李 茂,王玉才,趙 瑾,王艷俐,楊金娥
(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電工程學(xué)院,甘肅 蘭州 730070)
“三生”空間指生產(chǎn)、生活、生態(tài)3種功能空間,是利用自然資源實(shí)現(xiàn)社會(huì)發(fā)展的載體。以“三生”功能劃分空間用途,能夠較好地解釋和闡釋空間發(fā)展規(guī)律及主要矛盾的內(nèi)在機(jī)制[1]。
甘肅省長(zhǎng)江流域水量充沛,是全省最濕潤(rùn)的地區(qū),流域主要分布于甘肅隴南一帶。長(zhǎng)江流域土地面積38484km2,分屬嘉陵江水系和漢江水系,嘉陵江水系流域面積38313km2,占99.6%,漢江水系僅171km2,占0.4%。
自2019年習(xí)近平總書(shū)記提出“讓黃河成為造福人民的幸福河”的偉大號(hào)召后[2],各省市陸續(xù)出臺(tái)了相關(guān)的地方性幸福河湖規(guī)范,選取典型城市進(jìn)行分析,共同致力區(qū)域幸福河湖的構(gòu)建與發(fā)展。甘肅省擁有獨(dú)特的地理環(huán)境與戰(zhàn)略區(qū)位,在甘肅省全面創(chuàng)建美麗幸福河湖,不僅要建立黃河流域的幸福河評(píng)價(jià)體系,還應(yīng)該研究區(qū)域內(nèi)長(zhǎng)江流域、內(nèi)陸河流域的幸福河評(píng)價(jià)體系建立。
幸福是一個(gè)模糊性概念,很難給出明確的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定量地衡量。陳茂山等人從馬克思主義幸福觀入手,分析“幸福河”的基本要求,闡述內(nèi)涵要義,初步提出“幸福河”評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與評(píng)價(jià)方法[3];左其亭提出判斷“幸福河”的準(zhǔn)則,先后給出定義與評(píng)價(jià)的架構(gòu)體系[4];李先明基于物質(zhì)、制度、精神3個(gè)層次文化結(jié)構(gòu),提出幸福河文化內(nèi)涵,分析當(dāng)前水文化建設(shè)存在的不足,給出幸福河建設(shè)的相關(guān)建議[5];杜晨以工程實(shí)例探討建設(shè)“幸福河”的技術(shù)支撐體系[6];張金良等人研究幸福河框架下黃河流域社會(huì)系統(tǒng)的發(fā)展特征,提供建設(shè)幸福河的宏觀、客觀參考依據(jù)[7];王子悅等人基于熵權(quán)物元模型評(píng)價(jià)長(zhǎng)三角的幸福河層次[8];幸福河湖課題組就幸福河理論,剖析其內(nèi)涵要義,構(gòu)建河湖幸福指數(shù)及指標(biāo)體系和測(cè)算方法,為幸福河湖建設(shè)評(píng)價(jià)提供支撐[9];鞠茜茜等認(rèn)為幸福河評(píng)價(jià)未來(lái)的研究方向是從多角度驗(yàn)證其體系的可靠性[10];吉鳳鳴做了江蘇省平原河網(wǎng)地區(qū)幸福河評(píng)價(jià)研究的詳細(xì)分析內(nèi)容[11];王何予從幸福河提出的背景和建設(shè)目標(biāo)出發(fā),進(jìn)行“幸福河”綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究[12];艾廣章等人綜合近期研究,探討幸福河的內(nèi)涵及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),總結(jié)梳理鄭州黃河在建設(shè)幸福河進(jìn)程中面臨的問(wèn)題,探討其在技術(shù)層面與制度層面的實(shí)現(xiàn)路徑[13]。
當(dāng)前,在研究甘肅省長(zhǎng)江流域的幸福河評(píng)價(jià)體系方面還存在欠缺,尚未有人提出明確的評(píng)價(jià)體系與指標(biāo)[14]。本文根據(jù)前人對(duì)“幸福河”的研究成果,結(jié)合《甘肅省水資源公報(bào)》和《甘肅省水利發(fā)展年鑒》2017—2021年數(shù)據(jù),基于生產(chǎn)、生活、生態(tài)的“三生”概念,從宏觀發(fā)展的角度上,建立甘肅省長(zhǎng)江流域的幸福河評(píng)價(jià)體系并評(píng)價(jià)其河湖幸福程度。
“幸福河”是能夠維持河流自身健康,支撐流域和區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展,體現(xiàn)人水和諧,讓流域內(nèi)人民具有高度安全感、獲得感與滿(mǎn)意度的河流;是安瀾之河、富民之河、宜居之河、生態(tài)之河、文化之河的集合與統(tǒng)稱(chēng)[9]。
根據(jù)前人研究成果,以評(píng)價(jià)長(zhǎng)江流域河流幸福程度為目標(biāo),以“三生”概念劃分準(zhǔn)則層,選取易于獲取且具有公信力的水資源指標(biāo),構(gòu)建在“生產(chǎn)、生活、生態(tài)”視角下的幸福河宏觀評(píng)價(jià)模型,整體評(píng)價(jià)思路如圖1所示。
圖1 整體評(píng)價(jià)思路圖
本文選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)及定義見(jiàn)表1。
表1 幸福河評(píng)價(jià)體系指標(biāo)層
本文的幸福等級(jí)劃分采用五等分級(jí),具體內(nèi)容見(jiàn)表2:
表2 幸福河等級(jí)劃分
(1)對(duì)m個(gè)樣本評(píng)價(jià)因子進(jìn)行篩選,確定n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo),構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)特征矩陣X:
(1)
(2)特征值無(wú)量綱化處理[15-16],得到得無(wú)量綱化矩陣X′:
(2)
(3)
(4)
②極值化處理:
(5)
③檢驗(yàn)效率最優(yōu)性:
組內(nèi)均方和:
(6)
組間均方和:
(7)
無(wú)量綱化方法效率用組內(nèi)均方和與組間均方和之比來(lái)表示[15-16]:
(8)
用無(wú)量綱化的信息損失速率權(quán)衡指標(biāo)間差異消除與指標(biāo)內(nèi)信息保留間的關(guān)系[16]。
(9)
④得無(wú)量綱化矩陣X′:
(10)
(3)第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)下第j個(gè)待評(píng)價(jià)監(jiān)測(cè)點(diǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)特征值比重:
(11)
(4)第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵:
(12)
(5)第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重:
(13)
(6)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的綜合評(píng)價(jià)值:
(14)
(15)
(1)基于生產(chǎn)P,生活L,生態(tài)E,構(gòu)建耦合協(xié)調(diào)模型U:
(16)
式中,i=P,L,E;UP—生產(chǎn)指數(shù);UL—生活指數(shù);UE—生態(tài)指數(shù)。
(2)建立耦合度模型:
(17)
耦合度C∈[0,1],C?1,表明模型的關(guān)聯(lián)性越好。
(3)為防止因三層次同時(shí)處于低水平而造成高耦合現(xiàn)象,引入?yún)f(xié)調(diào)度模型:
T=αUP+βUS+γUR
(18)
式中,T—綜合評(píng)價(jià)指數(shù);α,β,γ—三層次權(quán)重,代入熵權(quán)法計(jì)算所得的數(shù)值。
(4)耦合協(xié)調(diào)度為:
(19)
(1)因子貢獻(xiàn)度:
Gj=Wj
(20)
(2)指標(biāo)偏離度:
Kj=maxZ-Zij正向
(21)
Kj=Zij-minZ逆向
(22)
(3)障礙度:
(23)
評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)來(lái)源于2017—2021年的《甘肅省水資源公報(bào)》《甘肅省水利發(fā)展年鑒》,代入評(píng)價(jià)體系所需的數(shù)據(jù)。
評(píng)價(jià)目標(biāo)是長(zhǎng)江流域的幸福河程度,幸福河湖的評(píng)價(jià)體系原始數(shù)值見(jiàn)表3:
表3 各年份指標(biāo)原始數(shù)值
綜合評(píng)價(jià)結(jié)果受眾多因素影響,無(wú)量綱化的優(yōu)劣會(huì)影響最終的評(píng)價(jià)結(jié)果,但完全以終評(píng)結(jié)果的好壞來(lái)定義無(wú)量綱化的優(yōu)劣,這屬于事后評(píng)價(jià),過(guò)于片面,不具備實(shí)時(shí)性[15]。在綜合評(píng)價(jià)之前先進(jìn)行無(wú)量綱化有效性檢驗(yàn),判別無(wú)量綱化方法的選取是否合理,會(huì)讓檢驗(yàn)結(jié)果更具有獨(dú)立性與實(shí)時(shí)性[16],可避免無(wú)效的處理過(guò)程,提升處理效率。
理想的無(wú)量綱化方法應(yīng)在不改變組內(nèi)均方和MSE的情況下,盡可能地減小組間均方和MSA,但實(shí)際上指標(biāo)外部差異消除與內(nèi)部信息保留無(wú)法同時(shí)達(dá)到最優(yōu),難免會(huì)對(duì)指標(biāo)造成差異信息的損失。由表4的無(wú)量綱化處理結(jié)果可知:在消除指標(biāo)間量綱差異的同時(shí),MSE的損失遠(yuǎn)小于MSA的損失,無(wú)量綱化的效率從0.017顯著提升到了0.106,信息損失效率為0.017;雖然造成一定的損失,但此時(shí)的結(jié)果仍然可較好地保留指標(biāo)內(nèi)的差異信息,反映指標(biāo)間的差異信息,故無(wú)量綱化處理有效。
表4 無(wú)量綱化效率f與損失效率V對(duì)比表
無(wú)量綱化檢驗(yàn)成果見(jiàn)表4。
按照公式(10)—(13)熵權(quán)法步驟求出權(quán)重,計(jì)算綜合指數(shù),給出評(píng)價(jià)結(jié)果。
由熵權(quán)法確定的各指標(biāo)權(quán)重結(jié)果如圖2所示,可知:對(duì)長(zhǎng)江流域幸福河評(píng)價(jià)影響最大的5項(xiàng)指標(biāo)是:生活污水處理率C10、人均用水量C12、蓄水供應(yīng)率C13、國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值用水量C7和工業(yè)增加值C2,占到評(píng)價(jià)整體的33.63%;次要指標(biāo)是:農(nóng)田灌溉均用水量C6、產(chǎn)水系數(shù)C19、產(chǎn)水模數(shù)C20、人均水資源量C11和糧食產(chǎn)量C4,僅占評(píng)價(jià)整體的17.39%。造成該趨勢(shì)的原因主要考慮為:長(zhǎng)江流域水資源豐富,自然降水可以滿(mǎn)足耕地用水所需,且長(zhǎng)江流域多年來(lái)實(shí)施禁漁政策,工作重心在水土保持,治理水土流失[18-21],用水矛盾較弱,故次要指標(biāo)低;長(zhǎng)江流域居民對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展的需求是決定其對(duì)流域河流幸福感高低的關(guān)鍵要素。
圖2 熵權(quán)法指標(biāo)權(quán)重
生產(chǎn)、生活、生態(tài)層次的權(quán)重如圖3所示。通過(guò)圖3可知,“三生”層權(quán)重分別為:生產(chǎn)層0.3904,生活層0.3544,生態(tài)層0.2552;其主導(dǎo)因素的是生產(chǎn)層指標(biāo),次要因素是生態(tài)層指標(biāo)。說(shuō)明生產(chǎn)活動(dòng)是影響長(zhǎng)江流域幸福河程度的主因,當(dāng)?shù)鼐用駥?duì)于生產(chǎn)活動(dòng)方面的需求更強(qiáng)烈。
圖3 “三生”層次權(quán)重分布
綜合評(píng)價(jià)指數(shù)結(jié)果詳見(jiàn)表5,可知:在所選取的評(píng)價(jià)年內(nèi),長(zhǎng)江流域的幸福等級(jí)實(shí)現(xiàn)了從欠幸福(0.3636)到基本幸福(0.5691)的提升;賦分趨勢(shì)如圖4所示:綜合指數(shù)呈現(xiàn)出顯著的向好趨勢(shì)。2021年較2020年出現(xiàn)了輕微下滑,但整體水平依舊維持在基本幸福階段,且較2019年有較大提升,說(shuō)明自2019年提出“幸福河”以來(lái),長(zhǎng)江流域在水土保持與甘肅省的河湖長(zhǎng)制等的相關(guān)工作制度的共同作用下,逐步實(shí)現(xiàn)了較好地維護(hù)河湖自身健康和促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展間的平衡,能夠更好地造福居民[1,23]。
表5 綜合指數(shù)
圖4 熵權(quán)法綜合指數(shù)賦分趨勢(shì)
通過(guò)耦合協(xié)調(diào)度,可以判斷“三生”空間子系統(tǒng)間的關(guān)聯(lián)性[17,22]。耦合協(xié)調(diào)度計(jì)算成果見(jiàn)表6,耦合協(xié)調(diào)度模型判定依據(jù)見(jiàn)表7。根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果可知,耦合協(xié)調(diào)度在0.590~0.757之間,實(shí)現(xiàn)了從勉強(qiáng)協(xié)調(diào)到中級(jí)協(xié)調(diào)的飛躍,其中在2018年時(shí)已實(shí)現(xiàn)初級(jí)協(xié)調(diào),說(shuō)明該評(píng)價(jià)體系的“三生”空間劃分具有良性耦合關(guān)系,在2019年時(shí)已趨近中級(jí)協(xié)調(diào),2020年與2021年較2019年相比,提升顯著。說(shuō)明自從“幸福河”提出以后,在各項(xiàng)政策的加持下,生產(chǎn)、生活、生態(tài)準(zhǔn)則層之間的發(fā)展?fàn)顟B(tài)趨向一致,相互間具有拉動(dòng)關(guān)系,長(zhǎng)江流域河流幸福程度向好發(fā)展。
表6 耦合協(xié)調(diào)度模型計(jì)算成果表
表7 耦合協(xié)調(diào)度等級(jí)
障礙度計(jì)算成果如圖5所示。根據(jù)圖5可知:從年內(nèi)指標(biāo)來(lái)看,在未提出幸福河湖建設(shè)之前,制約其發(fā)展的障礙度因子存在但影響較小。自2019年后,影響幸福河建設(shè)的障礙度因子主要是人均用水量C12和工業(yè)增加值C2,說(shuō)明雖然長(zhǎng)江流域水量充沛,但是區(qū)域內(nèi)可用水量依舊是居民較為關(guān)切的要素,且區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展也限制了居民對(duì)幸福河的滿(mǎn)足感。
圖5 障礙度分布圖
從年際間變化趨勢(shì)來(lái)看,主要障礙因子集中于人均用水量C12和工業(yè)增加值C2,但是2021年間,地表水供應(yīng)率C15,水資源開(kāi)發(fā)利用率C14、總耗水率C8、有效灌溉面積比例C3、蓄水供應(yīng)率C13也成為影響長(zhǎng)江流域幸福河建設(shè)的障礙因子??紤]因素為疫情背景下,區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展受到限制,部門(mén)職能不能充分發(fā)揮作用。
本文基于構(gòu)建的幸福河湖評(píng)價(jià)體系,選取評(píng)價(jià)指標(biāo),經(jīng)無(wú)量綱化處理與有效性分析后,以熵權(quán)法求出各指標(biāo)權(quán)重。得出的主要結(jié)論有:
(1)通過(guò)綜合指數(shù)法可知評(píng)價(jià)結(jié)果均在較幸福與很幸福之間,長(zhǎng)江流域幸福河評(píng)分有上升趨勢(shì);“三生”層權(quán)重表明,影響長(zhǎng)江流域的幸福程度的主因在于生產(chǎn)層。
(2)通過(guò)耦合協(xié)調(diào)度計(jì)算成果可知:“三生”準(zhǔn)則層耦合度從勉強(qiáng)協(xié)調(diào)上升為中級(jí)協(xié)調(diào),說(shuō)明評(píng)價(jià)體系構(gòu)建合理,可以作為初步反映長(zhǎng)江流域幸福河程度的模型進(jìn)行應(yīng)用。
(3)通過(guò)障礙度計(jì)算可知,對(duì)長(zhǎng)江流域幸福河建設(shè)影響最大的因素層是生產(chǎn)層,且工業(yè)增加值C2、總耗水率C8、有效灌溉面積比例C3、地表水供應(yīng)率率C15和蓄水供應(yīng)率C13是影響長(zhǎng)江流域幸福河建設(shè)的主要因子,在未來(lái)建設(shè)幸福河過(guò)程中,應(yīng)著重考慮提高區(qū)域工業(yè)增加值,降低總耗水率,水資源開(kāi)發(fā)利用率,提升有效灌溉面積比例和蓄水供應(yīng)率。
(4)此時(shí)可知,在各方政策制度的共同作用下,甘肅省長(zhǎng)江流域的“幸福河”在宏觀建設(shè)上是逐漸向好的;該評(píng)價(jià)體系中反映的問(wèn)題可為后續(xù)的長(zhǎng)江流域幸福河建設(shè)工作提供思路和參考。