蘇 瑩，董增川，崔 璨，韓亞雷，王新奎，楊家亮，王昱璋，龍秋波

（1. 河海大學(xué)水文水資源學(xué)院，江蘇 南京 210098； 2. 湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)劃研究總院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410007）

0 引 言

水資源對(duì)于推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和維持生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的平衡發(fā)展起到至關(guān)重要的作用，研究水資源復(fù)合系統(tǒng)［1］中“水資源-經(jīng)濟(jì)社會(huì)-生態(tài)環(huán)境”三者的相互影響與作用的互饋機(jī)制對(duì)該系統(tǒng)的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

“耦合”與“協(xié)調(diào)”等概念在自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)和人文科學(xué)等多個(gè)科學(xué)領(lǐng)域中得到廣泛運(yùn)用，現(xiàn)階段眾多學(xué)者已將耦合協(xié)調(diào)理論引入到水資源系統(tǒng)研究中。目前有關(guān)“水資源-經(jīng)濟(jì)社會(huì)-生態(tài)環(huán)境”復(fù)合系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的研究，主要分為以文獻(xiàn)研究、對(duì)比分析為主的定性理論研究和以耦合協(xié)調(diào)模型為主的定量數(shù)據(jù)分析。在定性理論研究方面，馬世駿［2］早在20世紀(jì)80年代提出“社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、自然是一個(gè)復(fù)合大系統(tǒng)的整體”，為水資源—經(jīng)濟(jì)社會(huì)—生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展研究提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)；馮尚友等［3］從實(shí)證論和系統(tǒng)論的角度出發(fā)，論述了水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)復(fù)合系統(tǒng)的客觀存在問(wèn)題；鐘淋涓等［4］探討了水資源、社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境之間的相互作用關(guān)系，并指出了水資源、社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境的最合理發(fā)展方式；姚志春等［5］深入分析了水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的耦合關(guān)系的實(shí)質(zhì)。在定量數(shù)據(jù)分析方面，學(xué)者們先后針對(duì)不同地域圍繞水資源—經(jīng)濟(jì)社會(huì)—生態(tài)環(huán)境耦合開(kāi)展了系列實(shí)證分析與研究：王琦等［6］利用耦合度及耦合協(xié)調(diào)度函數(shù)計(jì)算并分析了洞庭湖地區(qū)的耦合協(xié)調(diào)及綜合發(fā)展?fàn)顩r；常玉苗等［7］運(yùn)用系統(tǒng)分析方法，借助耦合協(xié)調(diào)度模型得到長(zhǎng)江11 省（市）水資源系統(tǒng)和水環(huán)境治理系統(tǒng)與城市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)程度；杜新強(qiáng)等［8］通過(guò)構(gòu)建耦合協(xié)調(diào)評(píng)價(jià)模型對(duì)北方地區(qū)近15年來(lái)水資源、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境等各子系統(tǒng)及其耦合系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)進(jìn)行了多尺度的量化分析；吳兆丹等［9］基于熵值賦權(quán)法建立相關(guān)耦合協(xié)調(diào)度模型，對(duì)江蘇省經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水土資源的耦合協(xié)調(diào)度展開(kāi)研究。

選取湖南省作為研究對(duì)象，基于湖南省水資源分布格局、經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀、生態(tài)破壞與環(huán)境保護(hù)情況，針對(duì)湖南省現(xiàn)階段所呈現(xiàn)的水資源時(shí)空分布不均、水質(zhì)污染及缺水問(wèn)題，采用定量數(shù)據(jù)分析方法構(gòu)建“水資源-經(jīng)濟(jì)社會(huì)-生態(tài)環(huán)境”耦合協(xié)調(diào)模型和合理的層次指標(biāo)體系，結(jié)合湖南省地域特征，分析系統(tǒng)綜合發(fā)展水平和耦合協(xié)調(diào)度的時(shí)空演化特征，診斷影響不同地區(qū)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度的障礙因子，為湖南省的水資源、經(jīng)濟(jì)社會(huì)、生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃提供理論參考和決策支持。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來(lái)源

湖南省總面積21.18 萬(wàn)km2，占全國(guó)國(guó)土面積的2.2%。全省轄13個(gè)地級(jí)市、1個(gè)自治州，共14個(gè)地級(jí)行政區(qū)，其中包括長(zhǎng)沙市、株洲市、湘潭市、衡陽(yáng)市、邵陽(yáng)市、岳陽(yáng)市、常德市、張家界市、益陽(yáng)市、郴州市、永州市、懷化市、婁底市和湘西州。2020年，湖南省地區(qū)生產(chǎn)總值41 781.49 億元。截止2021 年5 月，全省常住人口6 644.48 萬(wàn)人。

湖南省多年平均降水量1 454 mm，多年平均水資源總量1 695 億m3，其中地表水資源量1 688 億m3，水資源可利用總量約為835 億m3。因季風(fēng)不穩(wěn)定及地形等因素影響，湖南省降水時(shí)空分布及水資源總量年內(nèi)分配不均，局部性缺水、季節(jié)性缺水、水質(zhì)性缺水問(wèn)題較為嚴(yán)峻。湖南省圍繞“一湖四水”大力推進(jìn)生態(tài)修復(fù)，為周邊經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供了蓄洪防澇、保持水土等重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，但 “一湖四水”重要水域仍然存在著大型工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)、生活農(nóng)業(yè)污水排放、采礦和砂石等污染源，水污染、水環(huán)境生態(tài)、水資源、水安全的治理和保護(hù)問(wèn)題依然不容樂(lè)觀。

湖南省水資源-經(jīng)濟(jì)社會(huì)-生態(tài)環(huán)境耦合系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展評(píng)價(jià)所需要的相關(guān)數(shù)據(jù)主要來(lái)源于2005-2020 年的《湖南省統(tǒng)計(jì)年鑒》《湖南省水資源公報(bào)》以及《湖南省“十四五”供水規(guī)劃》。

2 研究方法

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)篩選及體系構(gòu)建

（1）指標(biāo)選取?！八Y源-經(jīng)濟(jì)社會(huì)-生態(tài)環(huán)境”復(fù)合系統(tǒng)是一個(gè)由水資源狀況、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)子系統(tǒng)相互作用形成的具有復(fù)雜互饋關(guān)系的統(tǒng)一整體［10］，每個(gè)子系統(tǒng)的影響因素眾多，為了識(shí)別和表達(dá)3個(gè)子系統(tǒng)之間的互饋機(jī)制，需要選取表征耦合協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顩r的直接或間接的指標(biāo)集合并建立合理的多層次指標(biāo)體系［11］，才能對(duì)復(fù)合系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展做出全面地、直觀地評(píng)價(jià)。

本文將多層次指標(biāo)體系劃分成目標(biāo)層、準(zhǔn)則層與指標(biāo)層3個(gè)層次，建立區(qū)域水資源復(fù)合系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。目標(biāo)層A：將復(fù)合系統(tǒng)定義為水資源綜合利用系統(tǒng)，目的在于研究區(qū)域水資源的綜合利用水平和協(xié)調(diào)發(fā)展程度，為區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)。準(zhǔn)則層B：準(zhǔn)則層由3 個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成：水資源子系統(tǒng)描述了水資源稟賦條件、用水效益、水土匹配情況與用水結(jié)構(gòu)，是最核心的主體；經(jīng)濟(jì)社會(huì)子系統(tǒng)描述了水資源為主要控制下經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、人口出生水平、城市發(fā)展程度及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與經(jīng)濟(jì)效益；生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)反映了區(qū)域生態(tài)環(huán)境污染情況與治理現(xiàn)狀，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境健康發(fā)展。指標(biāo)層C：選用具體的可測(cè)度指標(biāo)，構(gòu)成指標(biāo)體系的最基層要素。

基于《湖南省統(tǒng)計(jì)年鑒》《湖南省水資源公報(bào)》以及《湖南省“十四五”供水規(guī)劃》研究歸納整理了與湖南省2005 至2020 年間水資源、經(jīng)濟(jì)社會(huì)和生態(tài)環(huán)境狀況相關(guān)的50 余項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)，初步確立了由30項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)成的“水資源-經(jīng)濟(jì)社會(huì)-生態(tài)環(huán)境”3層次結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)體系。其中，水資源總量、水資源開(kāi)發(fā)利用程度、地表及地下水可利用量、產(chǎn)水系數(shù)、用水量、生態(tài)環(huán)境補(bǔ)水量、萬(wàn)元GDP 耗水量、萬(wàn)元工業(yè)增加值耗水量等數(shù)據(jù)指標(biāo)選自《湖南省水資源公報(bào)》，人口總數(shù)、耕地及省土面積、GDP、人口自然增長(zhǎng)率、城鎮(zhèn)化率、產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、森林覆蓋率、水域面積、COD及氨氮濃度、水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率等數(shù)據(jù)指標(biāo)選自《湖南省統(tǒng)計(jì)年鑒》，用水控制紅線數(shù)據(jù)指標(biāo)選自《湖南省“十四五”供水規(guī)劃》。

基于初步建立的指標(biāo)體系，進(jìn)一步通過(guò)相關(guān)性分析［12］對(duì)各子系統(tǒng)進(jìn)行分析及篩選，并對(duì)相關(guān)程度較大的指標(biāo)予以刪除，從而減少信息的重疊度。從相關(guān)系數(shù)來(lái)看，在水資源子系統(tǒng)中，單位面積水資源量與單位耕地面積水資源量的相關(guān)性系數(shù)達(dá)到0.99；在經(jīng)濟(jì)社會(huì)子系統(tǒng)中，人均GDP 與城鎮(zhèn)居民年均收入的相關(guān)性系數(shù)達(dá)到0.97。綜上所述，故刪除單位面積水資源量、城鎮(zhèn)居民年均收入這兩項(xiàng)指標(biāo)；最終得到28項(xiàng)指標(biāo)，其中水資源指標(biāo)11 項(xiàng)，經(jīng)濟(jì)社會(huì)指標(biāo)12 項(xiàng)，生態(tài)指標(biāo)5 項(xiàng)，如表1所示。

表1 區(qū)域水資源復(fù)合系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Tab.1 Evaluation index system of coordinated development of regional water resource complex system

（2）基于博弈論的指標(biāo)組合賦權(quán)。指標(biāo)權(quán)重計(jì)算的確定方法在綜合評(píng)價(jià)中屬于重中之重，不同的方法對(duì)應(yīng)的計(jì)算原理并不相同，常用的方法主要包括AHP 層次分析法、CRITIC 法和基于博弈論的組合賦權(quán)法等。本文擬采用基于博弈論的AHPCRITIC 組合賦權(quán)法來(lái)確定28項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重。傳統(tǒng)AHP層次分析法中評(píng)價(jià)準(zhǔn)則的數(shù)目和判斷矩陣均由人為選定，該特點(diǎn)使得這種方法具有分層較多、主觀性強(qiáng)、易逆序、不穩(wěn)定等不可避免的缺陷。CRITIC法是一種處理多元準(zhǔn)則的方案評(píng)估方法，能夠反應(yīng)數(shù)據(jù)間的相關(guān)性和變異性，其數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)較為完備，但忽略了指標(biāo)間的實(shí)際輕重關(guān)系，導(dǎo)致對(duì)樣本的區(qū)分度不佳。因此本文考慮引入博弈論的思想，將AHP［13，14］法與CRITIC法［15，16］進(jìn)行組合賦權(quán)，通過(guò)相互比較與協(xié)調(diào)規(guī)避主客觀賦權(quán)各自的缺陷，使結(jié)果更加客觀合理。

博弈論［17］（Games Theory）是運(yùn)籌學(xué)中針對(duì)具有競(jìng)爭(zhēng)性現(xiàn)象及事物進(jìn)行研究分析的理論和方法，主要研究的是相互影響的多個(gè)決策主體的理性行為及其均衡決策問(wèn)題。在博弈論中，將每個(gè)方案都假定為理性決策的結(jié)果，各個(gè)決策者［18］需要妥協(xié)自身去尋找一種最優(yōu)方案以實(shí)現(xiàn)共同利益的最大化，在模型中體現(xiàn)為納什均衡?；诓┺恼摰腁HP-CRITIC 組合賦權(quán)法［19］的具體步驟如下：

①數(shù)據(jù)處理。假設(shè)每個(gè)子系統(tǒng)具有n年m項(xiàng)指標(biāo)，構(gòu)成原始指標(biāo)數(shù)據(jù)矩陣X。對(duì)正向指標(biāo)和逆向指標(biāo)分別進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)處理，得到無(wú)量綱化矩陣Z。

②權(quán)重結(jié)果的一致性檢驗(yàn)?；诓┺恼摰慕M合賦權(quán)法的實(shí)質(zhì)是對(duì)不同賦權(quán)方法結(jié)果的綜合體現(xiàn)，因此進(jìn)行組合賦權(quán)前需要對(duì)不同方法的賦權(quán)結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。本文采用Spearman 等級(jí)相關(guān)系數(shù)來(lái)衡量AHP 法與CRITIC 法賦權(quán)結(jié)果的一致性程度。

③設(shè)采用AHP 法和CRITIC 法得到的基本權(quán)重向量集W={W1，W2}，其中W1={ω11，ω21，…，ωm1}，W2={ω12，ω22，…，ωm2}。設(shè)α={α1，α2}為線性組合系數(shù)，則W*可由這些向量任意線性組合為：

④博弈論方法要求在可能的向量集中找到最優(yōu)的權(quán)重向量，需要以W*和W中的任意權(quán)重向量的離差最小化為目標(biāo)，對(duì)線性組合系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，由此確定權(quán)重系數(shù)。

⑤按照矩陣微分性質(zhì)，將上式變化為最優(yōu)一階導(dǎo)數(shù)矩陣并求解，得到組合優(yōu)化系數(shù)α并將其進(jìn)行歸一化處理。

⑥計(jì)算組合權(quán)重。

2.2 復(fù)合系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)評(píng)價(jià)模型

為了刻畫(huà)水資源狀況-經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展-生態(tài)環(huán)境保護(hù)子系統(tǒng)之間的相互影響程度及相互作用效果，引入耦合協(xié)調(diào)度模型［8，20，21］定量評(píng)價(jià)湖南省水資源復(fù)合系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性及其時(shí)空變化特征。

耦合協(xié)調(diào)度模型定量評(píng)價(jià)涉及耦合度和耦合協(xié)調(diào)度兩個(gè)基本概念。耦合度是一個(gè)物理概念，用來(lái)表示不同模塊之間的相互影響程度，涉及到的依賴關(guān)系包括調(diào)用關(guān)系、控制關(guān)系和數(shù)據(jù)傳遞關(guān)系等，其實(shí)質(zhì)是兩個(gè)或兩個(gè)以上的實(shí)體或體系之間相互聯(lián)系與作用的程度的一個(gè)度量。耦合協(xié)調(diào)度是在耦合度的基礎(chǔ)上演變而來(lái)的，主要是從整體的角度上反映多個(gè)模塊之間相互作用的整體效應(yīng)與協(xié)同效應(yīng)，并克服了事物在低水平情況下產(chǎn)生高度耦合的假象，進(jìn)一步表征各模塊之間的作用效果是在高水平上相互促進(jìn)還是低水平上相互制約。

首先需要計(jì)算水資源狀況子系統(tǒng)（Water Resources Status，WRS）、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展子系統(tǒng)（Socio-Economic Development，SED）、生態(tài)環(huán)境保護(hù)子系統(tǒng)（Ecological Environment Protection，EEP）各自的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，計(jì)算公式為：

式中：f(x)、g(y)、h(z)分別為水資源狀況、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護(hù)子系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)；x*i、y*i、z*i分別為3個(gè)子系統(tǒng)中各評(píng)價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值；ωfi、ωgi、ωhi分別為3 個(gè)子系統(tǒng)中各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重；m、n、p分別3 個(gè)子系統(tǒng)中評(píng)價(jià)指標(biāo)的個(gè)數(shù)，此處m= 11，n= 12，p= 5。

為了進(jìn)一步分析各子系統(tǒng)間的發(fā)展關(guān)系，需要計(jì)算各子系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)相對(duì)值［22］，其計(jì)算結(jié)果可劃分5 種類型，如表2所示。

表2 子系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)相對(duì)值等級(jí)分類標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Subsystem comprehensive evaluation index relative value grade classification standard

根據(jù)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)的計(jì)算結(jié)果，最后計(jì)算湖南省水資源-經(jīng)濟(jì)社會(huì)-生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度，建立耦合協(xié)調(diào)度模型：式中：C為耦合度；D為耦合協(xié)調(diào)度；T為水資源復(fù)合系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)系數(shù)；α、β、γ為待定系數(shù)，反映了系統(tǒng)的重要程度，由于水資源狀況子系統(tǒng)是其余兩個(gè)系統(tǒng)相互作用的重要扭帶，因此將待定系數(shù)確定為：α= 0.4，β= 0.3，γ= 0.3。

借鑒已有研究成果［23，24］，對(duì)耦合度C和耦合協(xié)調(diào)度D的計(jì)算結(jié)果分別設(shè)置了不同等級(jí)的判別標(biāo)準(zhǔn)，將水資源復(fù)合系統(tǒng)的耦合度以及耦合協(xié)調(diào)度發(fā)展關(guān)系劃分為以下類型，如表3 和表4所示。

表3 耦合度評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab.3 Coupling evaluation grade standard

表4 耦合協(xié)調(diào)度評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab.4 Coupling coordination degree evaluation grade standard

2.3 復(fù)合系統(tǒng)障礙因素識(shí)別

為了識(shí)別各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)湖南各市州“水資源-經(jīng)濟(jì)社會(huì)-生態(tài)環(huán)境”復(fù)合系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度的影響和制約因素，采用障礙度分析模型［25］對(duì)兩系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度的障礙因子進(jìn)行測(cè)算和診斷，引入“指標(biāo)貢獻(xiàn)度”、“指標(biāo)偏離度”、“障礙度”的概念。障礙度越小，表示該指標(biāo)對(duì)協(xié)調(diào)性的阻礙越小。具體計(jì)算公式如下：

式中：Mj為障礙度；ωij為第j項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重，即指標(biāo)貢獻(xiàn)度；r*ij為第i年第j項(xiàng)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)；vj為指標(biāo)偏離度；m為指標(biāo)個(gè)數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)展演變特征

系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)反映了系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。從湖南省全省整體狀態(tài)來(lái)看，各子系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)變化如圖1所示。

圖1 湖南省水資源-經(jīng)濟(jì)社會(huì)-生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度Fig.1 Coupling coordination degree of water resources-economic society-ecological environment in Hunan Province

水資源子系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)在2007 年出現(xiàn)最高值（0.561），2007-2014 年分3 個(gè)階段呈不同幅度持續(xù)下降至最低值（0.285）。據(jù)統(tǒng)計(jì)，湖南省降水量最小值發(fā)生在2011 年的洞庭湖環(huán)湖區(qū)楊柳潭站，該階段的全省降水量較小，同時(shí)生產(chǎn)方式較為粗放，降水量的減小和水質(zhì)污染問(wèn)題導(dǎo)致水資源子系統(tǒng)中相關(guān)指標(biāo)值發(fā)生變化，進(jìn)而影響湖南省的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)。

水資源子系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)除2018 和2019 年呈略下降趨勢(shì)外，在2014-2020年的其余時(shí)段均呈上升趨勢(shì)。據(jù)調(diào)查可知，湖南省在2015 年以來(lái)陸續(xù)開(kāi)展了洞庭湖水環(huán)境綜合整治五大專項(xiàng)行動(dòng)、生態(tài)環(huán)境專項(xiàng)整治三年行動(dòng)計(jì)劃和水環(huán)境綜合治理八年規(guī)劃；2016 年提出長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略，生態(tài)環(huán)境得到進(jìn)一步改善，湖南省綠色發(fā)展指數(shù)升至全國(guó)第8位；近年來(lái)湖南省水環(huán)境整治政策的出臺(tái)及施行大力，有效助推水資源子系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)于2020 年上升至0.462。在此背景下，生態(tài)環(huán)境保護(hù)子系統(tǒng)評(píng)價(jià)指數(shù)從2006 年最低值（0.354）增加至2020 年最高值（0.779），總體上呈上升趨勢(shì)，發(fā)展?fàn)顟B(tài)良好。經(jīng)濟(jì)社會(huì)子系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)整體較為平穩(wěn)，出現(xiàn)小范圍的波動(dòng)；黨的十八大以來(lái)，在以習(xí)近平同志為核心的黨中央堅(jiān)強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)下，全省上下大力推進(jìn)科學(xué)發(fā)展，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供強(qiáng)有力的支撐。

湖南省水資源經(jīng)濟(jì)社會(huì)生態(tài)環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)系數(shù)整體呈不顯著上升趨勢(shì)，其變化過(guò)程主要受到水資源子系統(tǒng)評(píng)價(jià)指數(shù)影響，在2005-2019 年間出現(xiàn)上下波動(dòng)，最后在2020年上升到最高值（0.578）。

如圖2 所示，湖南省各子系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)相對(duì)值f(t)∕g(t)、f(t)∕h(t)從2005 年到2020 年總體顯著下降，在2014-2020年間有上升趨勢(shì)。2008-2020年水資源相對(duì)于經(jīng)濟(jì)社會(huì)的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)比值f(t)∕g(t)處于1.0 以下，表明水資源相對(duì)于經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展關(guān)系從2005 年的勉強(qiáng)充足型，逐漸變?yōu)?008-2020年的短缺或受損型；水資源相對(duì)于生態(tài)環(huán)境的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)比值f(t)∕h(t)從2005年持續(xù)下降，于2014年跌破0.6以下，表明水資源相對(duì)于生態(tài)環(huán)境的發(fā)展關(guān)系從2005-2009年的勉強(qiáng)充足或特別充足型，逐漸變?yōu)?014-2020 年的極度受損型。湖南省水資源子系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)階段明顯滯后于經(jīng)濟(jì)社會(huì)子系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)，但未來(lái)有好轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。

圖2 湖南省水資源-經(jīng)濟(jì)社會(huì)-生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)相對(duì)值Fig.2 Relative value of comprehensive evaluation index of water resources-economic society-ecological environment in Hunan Province

從湖南省各市州的綜合發(fā)展水平空間演變來(lái)看（圖3），綜合發(fā)展水平總體首先由2005-2006年間呈現(xiàn)的“中部高，東西部低”轉(zhuǎn)變?yōu)?007-2012 年的“四周高，中部低”；到2013 年，除婁底市、邵陽(yáng)市等湘中地區(qū)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)處于0.5 以上之外，其余市州綜合發(fā)展?fàn)顟B(tài)均呈現(xiàn)較低水平；2014-2020年，全省總體向著較高水平狀態(tài)發(fā)展，從2016年開(kāi)始大部分地區(qū)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)變?yōu)?.5 以上；到2020 年，湖南省共有9 個(gè)市州的評(píng)價(jià)指數(shù)均到達(dá)0.6以上。

3.2 系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度演變特征

由圖1 可知，2005-2020 年湖南省水資源-經(jīng)濟(jì)社會(huì)-生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)耦合度整體情況較為平穩(wěn)，耦合度值在0.936～0.972范圍內(nèi)浮動(dòng)。湖南省各市州在2005-2020 年間均處于“高水平耦合”狀態(tài)，耦合等級(jí)所呈現(xiàn)的空間演變特征不明顯，由此可見(jiàn)湖南省水資源復(fù)合系統(tǒng)中水資源、經(jīng)濟(jì)社會(huì)、生態(tài)環(huán)境等3個(gè)子系統(tǒng)間的相互影響程度長(zhǎng)時(shí)間保持在較高的水平，相互制約關(guān)系明顯。

由圖1 可知，2005-2020 年湖南省水資源-經(jīng)濟(jì)社會(huì)-生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度整體呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢(shì)：2005-2015 年耦合協(xié)調(diào)值在0.65～0.69間波動(dòng)，處于初級(jí)協(xié)調(diào)階段；2015-2020年耦合協(xié)調(diào)值則上升到0.70～0.74，基本穩(wěn)定在中級(jí)協(xié)調(diào)狀態(tài)。

從湖南省各市州的耦合協(xié)調(diào)度空間演變來(lái)看（圖4），2005-2006 年湖南省中部大多處于中級(jí)協(xié)調(diào)耦合水平，2007-2008 年常德市、婁底市、湘潭市逐漸變?yōu)槊銖?qiáng)失調(diào)衰退狀態(tài)，2009-2010 年有所好轉(zhuǎn)；2011-2014 年全省整體耦合狀態(tài)變差，湘西州、邵陽(yáng)、衡陽(yáng)、岳陽(yáng)等地區(qū)由中級(jí)協(xié)調(diào)耦合變?yōu)槌跫?jí)協(xié)調(diào)耦合，長(zhǎng)沙、株洲、張家界等地區(qū)在勉強(qiáng)失調(diào)衰退和初級(jí)協(xié)調(diào)耦合兩種狀態(tài)之間變化，湘潭市此階段一直處于勉強(qiáng)失調(diào)衰退狀態(tài)；2015-2017 年除湘潭市2016 年為勉強(qiáng)失調(diào)衰退外，全省整體耦合狀態(tài)總體上向著較好的方向發(fā)展；2018-2019 年整體耦合水平略有變差。2020年，張家界、長(zhǎng)沙、婁底等地區(qū)變?yōu)榱己脜f(xié)調(diào)耦合狀態(tài)，僅有湘潭市呈現(xiàn)衰退狀態(tài)。

圖4 湖南省2005-2020年耦合協(xié)調(diào)度空間分布多年變化Fig.4 Years of changes in spatial distribution of coupling coordination degree in Hunan Province from 2005 to 2020

3.3 障礙度分析

由圖5可以看出，2005年到2011年間，湖南省水資源-經(jīng)濟(jì)社會(huì)-生態(tài)環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)主要受到生態(tài)環(huán)境的制約，對(duì)全省絕大部分區(qū)域系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度起到最大制約作用的是水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率。2005-2007 年中，障礙度排序前列的指標(biāo)包括水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率、森林覆蓋率和COD 濃度等，同時(shí)第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占比、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占比等指標(biāo)在一定程度上體現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)社會(huì)的制約作用。2008-2011 年，經(jīng)濟(jì)社會(huì)起到的阻礙作用明顯減弱，水資源制約作用增強(qiáng)，生態(tài)與環(huán)境補(bǔ)水占比和居民生活用水占比的障礙度排序得以提升。

圖5 湖南省2005-2020年障礙因子多年變化Fig.5 Years of changes in obstacle factors in Hunan Province from 2005 to 2020

2012 年到2018 年間，主要受到水資源的制約，障礙度排序第一位的是生態(tài)與環(huán)境補(bǔ)水占比。2013-2014 年，居民生活用水占比、生態(tài)與環(huán)境補(bǔ)水占比、水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率和COD 濃度等指標(biāo)起到不小的阻礙作用；2015 年，水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率阻礙作用明顯下降；2016-2018年，第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占比排序逐漸得以提升，經(jīng)濟(jì)社會(huì)起到的制約作用逐漸顯現(xiàn)。

2019 年到2020 年間，主要受到經(jīng)濟(jì)社會(huì)的制約，第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占比對(duì)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度產(chǎn)生的障礙作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他指標(biāo)；同時(shí)2020 年明顯還受到了水資源和生態(tài)環(huán)境的約束，生態(tài)與環(huán)境補(bǔ)水占比、居民生活用水占比和COD 濃度等指標(biāo)在障礙因子中均占據(jù)了重要地位。

從2005-2020 年障礙度排序第一指標(biāo)種類的變化情況來(lái)看，排在首位的障礙因子逐漸從環(huán)境因子變?yōu)樗Y源因子和經(jīng)濟(jì)社會(huì)因子。由此可見(jiàn)近年來(lái)湖南省的環(huán)境質(zhì)量得到一定程度上的改善，水資源和經(jīng)濟(jì)發(fā)展問(wèn)題成為影響湖南省可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展的新因素，但生態(tài)環(huán)境方面的影響仍不容忽視。

4 結(jié) 論

基于湖南省發(fā)展現(xiàn)狀，構(gòu)建湖南省水資源-經(jīng)濟(jì)社會(huì)-生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)湖南省14個(gè)地級(jí)行政區(qū)2005-2020 年間的綜合發(fā)展水平、系統(tǒng)耦合度及耦合協(xié)調(diào)度進(jìn)行了綜合測(cè)算，并對(duì)影響不同地區(qū)耦合系統(tǒng)協(xié)調(diào)度的障礙因子作出了分析，其結(jié)論如下。

（1）湖南省水資源、生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)均呈先下降后上升的趨勢(shì)，經(jīng)濟(jì)社會(huì)子系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)變化情況相對(duì)來(lái)說(shuō)較為平穩(wěn)。復(fù)合系統(tǒng)整體的綜合評(píng)價(jià)系數(shù)總體呈不顯著上升趨勢(shì)，近年來(lái)水資源相對(duì)于經(jīng)濟(jì)社會(huì)和生態(tài)環(huán)境的發(fā)展關(guān)系呈現(xiàn)為短缺或受損型，水資源對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的制約作用越發(fā)顯著。

（2）湖南省3 個(gè)子系統(tǒng)耦合度整體始終保持在高水平耦合狀態(tài)，耦合協(xié)調(diào)度整體呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢(shì)，現(xiàn)階段基本穩(wěn)定在中級(jí)協(xié)調(diào)狀態(tài)，總體上向著好的方向發(fā)展。各市州發(fā)展速度存在一定差異，現(xiàn)階段除湘潭市向著衰退狀態(tài)發(fā)展外，湖南省其余地區(qū)均處于協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

（3）由障礙度分析可知，2005-2020年間，3大子系統(tǒng)的障礙度對(duì)湖南省水資源、經(jīng)濟(jì)社會(huì)、生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展在不同階段的影響程度各不相同，其中水資源、經(jīng)濟(jì)社會(huì)子系統(tǒng)的障礙度呈增大趨勢(shì)，生態(tài)環(huán)境的障礙度呈減小趨勢(shì)；水資源和經(jīng)濟(jì)社會(huì)對(duì)湖南省未來(lái)可持續(xù)發(fā)展的影響相對(duì)于生態(tài)環(huán)境來(lái)說(shuō)更為關(guān)鍵?？傮w來(lái)說(shuō)，影響湖南省水資源-經(jīng)濟(jì)社會(huì)-生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的主要因子為第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占比、生態(tài)與環(huán)境補(bǔ)水占比、居民生活用水占比、水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率和COD濃度。

綜合以上研究結(jié)果可見(jiàn)，水資源系統(tǒng)現(xiàn)階段在湖南省“水資源-經(jīng)濟(jì)社會(huì)-生態(tài)環(huán)境”復(fù)合系統(tǒng)整體中起到極為關(guān)鍵的影響作用，在保持湖南省水環(huán)境整治政策繼續(xù)執(zhí)行的前提下，應(yīng)加強(qiáng)水資源系統(tǒng)的建設(shè)和創(chuàng)新，運(yùn)用先進(jìn)信息技術(shù)手段及規(guī)劃思想科學(xué)管理水資源，促進(jìn)形成與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護(hù)相適應(yīng)的水資源配置格局，進(jìn)而提高湖南省水資源與經(jīng)濟(jì)社會(huì)和生態(tài)環(huán)境方面的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展水平。

針對(duì)湖南省水資源時(shí)空分布不均而導(dǎo)致的缺水等問(wèn)題，建議對(duì)水資源儲(chǔ)量豐沛和水資源短缺的地區(qū)施行與區(qū)域?qū)嶋H狀況相適應(yīng)的水資源規(guī)劃及管理，將較干旱的地方或現(xiàn)狀供需矛盾較尖銳的地方單獨(dú)劃區(qū)，積極新建引調(diào)水工程、開(kāi)發(fā)優(yōu)質(zhì)供水水源以改善水源單一的現(xiàn)狀，促進(jìn)實(shí)現(xiàn)全省水資源科學(xué)優(yōu)化配置。同時(shí)實(shí)施全民節(jié)水行動(dòng)，合理統(tǒng)籌居民生活、工業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境用水；鑒于第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值對(duì)湖南省復(fù)合系統(tǒng)的影響力較大，應(yīng)注重工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)，推進(jìn)工業(yè)節(jié)水，提高工業(yè)用水效率，促進(jìn)工業(yè)產(chǎn)業(yè)布局與水資源空間分布的合理協(xié)調(diào)。

針對(duì)湖南省現(xiàn)階段水質(zhì)污染嚴(yán)重的情況，在生態(tài)環(huán)境建設(shè)方面須大力減少?gòu)U污水排放，積極引導(dǎo)高污染工廠企業(yè)轉(zhuǎn)型，爭(zhēng)取更大程度降低廢水中COD 濃度，進(jìn)一步提升水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率；對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)遭受破壞、水污染較重的水域，需增設(shè)生態(tài)防護(hù)工程措施，加強(qiáng)對(duì)有毒有害物質(zhì)的監(jiān)控，全面提高預(yù)警能力，保障水源地供水與生態(tài)安全。

此外，根據(jù)湖南省各市州的發(fā)展水平和障礙度測(cè)算結(jié)果，特別建議積極引導(dǎo)呈現(xiàn)失調(diào)衰退狀態(tài)的湘潭市與協(xié)調(diào)發(fā)展勢(shì)頭良好的婁底、長(zhǎng)沙等鄰邊城市加深產(chǎn)業(yè)合作，同時(shí)在障礙度分析結(jié)果的理論指導(dǎo)下著重加強(qiáng)對(duì)湘潭市第二、第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢(shì)以及生態(tài)環(huán)境補(bǔ)水狀況的把控。