摘 要：水资源的合理利用是促进城市经济可持续发展的基本保障。水资源利用系统与城市经济系统紧密联系并相互影响。为了对这两个系统的协调发展状态进行定量评价，首先用主成分分析法计算山东省枣庄市1996—2006年间水资源利用系统和城市经济系统的综合评价指数；再运用模糊数学方法计算两系统间的协调指数；最后依据两系统综合评价指数和系统间协调指数，分别对11年间枣庄市水资源利用与经济协调发展的程度、水资源利用与经济发展之间的演进模式进行判断。结果表明：两系统发展虽不同步，但协调性不断增加，协调指数总体趋势上升；水资源利用与经济系统演进模式由经济发展滞后水资源利用模式逐步转变为水资源利用滞后经济发展模式。
关键词：水资源利用系统 城市经济系统 协调发展 枣庄市
中图分类号：F293 文献标识码：A
文章编号：1004-4914（2008）10-248-02
水资源是不可替代的自然资源。随着工业化、城市化进程加快，人口的增长、经济的快速发展给有限的水资源带来巨大的压力。在建立资源节约型社会和推进水资源优化配置的时代背景下，科学规划城市水资源的利用、维持城市经济可持续发展，成为现代城市规划与建设关注的热点。
国内外城市水资源利用方面的研究很多，主要集中在水资源利用现状、水资源利用评价和水资源利用问题与对策等方面。{1}{2}{3}针对城市水资源利用与经济协调发展关系方面的研究不多，并以定性分析为主。{4}
城市水资源是城市生态系统的主要物质载体，与城市经济系统构成一个社会——经济——自然的复合系统。由于系统的复杂性，其中不确定因素广泛存在。本文拟对该复杂系统的两个子系统的协调发展进行定量分析，建立完整的评价体系与合理的评价方法。拟采用主成分分析法与模糊数学方法相结合的方法，在构建符合区域实际的指标体系的基础上，尝试对枣庄市区水资源利用与经济协调发展进行定量评价；建立适用于城市水资源利用与经济协调发展评价、并能揭示两者发展规律的方法，为促进城市水资源合理利用和城市可持续发展提供科学决策依据。
一、研究区概况
枣庄市位于山东省南部，苏鲁交界边区，是山东省的南大门。北依蒙沂山区，西南濒临微山湖，自东北——西南依次为低山区、丘陵区、山间盆地区、山间平原区与山前平原区，京杭运河(韩庄运河)从其南部的台儿庄区穿过。面积4550km2，人口361.11万。年降水量480~910mm。多年人均水资源量约521m3，仅为全国平均的21％，不及世界平均的6％。该市是山东省重要能源原材料基地，主要工业有煤炭、电力、建材、化工等。主要农作物有小麦、玉米、蔬菜等。2006年国民生产值759.95亿元，人均国民生产总值21045元。{5}
二、研究方法
1.评价指标体系的建立。水资源利用系统与城市经济系统的协调发展评价涉及到自然、经济、社会和环境因素等各个方面，包含众多因子。综合考虑到评价因子选取原则{6}和资料收集的可能性，将两大系统的指标体系划分为三个层次，构建评价指标体系的总框架（见表1）。选取水资源供给结构、水资源利用结构和水资源投入产出三类评价指标，共16个单项指标，构成水资源利用评价指标体系；选取经济实力、产业结构、经济外向度、公共基础设施与文化教育5类评价指标，共19个单项指标，构成经济发展评价指标体系。
2.水资源利用、经济系统综合评价指数的测算。定量评价城市水资源利用与城市经济系统之间的协调性，首先必须估算各系统的综合评价值。由于两系统指标存在复杂性及不确定性，彼此之间又有一定的相关性，使得它们在信息上发生重叠，从而导致评价结果模糊，甚至产生矛盾。为尽量消除这些影响及减少人为因素，考虑采用主成分分析法（PCA）对两系统综合发展状况进行定量评价。{7}
各主成分的得分及系统综合评价指数通过公式（1）和（2）求出。
FK=CK1X1+CK2X2+……+CKPXP（1）
式中：Fk为系统各指标综合评价指数；CK1，CK2，…，CKP为相关系数矩阵对应的特征向量构成的正交矩阵的元素；X1，X2，…，XP为标准化后的指标值。
式中：Fi为第i年各指标综合评价指数（i＝1，2，…，n年）；Wm为第m主成分的贡献率（m＝1，2，…，k个）；Fim为第i年的第m个主成分得分。
3.水资源利用与经济系统间协调指数的计算。为了定量评价两个系统的协调程度，引入模糊数学中隶属度概念，对两系统之间的协调度指数进行计算分析。首先建立状态协调度函数V（i/J）。{8}
V(i，J）=exp[-（Fi-Fi"）2/S2]（3）
式中：V（i/J）表示i系统相对于j系统的状态协调度；Fi表示j系统对i系统的实际值；Fi"表示j系统对i系统要求协调的值；S2表示i系统的实际方差。
理想状态下，水资源利用与城市经济协调发展模式为同步发展。即i系统得分为K时，j系统得分也应为K。但实际中，两者完全同步的情况少见，一般情况下当两系统得分比值为0.8－1时即可认定两个系统为协调状态。由此可知，Fi"的取值为0.8－1。通过状态协调度V（i,j），可运用公式(4)对系统间的协调发展程度进行评价。
V=[min{V（i/j），V（j/i）}/max{V（i/j），V（j/i）}](4)
式中：V是两系统的协调度指数；V（i/j）是i系统对j系统的协调度；V（j/i）是j系统对i系统的协调度。公式（4）表明，V（i/j）与V（j/i）的值越接近，V的值越大，说明两系统协调发展的程度越高，反之，V（i/j）与V（j/i）的值相差越大，V的值越小，说明系统协调发展程度越低。当V＝1时，两系统发展完全协调。
为了初步反映水资源利用与城市经济协调发展的程度，在参考相关研究成果的基础上，{9}引入模糊隶属程度，建立了模糊协调等级和划分标准（见表2）。
4.水资源利用与经济系统相互作用的模式及其演进判断。水资源利用与城市经济系统均处于整个城市生态系统之中，由于系统具有开放性，系统间存在着物质、能量流动和经济联系，因此在一定时期系统间会表现出滞后或超前性特征。一般认为，水资源利用系统与城市经济系统在相互作用与影响下，可产生如图所示4种基本模式（图1，x表示经济发展水平，y表示水资源集约利用程度）。Ⅰ模式是较理想的协调发展模式，经济发展水平高，水资源利用合理；Ⅱ模式水资源利用粗放，大量水资源从农林牧渔业生产调配到工业生产，经济发展以大量水资源要素投入为条件，此模式为不可取模式；Ⅲ模式经济发展水平低，水资源利用粗放，主要用于农林牧渔业生产，水资源利用与经济发展均处于落后的水平；Ⅳ模式水资源利用较为合理，但不注重经济发展，最终也因经济发展缓慢，逐渐被其它模式取代。水资源利用和经济系统相互作用、相互影响下，其演进可能出现渐进式和突变式等形式。如实现跨越式发展战略，加快经济发展、合理利用水资源并加大城市生态建设，实现经济与环境友好型发展，可从模式Ⅲ突变为模式Ⅰ。
为判断两系统间的演进模式，确定其发展阶段，可引入区间变量。设水资源利用系统和经济系统分别为W(x)和E(x)，通过上述的计算方法得出两系统各自的综合评价指数。当W(x)＞E(x)时，反映该年经济发展滞后于水资源利用系统的发展，这一时段为经济发展滞后于水资源利用模式；当W(x)＝E(x)时，反映该年水资源利用与经济同步发展，这一时段为水资源利用与经济发展协调模式；当W(x)＜E(x)时，则反映水资源利用滞后于经济发展水平，这一时段为水资源利用滞后经济发展模式；当W(x)和E(x)均呈下降趋势，说明系统间的发展为水资源利用与经济发展落后模式。系统的综合评价值仅是该年度在整个评价时段中的相对水平，评价值有正、有负。当评价值为负值时表明该年度的发展水平低于评价时段内的平均发展水平。
三、研究结果
枣庄市水资源利用系统与经济系统的综合评价指数的计算结果见表3，从总体状况来看，1996—2006年两系统综合评价指数均处于增长状态。城市水资源利用系统综合评价指数由1996年的-8.532增加到2006年的6.031；城市经济系统的综合评价指数由1996年的-12.376增加到2006年的8.394，反映城市处于进步发展状态。在发展速度上，水资源利用系统发展较慢，经济系统发展速度较快，其速度明显大于水资源利用系统的发展速度，两者速度比为1∶0.70。这表明两系统发展虽不同步，但协调性较高，是水资源不断优化配置的结果。根据两系统间的协调指数（表3），并结合协调度等级划分标准（表2），可以发现两系统总体上处于基本协调状态，协调程度逐渐提升，且1998年以后协调指数总体呈上升趋势，2001年以来开始步入处级协调层次。这说明两系统之间协调的质量和稳定性都随着水资源的优化配置不断提高。具体来看，1996—2001年两者的协调度相对较低，其中1998年协调指数仅为0.542，处于勉强协调状态，2001年协调指数为0.638，处于初级协调状态。在水资源利用－经济系统内部关系中，W(x)＞E(y)，说明1996—2001年城市水资源利用与经济发展的演进模式为经济发展滞后水资源利用模式；2002—2006年，两系统的综合评价值均为正值，并且系统间的协调度增强。在水资源利用－经济系统内部关系中，W(x)＜E(y)，说明这个阶段城市水资源合理利用促进了城市经济系统的发展，城市水资源利用与经济发展的演进模式已经演变为水资源利用滞后经济发展模式。
四、结语与讨论
由于城市水资源利用—经济系统的复杂性，定量评价城市区域水资源利用与经济协调发展的研究少见。论文采用主成分分析法与模糊数学相结合的方法，对枣庄市区水资源利用与经济协调发展进行定量评价并进行演进模式判断。研究表明，枣庄市水资源的不断优化配置加速了城市经济的发展，两者的协调性不断提升。研究结果与实际情况基本一致。
研究中考虑到城市水资源利用—经济复合系统的复杂性及两系统间复杂关系，在评价指标的选取时遇到一些困难，建立的评价模型与协调等级仅能初步反映两系统的协调发展程度。因此，要提高城市水资源利用与经济协调发展程度的精确度，仍需继续完善评价指标体系的构建并优化模型结构。
[基金项目：枣庄学院2005 科技发展项目(20050206)；枣庄学院优先扶持学科(自然地理学)资助项目]
注释：
{1}张志.我国水资源利用现状分析[J].现代农业，2007（3）
{2}邓晓军等.基于水足迹分析法的四川省水资源利用评价[J].人民长江，2007（2）
{3}刘鸿旗，孙勤德.阿拉善地区水资源利用现状及对策[J].现代农业，2007（4）
{4}朱文彬，樊国瑞.石家庄地区水资源利用与经济发展协调模型研究[J].水科学进展，1994（4）
{5}山东省统计局.山东省统计年鉴2007[Z].中国统计出版社,2007
{6}沈珍瑶,杨志峰.黄河流域水资源可再生性评价指标体系与评价方法[J].自然资源学报,2002(2)
{7}叶晓枫,王志良.主成分分析法在水资源评价中的应用[J].河南大学学报(自然科学版),2007(3)
{8}李雪铭,李婉娜.1990年以来大连市人居环境与经济协调发展定量分析[J].经济地理，2005(3)
{9}熊鹰等.城市人居环境与经济协调发展不确定性定量评价——以长沙市为例[J].地理学报，2007(4)
(作者单位：华东师范大学地理系 上海 200062；枣庄学院旅游与资源环境系 山东枣庄 277160)（责编：若佳）