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摘要：随着人口增长、城市化进程加快，资源与环境已成为约束社会经济发展的主要问题。水资源与能源是社会经济发展所必需的基础资源，研究水、能源与经济在社会发展过程中的协调关系，提高资源利用效率、减少污染排放，是提高资源保障水平的一条可行途径。在此背景下，我国提出实行最严格的水资源管理制度，划定用水总量控制、用水效率控制和水功能区限制纳污“三条红线”，以应对水资源管理改革的现实需求。
关键词：水—能源—社会经济；三条红线；耦合协调度
引言
为研究水资源、能源与社会经济之间的耦合协调关系及时序变化特征，基于水资源管理“三条红线”制度的内涵，建立了水资源－能源－经济系统的耦合协调评价指标体系，利用耦合协调模型定量分析整个系统的协调发展水平及子系统相互之间的耦合关系。以云南省为例，水－能源－经济系统的耦合协调发展水平及变化特征。发现云南省水资源、能源与社会经济一直处于高水平耦合阶段，相互作用程度显著；耦合协调度呈波动式上升状态，从勉强协调发展类升至中级协调发展类，但三者之间仍存在较大的耦合协调空间，故应提高水资源与能源的开发利用效率，加强环境保护力度，促进区域经济的协调可持续发展。
1概述
为分析区域“三条红线”的执行情况，杨丹等采用层次分析法确立了水资源管理的评价指标体系；张志强等引用多准则集成法构建了基于人水和谐理念的“三条红线”评价方法体系，这些方法仅考虑了水资源系统或水资源与社会经济系统，而水资源的开发利用、排放处理等过程伴随着能源消耗，需要能源来提供动力，在满足水资源“三条红线”制度要求的同时，能源也能做到高效和环保利用，将是未来社会经济可持续发展的重要基础。因此，通过构建耦合协调度模型来分析区域水资源、能源与社会经济系统的耦合协调关系及时序演化特征，以期为区域水资源、能源和经济的协调可持续发展提供理论参考。
2研究方法及数据处理
耦合是指两个或两个以上的系统、体系或运动形式通过各种相互作用而互相影响的现象，耦合度是指各子系统相互作用程度的强弱。协调是指各子系统在良性互动下相互依赖的动态关联关系，协调度是指各子系统相互作用中的良性耦合程度。区域水资源、能源、社会经济三者间存在着复杂的内在联系和相互作用，即水资源全生命周期过程的各个环节都需要消耗能源，而能源的开发利用需要消耗水资源，水资源和能源的开发程度、利用效率、环境影响对实现区域社会经济的可持续发展具有重要意义。
2.1数据来源
选取云南省２００５～２０１６年水资源－能源－社会经济系统耦合协调度评价指标的现状数据为研究对象，数据主要来源于云南省水资源公报、《云南统计年鉴》、《中国能源统计年鉴》等，部分无法直接获取的数据通过线性拟合法赋值补缺。
2.2指标体系构建
遵循整体性、代表性和可比性等原则，基于“三条红线”制度的内涵（用水总量、用水效率、水功能区限制纳污），将水资源、能源和社会经济子系统分为总量、效率和环境三个层面，每个子系统选取１０个指标，以比较全面地展现水－能源－经济系统的发展水平。
2.3数据标准化处理
为消除不同指标量纲或数量级不同所造成的影响，需对原始数据进行标准化处理。根据指标的不同功效将它们分为正、负指标。正向指标计算公式为：Ｘ′ｉｊ＝（Ｘｉｊ－ｍｉｎＸｊ）／（ｍａｘＸｊ－ｍｉｎＸｊ）（１）负向指标计算公式为：Ｘ′ｉｊ＝（ｍａｘＸｊ－Ｘｉｊ）／（ｍａｘＸｊ－ｍｉｎＸｊ）（２）式中，Ｘｉｊ、Ｘ′ｉｊ分别为第ｉ年第ｊ项指标数据的原始值和标准化后的值；ｍａｘＸｊ、ｍｉｎＸｊ分别为历年来第ｊ项指标的最大值和最小值。
2.4指标权重确定
采用熵值法确定指标权重，通过计算指标的信息熵，根据指标的相对变化程度对系统的整体影响来确定其权重。具体步骤如下。步骤１计算第ｉ年第ｊ项指标的比重Ｒｉｊ：Ｒｉｊ＝Ｘ′ｉｊ∑ｎｉ＝１Ｘ′ｉｊ（３）式中，ｎ为统计年数。步骤２ 计算第ｊ项指标的信息熵ｅｊ：ｅｊ＝－１ｌｎｎ∑ｎｉ＝１（ＲｉｊｌｎＲｉｊ）（４）ｅｊ∈［０，１］，当Ｒｉｊ＝０时，ｅｊ＝０。步骤３计算第ｊ项指标的差异性系数ｄｊ：ｄｊ＝１－ｅｊ（５）步骤４计算第ｊ项指标的权重ｗｊ：ｗｊ＝ｄｊ∑ｍｉ＝１ｄｊ（６）式中，ｍ为每个子系统的指标总数。
2.5综合评价指数
运用线性加权法计算各子系统的综合评价指数，以衡量各子系统的综合发展水平。计算公式为：Ｗ（ｘ）＝∑ｍｊ＝１ｗｊＸ′ｉｊ（７）Ｅ（ｙ）＝∑ｍｊ＝１ｗｊＹ′ｉｊ（８）Ｓ（ｚ）＝∑ｍｊ＝１ｗｊＺ′ｉｊ（９）式中，Ｗ（ｘ）、Ｅ（ｙ）、Ｓ（ｚ）分别为第ｉ年水资源、能源和经济子系统的综合评价指数，指数越高则说明发展水平越高；Ｘ′ｉｊ、Ｙ′ｉｊ、Ｚ′ｉｊ分别为各子系统第ｉ年第ｊ项指标的标准化数值。
2.6耦合度模型
借鉴物理学中的容量耦合系数模型，构建水资源－能源－经济系统耦合度模型：Ｃ＝３３Ｗ（ｘ）Ｅ（ｙ）Ｓ（ｚ槡）Ｗ（ｘ）＋Ｅ（ｙ）＋Ｓ（ｚ）（１０）式中，Ｃ为耦合度，反映子系统间相互作用、相互影响程度的强弱，Ｃ∈［０，１］，Ｃ值越大表明子系统间越协调，当Ｃ＝１时表明子系统间处于最佳协调状态。参考文献：［５，６］，将耦合度划分为４个等级：Ｃ∈［０，０．３］为低水平耦合阶段；Ｃ∈（０．３，０．５］为拮抗阶段；Ｃ∈（０．５，０．８］为磨合阶段；Ｃ∈（０．８，１．０］为高水平耦合阶段。
2.7耦合协调度模型
耦合度反映了水资源、能源和经济系统之间的相互作用强度，但在某些情况下很难反映相互作用协调水平的高低。在耦合度的基础上构建耦合协调度模型，以反映各子系统间交互耦合的协调程度.参考已有研究成果对水资源－能源－经济系统的耦合协调类型进行划分，结果见表。
3水资源管理中的水—能源—经济耦合关系
3.1系统耦合结果分析
根据式（７）～（１１）计算云南省２００５～２０１６年水资源子系统综合评价指数Ｗ（ｘ）、能源子系统综合评价指数Ｅ（ｙ）和经济子系统综合评价指数Ｓ（ｚ）、水－能源－经济系统的综合评价指数Ｔ、耦合度Ｃ和耦合协调度Ｄ，结果见表。
由云南省能源系统和经济系统的综合评价指数可知，在２００８年之前，该比值从０．９０１递增至１．４６４，说明这段时间内能源的开发利用与社会经济发展相对均衡，工业二氧化硫、氮氧化物等污染物的排放量也得到了较好控制。２００８年之后该比值缓慢下降至０．６８３，属于能源严重受损型经济发展模式，说明该时段经济与能源的发展基本不协调，虽然ＧＤＰ和人均ＧＤＰ逐年上升，但人均能源消费量也不断增加，在改善经济的同时，对能源的依赖越来越严重。
结语
根据“三条红线”制度的内涵构建水－能源－经济系统耦合协调模型，为“三条红线”的确定提供了新视角，即考虑水资源与能源、经济的耦合协调关系。通过对各子系统的两两对比发现，水－能源系统与水－经济系统耦合协调发展趋势良好，而能源－经济系统的耦合协调程度仍有待提高。
参考文献：
[1]陈晓，李景保，王飞，等．近１０年间南京市生态环境与水资源的耦合关系[J]．水电能源科学，2017，35（7）：65-68.
[2]杨丹，张昊，管西柯，等．区域最严格水资源管理“三条红线”评价指标体系的构建[J]．水电能源科学，2013，31（12）：182-185.
[3]张志强，左其亭，马军霞．基于人水和谐理念的“三条红线”评价及应用[J]．水电能源科学，2015，33（1）：136-140.
论文作者:李祥1,姚飞鸿2,王定琨3
论文发表刊物:《防护工程》2019年第6期
论文发表时间:2019/6/24
标签：水资源论文; 能源论文; 耦合度论文; 指标论文; 经济论文; 系统论文; 子系统论文; 《防护工程》2019年第6期论文;