陈 莉，张安安

(安徽建筑大学经济与管理学院，安徽 合肥 230022)

为使城市能够应对自然灾害，适应环境变化，可将城市打造成一块“弹性”良好的海绵，洪涝时吸水、蓄存，干旱时释放，并及时对城市中水质不达标或已被污染的水资源进行净化[1]。经济发展是人们生活水平的重要保障，规划区域经济建设、提升区域经济实力是我国“十四五”规划的重要内容；水资源在经济发展过程中必不可少，是生命构成和活动的根本物质基础，二者之间的协调程度已经成为影响区域经济发展的重要因素[2-3]。然而，降水分布不均引发的季节性缺水，以及水污染引发的水质性缺水，都严重阻碍了社会经济的良好运行[4]。在海绵城市视域下剖析各地区水资源和社会经济系统的协同度，实现水资源的可持续利用与社会经济的协同发展显得尤为重要。

近些年来，不同领域关于协同度的研究越来越多，已有的研究成果显示，李同升等[5]以渭河流域水资源与社会经济系统为研究对象，运用SD模型评价协同发展情况。章恒全[6]指出各区域的水资源利用效率对经济增长产生的效应不同，水资源问题对三大产业均有影响尤其是对第三产业影响显著。万晨、冀连华、胡胜祥等[7-9]构建了相对科学的指标体系来计算两者之间的协同程度。盖美等[10]，选择模糊识别模型对水资源与社会经济系统的协同关系进行研究。马向东、赵克勤等[11-12]则另辟蹊径地提出协同理论和集对分析方法(SPA)，这为构建协同模型提供了新思路。除此之外，孟庆松等[13]提出的复合系统整体协调度模型更是受到了广泛认可。

学者们运用各种研究方法，从省域、市域和区域等不同范围搭建指标体系，研究不同子系统之间的协同关系。但将研究具体到水资源与社会经济，又以全国主要城市为研究对象，基于协同原理并采用复合系统整体协同度法的目前只有少数文献涉及。本文尝试运用复合系统协同度评价模型，对全国主要城市(不包括拉萨、乌鲁木齐)水资源与社会经济系统的协同度进行评价，以期丰富相关文献，为各城市水资源和社会经济的协同发展提供借鉴。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

本文研究所需数据主要来源于2016—2020年的《中国统计年鉴》，各省及市统计年鉴，各省及市的水资源公报、国民经济与社会经济发展公报等，个别缺失数据通过插值法补齐。

1.2 研究方法

1.2.1 协同理论

为研究复杂系统之间的协同作用，了解协同作用下各子系统在不同时间、空间条件下的特征及演变规律，1971年德国物理学家赫尔曼哈肯(Hermann Haken)提出协同学理论，指出协同系统由多个子系统组成，它们相互联系、相互作用，共同产生协调、合作的效应。虽然学者们关于协同的研究方法和侧重点存在差异，但对协同的内涵即“1+1>2”的理解是一致的。在模型测算过程中，我们称系统内部各要素之间的协调程度为协同度[11]，其大小代表了系统从无序到有序的变化过程，是定量分析子系统之间协调发展状态的重要指标，本文研究的协同度是指水资源与社会经济系统之间的协同程度。

1.2.2 复合系统整体协同度法

A1和A2分别代表水资源系统和社会经济系统的序参量集合，A1=(x11,x12,…,x17)，A2=(x21,x22,…,x27)，且i∈[1,2]，j∈[1,7]，aij

(1)

式中，Di(Aij)∈(0,1)，xij的有序度越大，说明其在系统Ai中的作用越大，再利用线性加权求和法即可得出系统Ai的有序度Di(Aij)为

(2)

式中，wj代表第j个指标的权重，D1(A1),D2(A2)分别为水资源系统A1和社会经济系统A2的有序度。

设N为水资源与社会经济相互之间的协同能力，根据各个子系统有序度的集合平均数计算它们的协同能力，公式如下：

(3)

协同度C是在水资源与社会经济二者相互影响的过程中确定下来的，具体计算公式如下：

(4)

2 协同度评价模型

2.1 序参量的选择

选择具有代表性的指标作为模型序参量是实证分析的第一步，考虑到数据的科学性和可获得性，首先针对水资源系统和社会经济系统分别确定了20个初选指标，再采用德尔菲法，分别筛选水资源系统和社会经济系统的初选指标，最终各选出7个得分较高的指标[14]。水资源系统序参量包括单位面积平均降水量x11、人均水资源量x12、有效灌溉面积x13、供水总量x14、生产运营用水量x15、居民生活用水量x16、污水排放量x17；社会经济系统序参量包括年末常住人口数x21、城镇化水平x22、人均GDPx23、人均可支配收入x24、第二产业增加值x25、第三产业增加值x26以及职工平均工资x27。

2.2 数据处理

为消除序参量之间的量纲差异，使不同单位、不同数量级的序参量具有可比性，本文采用归一化处理法，利用公式(5)对原始数据进行无量纲化处理。再利用熵值法计算指标权重，在协同理论中，“熵”被用来表示指标的作用程度，所得指标权重直接影响序参量的有序度，可对复合系统协同度评价模型进行改进，指标的权重越大，代表在协同度评价过程中所起的作用越大，反之作用越小[15]。

(5)

式中，x′ij为无量纲化处理后的数据；xjmin为第j个指标的最小值；xjmax为第j个指标的最大值。

熵值法计算公式中第j项指标的熵值为

(6)

信息熵冗余度为dj=1-ej，计算权重为

(7)

综上所述，权重计算结果见表1。

表1 各序参量权重

续表

2.3 水资源-社会经济系统有序度

2.3.1 水资源系统有序度

将熵值法所得的各指标权重以及无量纲化处理后的数值代入公式(2)，计算出我国29个主要城市2015—2019年的水资源系统有序度D1(A1)，观察数据列表(表2)，各城市水资源系统有序度随时间的变化趋势清晰可见。

从时间序列来看，近5年大部分城市的水资源系统有序度较小，且无明显变化规律。从空间分布来看，东部地区水资源有序度的波动幅度明显高于中西部地区，而东部地区本身南北差异较大，以福州为代表的多数南方城市的水资源有序度明显高于沈阳等北方城市。观察序参量的权重列表可知，单位面积降水总量、人均水资源量和有效灌溉面积对水资源有序度的影响较大，这些因素受降水等气候条件限制，具有很大的随机性，且空间分布不均，同时城市水资源的开发利用率、政府环境政策以及民众节水意识等因素也直接影响着区域耕地的有效灌溉率。2015年4月第一批海绵城市建设试点确立，我国正式开始了海绵城市的系统建设，但由于发展时间较短，经验尚浅，不少地区的海绵城市建设工作仍处于起步阶段，海绵城市规划中倡导的高效开发利用水资源并未得到充分的实践，以至于多数地区的水资源系统有序度增长缓慢，甚至存在倒退风险。

2.3.2 社会经济系统有序度

参照上述水资源系统有序度的计算方法，得出我国29个主要城市2015—2019年的社会经济系统有序度D2(A2)，由计算结果(表2)可知，相较于水资源系统有序度，各城市社会经济系统有序度在空间上的变化情况更为显著，尤其是东中部地区，各城市之间差异明显。

表2 水资源与社会经济子系统有序度

续表

以北京、南京、杭州、武汉、合肥、郑州为代表的多数城市的社会经济系统有序度从2015年开始呈现出较为稳定的增长态势。这些城市地处长江经济带的核心位置，背靠长三角经济区，同时受中部崛起战略和武汉城市圈的共同作用，经济社会发展迅速。观察序参量的权重(表1)可知，影响社会经济系统有序度的因素主要集中在年末常住人口、第二产业增加值和职工平均工资3个指标。分析社会经济系统的影响因素发现，这些城市的上述指标均呈现出逐年增长的趋势，社会经济水平稳步提升。尤其是以工业为代表的第二产业在2015—2019年间强势发展，这直接带动了当地职工的平均工资，对保障和改善民生、促进社会和谐稳定作用明显，也吸引了大量人才以及外来人口常住，为城市注入新鲜血液，实现社会经济发展良性循环。

2.4 水资源-社会经济系统协同度

运用复合系统协同度模型，分析2015—2019年间我国29个主要城市(除拉萨、乌鲁木齐外)水资源与社会经济系统协同度之间的协同发展情况。首先对原始数据进行无量纲化处理，利用熵值法计算各指标权重，再依据指标权重计算各序参量的有序度，最后得出水资源-社会经济系统的协同度。复合系统的协同度测算过程是一个动态评价的过程，协同度C∈[-1,1]，取值为正，说明复合系统处于协同状态，反之，则处于不协同状态；取值越大，协同度越高，反之越低。由于目前尚未有统一的标准可以度量复合系统协同度，本文参考夏业领和何刚[16]的研究结果，将复合系统协同度划分为6个等级并给出相应的划分标准，如表3所示。

表3 协同度等级划分

依据公式(4)计算水资源与社会经济系统之间的协同度，为了在空间上更直观地比较各城市之间协同度的差异，将计算结果绘制成柱状图(图1～图5)。观察协同度计算结果，发现29个主要城市的水资源与社会经济系统协同程度存在一定差距，2015—2019年间，哈尔滨、长春、呼和浩特、西宁、海口、南宁的协同度一直为负值，始终处于不协调的状态。而石家庄市的协同度在2018年之前均为正，属于轻度协同，自2018年开始协同度逐渐转为负值，进入轻度不协统同范畴，这表明石家庄市近几年水资源与社会经济系统的协同发展存在问题，并且这种不协同的态势正在慢慢恶化，究其原因，不难发现石家庄市水资源系统的有序度偏低。要改变这种现状，就要更大限度地发挥水资源系统的运行能力，这也是我国大力推行海绵城市建设的重要原因。除此之外，其他城市的水资源与社会经济系统协同度均大于零，目前处于协同发展的状态。

图1 2015年水资源与社会经济系统协同度

图2 2016年水资源与社会经济系统协同度

图3 2017年水资源与社会经济系统协同度

图4 2018年水资源与社会经济系统协同度

图5 2019年水资源与社会经济系统协同度

3 分析与讨论

参考复合系统协同度等级划分标准，将全国29个主要城市水资源-社会经济系统的协同程度分为三类，第一类是以杭州、长沙、重庆等5个城市为代表的中度协同，其协同度在(0.2,0.6]范围内；第二类是协同度在(0,0.2]区间内的轻度协同，主要包括北京、天津、合肥、上海、广州等17个城市；第三类是协同度位于(-0.2,0]的轻度不协同，包括海口、兰州、西宁、石家庄等7个城市。

目前协同程度最高的是杭州市，已经进入中度协同。一方面，杭州市水资源储备相对丰富，降水量较多，另一方面，该市的经济水平位于全国前列，相较于同等经济水平的其他城市，其生产运营用水和污水排放量均得到了有效的控制，这不仅保护了城市水生态，也保证了水资源的充足供给。2021年5月，财政部、住建部、水利部联合评审，杭州成功入选全国首批20个海绵示范城市。但近些年杭州市的协同度增长缓慢，且存在一定的波动，要使协同水平得到长久有效的提升，杭州市仍需继续贯彻海绵城市建设主张。北京、天津、上海、广州等城市处于轻度协同状态，分析发现，这些城市有限的水资源难以供给日益激增的城市化人口，无法为社会经济发展提供充足的养分，只有继续落实海绵城市政策，将城市打造成为优质的海绵体，水资源问题带来的发展矛盾才能得到缓解。而海口、兰州、西宁、石家庄等城市属于低度不协同，它们中的大部分经济发展较为落后，相对充足的水资源量并未得到合理的利用，水资源的保障作用发挥受阻，不能有效促进社会经济发展；更有部分城市，经济发展起步较晚，降水量偏低，城市水资源常年匮乏，工农业供水受限，直接导致了该区域水资源有序度与社会经济有序度均落后于其他地区，常年处于不协同状态。

研究发现，城市水资源与社会经济系统的协同程度整体偏低，二者之间的协同作用未达到最优状态，“1+1>2”的系统协同优势发挥不足，这必定会对社会经济的发展带来一定的阻碍。各城市之间的协同度也存在明显差异，2015—2019年间，我国大部分城市的社会经济发展趋于稳定，社会经济系统有序度普遍呈上升趋势，而水资源系统有序度却呈现出停滞甚至倒退的现象，水资源与社会经济发展的落差直接导致了复合系统协同程度较低。虽然早在2014年11月，我国住房和城乡建设部就已经颁布了《海绵城市建设技术指南》，但从实证结果来看，我国海绵城市建设工作仍存在诸多不足，城市水资源问题并未得到有效的解决。同时也从侧面说明，全国大部分城市的经济发展较为健康，水资源系统还有巨大的开发利用潜力，对经济的保障作用也有很大的发挥空间，需要进一步优化配置水资源，否则短期内很难与社会经济同步发展。

4 海绵城市视域下水资源与社会经济协同发展的路径分析

4.1 重视流域保护，消减水域污染

城市内及城市周边的江河湖泊承载着城市的生态环境，依据海绵城市的建设思想，这些流域就像天然的海绵体，干旱时蓄水，洪涝时泄洪。南京市经济系统有序度一直稳居全国前列，且城市流域分布广泛，地表水资源丰富，但水资源与社会经济系统的协同程度较低，属于低度协同。调查发现，南京夏季洪涝灾害频发，一方面是城市基建中的防洪排水设施尚不健全，但更重要的原因是城市流域的水生态遭到破坏，河流湖泊的蓄水、净化等功能在洪涝时未能及时发挥作用[17]。因此必须重视对城市流域的保护，在海绵城市建设中重塑流域水生态，将城市流域打造成天然的海绵体。加之人口城市化带来的大量生活垃圾开始与治理不合格的工业废水一齐涌入城市的河流湖泊，水体富营养化问题日益严重，破坏了河流的净化与排水功能。经济发展位列第一梯队的北京、上海、广州等城市，虽然雨水资源相对丰富，经济基础雄厚，但大量的工业废水与生活污水使城市水质性缺水严重，水资源与社会经济之间的协同度并不高。此时，亟需行之有效的污水回收处理技术来实现污水再生利用。依据海绵城市的建设理念，一方面，要严肃整治生活污水排放问题，在源头处进行消减；另一方面，要建立现代化的污水处理厂，运用科学高效的技术设备使废水达到合格的排放标准或者回收处理再利用，实现城市水资源的可持续发展。具体可参考美国的最佳管理措施(BMPS)，该措施致力于消减水域污染，改善水质性缺水，符合海绵城市建设的核心要求[18]。

4.2 恢复城市湿地，保障雨水利用

在“海绵城市”建设中人工湿地的建设至关重要，当城市出现大雨或是特大暴雨时会导致洪涝灾害的发生，甚至会出现“城市看海”的现象，湿地系统又称“自然之肾”，可调节气候、营养土质、净化水质、缓解洪涝灾害等，是人类的重要生存环境，也是维护动植物多样性的基础[19]。然而，建筑面积随着城市化进程的加快正在急速扩张，有限的湿地系统逐渐硬化，各种难以降解的生活垃圾也破坏了湿地系统的生态功能，因此，修复城市湿地系统至关重要，这是城市天然的雨水滞纳净化场。在修复受损湿地的同时，也要关注新开发区的湿地保护，肆意填埋坑塘等破坏湿地的现象必须严令禁止，以牺牲湿地为代价的城市建设终将增加城市内涝风险，甚至引发更为严峻的自然灾害。习近平总书记在中央城镇化工作会议上指出，解决城市水问题，因顺应自然，建设自然积存、自然渗透、自然净化的“海绵城市”[20]。良好的湿地系统，既是解决城市洪涝灾害的重要途径，也是健全雨水收集系统，缓解城市季节性缺水和水质性缺水的最优方案。

4.3 加强顶层设计，推进协同发展

无论是水资源利用亦或是社会经济发展，政府都是主导者，它们统筹城市建设的各项工作，协调多个机构和部门，要建立完善的系统管理体系，必须加强顶层设计。水资源与社会经济的协同发展过程涉及水利、环保、财政、市场等多个部门，需要协调大量的人力、物力、财力，因此制定合理的规划管理政策，对各城市依据政府规划切实执行具有重要的指导意义。首先，各城市经济发展委员会应当协调包括海绵城市建设部门在内的相关水资源开发利用机构，依据本城市的自然环境状况和城市经济基础等特点规划经济建设，绘制社会主义现代化城市蓝图。在宏观层面上协调水资源与社会经济之间的合作关系，形成供需平衡、相互配合的协调发展局面，这也是海绵城市建设的良好基础。此外，要解决城市水资源问题，建设海绵城市势在必行，而我国海绵城市建设目前仍处于起步阶段，无论是前期规划建设或是后期维护营运都需要大量的资金提供保障，资金是建设优质水环境的重要动力。因此，要缓解水资源与社会经济之间的不平衡，还要同时保证社会经济的健康发展。如福州、南昌、南宁等丰水地区，水生态禀赋好，人口密度不高，水资源利用压力较小，但经济发展相对滞后，导致协同度偏低，针对这些地区，则需要重点发展区域经济，提高经济增长速度，这也是为水资源的可持续利用提高动力，为水资源-社会经济协同发展提供保障。