2：黃河流域水資源高效利用省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，鄭州 450046) (3：新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院(集團(tuán))有限責(zé)任公司，烏魯木齊 830000)

黃河流域生態(tài)保護(hù)與高質(zhì)量發(fā)展是國(guó)家重大戰(zhàn)略之一[1]，區(qū)域水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)是一類(lèi)重要的復(fù)合系統(tǒng)，水資源的開(kāi)發(fā)利用以生態(tài)和經(jīng)濟(jì)為基礎(chǔ)[2-3]. 隨著河南省社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，發(fā)展的不平衡不充分問(wèn)題日益顯現(xiàn)，水資源、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的矛盾尤為凸顯[4-5]. 加強(qiáng)水資源管理，助力社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，貫徹新發(fā)展理念，實(shí)現(xiàn)生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益相統(tǒng)一，河南省黃河流域可持續(xù)發(fā)展、高質(zhì)量發(fā)展成為關(guān)鍵.

近年來(lái)，復(fù)合系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度研究逐漸成為研究熱點(diǎn). 焦士興等[6]基于層次分析法和耦合協(xié)調(diào)度模型，對(duì)河南省城鎮(zhèn)化與水資源系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行研究. 張曉昱等[7]引入耦合協(xié)調(diào)度模型和空間自相關(guān)指數(shù)，對(duì)城市經(jīng)濟(jì)-環(huán)境-社會(huì)3個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)性分析. 吳新靜等[8]對(duì)河南省鄉(xiāng)村人口-經(jīng)濟(jì)-土地系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展進(jìn)行研究，為實(shí)現(xiàn)河南省鄉(xiāng)村振興提供參考依據(jù). 劉晏冰等[9]對(duì)城市人與自然協(xié)調(diào)度進(jìn)行研究，為城市生態(tài)文明建設(shè)與可持續(xù)發(fā)展提供參考依據(jù). 趙榮欽等[10]對(duì)區(qū)域“水-土-能-碳”耦合系統(tǒng)進(jìn)行研究，提出了未來(lái)研究方向. Gao[11]等對(duì)甘肅省水環(huán)境和農(nóng)村發(fā)展進(jìn)行耦合協(xié)調(diào)度研究，研究結(jié)果對(duì)于進(jìn)一步定量分析中國(guó)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)與水環(huán)境的相互作用與反饋機(jī)制有重要意義. 還有部分學(xué)者對(duì)耦合協(xié)調(diào)度進(jìn)行預(yù)測(cè)，其中周成、凌立文和蔡文靜等[12-14]應(yīng)用 GM 模型預(yù)測(cè)不同區(qū)域耦合協(xié)調(diào)度，對(duì)區(qū)域未來(lái)發(fā)展進(jìn)行分析. 韓瑞玲等[15]選擇 ARMA 模型對(duì)沈陽(yáng)經(jīng)濟(jì)區(qū)復(fù)合系統(tǒng)進(jìn)行短期預(yù)測(cè)，為解決沈陽(yáng)經(jīng)濟(jì)區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)之間的矛盾提供參考依據(jù). 曹青青[16]基于 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)西部地區(qū)復(fù)合系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展水平進(jìn)行預(yù)測(cè)，為加快西部建設(shè)提供參考.

當(dāng)前已有較多學(xué)者對(duì)復(fù)合系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度進(jìn)行研究，部分學(xué)者對(duì)耦合協(xié)調(diào)度進(jìn)行預(yù)測(cè)，但預(yù)測(cè)方法較為單一. 因此本文以河南省黃河流域?yàn)檠芯繀^(qū)域，建立水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，通過(guò)組合權(quán)重法確定各指標(biāo)權(quán)重，構(gòu)建河南省黃河流域水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)評(píng)價(jià)模型，探究水資源、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)3個(gè)子系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r，并通過(guò) ARIMA-GM 組合模型預(yù)測(cè)河南省黃河流域未來(lái)5年的耦合協(xié)調(diào)度發(fā)展趨勢(shì)，以期為河南省黃河流域資源集約利用與綠色協(xié)調(diào)高質(zhì)量發(fā)展提供理論依據(jù).

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

河南省(31°23′～36°22′N(xiāo)，110°21′～116°39′E)地處黃河流域中下游交匯處，是全國(guó)重要的綜合交通樞紐及人流物流信息流中心. 黃河是中國(guó)的第二大河，流經(jīng)河南省鄭州市、開(kāi)封市、洛陽(yáng)市、安陽(yáng)市、新鄉(xiāng)市、濮陽(yáng)市、三門(mén)峽市、濟(jì)源市和焦作市共9座城市. 河南省黃河流域是黃河流經(jīng)區(qū)域地形地貌特征最為特殊的區(qū)域，特殊的地理位置決定了其具有特殊性，如河水流速放緩、河道陡然變寬、泥沙淤積嚴(yán)重，導(dǎo)致歷史上水患頻仍、防洪壓力極大. 此外，河南省黃河流域城市例如鄭州、洛陽(yáng)等重要的城市，人口眾多，工商業(yè)發(fā)達(dá)，各種用水需求量極大，相對(duì)于河南省其他城市而言，面臨著更加嚴(yán)峻的資源問(wèn)題和生態(tài)問(wèn)題[17].

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

對(duì)河南省水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展程度進(jìn)行研究，其中所用到的數(shù)據(jù)來(lái)源于2000-2019年《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》《河南省統(tǒng)計(jì)年鑒》《河南省水資源公報(bào)》《河南省環(huán)境狀況公報(bào)》，2000-2019年河南省黃河流域各市級(jí)統(tǒng)計(jì)年鑒、水資源公報(bào)，2000-2019年《黃河水資源公報(bào)》等.

2 研究方法

2.1 指標(biāo)體系構(gòu)建

河南省在整個(gè)黃河流域的發(fā)展中，站在非常重要的地理位置，本文以維護(hù)黃河生態(tài)安全，維持黃河健康生命為目標(biāo)，依據(jù)指標(biāo)構(gòu)建的原則和方法[18-19]，針對(duì)河南省黃河流域水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)耦合系統(tǒng)進(jìn)行和諧程度量化分析. 其中，水資源子系統(tǒng)所選指標(biāo)主要涉及水資源總量、資源開(kāi)發(fā)利用水平兩個(gè)方面；經(jīng)濟(jì)社會(huì)子系統(tǒng)主要考慮社會(huì)發(fā)展?fàn)顩r、地區(qū)經(jīng)濟(jì)水平；生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)則主要體現(xiàn)地區(qū)水生態(tài)、水環(huán)境狀況. 綜上，構(gòu)建了水資源、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)3個(gè)準(zhǔn)則層，包含人均水資源量、年平均降雨量等共27個(gè)指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系. 具體如表1所示.

表1 河南省黃河流域水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.2 目標(biāo)值確定

表2 指標(biāo)目標(biāo)值確定參考城市

目前關(guān)于耦合協(xié)調(diào)發(fā)展評(píng)價(jià)指標(biāo)目標(biāo)值的確定并無(wú)統(tǒng)一的方法，參考我國(guó)生態(tài)城市、高質(zhì)量發(fā)展城市、生態(tài)文明城市在確定指標(biāo)目標(biāo)值時(shí)多采用未來(lái)某個(gè)時(shí)期的規(guī)劃目標(biāo)值、期望值或理想值，或采用某一典型城市或理想城市的數(shù)值作為標(biāo)準(zhǔn)[20]. 遵循指標(biāo)選取原則：首選已有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)；參考我國(guó)生態(tài)城市，環(huán)保模范城市，高質(zhì)量發(fā)展與新能源經(jīng)濟(jì)城市等相關(guān)指標(biāo)值；采用專(zhuān)家咨詢(xún)法. 根據(jù)《2020中國(guó)城市競(jìng)爭(zhēng)力報(bào)告》中經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力城市、高質(zhì)量發(fā)展城市和宜居城市的評(píng)價(jià)結(jié)果及《新資源經(jīng)濟(jì)城市指數(shù)報(bào)告》中新資源經(jīng)濟(jì)城市評(píng)價(jià)結(jié)果，選取排名靠前的城市作為典型城市，最終選取4類(lèi)8個(gè)城市，結(jié)果見(jiàn)表2.

黃河流域高質(zhì)量發(fā)展不僅要注重經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展，而且要注重社會(huì)、生態(tài)等方面的高質(zhì)量發(fā)展，其內(nèi)涵具有多維性、系統(tǒng)性、動(dòng)態(tài)性和長(zhǎng)期性[21]. 河南省黃河流域下一步發(fā)展的著力點(diǎn)是把河南省經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展跟生態(tài)文明保護(hù)結(jié)合起來(lái)，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，更好地嵌入生態(tài)文明的理念[22-24]. 參考我國(guó)排名靠前的經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力城市、可持續(xù)發(fā)展城市、宜居城市和新資源經(jīng)濟(jì)城市，結(jié)合河南省黃河流域發(fā)展的內(nèi)涵和下一步發(fā)展著力點(diǎn)，確定河南省黃河流域水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展目標(biāo)值，具體如表3所示，由于篇幅有限，此處只展示部分指標(biāo)目標(biāo)值.

表3 水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展指標(biāo)目標(biāo)值

2.3 組合權(quán)重法

本文在充分考慮不同因子之間的關(guān)聯(lián)性、綜合因子對(duì)最終結(jié)果的影響程度、單一權(quán)重法易出現(xiàn)誤差的基礎(chǔ)上，擬采用組合權(quán)重法計(jì)算河南省黃河流域20年的水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)27個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，通過(guò)主觀與客觀方法相結(jié)合的形式，使最終結(jié)果具有較強(qiáng)的可信度[25].

(1)層次分析法

層次分析法主要以定性和定量因素組合的多準(zhǔn)則決策方法，在結(jié)合專(zhuān)家打分的基礎(chǔ)上，確定兩兩指標(biāo)之間的耦合因素并篩選出相對(duì)重要的指標(biāo).

Yaahp軟件是一種層次分析法可視化建模與計(jì)算軟件[26]. Yaahp軟件在操作過(guò)程中，判斷矩陣值的輸入有兩種：一是可以選用判斷矩陣形式，二是以文字描述形式輸入，標(biāo)度可選擇e^(0/5)～e^(8/5)標(biāo)度或1～9標(biāo)度.

本文在 Delphi 法的基礎(chǔ)上結(jié)合Yaahp軟件進(jìn)行權(quán)重計(jì)算，計(jì)算步驟為：1)利用Yaahp軟件繪制層次結(jié)構(gòu)模型；2)基于 Delphi 法，采用 1～9 等級(jí)標(biāo)度法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)造判斷矩陣；3)一致性動(dòng)態(tài)顯示及檢查；4)計(jì)算結(jié)果導(dǎo)出.

(2)熵權(quán)法

利用熵權(quán)法確定權(quán)重主要是利用各指標(biāo)的效用值來(lái)計(jì)算權(quán)重的大小，一般而言，效用值越高，則結(jié)果對(duì)評(píng)價(jià)的重要性也就越大. 熵權(quán)法的具體計(jì)算步驟如下：

1)構(gòu)造判斷矩陣，使得該矩陣有n個(gè)樣本、m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)；

2)將判斷矩陣歸一化處理，并得到歸一化判斷矩陣A，表達(dá)式為R=(Xji)nm；

3)根據(jù)熵的定義，得到各指標(biāo)的熵，即：

(1)

4)利用熵值計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵權(quán)：

(2)

(3)組合權(quán)重法確定最終權(quán)重

由層次分析法得到的權(quán)重ci記為主觀權(quán)重，由熵權(quán)法得到的權(quán)重wi記為客觀權(quán)重，將ci和wi進(jìn)行線(xiàn)性組合，得到最終的權(quán)重值，記為Qi.其中Qi=aCi+bwi，a和b分別表示主觀權(quán)重和客觀權(quán)重的相對(duì)重要程度，滿(mǎn)足0≤a≤1，0≤b≤1且a+b=1.由于主觀法、客觀法均無(wú)法達(dá)到實(shí)際情況的需求，但是通過(guò)主觀賦值，往往更接近實(shí)際情況，因此，在利用組合權(quán)重法計(jì)算最終權(quán)重時(shí)，賦予主觀權(quán)重的因子更大一些，客觀權(quán)重的值相對(duì)小一些[27]，本文a和b取值分別為0.6和0.4.因此，得到組合權(quán)重的計(jì)算公式為Qi=0.6Ci+0.4wi，各指標(biāo)最終權(quán)重值如表4所示.

表4 各指標(biāo)最終權(quán)重值

2.4 耦合協(xié)調(diào)度模型

構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，即:

(3)

式中，f(x)、g(y)、h(z)分別代表各子系統(tǒng)的綜合效益；αi、βi、γi分別為各子系統(tǒng)中各指標(biāo)的權(quán)重；xi、yi、zi分別為描述各指標(biāo)的無(wú)量綱值[28].

本文涉及3個(gè)子系統(tǒng)，分別為水資源、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)子系統(tǒng)，構(gòu)建系統(tǒng)耦合度模型，即：

(4)

式中，C為耦合度，0≤C≤1.當(dāng)C處于0～0.3為低水平耦合階段，處于0.3～0.5為頡頏階段，處于0.5～0.8為磨合階段，處于0.8～1.0為高水平耦合階段.

根據(jù)水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)耦合度模型，可以計(jì)算出系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度D，本文認(rèn)為水資源子系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)和生態(tài)子系統(tǒng)同樣重要，即α=β=γ=1/3，計(jì)算水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)T，即：

(5)

T=α·f(x)+β·g(y)+γ·h(z)

(6)

式中，C為耦合度，D為耦合協(xié)調(diào)度，T為耦合協(xié)調(diào)發(fā)展水平的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，α、β、γ分別為各子系統(tǒng)的權(quán)重.

經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展時(shí)期，往往伴隨著資源消耗和環(huán)境污染，經(jīng)濟(jì)進(jìn)入發(fā)達(dá)時(shí)期，會(huì)更加注重水資源和生態(tài)環(huán)境的保護(hù). 本文在參考河南省黃河流域各城市水資源、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合前人經(jīng)驗(yàn)[29-31]，對(duì)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)型和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分，如表5所示：

2.5 ARIMA-GM組合模型

GM模型、ARIMA模型是經(jīng)典的預(yù)測(cè)模型[32-37]，而ARIMA-GM組合模型是一種通過(guò)對(duì)GM模型和ARIMA模型擬合結(jié)果進(jìn)行賦權(quán)加總而組合成新結(jié)果的預(yù)測(cè)模型，此方法具有趨利避害的特點(diǎn)[38-40]. 具體過(guò)程如下所示：

1)用熵權(quán)法對(duì)各模型進(jìn)行權(quán)重分配. 熵權(quán)法權(quán)重分配具體步驟上文2.2中已有，此處不再贅述.

2)通過(guò)賦權(quán)加總，計(jì)算組合模型的擬合及預(yù)測(cè)結(jié)果. 具體公式如下所示：

(7)

式中，wi為GM模型或ARIMA模型的權(quán)重，yi為GM模型或ARIMA模型擬合預(yù)測(cè)結(jié)果，Y為GM-ARIMA組合模型的擬合預(yù)測(cè)結(jié)果.

表5 耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)型和標(biāo)準(zhǔn)劃分

3 現(xiàn)狀分析與評(píng)價(jià)

3.1 現(xiàn)狀值分析

通過(guò)對(duì)河南省黃河流域內(nèi)9個(gè)市水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)指標(biāo)現(xiàn)狀值與目標(biāo)值對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)多數(shù)指標(biāo)現(xiàn)狀值與目標(biāo)值的差距較大. 水資源短缺、人均GDP小、第二產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏重和生態(tài)治理效果不顯著是制約河南省黃河流域水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)鍵性因素.

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，河南省黃河流域水資源供給與需求矛盾愈演愈烈. 2019年9個(gè)市人均水資源量、二產(chǎn)比例和生態(tài)環(huán)境用水率與目標(biāo)值對(duì)比結(jié)果如圖1所示. 從圖1a可以看出，2019年，河南省黃河流域內(nèi)9個(gè)市人均水資源量除三門(mén)峽市外，均未達(dá)到目標(biāo)值，遠(yuǎn)低于全國(guó)人均水資源量. 其中，鄭州市人均水資源量最低，為61.05 m3/人，原因是鄭州市作為新興城市，城市建設(shè)發(fā)展迅速，人口密度大，水資源總量相對(duì)較少. 圖1b可以看出，河南省是工業(yè)大省，工業(yè)是河南省經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重點(diǎn)，2019年河南省黃河流域內(nèi)9個(gè)市第二產(chǎn)業(yè)比例均高于目標(biāo)值. 圖1c可以看出，流域內(nèi)9個(gè)市生態(tài)環(huán)境用水率只有開(kāi)封市、洛陽(yáng)市、新鄉(xiāng)市和三門(mén)峽市未超過(guò)目標(biāo)值，分別為9.12%、9.23%、8.70%、7.30%，其余市均達(dá)到目標(biāo)值.

圖1 2019年9個(gè)市人均水資源量(a)、二產(chǎn)比例(b)和生態(tài)環(huán)境用水率(c)與目標(biāo)值的對(duì)比Fig.1 Comparison of per capita water resources (a), secondary production ratios (b), and ecological environment water use rates (c) in 9 cities in 2019 with target values

3.2 時(shí)空分布規(guī)律分析

3.2.1 水資源時(shí)空分布規(guī)律 本文以水資源模數(shù)、總用水量和水資源供給量模數(shù)作為河南省黃河流域水資源狀況的代表指標(biāo)，以此分析河南省黃河流域各指標(biāo)年際變化. 水資源模數(shù)代表了單位流域面積上的多年平均水資源量，可較好地反映一個(gè)地區(qū)的天然水資源條件. 總用水量是反映某一地區(qū)水資源利用情況的指標(biāo)，可間接地反映出某一地區(qū)水資源需求量. 水資源供給量模數(shù)是某區(qū)域水資源供給量與土地面積的比值，可以較好地反映黃河流域地表水、地下水、蓄水工程和跨流域調(diào)水工程對(duì)水資源的供給能力. 選用這3個(gè)指標(biāo)分析河南省黃河流域的水資源狀況具有一定的現(xiàn)實(shí)意義. 不同市3個(gè)指標(biāo)的年際變化如圖2所示.

從河南省黃河流域內(nèi)9個(gè)市水資源模數(shù)可以看出三門(mén)峽市水資源模數(shù)最大，2000-2019年平均值為0.09×106m3/km2，這與三門(mén)峽市水資源充沛、土地面積相對(duì)較小有關(guān). 濟(jì)源市水資源模數(shù)平均值最小，為0.01×106m3/km2，原因是濟(jì)源市山地較多，境內(nèi)水資源有限，主要依靠境外產(chǎn)流，受?chē)?guó)家水利工程調(diào)配和相關(guān)水利工程影響，分配給濟(jì)源市的水資源量極為有限. 從總用水量年際變化可以看出，三門(mén)峽市與濟(jì)源市總用水量多年值整體偏小. 其中，三門(mén)峽市總用水量少與其境內(nèi)水庫(kù)相對(duì)較多、人口密度小、年降雨量大有關(guān). 濟(jì)源市總用水量少是因?yàn)槠渚硟?nèi)水資源極其匱乏，人均水資源量很低. 從水資源供給量模數(shù)可以看出，三門(mén)峽市相對(duì)較低，年際變化較為平穩(wěn)，在0.03×106～0.05×106m3/km2之間.

圖2 2000-2019年9個(gè)市水資源模數(shù)、總用水量和水資源供給量模數(shù)的年際變化Fig.2 Interannual changes in the modulus of water resources, total water consumption and water supply in 9 cities from 2000 to 2019

3.2.2 經(jīng)濟(jì)發(fā)展時(shí)空分布規(guī)律 選擇人均GDP、萬(wàn)元GDP用水量和工業(yè)產(chǎn)值模數(shù)作為河南省黃河流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的代表指標(biāo). 人均GDP常作為發(fā)展經(jīng)濟(jì)學(xué)中衡量經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r的指標(biāo)，是人們了解和把握一個(gè)國(guó)家或地區(qū)宏觀經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀況的有效工具. 萬(wàn)元GDP用水量是將總用水量除以總GDP得出的，可以從側(cè)面反映出某個(gè)區(qū)域水資源消耗量的多少. 工業(yè)產(chǎn)值模數(shù)是某區(qū)域工業(yè)總產(chǎn)值與該土地面積的比值，工業(yè)產(chǎn)值模數(shù)與區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平呈正比. 因此，選用這3個(gè)指標(biāo)分析河南省黃河流域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r具有一定的現(xiàn)實(shí)意義. 不同市3個(gè)指標(biāo)的年際變化如圖3所示.

圖3 2000-2019年9個(gè)市人均GDP、萬(wàn)元GDP用水量和工業(yè)產(chǎn)值模數(shù)的年際變化Fig.3 Inter-annual changes in per capita GDP, water consumption per 10000 yuan of GDP, and industrial output value modulus in 9 cities from 2000 to 2019

從人均GDP年際變化來(lái)看，河南省黃河流域內(nèi)9個(gè)市呈穩(wěn)步增長(zhǎng)趨勢(shì)，其中鄭州市人均GDP增長(zhǎng)速度最快，從2000年的8965元/人增長(zhǎng)到2019年的113139元/人，而焦作市人均GDP增長(zhǎng)速度相對(duì)較慢. 從2000-2019年萬(wàn)元GDP用水量年際變化可以看出，新鄉(xiāng)市、濮陽(yáng)市、開(kāi)封市和安陽(yáng)市下降幅度較大，表明這些城市對(duì)當(dāng)?shù)氐乃Y源優(yōu)化利用起到了積極作用，但仍需改善. 鄭州市工業(yè)產(chǎn)值模數(shù)從2000年到2019年急劇增長(zhǎng)，從416.19萬(wàn)元/km2增長(zhǎng)到5605.63萬(wàn)元/km2，河南省黃河流域其他城市均呈穩(wěn)步增長(zhǎng)趨勢(shì)，這與鄭州市建設(shè)國(guó)家中心城市有關(guān).

3.2.3 生態(tài)環(huán)境時(shí)空分布規(guī)律 選用社會(huì)安全飲用水比例、污水回用率和生態(tài)環(huán)境用水率作為評(píng)價(jià)生態(tài)環(huán)境優(yōu)劣的指標(biāo). 社會(huì)安全飲用水比例是飲用衛(wèi)生達(dá)標(biāo)水的人口占總?cè)丝诘谋壤鐣?huì)安全飲用水比例間接反映某一區(qū)域的水環(huán)境狀況. 污水回用率是污水回用量與污水回用量和直接排入環(huán)境的污水量的和的比值，可以直接反映某一地區(qū)水質(zhì)、水量與生態(tài)環(huán)境狀況. 生態(tài)環(huán)境用水率是生態(tài)環(huán)境用水量占總用水量的比例，可直接反映生態(tài)用水、環(huán)境用水情況，間接反映生態(tài)與環(huán)境功能. 因此，選用這3個(gè)指標(biāo)分析河南省黃河流域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r具有一定的現(xiàn)實(shí)意義. 不同市3個(gè)指標(biāo)的年際變化如圖4所示.

圖4 2000-2019年9個(gè)市社會(huì)安全飲用水比例、污水回用率和生態(tài)環(huán)境用水率的年際變化Fig.4 Inter-annual changes in the proportion of socially safe drinking water, sewage reuse rate and ecological environment water use rate in 9 cities from 2000 to 2019

河南省黃河流域內(nèi)9個(gè)市社會(huì)安全飲用水比例均呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，直至2019年鄭州市社會(huì)安全飲用水比例最高，為82.78%，這與鄭州市不斷加強(qiáng)水環(huán)境治理有關(guān). 9個(gè)市污水回用率2000-2019年在逐步升高，但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，仍相對(duì)較低. 從生態(tài)環(huán)境用水率來(lái)看，安陽(yáng)市2019年生態(tài)環(huán)境用水率最高，達(dá)到16.73%，原因可能是早在2009年，安陽(yáng)市委、市政府就決定從岳城水庫(kù)調(diào)水滿(mǎn)足生態(tài)環(huán)境用水，安陽(yáng)市水利局與岳城水庫(kù)簽訂了每年1.6億m3的引供水協(xié)議，其中1.2億m3為城市生態(tài)水，為安陽(yáng)市水系景觀建設(shè)提供了水源保障，有效改善了生態(tài)環(huán)境.

由3個(gè)子系統(tǒng)時(shí)空分布規(guī)律可知，各個(gè)城市間不同指標(biāo)年際變化有明顯差距，因此，相關(guān)部門(mén)需要考慮各個(gè)城市的空間復(fù)雜性、耦合協(xié)調(diào)發(fā)展程度等因素，有必要對(duì)河南省黃河流域沿線(xiàn)城市進(jìn)行區(qū)域化管理.

圖5 河南省黃河流域水資源-經(jīng)濟(jì)- 生態(tài)系統(tǒng)歷年綜合評(píng)價(jià)指數(shù)Fig.5 Evaluation index of water resources- economy-ecosystem of the Yellow River Basin in Henan Province over the years

3.3 現(xiàn)狀評(píng)價(jià)——耦合協(xié)調(diào)度模型

3.3.1 綜合評(píng)價(jià)指數(shù)時(shí)序分析 運(yùn)用河南省黃河流域水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)模型，計(jì)算得到河南省黃河流域2000-2019年綜合評(píng)價(jià)指數(shù)(圖5).

從圖5可以看出，河南省黃河流域水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)在2000-2019年綜合評(píng)價(jià)指數(shù)呈升高趨勢(shì)，從0.333升至0.711. 水資源子系統(tǒng)在2000-2019年整體波動(dòng)相對(duì)較小，在個(gè)別年份有較明顯的下降趨勢(shì). 經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)呈上升趨勢(shì)，從2000年的0.247上升至2019年的1.125，從2005年開(kāi)始呈大幅度上升趨勢(shì). 生態(tài)子系統(tǒng)較不穩(wěn)定，綜合評(píng)價(jià)指數(shù)2000-2008年呈逐漸升高趨勢(shì)，2010年開(kāi)始呈降低趨勢(shì)，到2015年再次升高. 總體來(lái)看，河南省黃河流域水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)與各子系統(tǒng)2000-2019年呈上升趨勢(shì).

2003年黃河流域降水明顯偏多，平均降水量為555.6 mm，折合降水總量為4417.0億m3. 從降水量的地區(qū)分布看，三門(mén)峽至花園口區(qū)間最大. 2008年河南省黃河流域地表水水資源量減少，比多年平均值減少43.7%，其中伊洛河、沁河水系減幅超過(guò)50%. 2012年河南省人均水資源量相比于2011年大幅度下降. 2016年末河南省黃河流域的安陽(yáng)-濮陽(yáng)漏斗區(qū)面積擴(kuò)大80 km2，漏斗中心地下水埋深增大1.84 m，這是由于地下水過(guò)量的開(kāi)采，地下水收支平衡遭到破壞，從而導(dǎo)致地下水位持續(xù)下降. 綜合以上原因，導(dǎo)致水資源子系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)在2003年有明顯上升趨勢(shì)，2008、2012年有明顯下降趨勢(shì)，2016年有下降趨勢(shì).

經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)自2005年開(kāi)始大幅度持續(xù)上升，是因?yàn)樽院幽鲜　笆濉币?guī)劃以來(lái)，河南省積極貫徹國(guó)家宏觀調(diào)控政策，著力推進(jìn)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略性調(diào)整，河南省黃河流域綜合經(jīng)濟(jì)實(shí)力顯著增強(qiáng)，人均GDP由2005年的20018.8萬(wàn)元上升到2019年的68059.9萬(wàn)元，河南省完成了從農(nóng)業(yè)大省向經(jīng)濟(jì)大省的轉(zhuǎn)變.

直至2010年，河南省黃河流域人口多、底子薄、基礎(chǔ)弱、發(fā)展不平衡尚未根本改變，環(huán)境形勢(shì)依然嚴(yán)峻，基礎(chǔ)能力相對(duì)滯后，加上此時(shí)期河南省黃河流域經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，環(huán)境保護(hù)體制機(jī)制仍不完善，生態(tài)子系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)呈下降趨勢(shì). 2015年河南省黃河流域環(huán)境保護(hù)面臨的形勢(shì)依然十分嚴(yán)峻，資源環(huán)境約束趨緊，但相對(duì)于前幾年，整體有所改善，河南省“十二五”環(huán)保規(guī)劃實(shí)施總體進(jìn)展良好. 河南省“十三五”環(huán)保規(guī)劃期間，著力在構(gòu)建生態(tài)環(huán)境預(yù)防體系上下功夫，效果較為明顯，2019年河南省黃河流域生態(tài)子系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)呈明顯上升趨勢(shì).

3.3.2 耦合度和耦合協(xié)調(diào)度評(píng)價(jià) 根據(jù)本文的研究方法，結(jié)合表5對(duì)河南省耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)型進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果如表6、圖6所示：

表6 河南省黃河流域水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)多指標(biāo)評(píng)判結(jié)果

圖6 河南省黃河流域耦合度和耦合協(xié)調(diào)度Fig.6 Coupling degree and coupling coordination degree of the Yellow River Basin in Henan Province

從評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出，2000-2019年河南省黃河流域耦合度雖一直處于高水平耦合階段，但2011年前后開(kāi)始呈降低趨勢(shì)，是因?yàn)樽?998年至今，河南省經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，但由于在經(jīng)濟(jì)發(fā)展初期，忽略了對(duì)生態(tài)治理、水資源的保護(hù)，2013年國(guó)家加大對(duì)生態(tài)及水資源的保護(hù)，但在保護(hù)力度上，尚未達(dá)到和經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)一樣的發(fā)展速度，導(dǎo)致耦合度呈降低趨勢(shì). 2019年耦合度有上升趨勢(shì)，說(shuō)明生態(tài)治理效果已顯現(xiàn).

2000-2002年河南省黃河流域協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)型為勉強(qiáng)協(xié)調(diào)，進(jìn)入2010年河南省黃河流域逐漸進(jìn)入中級(jí)協(xié)調(diào)發(fā)展階段，到了2019年河南省黃河流域的協(xié)調(diào)度總體發(fā)展進(jìn)入良好協(xié)調(diào)期. 具體來(lái)看，從2000年到2019年河南省沿黃地區(qū)水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)結(jié)構(gòu)配置逐年優(yōu)化，受黃河流域水利工程開(kāi)發(fā)與水資源治理工程的開(kāi)展，河南省黃河流域?qū)崿F(xiàn)了從勉強(qiáng)協(xié)調(diào)發(fā)展向良好協(xié)調(diào)發(fā)展的轉(zhuǎn)變. 具體過(guò)程如下：由于1972-1999年黃河曾發(fā)生19次斷流現(xiàn)象，嚴(yán)重破壞了沿黃流域的生態(tài)平衡，2001年12月31日，隨著小浪底工程全部竣工之后，黃河流域的生態(tài)平衡開(kāi)始正向發(fā)展，因此，2000-2002年河南省黃河流域的協(xié)調(diào)度低于0.6，處于勉強(qiáng)協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顟B(tài). 從2003年開(kāi)始，到2009年前后，河南省黃河流域的水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌跫?jí)協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，這是因?yàn)檫^(guò)度發(fā)展經(jīng)濟(jì)對(duì)水資源和生態(tài)環(huán)境亦造成了一定影響. 例如，在此期間，河南省第二產(chǎn)業(yè)內(nèi)部制造業(yè)的比重逐年增加，2006年河南省第二產(chǎn)業(yè)內(nèi)部制造業(yè)的比重為70.70%，高出全國(guó)第二產(chǎn)業(yè)內(nèi)部制造業(yè)所占比重1.67%. 生態(tài)興則文明興，從2010年以后，河南省黃河流域的水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)逐步向中級(jí)協(xié)調(diào)發(fā)展轉(zhuǎn)變，尤其是黨的十八大以來(lái)，國(guó)家在生態(tài)環(huán)境和水資源優(yōu)化配置方面做了大量工作，河南省進(jìn)行深入貫徹落實(shí). 例如河南省在大力推進(jìn)污染防治持續(xù)改善生態(tài)環(huán)境等方面開(kāi)展了大量工作，其中Ⅰ～Ⅲ類(lèi)水質(zhì)比例總體達(dá)到53%以上，完成營(yíng)造林40000 hm2；在2019年河南省黃河流域的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展度達(dá)到良好協(xié)調(diào)發(fā)展，這可能與全面推行河長(zhǎng)制、構(gòu)建水土流失防治體系、區(qū)域調(diào)水工程建設(shè)以及區(qū)域較大降雨量有關(guān). 可見(jiàn)，在河南省黃河流域水資源極度緊缺條件下，各地區(qū)如何在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的同時(shí)實(shí)現(xiàn)有效的環(huán)境保護(hù)，仍是今后的主要研究方向.

圖7 2017-2019年河南省黃河流域水資源- 經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)預(yù)測(cè)模型檢驗(yàn)圖Fig.7 Test chart of water resources-economy- ecosystem prediction model in the Yellow River Basin in Henan Province from 2017 to 2019

4 未來(lái)預(yù)測(cè)——ARIMA-GM模型

4.1 模型檢驗(yàn)

考慮到本研究所用的GM模型和ARIMA模型均屬于短期預(yù)測(cè)模型，擬合預(yù)測(cè)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)造成信息失真，本文將2000-2016年數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集，將2017-2019年數(shù)據(jù)作為測(cè)試集對(duì)模型效果進(jìn)行檢測(cè). GM模型、ARIMA模型和ARIMA-GM組合模型檢測(cè)結(jié)果如圖7所示.

由圖7可以看出，ARIMA-GM模型預(yù)測(cè)結(jié)果與預(yù)測(cè)集數(shù)據(jù)最為接近，通過(guò)計(jì)算得出GM模型預(yù)測(cè)相對(duì)誤差介于3.16%～3.49%之間，平均相對(duì)誤差為3.37%；ARIMA模型預(yù)測(cè)相對(duì)誤差介于1.15%～2.72%之間，平均相對(duì)誤差為1.96%；ARIMA-GM組合模型預(yù)測(cè)相對(duì)誤差介于0.45%～1.23%之間，平均相對(duì)誤差為0.77%. 綜上所述，ARIMA-GM組合模型預(yù)測(cè)效果較好，準(zhǔn)確度較高.

4.2 保障方案

本文主要從以下4個(gè)未來(lái)情景模擬2021-2025年河南省黃河流域水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展變化，以此確定最優(yōu)保障方案，為今后河南省黃河流域水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展工作提供方向和理論依據(jù).

情景1(現(xiàn)狀)：保持現(xiàn)有的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，不采取任何措施，維持各指標(biāo)變量值不變.

情景2：加強(qiáng)水資源保護(hù). 減少工業(yè)用水比例每年1%，減少農(nóng)業(yè)用水比例每年1%，減少生活用水比例每年1%，減少水資源供給量模數(shù)每年0.5%.

情景3：加強(qiáng)環(huán)境保護(hù). 減少工業(yè)污染排放量每年2%，增加植被覆蓋率每年1%，增加污水回用率每年1%，增加生態(tài)環(huán)境用水率每年1.5%.

情景4：綜合方案2～3的所有改進(jìn)措施，提高工業(yè)總產(chǎn)值增速8%，提高人均GDP增速8%，治污減污，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)等.

4.3 情景預(yù)測(cè)

根據(jù)設(shè)定的未來(lái)發(fā)展情景，利用ARIMA-GM組合模型對(duì)4種情景進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)，計(jì)算河南省黃河流域水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中各個(gè)指標(biāo)2021-2025年共計(jì)5年的模擬預(yù)測(cè)值，未來(lái)4種情景下水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展度見(jiàn)表7.

結(jié)合表5，從表7可以看出在維持現(xiàn)有發(fā)展程度下(即情景1)，河南省黃河流域水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度由0.8424上升到0.8983，增長(zhǎng)速率較為穩(wěn)定，直至2025年仍未發(fā)展至優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi). 針對(duì)情景2狀況，減少工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水、生活用水比例，減少水資源供給量模數(shù)的情況下，河南省黃河流域水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度相比于情景1有所提高，2025年發(fā)展至優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi). 針對(duì)情景3狀況，減少工業(yè)污染排放量，增加植被覆蓋率，增加污水回用率，增加生態(tài)環(huán)境用水率的情況下，河南省黃河流域水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度有較為明顯的提高，2024年發(fā)展至優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi). 針對(duì)情景4狀況，綜合方案2～3的所有改進(jìn)措施，提高工業(yè)總產(chǎn)值，提高人均GDP，治污減污，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)等措施同時(shí)實(shí)施的情況下，河南省黃河流域水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度發(fā)展趨勢(shì)最好，2021年發(fā)展至良好協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)，2023年發(fā)展至優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi). 在情景4模式下，整體來(lái)看河南省黃河流域水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展態(tài)勢(shì)良好，各子系統(tǒng)間協(xié)調(diào)發(fā)展較快，耦合協(xié)調(diào)度穩(wěn)定升高. 因此，未來(lái)在保持現(xiàn)有發(fā)展優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，需要不斷關(guān)注水資源、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)的發(fā)展，不斷提高資源利用效率的同時(shí)，也要注重各子系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)發(fā)展. 4個(gè)情景下2021-2025年河南省黃河流域水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度變化情況如圖8所示.

表7 河南省黃河流域未來(lái)4種情景下水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展變化情況

圖8 2021-2025年河南省黃河流域水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度變化Fig.8 Changes in the coordination degree of water resources-economy-ecosystem coupling in the Yellow River Basin of Henan Province from 2021 to 2025

5 結(jié)論與討論

5.1 結(jié)論

水資源，經(jīng)濟(jì)，生態(tài)三者相輔相成，在社會(huì)的發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用. 本文對(duì)河南省黃河流域水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行探究，闡明了不同市水資源狀況、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展程度以及生態(tài)環(huán)境演進(jìn)規(guī)律，探索了河南省黃河流域內(nèi)9座城市各指標(biāo)的年際變化，構(gòu)建了河南省黃河流域水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度模型進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并對(duì)該復(fù)合系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展進(jìn)行預(yù)測(cè).

1)從河南省黃河流域水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)可知，河南省黃河流域水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)演化程度呈穩(wěn)定上升狀態(tài). 水資源子系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)整體波動(dòng)較小，在2003年由于區(qū)域降水量過(guò)大呈上升趨勢(shì)，2008、2012、2016年由于地表、地下水資源量減少，呈下降趨勢(shì)；經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)呈上升狀態(tài)，且2005年開(kāi)始經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展；生態(tài)子系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)相對(duì)于其他兩個(gè)子系統(tǒng)波動(dòng)較大，2011年綜合評(píng)價(jià)指數(shù)呈下降趨勢(shì)，在2015年河南省開(kāi)展“十二五”環(huán)保規(guī)劃的情況下，河南省黃河流域生態(tài)子系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)有了明顯上升趨勢(shì).

2)河南省黃河流域水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)一直處于高水平耦合階段，表示各子系統(tǒng)間關(guān)聯(lián)程度較好，且耦合協(xié)調(diào)度一直上升，至2019年耦合協(xié)調(diào)度過(guò)渡到良好協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi). 通過(guò)河南省黃河流域協(xié)調(diào)演化特征規(guī)律說(shuō)明河南省黃河流域水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)總體保持良好趨勢(shì)，且上升空間較大.

3)基于ARIMA-GM模型預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，在情景4模式下發(fā)現(xiàn)，河南省黃河流域水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)呈穩(wěn)定上升趨勢(shì)，2023年發(fā)展至優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)，且發(fā)展空間、增長(zhǎng)速度較大，未來(lái)應(yīng)合理分配資源，提高各項(xiàng)資源利用效率，避免資源浪費(fèi)，防止因城市高速發(fā)展而出現(xiàn)資源失衡.

5.2 討論

本文在研究?jī)?nèi)容方面，對(duì)河南省黃河流域進(jìn)行整體性評(píng)價(jià)和耦合分析并進(jìn)行分情景模擬預(yù)測(cè)，為河南省黃河流域的研究發(fā)展提供新的思路. 在研究方法方面，采用綜合評(píng)價(jià)方法、耦合協(xié)調(diào)性分析方法對(duì)河南省黃河流域水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)耦合系統(tǒng)做出客觀全面的評(píng)價(jià)及耦合研究，又利用ARIMA-GM短期預(yù)測(cè)模型對(duì)未來(lái)5年做出模擬預(yù)測(cè)，得出不同情景下耦合協(xié)調(diào)度發(fā)展?fàn)顟B(tài)，以期為河南省黃河流域高質(zhì)量發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)提供理論參考和現(xiàn)實(shí)借鑒. 下面就研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題以及對(duì)下一步研究的建議展開(kāi)深入探討.

5.2.1 系統(tǒng)協(xié)調(diào)評(píng)價(jià) 于磊等[41]運(yùn)用和諧量化模型對(duì)河南省水資源-能源-糧食耦合系統(tǒng)進(jìn)行和諧評(píng)價(jià)，在其對(duì)水資源子系統(tǒng)進(jìn)行分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，2012年水資源子系統(tǒng)和諧程度最差，從2012年到2018年逐漸變好. 本文研究發(fā)現(xiàn)，河南省黃河流域水資源子系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)在2003年有明顯上升趨勢(shì)，2008、2012年有明顯下降趨勢(shì)，2012-2018年總體呈上升趨勢(shì)，在該研究水資源子系統(tǒng)分析中雖然與本文評(píng)價(jià)方法不同，但在相同年限內(nèi)研究結(jié)果基本一致. 該研究在耦合協(xié)調(diào)度研究中認(rèn)為各個(gè)子系統(tǒng)同等重要，權(quán)重平均分配，與本論文一致. 探究耦合協(xié)調(diào)評(píng)價(jià)子系統(tǒng)權(quán)重分配問(wèn)題，經(jīng)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，吳青松等、田培等、Tormal[42-44]考慮各系統(tǒng)的相對(duì)重要程度及協(xié)同發(fā)展的必要性，認(rèn)為各子系統(tǒng)權(quán)重一樣. 但在其他耦合協(xié)調(diào)度研究中，Zhu等[45]認(rèn)為是要根據(jù)相關(guān)規(guī)劃發(fā)展，咨詢(xún)相關(guān)專(zhuān)家，按照區(qū)域具體情況分配權(quán)重，Wang等[46]認(rèn)為各系統(tǒng)對(duì)協(xié)調(diào)發(fā)展的貢獻(xiàn)不同，應(yīng)根據(jù)相關(guān)人員對(duì)各子系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行權(quán)重分配. 耦合協(xié)調(diào)評(píng)價(jià)子系統(tǒng)權(quán)重分配問(wèn)題，對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果有一定影響，后續(xù)有待繼續(xù)深入研究. 現(xiàn)有的指標(biāo)體系在全面性方面有所欠缺，在下一步的研究中指標(biāo)體系建立時(shí)，應(yīng)本著黃河流域是一個(gè)生命共同體，統(tǒng)籌“山水林田湖草沙”，從宏觀到微觀，建立一個(gè)囊括自然、能源、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境等的指標(biāo)體系.

5.2.2 系統(tǒng)未來(lái)預(yù)測(cè) 通過(guò)對(duì)已有耦合協(xié)調(diào)度相關(guān)研究進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)有文章中，對(duì)黃河流域復(fù)合系統(tǒng)進(jìn)行分情景模擬預(yù)測(cè)的較少，對(duì)河南省黃河流域水資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行分情景模擬預(yù)測(cè)的文章幾乎沒(méi)有. 由于復(fù)合系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度是隨著各子系統(tǒng)變化不斷發(fā)生改變的，影響其變化的因素眾多，因此，本文在預(yù)測(cè)模型上選擇短期預(yù)測(cè)模型. 在短期預(yù)測(cè)模型的選擇上，本文選擇目前應(yīng)用較多的灰色預(yù)測(cè)模型和時(shí)間序列預(yù)測(cè)模型，但在模型檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，二者與預(yù)測(cè)值相比，相對(duì)誤差均較大. 探究其原因發(fā)現(xiàn)，由于灰色系統(tǒng)的理論體系目前還不完善，導(dǎo)致GM模型存在較多缺陷，GM模型的預(yù)測(cè)誤差偏大是其主要缺陷之一[47-48]. 而時(shí)間序列模型適用范圍不具有普遍性[49]，當(dāng)遇到外界發(fā)生較大變化，往往會(huì)有較大偏差[50]. 本文在模型檢驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)ARIMA-GM組合模型對(duì)耦合協(xié)調(diào)度的預(yù)測(cè)精度比兩種模型單一使用高，部分學(xué)者在其他領(lǐng)域的研究中，例如彭慧婷在發(fā)電量預(yù)測(cè)研究中、He在匯率預(yù)測(cè)的研究中和劉源在生活垃圾產(chǎn)量預(yù)測(cè)研究中也得出此類(lèi)結(jié)果[51-53]. 但本文在建立ARIMA-GM模型時(shí)，由于資料搜集以及時(shí)間上的限制，模型的普遍適用性可能存在缺陷. 后期可通過(guò)資料收集，擴(kuò)展完善模型，使得研究更具普適性.