李 倩,李 倫

(1.河南開放大學 建筑工程與智能建造學院,鄭州 450008; 2.河南省農村供水總站,鄭州 450003)

0 引言

黃河流域在河南省發(fā)展戰(zhàn)略布局中具有重要地位,河南省18個城市中有14個使用黃河水。2021年省轄黃河流域總供水量46.19億m3,占全省供水總量的20.7%,供水涉及面積占河南省總面積的62.3%,惠及全省約74.6%的人口并滿足77.5%的經濟發(fā)展需求。15年來,黃河流域水資源開發(fā)利用率嚴重超出警戒線,高達76%,水資源量減少17.6%。在嚴格管控水資源的背景下其用水總量減少13.3%,但總體上供需矛盾仍比較突出。本研究數(shù)據來源于2006—2022年河南省水資源公報、河南統(tǒng)計年鑒、河南省環(huán)境統(tǒng)計年報,缺失數(shù)據采用外延法進行插補[1]。為深入分析黃河流域河南段水資源利用效率與經濟高質量發(fā)展的耦合協(xié)調關系,選擇14個供水區(qū)作為研究對象[2]。把水資源作為最大的剛性約束,加快推進水資源節(jié)約集約利用,是黃河流域實現(xiàn)經濟高質量發(fā)展的現(xiàn)實要求和必然選擇[3]。黃河流域經濟高質量發(fā)展背景下,必須認真對待水資源利用效率與經濟高質量發(fā)展間的協(xié)調關系,緩解經濟發(fā)展與水資源消耗之間的矛盾。

1 指標體系構建

參考已有研究,結合可持續(xù)發(fā)展、高質量發(fā)展理念,構建水資源利用效率評價指標體系[4](見表1)和經濟高質量發(fā)展評價指標體系[5](見表2)。

表1 水資源利用效率指標體系Tab.1 Water resources utilization efficiency index system

表2 經濟高質量發(fā)展指標體系Tab.2 High quality economic development index system

為消除量綱影響,對數(shù)據做如下處理:

正向指標(越大越優(yōu)):

(1)

負向指標(越小越優(yōu)):

(2)

式中,xij表示第i年第j項指標的數(shù)值,max{xj}、min{xj}分別為第j項指標的最大值和最小值,Xij為標準化的數(shù)據。i=1,2,…,n;j=1,2,…,m。

熵權法是客觀賦權法,本研究利用信息熵工具計算出各個指標的權重,為后續(xù)評價提供依據,過程如下:

計算第i個樣本的第j項指標Xij占該指標的比重yij,得到比重矩Y=(yij)m×n。

(3)

計算第j項指標的信息熵:

(4)

式中,K=1/lnn為非負數(shù),0≤ej≤1;且規(guī)定當yij=0時,yijlnyij=0。

計算第j項指標的信息冗余度:

dj=1-ej

(5)

計算第j項指標的權重:

(6)

2 模型構建

2.1 綜合評價模型

在數(shù)據標準化及權重計算的基礎上,利用綜合評價模型衡量水資源利用效率和經濟高質量發(fā)展水平[6]。

水資源利用效率的綜合得分U:

(7)

經濟高質量發(fā)展的綜合得分V:

(8)

式中,wj為第j項指標的權重。

2.2 耦合協(xié)調模型

水資源利用效率與經濟高質量發(fā)展水平的耦合度計算公式如下[7]:

(9)

式中,C為耦合度,取值0～1,越接近1說明二者間的相互關系越緊密協(xié)調;反之越不協(xié)調。雖然C可以反映兩系統(tǒng)相互依賴的程度,但難以反映二者間的協(xié)調效應,故此構建了耦合協(xié)調度模型:

(10)

式中,D為耦合協(xié)調度,取值0～1,D值越大說明二者的耦合關系越和諧;反之越不和諧,需提升水平低一方的發(fā)展;T為二者之間的綜合協(xié)調指數(shù)。因經濟高質量發(fā)展與水資源利用效率同等重要,故取待定系數(shù)α=β=1/2。借鑒已有成果,將耦合協(xié)調發(fā)展分為極度失調、嚴重失調等10個等級。

為分析二者之間的相對發(fā)展程度,參考相關文獻引入相對發(fā)展模型,公式如下:

E=V/U

(11)

式中,E為水資源利用效率與經濟高質量發(fā)展系統(tǒng)的相對發(fā)展系數(shù)。借鑒已有成果,將相對發(fā)展度分為經濟高質量發(fā)展滯后于水資源利用效率、經濟高質量發(fā)展同步于水資源利用效率、經濟高質量發(fā)展超前于水資源利用效率三個等級。

3 實證結果

3.1 綜合評價

在對評價指標數(shù)據進行標準化處理的基礎上,依據公式(3)～(6)計算指標權重,運用公式(7)和(8)計算鄭州等14市2006—2021年水資源利用效率和經濟高質量發(fā)展的綜合評價得分,計算結果如表3、表4所示[8]。

表3 水資源利用效率綜合評價得分Tab.3 Comprehensive evaluation score of water resource utilization efficiency

2006—2021年,黃河流域河南段水資源利用效率整體呈波動上升發(fā)展趨勢,且鄭州等14市水資源利用效率區(qū)域差異逐漸減小。其中,安陽市政府加大了對科研經費的支出,改變了以鋼鐵、煤化工、冶金等傳統(tǒng)工業(yè)為主的發(fā)展模式,使萬元GDP用水量大幅下降,工業(yè)用水占比逐年降低,提高了水資源利用效率,多年平均值最大;三門峽對水資源實行科學規(guī)劃、依法管理,嚴格控制開發(fā)利用率,也逐漸提高了水資源利用效率;新鄉(xiāng)、鶴壁、開封、商丘、周口、濮陽、濟源等城鎮(zhèn)化水平偏低,仍以農業(yè)發(fā)展為主,用水占比高達60%～70%,需要不斷調整優(yōu)化其產業(yè)結構,提高科研水平,促進水資源利用效率的全面提升;洛陽、平頂山、許昌經濟發(fā)展態(tài)勢較好,能夠以資源帶動經濟發(fā)展,工業(yè)用水占比均在40%左右,但其人口基數(shù)大,水資源總量相對較少,給水資源的使用帶來了較大的壓力,需進一步優(yōu)化產業(yè)發(fā)展結構。

2006—2021年黃河流域河南段經濟高質量發(fā)展水平整體呈上升發(fā)展趨勢,但鄭州等14市經濟高質量發(fā)展仍存在區(qū)域差異性。從發(fā)展水平來看,鄭州市發(fā)展水平最高,周口市最低,主要原因在于鄭州市大力實施創(chuàng)新驅動戰(zhàn)略,大力發(fā)展都市農業(yè),構建了現(xiàn)代化產業(yè)體系;新鄉(xiāng)創(chuàng)建了高新技術產業(yè)基地,加大了科研經費投入,科技創(chuàng)新成效顯著;安陽是老工業(yè)城市,第二產業(yè)仍是其經濟發(fā)展的主引擎,但受資源影響,經濟發(fā)展速度放慢;許昌憑借超硬材料、輸變電裝備等主導產業(yè)快速發(fā)展,但其發(fā)展的時間短,經驗少,尚未形成產業(yè)鏈配套的企業(yè)群,產業(yè)發(fā)展空間受限,經濟發(fā)展緩慢;鶴壁、商丘、周口是農業(yè)區(qū),經濟體量較少,發(fā)展較慢。從發(fā)展增速來看,焦作對旅游業(yè)、工業(yè)等產業(yè)進行了轉型升級,優(yōu)勢產業(yè)和主導產業(yè)能夠相互扶持,共同發(fā)展,年均增長率最高;三門峽市創(chuàng)新能力較弱,產業(yè)結構轉換能力有限,綜合競爭力總體上不強,年均增長率最低。

3.2 耦合協(xié)調關系

在對水資源利用效率、經濟高質量發(fā)展進行綜合評價的基礎上,運用公式(9)～(11)計算鄭州等14市2006—2021年水資源利用效率與經濟高質量發(fā)展之間的耦合度、耦合協(xié)調度和相對發(fā)展度,其二者間的耦合協(xié)調關系詳見圖1[8]。

圖1 鄭州等14市水資源利用效率與經濟高質量發(fā)展的年耦合協(xié)調度Fig.1 Annual coupling coordination degree of utilization efficiency of water resources and high quality economic development in 14 cities, such as Zhengzhou

2006—2021年,鄭州等14市兩系統(tǒng)間的耦合協(xié)調度呈上升趨勢,協(xié)調度越來越高。結合劃分等級可知,鄭州等14市經歷了從輕度失調、瀕臨失調并存向良好協(xié)調、優(yōu)質協(xié)調的轉化和發(fā)展。2006年,鄭州、開封等10市的水資源利用效率與經濟高質量發(fā)展處于瀕臨失調階段,洛陽、安陽、新鄉(xiāng)、焦作處于輕度失調階段。從經濟規(guī)模結構來看,第二產業(yè)比重、GDP水平、科研水平會影響二者的協(xié)調發(fā)展情況,如安陽的第二產業(yè)占比相對較高,但節(jié)水技術一般,導致水資源利用效率和經濟高質量發(fā)展的耦合協(xié)調度不高;焦作水資源利用效率較高,但GDP偏低,也會影響其耦合協(xié)調度。2012年,除鄭州跨越到中級協(xié)調階段,其他13個市仍處于水資源利用效率和經濟高質量發(fā)展的初級協(xié)調階段,這主要得益于鄭州是省會城市,能夠快速響應發(fā)展需求,其耦合協(xié)調度增長幅度較大。2018年,為了踐行高質量發(fā)展理念,優(yōu)化經濟結構,大多城市開始注重新興產業(yè)集群發(fā)展和創(chuàng)新發(fā)展,使得經濟發(fā)展水平不斷提高,水資源消耗總量不斷減少,總體態(tài)勢良好,開封、安陽的水資源利用效率和經濟高質量發(fā)展處于良好協(xié)調階段,鄭州、洛陽等9市處于中級協(xié)調階段,濮陽等3市處于初級協(xié)調階段。2021年,河南省各市總體協(xié)調性向更高的程度發(fā)展,鄭州、開封等8市已邁入水資源利用效率與經濟高質量發(fā)展優(yōu)質協(xié)調階段,安陽、濮陽等6市處于良好階段。

2006—2021年,黃河流域河南段相對發(fā)展度年際變化較大,表示經濟高質量發(fā)展、水資源利用效率同步發(fā)展趨勢不穩(wěn)定。2006—2010年,經濟高質量發(fā)展滯后于水資源利用效率,水資源使用過度。2011—2018年,經濟高質量發(fā)展同步于水資源利用效率,處于良好協(xié)調階段,有向優(yōu)質協(xié)調階段提升的空間。2019年以來,黃河流域河南段兩系統(tǒng)同步發(fā)展但仍不穩(wěn)定,經濟高質量發(fā)展超前于水資源利用效率,有待進一步優(yōu)化產業(yè)結構,強化節(jié)水技術,提升水資源利用效率。詳見圖2。

圖2 水資源利用效率、經濟高質量發(fā)展及相對發(fā)展度的變化趨勢Fig.2 Changing trend of water resource utilization efficiency, high quality economic development and relative development degree

4 結論

2006—2021年,黃河流域河南段水資源利用效率呈波動上升趨勢。其中,2006—2011年水資源利用比較平穩(wěn),利用效率維持在0.37左右。2012—2013年,經濟水平、城鎮(zhèn)化水平快速發(fā)展,給水資源利用帶來一定壓力,利用效率呈下降趨勢。2014年,隨著水資源管理制度開始實施,到2021年利用效率呈穩(wěn)定增長趨勢,利用效率達到0.77,但仍有提升空間。

2006—2021年,黃河流域河南段經濟高質量發(fā)展水平呈上升趨勢。其中,2006—2010年經濟發(fā)展相對緩慢;2011—2021年,隨著產業(yè)核心競爭力的不斷提高,其經濟高質量發(fā)展評分從0.14提升到0.84,其中鄭州最高,周口最低。

2006—2021年,黃河流域河南段水資源利用效率與經濟高質量發(fā)展之間的耦合度呈上升趨勢,多年的耦合度平均值為0.985,處于高水平耦合階段,說明水資源利用效率與經濟高質量發(fā)展之間的關系十分緊密。

2006—2021年,黃河流域河南段水資源利用效率與經濟高質量發(fā)展之間的耦合協(xié)調度呈上升趨勢,說明二者之間的協(xié)調度越來越高。自2016年以來,經歷了“瀕臨失調-勉強協(xié)調-初級協(xié)調-中級協(xié)調-良好協(xié)調”五個階段;到2021年,除安陽、濮陽、許昌、三門峽、商丘、周口6市處于良好協(xié)調階段外,其他8市全部進入優(yōu)質協(xié)調階段。

黃河流域經濟高質量發(fā)展是一個巨大且復雜的工程,但本研究僅對水資源系統(tǒng)進行了分析,有待進一步考慮納入城市系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)等更多因素。此外沒有預測未來水資源利用和經濟發(fā)展的情況,下一步有待加入預測分析模型,便于為黃河流域高質量發(fā)展提供更多參考。

雖然黃河流域河南段各供水區(qū)都進入了良好協(xié)調階段,系統(tǒng)也逐漸趨于優(yōu)化發(fā)展,但結合經濟高質量發(fā)展和水資源利用效率的綜合評分來看,還有提升的空間。為充分挖掘促進水資源利用效率和經濟高質量發(fā)展水平提升的因素,建議后續(xù)采用障礙度模型進行分析,為精準提出發(fā)展建議提供科學依據。