云南省城市化與水資源系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)的時(shí)空格局及形成機(jī)理

陳錫才, 彭燕梅, 段正洋, 裴子譽(yù), 王學(xué)良, 許永濤, 潘玉君

(1.楚雄師范學(xué)院 資源環(huán)境與化學(xué)學(xué)院, 云南 楚雄 675000; 2.利茲大學(xué) 地理學(xué)院, 英國 利茲 LS29JT; 3.云南師范大學(xué) 地理學(xué)部, 昆明 650500)

城市化是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的重大戰(zhàn)略選擇和推動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長的持續(xù)動(dòng)力[1]，在很大程度上能夠改善民生，能夠促進(jìn)區(qū)域增長極的形成，因此，云南省城市化進(jìn)程的推進(jìn)對(duì)自身社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。然而云南省在推進(jìn)城市化的進(jìn)程中，客觀存在著水資源與城市化系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系問題，兩系統(tǒng)協(xié)調(diào)與否影響著城市化的演進(jìn)，因?yàn)樗Y源是城鎮(zhèn)化建設(shè)中重要的戰(zhàn)略性自然資源，限制著城鎮(zhèn)化發(fā)展的速度和方向[2]，因此，云南省城市化與水資源系統(tǒng)之間的耦合協(xié)調(diào)狀態(tài)研究有一定的意義。關(guān)于城市化與水資源系統(tǒng)關(guān)系研究，國外學(xué)者的關(guān)注點(diǎn)為水資源系統(tǒng)對(duì)城鎮(zhèn)化系統(tǒng)的支撐能力[3]和城鎮(zhèn)化系統(tǒng)對(duì)水資源系統(tǒng)的影響[4]。國內(nèi)學(xué)者的研究焦點(diǎn)為：(1) 水資源系統(tǒng)對(duì)城市化系統(tǒng)演進(jìn)的約束研究，探究水資源系統(tǒng)約束的涵義以及城市化推進(jìn)過程中水資源系統(tǒng)約束類型的分類[5-7]。(2) 水資源約束下的城市發(fā)展，探討降水稀少區(qū)水資源約束下的城鎮(zhèn)發(fā)展機(jī)制、時(shí)空格局和城鎮(zhèn)化正向演進(jìn)模式[8-9]。(3) 水資源系統(tǒng)與城市化系統(tǒng)內(nèi)在關(guān)系研究，探討兩系統(tǒng)之間的響應(yīng)機(jī)制和耦合協(xié)調(diào)狀態(tài)[10-13]。然而，以往的研究有不足之處或者可以嘗試新的研究視角：(1) 在測(cè)度土地城市化時(shí)采用建成區(qū)面積，未采用土地城市化率。(2) 指標(biāo)體系賦權(quán)時(shí)采用層次分析法或者熵值法。多年多地區(qū)的數(shù)據(jù)具有面板數(shù)據(jù)的特性，宜采用縱橫向拉開檔次法賦權(quán)。(3) 采用建成區(qū)面積與國土面積之商表征土地城市化率，這種指標(biāo)的表征方法有需要完善的地方，因?yàn)椴皇撬械膰撩娣e都能用于城市化，例如基本農(nóng)田、坡度較大的國土面積和生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)等。綜上，結(jié)合云南省“山地多、平地少”的獨(dú)特地理?xiàng)l件，筆者擬構(gòu)建能夠客觀反映研究區(qū)地理特點(diǎn)的城市化與水資源指標(biāo)體系。在測(cè)度土地城市化時(shí)，基于土地城市化的內(nèi)涵即“土地城市化是由于區(qū)域在城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，農(nóng)業(yè)用地轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘薪ㄔO(shè)用地的過程”，采用土地城市化率指標(biāo)進(jìn)行測(cè)度，這里的土地城市化率指標(biāo)與傳統(tǒng)的不同，由公式LUI=A/(B-C-D)計(jì)算而來，式中：LUI為土地城市化率；A為建成區(qū)面積；B為國土面積；C為“坡度≥25%”的國土面積；D為基本農(nóng)田面積。在測(cè)度環(huán)境城市化時(shí)，采用建成區(qū)綠化覆蓋率進(jìn)行表征。文中的環(huán)境城市化僅狹義地指建成區(qū)的綠化情況，不包括大氣、水體的情況，較高的綠化率能夠提升人們的生活品質(zhì)和城市的宜居性。在城市化和水資源系統(tǒng)指標(biāo)體系構(gòu)建好之后，采用縱橫向拉開檔次法賦權(quán)。根據(jù)賦權(quán)結(jié)果計(jì)算出城市化指數(shù)和水資源系統(tǒng)指數(shù)之后，用耦合協(xié)調(diào)模型測(cè)度云南省兩系統(tǒng)之間的耦合協(xié)調(diào)狀態(tài)，進(jìn)而探索云南省耦合協(xié)調(diào)的時(shí)空格局及形成機(jī)理[14-15]?；谛纬蓹C(jī)理提出對(duì)策，以期為相關(guān)部門決策提供參考。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究方法

云南省城市化與水資源系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)時(shí)空分析，主要采用指標(biāo)體系構(gòu)建、縱橫向拉開檔次法、耦合協(xié)調(diào)模型和變異系數(shù)分析法等研究方法。

(1) 指標(biāo)體系構(gòu)建。城市化與水資源系統(tǒng)是兩個(gè)復(fù)雜的子系統(tǒng)，關(guān)于兩個(gè)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)，不同學(xué)者構(gòu)建的評(píng)價(jià)體系有所不同，因此學(xué)術(shù)界尚未形成一個(gè)通用于我國各省份的城市化和水資源系統(tǒng)評(píng)價(jià)體系。為了全面、深層次地分析云南省兩系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)狀態(tài)，在參考馬海良[2]、張勝武[10]和喬標(biāo)[16]等研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合云南省實(shí)際情況，將云南省的城市化系統(tǒng)從人口、經(jīng)濟(jì)、土地和環(huán)境城市化4個(gè)方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，水資源系統(tǒng)從水資源本底、水資源用水負(fù)荷、水資源環(huán)境壓力和水資源環(huán)境抗逆能力4個(gè)方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。在選擇具體的指標(biāo)時(shí)，遵循系統(tǒng)性、科學(xué)性、可比性和數(shù)據(jù)可獲得性等原則，最終構(gòu)建出指標(biāo)體系(表1)。

表1 云南省城市化和水資源系統(tǒng)指標(biāo)體系

(2) 縱橫向拉開檔次法。在選取的指標(biāo)中，不同指標(biāo)對(duì)整個(gè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)度存在著差異，所以選用科學(xué)的方法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)至關(guān)重要?？v橫向拉開檔次法[17]是一種適用于面板(平行)數(shù)據(jù)和完全基于客觀數(shù)據(jù)的綜合評(píng)價(jià)方法，實(shí)現(xiàn)步驟如下：

首先，取綜合評(píng)價(jià)的函數(shù)。

(1)

式中:xij(tk)為在tk時(shí)間上第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的第j個(gè)指標(biāo)值；wj為第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重；yi(tk)為第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象在tk時(shí)間的綜合得分。

(2)

因此公式(3)成立。

(3)

(4)

若限定WWT=1，則矩陣H的最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量W即為權(quán)重系數(shù)，此時(shí)σ2取最大值。

根據(jù)公式(3)—(4)，采用MATLAB進(jìn)行運(yùn)算，最終得到城市化和水資源系統(tǒng)的指標(biāo)體系權(quán)重(表1)。

(3) 耦合協(xié)調(diào)度模型構(gòu)建。研究需探討云南省城市化與水資源系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度，故構(gòu)建耦合協(xié)調(diào)度模型。耦合概念來源于物理學(xué)[18]，是指各系統(tǒng)通過相互影響帶動(dòng)彼此良性互動(dòng)的過程，各系統(tǒng)間存在動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)性[19]。協(xié)調(diào)是指系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間或系統(tǒng)間存在“和諧一致”“配合得當(dāng)”的相互聯(lián)系[20]。由于城市化與水資源系統(tǒng)具有交錯(cuò)、動(dòng)態(tài)性和不平衡性，僅探討兩個(gè)系統(tǒng)之間的耦合度并不全面[2]，故而在探討兩系統(tǒng)的耦合度和協(xié)調(diào)度的基礎(chǔ)上進(jìn)一步探討耦合協(xié)調(diào)度。耦合協(xié)調(diào)度是在協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上，為了更準(zhǔn)確地反映兩個(gè)系統(tǒng)的整體協(xié)同效應(yīng)而提出的概念[21]。建模分為3個(gè)步驟[2,22]，一是構(gòu)建城鎮(zhèn)化與水資源系統(tǒng)的耦合度模型，二是構(gòu)建綜合調(diào)和指數(shù)模型，三是構(gòu)建耦合協(xié)調(diào)度模型。模型如下：

耦合度函數(shù)：

(5)

綜合調(diào)和指數(shù)：

T=af(U)+bf(W)

(6)

耦合協(xié)調(diào)度：

(7)

式中:C為兩系統(tǒng)的耦合度；f(U)與f(W)分別為城鎮(zhèn)化系統(tǒng)與水資源系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù);T為兩系統(tǒng)的調(diào)和指數(shù),反映兩系統(tǒng)的整體協(xié)同狀態(tài)；a和b為待定系數(shù),且a+b=1,由于兩系統(tǒng)重要性一致,因此取值a=b=0.5;D為耦合協(xié)調(diào)度,取值范圍為0～1,D值越大,代表兩系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度越高。

將城市化與水資源系統(tǒng)的耦合度分為6個(gè)層次[2]：當(dāng)C=0時(shí)，兩系統(tǒng)耦合度極低、無序發(fā)展；當(dāng)0

表2 城市化與水資源系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)狀態(tài)

(4) 變異系數(shù)分析法。耦合協(xié)調(diào)度的空間分布格局客觀地揭示了耦合協(xié)調(diào)度的空間分布規(guī)律，實(shí)際上區(qū)域耦合協(xié)調(diào)度客觀存在著區(qū)域差異，故采用變異系數(shù)測(cè)度云南省州(市)耦合協(xié)調(diào)度的區(qū)域差異。計(jì)算公式如下:

(8)

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

研究所需的數(shù)據(jù)主要來源于《云南省統(tǒng)計(jì)年鑒》(2011—2018年)、《云南省水資源公報(bào)》(2011—2018年)和各州(市)統(tǒng)計(jì)年鑒(2011—2018年)。數(shù)據(jù)處理包括：由于城市化的各末級(jí)指標(biāo)以及水資源的各末級(jí)指標(biāo)量綱不同，為了能夠算出城市化系統(tǒng)指數(shù)和水資源系統(tǒng)指數(shù)，以便于用耦合協(xié)調(diào)模型計(jì)算二者的耦合協(xié)調(diào)度，故采用公式(9)和(10)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理。

對(duì)于正向指標(biāo)：

(9)

對(duì)于逆向指標(biāo)：

(10)

式中:x′ij(tk)為某一年某一研究區(qū)某一指標(biāo)值標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)果,且x′ijt(k)∈[0，1]；xij(tk)為某一年某一指標(biāo)原始值；max(xj)和min(xj)為時(shí)間序列中某一指標(biāo)的最大值和最小值。

2 結(jié)果與分析

2.1 云南省城市化與水資源系統(tǒng)演進(jìn)分析

2010—2017年，云南省城市化水平呈現(xiàn)緩慢增長的特點(diǎn)(圖1)。8 a的時(shí)間，云南省綜合城市化水平由0.327緩慢提升至0.339，僅提升了0.011。原因?yàn)椋?1) 土地城市化由1.348%增至1.779%，土地城市化進(jìn)程較慢；(2) 人口城市化水平由34.81%提升到47.81%，提升了13個(gè)百分點(diǎn)，年平均增速僅為1.6%，進(jìn)程緩慢；(3) 經(jīng)濟(jì)城市化由84.65%增至85.16%，僅增加了0.51%，增幅較小；(4) 建成區(qū)綠化覆蓋率由30.9%緩升至38.15%，年平均增幅僅為0.9%。這些緩慢的進(jìn)程與云南省嚴(yán)格保護(hù)永久基本農(nóng)田、存在生態(tài)脆弱區(qū)、嚴(yán)守生態(tài)保護(hù)紅線、未進(jìn)行大規(guī)模的工業(yè)活動(dòng)以及經(jīng)濟(jì)落后有關(guān)。與緩慢推進(jìn)的城市化進(jìn)程相比，水資源系統(tǒng)的演進(jìn)也顯得差強(qiáng)人意(圖1)。在8 a的時(shí)間里，水資源系統(tǒng)演進(jìn)較為緩慢并經(jīng)歷了3個(gè)階段：(1) 2010—2011年的正向演進(jìn)階段，這主要?dú)w因于城鎮(zhèn)污水處理率的提高、萬元GDP用水量和萬元工業(yè)增加值用水量的減少。(2) 2011—2015年的逆向演進(jìn)階段，即2011年以后水資源系統(tǒng)指數(shù)呈現(xiàn)遞減的特點(diǎn)，這主要?dú)w因于城市污水排放量的逐年遞增。(3) 2016—2017年的正向演進(jìn)階段，即2015年以后水資源系統(tǒng)指數(shù)遞增，這主要是受到水資源量增加、工業(yè)用水量和萬元GDP用水量減少等因素的影響。根本原因?yàn)樵颇鲜〔糠炙こ痰目⒐ひ约肮I(yè)生產(chǎn)節(jié)水效果初顯?？傮w來說，通過圖1可以發(fā)現(xiàn)，2010—2017年云南省城市化與水資源系統(tǒng)演進(jìn)大致處于同步狀態(tài)，水資源系統(tǒng)指數(shù)高于城市化指數(shù)，這意味著水資源系統(tǒng)對(duì)城市化有較高的支撐。

圖1 云南省城市化與水資源系統(tǒng)指數(shù)的年際變化

2.2 云南省城市化與水資源系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)動(dòng)態(tài)

為了探究云南省城市化與水資源系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)狀態(tài)，計(jì)算出兩系統(tǒng)的耦合度和耦合協(xié)調(diào)度進(jìn)行系統(tǒng)分析。耦合度能夠反映兩系統(tǒng)內(nèi)部的依賴程度，2010—2017年，兩系統(tǒng)的耦合度在0.455～0.475。這8 a的時(shí)間里，兩系統(tǒng)的耦合經(jīng)歷了4個(gè)階段(圖2)：(1) 2010—2011年，耦合度急劇下降。(2) 2011—2012年，耦合度直線式增加，且該直線的斜率較大。(3) 2012—2015年，耦合度緩慢上升。(4) 2015—2017年，耦合度平穩(wěn)下降。綜上，研究時(shí)段內(nèi)，云南省水資源與城市化系統(tǒng)處于中度耦合狀態(tài)，即云南省城市化未對(duì)水資源系統(tǒng)產(chǎn)生強(qiáng)烈的依賴作用，而水資源系統(tǒng)未對(duì)云南省城市化產(chǎn)生顯著的約束作用。耦合度反映了兩系統(tǒng)的相互影響程度，但是無法表征系統(tǒng)協(xié)調(diào)狀態(tài)，而耦合協(xié)調(diào)度能夠表征兩個(gè)子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)狀態(tài)。2010—2017年，云南省城市化與水資源系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度在0.47～0.488，兩系統(tǒng)處于初級(jí)協(xié)調(diào)狀態(tài)，這反映出云南省城市化系統(tǒng)演進(jìn)滯后于水資源系統(tǒng)演進(jìn)，水資源對(duì)城市化演進(jìn)呈現(xiàn)出較高的支撐度。研究時(shí)段內(nèi)，云南省兩系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度演進(jìn)經(jīng)歷了4個(gè)階段(圖2)：(1) 2010—2011年，耦合協(xié)調(diào)度急劇下降階段。這主要是因?yàn)?011年曲靖市、保山市、麗江市、楚雄州和西雙版納州等州(市)的綜合城市化水平較2010年有所下降的緣故。(2) 2011—2012年，耦合協(xié)調(diào)度急劇上升階段。產(chǎn)生這一階段的原因?yàn)?012年曲靖市、保山市、普洱市、臨滄市、楚雄州、紅河州、西雙版納州、大理州和德宏州等州(市)的綜合城市化水平較2011年顯著提高以及水資源系統(tǒng)演進(jìn)極其緩慢。(3) 2012—2016年，耦合協(xié)調(diào)度平穩(wěn)上升階段。綜合城市化水平緩慢提升以及水資源系統(tǒng)指數(shù)緩慢下降是主因。(4) 2016—2017年耦合協(xié)調(diào)度顯著上升階段。綜合城市化水平以及水資源系統(tǒng)指數(shù)明顯上升是主因，根本原因?yàn)樵颇鲜〗?jīng)濟(jì)的增長、工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的提高導(dǎo)致節(jié)水效果顯著以及水利設(shè)施的建設(shè)。

圖2 云南省城市化與水資源系統(tǒng)耦合度和耦合協(xié)調(diào)度的年際變化

2.3 云南省城市化與水資源系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)的空間演變及機(jī)理

城市化與水資源系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度作為一種人文地理現(xiàn)象，其存在著客觀的空間分布格局，并且空間分布格局隨著時(shí)間的推移而演變，這種空間演變有著相應(yīng)的演變機(jī)制。

2.3.1 云南省城市化與水資源系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)的空間演變規(guī)律

(1) 2010年是“十一五”時(shí)期的最后一年，這一年，云南省的城市化與水資源系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)空間分布存在顯著的特點(diǎn)(圖3A)。唯一的基本協(xié)調(diào)類型分布在滇中地區(qū)的昆明市；中度協(xié)調(diào)類型分布在滇東地區(qū)的曲靖市和滇中地區(qū)的玉溪市，呈現(xiàn)出零星分布的特點(diǎn)；輕度失調(diào)類型獨(dú)占滇西北地區(qū)的迪慶州；初級(jí)協(xié)調(diào)類型主要分布在滇西、滇西南和滇東南地區(qū)，呈現(xiàn)出成片分布的特征。此外，該類型在滇東北地區(qū)的昭通市也有分布。就整個(gè)云南省而言，基本協(xié)調(diào)的區(qū)域數(shù)量為1個(gè)，中度協(xié)調(diào)的區(qū)域數(shù)量為2個(gè)，初級(jí)協(xié)調(diào)的區(qū)域數(shù)量為12個(gè)，輕度失調(diào)的區(qū)域數(shù)量為1個(gè)，這反映出云南省大部分州(市)的城市化演進(jìn)滯后于水資源系統(tǒng)，水資源系統(tǒng)對(duì)城市化演進(jìn)呈現(xiàn)出較高支撐度。

(2) 2015年是“十二五”時(shí)期的最后一年，這一年，云南省的城市化與水資源系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)的空間分布較2010年發(fā)生了顯著的改變(圖3B)。經(jīng)過5 a的演進(jìn)，怒江州的耦合協(xié)調(diào)度屬性發(fā)生了根本性的變化，由初級(jí)協(xié)調(diào)類型演變?yōu)檩p度失調(diào)類型，這反映出怒江州的城市化水平偏低，城市化演進(jìn)滯后于水資源系統(tǒng)的演進(jìn)；迪慶州依舊屬于輕度失調(diào)類型，與怒江州成對(duì)占據(jù)滇西北地區(qū)；唯一的基本協(xié)調(diào)類型依舊分布在滇中地區(qū)的昆明市；滇南地區(qū)的紅河州耦合協(xié)調(diào)度屬性發(fā)生了根本性的變化，由初級(jí)協(xié)調(diào)演變?yōu)橹卸葏f(xié)調(diào)類型，這反映出紅河州的城市化與水資源系統(tǒng)演進(jìn)水平較高；滇東地區(qū)的曲靖市和滇中地區(qū)的玉溪市耦合協(xié)調(diào)度性質(zhì)未發(fā)生根本性的改變，依舊屬于中度協(xié)調(diào)類型；其余州(市)依舊為初級(jí)協(xié)調(diào)類型區(qū)。就整個(gè)云南省而言，基本協(xié)調(diào)的區(qū)域數(shù)量為1個(gè)，中度協(xié)調(diào)的區(qū)域數(shù)量為3個(gè)，初級(jí)協(xié)調(diào)的區(qū)域數(shù)量為10個(gè)，輕度失調(diào)的區(qū)域數(shù)量為2個(gè)，這反映出云南省大部分州(市)城市化與水資源系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)狀態(tài)依舊不理想，城市化水平有待提高。

(3) 2017年是“十三五”時(shí)期的第二年，這一年，云南省的城市化與水資源系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)的空間格局較2015年發(fā)生了顯著的變化(圖3C)。由于臨滄市由初級(jí)協(xié)調(diào)類型向中度協(xié)調(diào)類型轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致中度協(xié)調(diào)類型首次在滇西出現(xiàn)，這種轉(zhuǎn)變反映出臨滄市城市化與水資源系統(tǒng)的關(guān)系向良好狀態(tài)演變；玉溪市和紅河州依舊屬于中度協(xié)調(diào)類型。而曲靖市耦合協(xié)調(diào)類型發(fā)生了根本性的改變，由中度協(xié)調(diào)類型演變?yōu)槌跫?jí)協(xié)調(diào)類型，這反映出曲靖市的城市化與水資源系統(tǒng)演進(jìn)發(fā)生了倒退；輕度失調(diào)類型依舊占據(jù)滇西北地區(qū)的迪慶州和怒江州，這反映出這兩個(gè)州的城市化水平依舊偏低；基本協(xié)調(diào)類型依舊分布在滇中地區(qū)的昆明市；其余地區(qū)依舊為初級(jí)協(xié)調(diào)類型區(qū)，呈現(xiàn)出滇東地區(qū)帶狀分布、滇西和滇西南集中分布的特點(diǎn)。就整個(gè)云南省而言，基本協(xié)調(diào)的區(qū)域數(shù)量依然為1個(gè)，中度協(xié)調(diào)的區(qū)域數(shù)量為3個(gè)，初級(jí)協(xié)調(diào)的區(qū)域數(shù)量仍然為10個(gè)，輕度失調(diào)的區(qū)域數(shù)量仍然為2個(gè)，這反映出云南省大部分州(市)水資源對(duì)城市化演進(jìn)有較高支撐，大部分地區(qū)城市化水平仍然偏低。

圖3 2010年、2015年、2017年云南省城市化與水資源系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度分布

(4) 縱觀2010年、2015年和2017年的耦合協(xié)調(diào)空間分布圖發(fā)現(xiàn)：① 2010年、2015年和2017年，昆明市都屬于基本協(xié)調(diào)類型，城市化都對(duì)水資源系統(tǒng)產(chǎn)生了脅迫作用，而水資源系統(tǒng)也都對(duì)城市化產(chǎn)生了約束作用；② 2010年、2015年和2017年，玉溪市都屬于中度協(xié)調(diào)類型，城市化與水資源系統(tǒng)演進(jìn)程度都極高，水資源系統(tǒng)高度支撐城市化系統(tǒng)；③ 2010年和2015年，曲靖市城市化與水資源系統(tǒng)高度演進(jìn)，水資源系統(tǒng)對(duì)城市化有較好地支撐。2017年，曲靖市城市化系統(tǒng)與水資源系統(tǒng)演進(jìn)發(fā)生了倒退；④ 2010—2015年，紅河州由初級(jí)協(xié)調(diào)演變?yōu)橹卸葏f(xié)調(diào)。2015—2017年，紅河州保持中度協(xié)調(diào)，城市化與水資源系統(tǒng)關(guān)系狀態(tài)較好；⑤ 2010年、2015年和2017年，迪慶州都屬于輕度失調(diào)類型，城市化系統(tǒng)演進(jìn)程度都極低；⑥ 2010—2015年，怒江州由初級(jí)協(xié)調(diào)演變?yōu)檩p度失調(diào)。2015—2017年，怒江州依舊處于輕度失調(diào)狀態(tài)。

(5) 2010年、2015年和2017年的耦合協(xié)調(diào)空間分布圖在很大程度上表征了云南省城市化與水資源系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)的時(shí)空格局特征，但是未能定量地表征耦合協(xié)調(diào)的空間分異性?？臻g分異性能夠表征耦合協(xié)調(diào)的時(shí)空動(dòng)態(tài)差異，而且耦合協(xié)調(diào)度的空間分異性也是耦合協(xié)調(diào)時(shí)空格局分析的重要方面，故對(duì)云南省耦合協(xié)調(diào)的空間分異性即區(qū)域差異進(jìn)行分析。依據(jù)2010年、2015年和2017年16個(gè)州(市)域的耦合協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)，利用變異系數(shù)分析法(公式8)計(jì)算和分析云南省3個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的耦合協(xié)調(diào)空間分異性。結(jié)果表明：3個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的耦合協(xié)調(diào)度變異系數(shù)值分別為0.062，0.063，0.062。這反映出云南省耦合協(xié)調(diào)度的區(qū)域差異經(jīng)歷了兩個(gè)階段：① 2010—2015年區(qū)域差異加劇階段，這一時(shí)期云南省州(市)之間的耦合協(xié)調(diào)度的均衡性顯著減弱；② 2015—2017年區(qū)域差異減小階段，這一時(shí)期云南省州(市)之間的耦合協(xié)調(diào)度的均衡性顯著增強(qiáng)。

2.3.2 云南省城市化與水資源系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)空間演變規(guī)律的形成機(jī)理 2010年、2015年和2017年云南省城市化與水資源系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)的空間分布特征變化顯著，根據(jù)耦合協(xié)調(diào)的內(nèi)涵，從城市化和水資源指標(biāo)體系中權(quán)重較大的指標(biāo)去剖析成因。

(1) 2010年，昆明市城鎮(zhèn)人口占比、三產(chǎn)產(chǎn)值在總產(chǎn)值中的占比、土地城鎮(zhèn)化率和建成區(qū)綠化覆蓋率位居全省第一，這導(dǎo)致城市化水平全省位居首位，而水資源擁有量卻全省倒數(shù)第三，因此，水資源系統(tǒng)在昆明的城市化進(jìn)程中表現(xiàn)出約束作用；迪慶州的城鎮(zhèn)人口占比全省倒數(shù)第二，土地城鎮(zhèn)化率全省倒數(shù)第三，建成區(qū)綠化覆蓋率全省最低，導(dǎo)致城市化水平全省最低。城市化水平為0.095，而水資源系統(tǒng)指數(shù)為0.8，全省位居第四，故而迪慶州屬于輕度失調(diào)類型區(qū)；曲靖市和玉溪市的城市化水平在0.38～0.41，比昆明市低0.59左右，而這兩個(gè)地區(qū)卻因?yàn)橛邢鄬?duì)豐富的水資源量以及工業(yè)生產(chǎn)的節(jié)約用水而導(dǎo)致水資源系統(tǒng)對(duì)城市化有較高的支撐。

(2) 2015年，昆明市的城市化水平依舊名列前茅，但因?yàn)樗Y源量全省倒數(shù)第三、城鎮(zhèn)污水排放量和工業(yè)用水總量全省第一而導(dǎo)致水資源系統(tǒng)對(duì)城市化系統(tǒng)起約束作用；曲靖市、玉溪市和紅河州因?yàn)槌鞘谢竭m中，與水資源系統(tǒng)很好地耦合協(xié)調(diào)，故屬于中度協(xié)調(diào)類型區(qū)；迪慶州和怒江州因?yàn)榻?jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)，城市化水平偏低，故城市化與水資源系統(tǒng)未能很好地耦合協(xié)調(diào)，屬于輕度失調(diào)類型區(qū)。

(3) 2017年，昆明市水資源系統(tǒng)依舊對(duì)城市化系統(tǒng)產(chǎn)生約束作用，因而昆明市依舊屬于基本協(xié)調(diào)類型區(qū)；玉溪市、紅河州和臨滄市因?yàn)槌鞘谢到y(tǒng)和水資源系統(tǒng)演進(jìn)程度極高，二者能夠很好地耦合協(xié)調(diào)，故屬于中度協(xié)調(diào)類型區(qū)；曲靖市不再屬于中度協(xié)調(diào)類型區(qū)，而是演變?yōu)槌跫?jí)協(xié)調(diào)類型區(qū)，這是因?yàn)槌鞘谢退Y源系統(tǒng)發(fā)生了逆向演進(jìn)。就城市化逆向演進(jìn)而言，具體原因?yàn)槌擎?zhèn)人口與總?cè)丝诘恼急容^2015年降低了2.7%，而這是一個(gè)權(quán)重為0.517 8的指標(biāo)，此外，建成區(qū)綠化覆蓋率較2015年降低了3.49%。就水資源系統(tǒng)逆向演進(jìn)而言，水資源量較2015年減少了8.12×108m3。此外，曲靖市2015年工業(yè)用水總量全省位居第二位，僅次于昆明，而2017年猛增且位居16個(gè)州(市)之首；區(qū)位不理想、受到昆明市經(jīng)濟(jì)輻射的作用極其微弱和生態(tài)環(huán)境承載能力極弱[23]，這3個(gè)不利條件導(dǎo)致了迪慶州和怒江州經(jīng)濟(jì)落后、城鎮(zhèn)人口占比過低、土地城市化率過低。“一落后”“兩過低”和建成區(qū)綠化覆蓋率極低促成了迪慶州和怒江州城市化水平全省最低。極高的水資源系統(tǒng)指數(shù)(怒江州0.68，迪慶州0.79)和極低的城市化水平(怒江州0.07，迪慶州0.13)使得怒江州和迪慶州的城市化與水資源系統(tǒng)處于輕度失調(diào)狀態(tài)。

耦合協(xié)調(diào)度的區(qū)域差異是耦合協(xié)調(diào)度空間特征的重要內(nèi)涵之一。2010—2015年，云南省耦合協(xié)調(diào)度的區(qū)域差異呈現(xiàn)加劇趨勢(shì)，2015—2017年則呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，做如下分析：(1) 2010年，云南省16個(gè)州(市)GDP與耦合協(xié)調(diào)度的相關(guān)系數(shù)r為0.825，顯著性水平為0.000；2015年，相關(guān)系數(shù)r為0.757，顯著性水平為0.001；2017年，相關(guān)系數(shù)r為0.729，顯著性水平為0.001?？梢?個(gè)時(shí)段的耦合協(xié)調(diào)度與GDP的相關(guān)性十分顯著，這反映出GDP通過直接影響著城市化水平而間接地影響著耦合協(xié)調(diào)度。(2) 2010年、2015年和2017年16個(gè)州(市)的GDP的變異系數(shù)分別為0.924 9，0.924 1，0.988 7，城市化的變異系數(shù)分別為0.528 6，0.495 9，0.484 1，水資源系統(tǒng)指數(shù)的變異系數(shù)分別為0.079 6，0.068 5，0.053 0。這反映出極高的GDP區(qū)域差異導(dǎo)致了較高的城市化區(qū)域差異，而較高的城市化區(qū)域差異在一定的程度上造就了耦合協(xié)調(diào)度的區(qū)域差異；水資源系統(tǒng)指數(shù)的區(qū)域差異對(duì)耦合協(xié)調(diào)度的區(qū)域差異也具有一定的影響。

綜上，GDP影響著云南省州(市)的城市化水平；城市化水平和水資源系統(tǒng)的變化共同決定著云南省耦合協(xié)調(diào)度的時(shí)空演變；GDP和水資源系統(tǒng)指數(shù)的區(qū)域差異導(dǎo)致了耦合協(xié)調(diào)度的區(qū)域差異。

3 結(jié)論與建議

在合理構(gòu)建城市化與水資源系統(tǒng)指標(biāo)體系、采用縱橫向拉開檔次法賦權(quán)和用耦合協(xié)調(diào)模型對(duì)兩系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度進(jìn)行計(jì)算的基礎(chǔ)上，用耦合協(xié)調(diào)度判斷標(biāo)準(zhǔn)對(duì)云南省層面及州(市)的耦合協(xié)調(diào)狀態(tài)進(jìn)行判斷，從而探究云南省城市化與水資源系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)動(dòng)態(tài)和時(shí)空格局。結(jié)果表明：(1) 2010—2017年，云南省城市化與水資源系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度在0.47～0.488，兩系統(tǒng)處于初級(jí)耦合協(xié)調(diào)狀態(tài)，兩系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度演進(jìn)經(jīng)歷了4個(gè)階段。(2) 2010年，云南省城市化與水資源系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)的空間分布存在顯著的特點(diǎn)。唯一的基本協(xié)調(diào)類型分布在滇中地區(qū)的昆明市；中度協(xié)調(diào)類型零星分布；輕度失調(diào)類型獨(dú)占滇西北地區(qū)的迪慶州；初級(jí)協(xié)調(diào)類型主要成片分布在滇西、滇西南和滇東南地區(qū)。(3) 2015年的耦合協(xié)調(diào)空間分布較2010年發(fā)生了顯著的變化。滇西北地區(qū)成對(duì)出現(xiàn)輕度失調(diào)類型；滇中和滇南地區(qū)集中分布中度協(xié)調(diào)類型；滇西和滇西南地區(qū)片狀分布初級(jí)協(xié)調(diào)類型。(4) 與2015年比較，2017年的耦合協(xié)調(diào)度空間格局有了新的變化。滇西地區(qū)的臨滄市首次出現(xiàn)中度協(xié)調(diào)類型；滇東地區(qū)不再出現(xiàn)中度協(xié)調(diào)類型；初級(jí)協(xié)調(diào)類型在滇東地區(qū)帶狀分布，在滇西和滇西南地區(qū)集中分布。(5) 從州(市)耦合協(xié)調(diào)類型來看，2017年，昆明市的城市化進(jìn)程中存在著水資源系統(tǒng)的約束作用；曲靖市屬于初級(jí)協(xié)調(diào)類型，工業(yè)用水量位居省內(nèi)首位；迪慶州和怒江州城市化水平極低，屬于輕度失調(diào)類型。云南省耦合協(xié)調(diào)度時(shí)空格局的形成機(jī)理為：(1) GDP水平?jīng)Q定著云南省州(市)城市化正向演進(jìn)。(2) 城市化水平和水資源系統(tǒng)的變化共同導(dǎo)致了云南省耦合協(xié)調(diào)度的時(shí)空演變。(3) GDP和水資源系統(tǒng)指數(shù)的區(qū)域差異是云南省耦合協(xié)調(diào)度產(chǎn)生區(qū)域差異的根本原因。

鑒于城市化與水資源系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)時(shí)空格局的形成機(jī)制，為了實(shí)現(xiàn)云南省城市化與水資源系統(tǒng)向優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)狀態(tài)發(fā)展，提出如下對(duì)策：(1) 昆明市應(yīng)提升水資源總量、降低城鎮(zhèn)污水排放量、進(jìn)一步改進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)節(jié)水。(2) 曲靖市一方面需提升水資源總量，從而確保工業(yè)生產(chǎn)用水需求，另一方面，在工業(yè)生產(chǎn)中爭(zhēng)取減少工業(yè)用水量。(3) 怒江州的貢山縣、福貢縣和瀘水縣屬于強(qiáng)度禁止開發(fā)區(qū)，蘭坪縣屬于輕度禁止開發(fā)區(qū)。迪慶州的德欽縣和維西縣屬于強(qiáng)度禁止開發(fā)區(qū)，香格里拉縣屬于輕度禁止開發(fā)區(qū)[23]。這兩個(gè)州不宜為了追求城市化與水資源系統(tǒng)的基本協(xié)調(diào)、中度協(xié)調(diào)、良好協(xié)調(diào)、高度協(xié)調(diào)或者優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)而進(jìn)行大規(guī)模的工業(yè)活動(dòng)從而提升城市化水平。相反，這兩個(gè)區(qū)域應(yīng)該完善土地權(quán)屬管理政策、實(shí)行嚴(yán)格的土地用途管制、建立生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制。此外，云南省的學(xué)者應(yīng)該針對(duì)這兩個(gè)州研究制定發(fā)展政策。(4) 其余屬于初級(jí)協(xié)調(diào)類型的州(市)應(yīng)該因地制宜且在保護(hù)好生態(tài)環(huán)境的前提下發(fā)展經(jīng)濟(jì)，從而促進(jìn)城市化水平的提升。