黄河流域河南段经济高质量发展与水资源利用效率耦合协调研究

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　　摘 要：为探讨黄河流域河南段经济高质量发展与水资源利用效率的相互作用程度，在构建二者指标体系的基础上，运用耦合协调模型、相对发展度模型以及耦合协调检验模型进行计算分析。结果表明：①郑州等9市经济高质量发展水平不断提高，且发展速度差异较大，具有阶段性。②郑州等9市水资源利用效率差异逐渐减小，呈小幅度波动变化趋势。③郑州等9市经济高质量发展与水资源利用效率耦合协调发展由拮抗、磨合并存向磨合、协调并存转化，发展水平不断向良性方向变化。④郑州等9市耦合协调相对发展类型提升明显，逐渐由Ⅰ、Ⅳ向Ⅳ、Ⅶ转化，且表现为经济高质量发展滞后于水资源利用效率（郑州2012年除外）。⑤郑州等9市耦合协调度收敛检验值呈现缓慢上升—平稳变化—快速上升的状态且耦合协调度收敛态势不明显。坚持绿色发展理念，通过技术创新提高经济发展质量和用水效率，促进黄河流域河南段二者耦合协调水平不断提高。
　　关键词：经济高质量发展;水资源利用效率;耦合协调;相对发展度;耦合协调检验
　　中图分类号：TV213.9;F127    文献标识码：A    文章编号：1671-0037（2020）4-68-10
　　DOI：10.19345/j.cxkj.1671-0037.2020.04.009
　　2019年9月黄河流域发展确定为重大国家战略以来，高质量发展在概念内涵、评价体系、发展战略等方面开展了深入探讨[1-9]。在概念内涵方面，毛汉英认为高质量发展是指通过优化经济结构等举措，以实现更有效率、更加公平、更可持续的发展[1];安树伟等认为其内涵包括生态优先、产业支撑、区域协调等6方面[2]。在评价体系方面，李文星等基于五大发展理念对黄河流域高质量发展进行了测度，认为创新、绿色和开放是主要驱动因素[3];徐辉等研究表明黄河流域高质量发展水平不断提高且呈现两边高、中间低的空间格局[4]。在战略对策方面，杨永春等针对农业发展脆弱性等不足，提出了新型产业转型和城镇化等发展模式[5];郭晗等针对资源刚性约束等制约因素，提出了分类、系统和协同的空间治理策略[6];苗长虹等建议强化产业和城市支撑，以推动沿黄地区中心城市及城市群高质量发展[7];任保平等提出了五位一体高质量发展模式[8];师博则认为中心城市高质量发展是协同推进黄河流域大治理的关键[9]。
　　水资源是生态保护的核心，对区域经济发展起着重要的支撑和保障作用。目前，黄河流域水资源研究主要集中在承载力[10-11]、持续利用[12-13]、评价预测[14-15]、发展战略[16-17]等方面，在水资源利用效率方面的研究相对薄弱。刘华军等采用MinDS模型研究了黄河流域用水效率的空间格局及动态演化[18];池营营运用数据包络分析模型（DEA）计算了黄河流域内典型省份的灌溉用水效率，并对其存在问题及根源进行了深入分析[19];张慧等采用熵权模型对比分析了黄河流域及其各省（区）的综合农业水资源利用效率[20];管新建[21]、李恩宽[22]等分别采用熵权模型、投影寻踪模型对黄河流域水资源利用效率进行了综合评价。河南省作为农业大省以及中原经济区的核心区域，研究水资源利用效率与经济高质量发展的耦合关系，对于转变水资源开发利用方式、促进水资源优化配置，推动黄河流域生态保护和经济高质量发展具有重要作用。
　　1 高質量发展与水资源利用效率指标构建
　　在遵循科学性、全面性、可获得性和可操作性等原则的基础上，参考已有成果，构建了经济高质量发展评价指标体系[23-24]，包括创新发展等5个系统层，每万人发明专利授权数等22个指标层（表1）;参考已有研究，构建了水资源利用效率评价指标体系[25-26]，该体系全面反映了水资源的有效开发利用和系统管理水平，包括水资源综合利用效率等5个系统层，水资源开发利用率等13个指标层（表2）。
　　2 数据来源和研究方法
　　数据来源于《河南统计年鉴》（2007—2019年）、《河南省环境统计年报》（2006—2018年）、《河南省水资源公报》（2006—2018年）。其中，万人发明专利授权数等21个高质量发展数据来源于《河南统计年鉴》（2007—2019年）;水资源开发利用率等12个水资源利用效率数据来源于《河南省水资源公报》（2006—2018年）;工业固体废弃物综合利用率、人均COD含量2个生态环境数据来源于《河南省环境统计年报》（2006—2018年）。缺失数据采用外延法进行插补。
　　2.1 基于熵值法的指标权重
　　熵值法是依据选取指标信息量大小而确定权重的方法。权重越大表明该指标在所构建的体系中所起作用越大，反之则越小。为保证数据的可运算性，需要对数据进行极差标准化处理[27]，并通过对信息熵、冗余度计算进而确定指标权重。
　　式中：[Yij]为第[i]年份[j]项指标比重，[Ej]为指标信息熵，[dj]为信息熵冗余度，[Wj]为指标权重，[X′ij]为指标数据标准化后的值。[n]为年份数，[m]为指标数。
　　2.2 经济高质量发展与水资源利用效率综合评价模型
　　综合评价可反映区域经济发展和水资源利用效率的整体水平。在对指标进行标准化处理以及所得权重基础上，分别运用综合评价模型测算经济高质量发展与水资源利用效率。
　　式中：[F（x）]为经济高质量发展综合评价值，[G（x）]为水资源利用效率综合评价值，[Wj]为指标权重值，[X′ij]为标准化处理后的第i年第j项指标的数值。
　　2.3 耦合协调模型及其类型划分
　　耦合度能够反映经济高质量发展与水资源利用效率的相互作用程度，而耦合协调度则能够反映两系统动态演化过程[28]，数值越大则表示两系统耦合协调程度越高。
　　式中：[T]为经济高质量发展与水资源利用效率的综合评价值，[C]是耦合度，[D]是耦合协调度，且[D]介于[0，1]之间，由于两系统同等重要，因而a=b=0.5，有两个系统层k=2。 　　2.4 相对发展度模型
　　为研究经济高质量发展与水资源利用效率的相对发展状况，引入相对发展度模型[29]。
　　式中：[E]是相对发展度，[F（x）]、[G（x）]含义同上。
　　为更加直观地反映经济高质量发展与水资源利用效率两者之间的协调发展关系。借鉴已有成果[23，27]，对耦合协调发展及相对发展度进行类型划分（表3）。
　　2.5 经济高质量发展与水资源利用效率收敛分析检验模型
　　为分析区域差异，运用收敛分析模型进行[σ]检验[30]。
　　式中[σt]为收敛值，[Xm（t）]为第m个市在第[t]年的耦合协调度，[Xk（t）]为第[k]个区域在第[t]年的耦合协调度，[t]为年份，[m]、[k]为所计算区域，[N]为区域数量。若[σt>σt+1]，表明经济高质量发展与水资源利用效率耦合协调度区域差距逐渐缩小。
　　3 黄河流域河南段经济高质量发展综合评价
　　黄河流域河南段包括郑州、开封、洛阳、三门峡、济源、焦作、新乡、濮阳8市[31-32]，参考已有文献[33]以及考虑到战略规划和黄河流经区域，本研究把安阳市纳入了研究范围。战略规划是指黄河流域属于五大国家战略之一，同时安阳市也是河南省黄河流域生态保护和高质量发展规划确定的9个核心区城市之一[34];黄河流经区域是指黄河下游的金堤河，是安阳辖区唯一的一条黄河支流，流经河南、山东，在濮阳市台前县穿临黄堤汇入黄河[35]。
　　在对数据进行极差标准化处理基础上，依据公式（1）～（4）计算指标权重，运用公式（5）～（6）计算郑州等9市2006—2018年经济高质量发展综合评价指数（表4）。
　　郑州等9市经济高质量发展水平不断提高，且发展速度差异较大。表4表明：郑州等9市综合评价指数逐年增加，年均增长率为焦作市（13.3%）>郑州市（9.0%）>洛阳市（7.9%）>济源市（7.4%）>濮阳市（6.1%）>新乡市（5.1%）>开封市（4.7%）>安阳市（4.6%）>三门峡市（4.0%）。焦作市对工业、旅游业等产业进行了转型升级，优势产业和主导产业能够相互扶持、共同发展，年均增长率最高;三门峡市产业结构转换能力有限，创新能力较弱，环境可持续竞争指数偏低，综合竞争力不强[36]，年均增长率最低。
　　郑州等9市经济高质量发展存在差异，且发展速度具有阶段性。表4表明：郑州等9市综合评价指数年均值相差较大，年均值排序为郑州市（0.265）>济源市（0.194）>三门峡市（0.185）>焦作市（0.177）>洛阳市（0.168）>濮阳市（0.152）>新乡市（0.146）>开封市（0.145）>安阳市（0.133）。郑州市通过实施创新驱动战略，发展都市农业、构建现代产业体系，使得经济发展水平不断提升;而安阳市2018年GDP增长率相对于2006年下降了10%，经济发展速度放慢。以2012年为节点，2006—2012年，郑州等9市综合评价指数均呈现上升趋势，且波动幅度较小，表明经济高质量发展比较稳定;2012—2018年，综合评价指数开始回落且波动幅度较大，表明经济高质量发展处于转型阶段，不断从高速增长转为中高速增长，且经济结构有所调整和优化。
　　4 黄河流域河南段水资源利用效率综合评价
　　运用公式（5）～（6），计算郑州等9市水资源利用效率综合评价指数（表5）。
　　郑州等9市水资源利用效率区域差异逐渐减小。河南省9市水资源利用效率综合评价指数年均值排序为三门峡市（0.589）>洛阳市（0.564）>开封市（0.519）>郑州市（0.511）>新乡市和焦作市（0.494）>安阳市（0.493）>济源市（0.491）>濮阳市（0.484）。近年来，三门峡市政府对水资源实行科学规划，依法管理，实现了经济的可持续发展，提高了水资源的利用效率。濮阳市农业平均用水比例为85.4%，农业用水量较大，只有不断优化调整产业结构，做到高效节约用水，才能实现水资源利用效率全面提升。
　　郑州等9市水资源利用综合评价指数呈现小幅度波动变化趋势。焦作等7市水资源利用效率不断提高，年均增长率为焦作市（0.016）>新乡市（0.008）>安阳市（0.007）>濮阳市（0.005）>开封市（0.004）>洛阳市和济源市（0.002）;而郑州市（-0.001）、三门峡市（-0.003）則呈现负增长。焦作市2018年用水总量相较2016年下降51.4%，年平均污水排放处理率为82.1%，水资源利用效率不断提升;郑州市2018年水资源总量（7.278 2×108 m3）相比2010年（11.403 4×108 m3）下降36.17%，但人均生活用水量由47.6 m3/人（2010年）上升至65.1 m3/人（2018年），生活用水量最多且占总用水量的31.9%，从而导致水资源利用效率增速缓慢;三门峡市工业用水比例在水资源利用效率指标体系中所占权重最大，但工业用水效率综合评价值（1.194）仅占总评价值的15.6%，且增长率为负值，表明三门峡水资源利用效率从高速增长转为中高速增长但不易提升。
　　5 黄河流域河南段经济高质量发展与水资源利用效率耦合协调分析
　　基于郑州等9市经济高质量发展与水资源利用效率综合评价值，运用耦合协调发展模型以及相对发展度模型，依据表3进行类型划分并分析二者的协调发展关系。
　　5.1 黄河流域河南段经济高质量发展与水资源利用效率耦合协调发展水平分析
　　运用公式（7）～（9），计算郑州等9市经济发展与水资源利用耦合协调度，并且以2006年、2010年、2012年和2018年为时间节点分析（表6）。2006年是我国“十一五”规划起始年份，2012年我国提出了经济新常态的发展思路，2017年党的十九大首次提出了要实现经济高质量发展的理念，2018年积极推进经济高质量发展建设。 　　郑州等9市经济高质量发展与水资源利用效率耦合协调发展由拮抗、磨合并存向磨合、协调并存转化，耦合协调水平不断向良性方向变化（表6）。
　　2006年郑州市处于磨合阶段，济源等8市处于拮抗阶段。河南省9市耦合协调度值介于0.33～0.47之间，平均值为0.376，且郑州市（0.465）>济源市（0.397）>焦作市（0.390）>三门峡市（0.382）>洛阳市（0.376）>濮阳市（0.371）>开封市（0.353）>安阳市（0.345）>新乡市（0.337）。郑州市人均GDP为2.8万元，经济稳定且发展水平较好;农业用水比例为47%，污水排放处理率为64%，水环境较好。新乡市人均GDP为1.2万元，农业用水比例为76.5%，污水排放处理率为61%，水环境有所改善但水资源利用效率低。2006年是我国“十一五”规划开局之年，经济仍处于粗放发展阶段，水资源利用效率整体偏低。
　　2010年郑州等3市处于磨合时期，开封等6市处于拮抗时期。9市耦合协调度介于0.34～0.55之间，平均值为0.409，郑州市（0.547）、三门峡市（0.456）和济源市（0.461）处于磨合阶段，开封市（0.394）、焦作市（0.383）、新乡市（0.379）、洛阳市（0.365）、濮阳市（0.350）和安阳市（0.346）处于拮抗时期。三门峡市和济源市注重经济创新绿色发展，水资源利用水平提高，两者耦合协调水平有所提升;相比2006年，安阳市GDP增长率下降3%，工业水资源利用效率综合评价值降低（0.325），水资源开发利用率低[37]，耦合协调度值最低。
　　2012年郑州市处于协调阶段，开封等8市处于磨合阶段。2012年9市水资源利用效率有所提升，经济创新能力增强，耦合协调发展类型处于较高阶段，9市耦合协调度介于0.45～0.73之间，郑州市为0.724，其余8市则为洛阳市（0.551）>济源市（0.523）>三门峡市（0.519）>焦作市（0.503）>安阳市（0.491）>新乡市（0.480）>开封市（0.465）>濮阳市（0.458）。郑州市的工业用水比例由2006年的32.5%下降到2012年的27.4%，工业水资源利用效率综合评价值（0.907）高于其余8市，占水资源综合利用效率的13.6%，且工业用水比例权重（0.118 2）最大（表3），水资源开发利用率提升[38];同时注重经济多元化发展，不断增强市场活力，耦合协调度高于其余8市。濮阳市GDP增长率较2010年下降1%，在濮阳市用水结构中，农业用水量占全市总用水量的70%左右，工业用水量占全市总用水量的14%～18%，节水存在较大潜力，尤其是农业用水效率有待进一步提高[39]，耦合协调度低于其余7市。
　　2018年焦作市处于协调阶段，郑州等8市皆为磨合阶段。9市耦合协调度介于0.40～0.66之间，平均值为0.512，焦作市（0.655）>郑州市（0.595）>济源市（0.579）>洛阳市（0.535）>三门峡市（0.484）>开封市（0.454）>濮阳市（0.448）>新乡市（0.448）>安阳市（0.409）。郑州市万元工业增加值用水量由0.347m3/万元（2012年）增加到0.622m3/万元（2018年），工业用水效率有所降低，GDP增长率较2012年下降1%，由2012年的协调阶段蜕变为磨合阶段。2012—2018年，焦作市注重经济创新协调发展，人均GDP由4.3万元（2012年）上升为6.3万元（2018年），而工业用水效率由32.6%上升为60.9%，二者耦合协调发展水平有所提高。安阳市GDP增长率较2012年仅上升1%，经济增速慢，农业平均用水量较2012年未出现明显变化，耦合协调度低于其余8市。
　　5.2 黄河流域河南段经济高质量发展与水资源利用效率相对发展状态分析
　　基于耦合协调度分析，运用公式（10）计算相对发展度，分析郑州等9市经济高质量发展与水资源利用效率相对发展状况，仍以2006年、2010年、2012年和2018年为分析节点。
　　郑州等9市耦合协调相对发展类型明显提升，逐渐由Ⅰ、Ⅳ向Ⅳ、Ⅶ转化（图1），且经济高质量发展滞后水资源利用效率（郑州市2012年除外）（图2）。
　　2006年、2010年相对发展类型有Ⅰ、Ⅳ两种。2006年郑州市属于Ⅳ类型，济源、焦作、三门峡、洛阳、濮阳、开封、安阳、新乡皆为Ⅰ类型（图1）;2010年仍有Ⅰ、Ⅳ两种类型，郑州、三门峡、济源属于Ⅳ类型，焦作、洛阳、濮阳、开封、安阳、新乡为Ⅰ类型（图1），河南9市均处于经济高质量发展滞后于水资源利用效率状态（图2）。
　　2012年、2018年相对发展类型有Ⅳ、Ⅷ两种。2012年郑州市属于Ⅷ类型，经济高质量发展与水资源利用效率协调且同步发展;焦作、洛阳、濮阳、开封、安阳、新乡等市转变为Ⅶ类型（图1）;2018年仍有Ⅶ、Ⅳ两种类型，其中焦作市属于Ⅶ类型，郑州等8市属于Ⅳ类型（图1），经济高质量发展滞后于水资源利用效率（图2），但耦合协调水平明显提升。
　　5.3 黄河流域河南段经济高质量发展与水资源利用效率收敛性检验分析
　　运用公式（9），计算郑州等9市收敛值，以分析经济高质量发展与水资源利用效率耦合协调间的区域差异。按照流经地区划分为3段，其中第1段包括三门峡市、洛阳市和济源市，第2段包括焦作市、郑州市和新乡市，第3段包括开封市、安阳市和濮阳市。
　　郑州等9市耦合协调度收敛检验值呈现缓慢上升—平稳变化—快速上升的状态，且主要以2012年、2017年为分界点（图3）。2006—2012年，9市GDP由15.9%下降至10.1%，经济发展速度下降，农业水资源利用效率综合评价值（7.053）在5个子系统中居于首位，占水资源利用效率综合评价值的25.1%，耦合协调度区域差异大。2012—2017年，9市人均GDP由4.5万元上升至6.4万元，经济发展水平较高，农业水資源利用效率综合评价值（9.236）占水资源综合利用效率的28.6%，水资源利用效率明显提升[40]，耦合协调度地区差异减小，其中2012—2013年收敛检验趋势线下降较快，耦合协调度区域差异显著减小，收敛性显著。修改为：2017—2018年收敛检验值增大，表明二者耦合协调度区域差异扩大。 　　流域3段检验趋势线波动变化较大，两者耦合协调度差距并未实现逐年缩小，整体收敛态势不明显（图3）。
　　第1段：2011—2013年呈现快速升降状态、2014—2017年呈现下降趋势，其余年份均呈现上升趋势。2006—2011年呈平缓上升状态，表明两者耦合协调发展区域差距有所加大;2011—2013年呈现快速升降状态，表明两者耦合协调度区域差异变化较大;2013—2017年呈缓慢下降状态，表明两者耦合协调区域差距逐渐缩小，耦合协调水平向有利方向发展;2017—2018年迅速上升，两者耦合协调度区域差距快速拉大。
　　第2段：2011—2013年呈现升降趋势变化较大，2014—2017年缓慢下降，其余年份均呈现上升趋势。2006—2011年呈现缓慢上升状态，表明两者耦合協调度区域差距渐大;2012—2013年、2014—2017年呈现缓慢下降状态，表明两者耦合协调度区域差距逐年缩小;2017—2018年快速上升，表明两者向着极不协调方向转化，区域内部差距迅速加大。
　　第3段：2006—2011年、2015—2017年呈现上升状态，表明两者耦合协调度区域差距逐年拉大，向着不利方向发展;2011—2015年、2017—2018年呈现下降状态，表明二者向着协调方向转化，区域差距逐步缩小。
　　6 结论
　　①郑州等9市经济高质量发展水平不断提高，且发展速度差异较大;经济高质量发展存在差异，2006—2012年9市经济高质量发展比较稳定，2012—2018年处于转型发展阶段，经济结构有所调整，产业结构不断优化。郑州等9市水资源利用效率综合评价指数区域差异逐渐减小，且呈小幅度波动变化状态。
　　②郑州等9市经济高质量发展与水资源利用效率耦合协调发展由拮抗、磨合并存向磨合、协调并存转化，发展水平不断向良性方向变化。郑州等9市耦合协调相对发展类型提升明显，逐渐由Ⅰ、Ⅳ向Ⅳ、Ⅶ转化，耦合协调发展特征总体上呈现出经济高质量发展滞后水资源利用效率的状态。
　　③郑州等9市耦合协调度收敛检验数值呈现缓慢上升—平稳变化—快速上升的状态，黄河流域河南段3段地区检验趋势线波动变化大，经济高质量发展与水资源利用效率两者耦合协调度地区差距并未实现逐年缩小，整体收敛态势不明显。
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　　Study on the Coupling Coordination between High-quality Economic Development and Water Resources Utilization Efficiency in Henan Section of the Yellow River Basin
　　Jiao Shixing1， Wang Anzhou2， Zhang Xinxin1， Li Qingyun1， Zhao Rongqin 3， Yin Yixing4，
　　Li Zhongxuan5
　　（1. School of Resources & Environment and Tourism， Anyang Normal University， Anyang Henan 455002;
　　2. Luoyang No.19 Middle School， Luoyang Henan 471000; 3. College of Surveying and Geo-informatics， North China University of Water Resources and Electric Power， Zhengzhou Henan 450046; 4. School of Hydrology and Water Resources Engineering， Nanjing University of Information Engineering， Nanjing Jiangsu 210044;
　　5. School of Urban and Rural Planning and Landscape Architecture， Xuchang University， Xuchang Henan 461000）
　　Abstract： In order to evaluate the degree of interaction between high-quality economic development and water resources utilization efficiency in Henan section of the Yellow River Basin， the coupling coordination model， the relative development model and the coupling coordination test model were used for calculation and analysis on the basis of constructing the index system. The results show that： ①The high-quality economic development level of 9 cities such as Zhengzhou is continuously improving， and the development speed varies greatly with stages. ②The difference in water resources utilization efficiency of the 9 cities including Zhengzhou gradually decreases， showing a changing trend of small fluctuation. ③The coupling and coordinated development of high-quality economic development and water resource utilization efficiency in the 9 cities including Zhengzhou has been transformed from antagonism and running-in to running-in and coordinated co-existence， and the development level has been changing to a positive direction. ④The relative development type of coupling coordination  in the 9  cities including  Zhengzhou has obviously improved， gradually changing from Ⅰ， Ⅳ to Ⅳ， Ⅶ， and showed that the high-quality economic development lags behind the water resource utilization efficiency （except Zhengzhou in 2012）. ⑤ The convergence test value of coupling coordination degree  in the 9 cities including Zhengzhou shows a state of slow rise ～ steady change ～ fast rise， and the convergence trend of coupling coordination degree is not obvious. Zhengzhou and the other eight cities should adhere to the concept of green development， improve the quality of econo-mic development and water ultilization efficiency through technological innovation， and promote the continuous improvement of the coupling coordination level in Henan section of the Yellow River Basin.
　　Key words： high-quality economic development; water resources utilization efficiency; coupling coordination; relative degree of development; coupling coordination test
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