城市防洪除澇能力與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展耦合協(xié)調(diào)關(guān)系研究
——以廣州市為例

柯文杰

(廣州市宏濤水務(wù)勘測設(shè)計(jì)有限公司，廣州 510000)

1 研究背景

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的飛速發(fā)展，我國城鎮(zhèn)化建設(shè)取得一系列令人矚目的成果，但與此同時(shí)，填埋河道、水系不通、城市內(nèi)澇等問題也逐漸進(jìn)入大眾視野，成為近年來人們普遍關(guān)注的熱點(diǎn)問題。城市防洪除澇建設(shè)與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展息息相關(guān)，彼此存在著一定的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系，一方面，防洪除澇工程的建設(shè)實(shí)施需要經(jīng)濟(jì)社會予以支持，投入大量的人力、物力和財(cái)力；另一方面，洪澇災(zāi)害也制約著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，如不加以治理可能會對經(jīng)濟(jì)社會帶來嚴(yán)重的災(zāi)難，因此兩者只有實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展，才能真正實(shí)現(xiàn)我國高質(zhì)量發(fā)展的目標(biāo)任務(wù)。本文以廣州市防洪排澇建設(shè)與經(jīng)濟(jì)社會耦合協(xié)調(diào)關(guān)系作為研究對象，具有一定的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

目前國內(nèi)外對耦合協(xié)調(diào)模型的研究相對成熟，不同領(lǐng)域的專家學(xué)者對耦合協(xié)調(diào)模型進(jìn)行了廣泛的研究及應(yīng)用。如顧茉莉[1]等人運(yùn)用耦合協(xié)調(diào)度模型和空間相關(guān)性分析測度了長江經(jīng)濟(jì)帶2005—2020年水-能源-糧食-土地系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的時(shí)空演變特征和空間聯(lián)系。張杰[2]以黃河流域9個(gè)省(區(qū))全域?yàn)檠芯繉ο?，基?016—2020年面板數(shù)據(jù)，采用耦合協(xié)調(diào)模型對黃河流域生態(tài)保護(hù)與高質(zhì)量發(fā)展的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系進(jìn)行了實(shí)證分析。楊志[3]采用熵權(quán)TOPSIS模型、耦合協(xié)調(diào)度模型和障礙度模型，從經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)、安全4個(gè)方面選取17個(gè)指標(biāo)評價(jià)了寧夏近14 a(2006—2019年)土地利用績效動態(tài)變化、協(xié)調(diào)發(fā)展水平和障礙因子。對防洪除澇與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展耦合協(xié)調(diào)關(guān)系的研究目前尚不多見，與之相關(guān)度較高的是河湖水系連通方面的研究，如鄭州大學(xué)的左其亭教授[4]建立了評價(jià)水系連通系統(tǒng)與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展系統(tǒng)的指標(biāo)體系，同時(shí)基于匹配度計(jì)算公式，提出河湖水系連通系統(tǒng)與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展系統(tǒng)協(xié)調(diào)度計(jì)算方法。李普林[5]以江蘇省為研究對象，通過建立城鎮(zhèn)化系統(tǒng)進(jìn)程狀況和河湖水系連通水平的評價(jià)指標(biāo)體系，利用耦合協(xié)調(diào)模型評價(jià)城鎮(zhèn)化與河湖水系連通系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)關(guān)系。由于現(xiàn)階段關(guān)于城市防洪排澇與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的研究尚不多見，故本文提出采用耦合協(xié)調(diào)模型研究兩者關(guān)系，以期為相關(guān)領(lǐng)域研究提供一定的技術(shù)參考。

2 研究區(qū)概況

廣州市地處南方豐水區(qū)，境內(nèi)大小河流發(fā)達(dá)，水域面積廣闊，集雨面積在100 km2以上的河流共有22條，河寬5 m以上的河流1 368條，總長為5 597.36 km，河道密度達(dá)到0.75 km/km2。全市水域面積7.44萬hm2，占全市土地面積的10.05%。經(jīng)過多年的建設(shè)，廣州市防洪排澇工程初步建成以水閘、河涌為骨干，涵竇、渠涌、塘和電排站相配套比較完整的防洪排澇體系，暴雨期間雨水通過雨水管網(wǎng)匯集至大大小小的河涌，再通過排澇水閘或排澇站排至外江。

目前，全市11個(gè)行政區(qū)、九大流域、105個(gè)排澇片區(qū)建有排澇水閘1 053座，總凈寬為5 952 m，泵站713座，總裝機(jī)容量為13.78萬kW，總設(shè)計(jì)排澇流量為1 888 m3/s；水庫307宗，總庫容為11.12億m3；湖泊46宗，總水域面積為687.81萬m2，可調(diào)蓄容積為0.07億m3；河涌1 368條，可調(diào)蓄容積約0.74億m3；山塘89宗，總?cè)莘e為524.36萬m3。

3 研究方法

3.1 評價(jià)指標(biāo)體系

3.1.1防洪排澇系統(tǒng)指標(biāo)體系

城市防洪除澇能力反映的是一座城市抵御洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的能力，通常體現(xiàn)在多個(gè)方面[6]。按照災(zāi)害發(fā)生的時(shí)間順序，本文認(rèn)為城市防洪除澇能力應(yīng)包括對災(zāi)害的監(jiān)測預(yù)警能力、對災(zāi)害的規(guī)劃治理能力、搶險(xiǎn)救災(zāi)能力以及災(zāi)后建設(shè)能力4個(gè)方面。本文從上述層面構(gòu)建了城市防洪除澇能力指標(biāo)體系。

1)監(jiān)測預(yù)警能力。監(jiān)測預(yù)警能力包括水文站網(wǎng)覆蓋率、洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)推廣度、汛期防汛檢查頻次及歷史洪水預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度等指標(biāo)。通常認(rèn)為水文站網(wǎng)是進(jìn)行收集水文資料的重要途徑，是進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)的重要資料來源，水文站網(wǎng)覆蓋率越高，反映了洪澇災(zāi)害的監(jiān)測能力越強(qiáng)。其次，洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)的推廣能提高洪水預(yù)報(bào)的時(shí)效性，汛期加強(qiáng)防汛檢查能及時(shí)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場問題并有效整改。另外，對歷史洪水預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度也能從側(cè)面反映城市對災(zāi)害的監(jiān)控能力。

2)規(guī)劃治理能力。規(guī)劃治理能力主要反映地方對洪澇災(zāi)害的規(guī)劃和治理水平，包括對河道、水庫治理達(dá)標(biāo)情況、每年對防洪除澇工程的投資額，此外地表水?dāng)r蓄率主要是反映區(qū)域?qū)闈乘恼{(diào)控能力。

3)搶險(xiǎn)救災(zāi)能力。搶險(xiǎn)救災(zāi)能力主要反映洪澇災(zāi)害發(fā)生時(shí)，地方對災(zāi)害的控制能力，包括日常對搶險(xiǎn)物資的儲備量、對搶險(xiǎn)隊(duì)伍的配置情況、地區(qū)對洪澇災(zāi)害的應(yīng)急預(yù)案以及地區(qū)公路網(wǎng)密度，公路網(wǎng)密度主要體現(xiàn)搶險(xiǎn)救災(zāi)過程中物資輸送的便利程度。

4)災(zāi)后建設(shè)能力。本文主要從專業(yè)技術(shù)人員的擁有數(shù)量、地區(qū)生產(chǎn)總值和基本建設(shè)物資的儲備量等層面對災(zāi)后建設(shè)能力進(jìn)行評價(jià)，其中專業(yè)技術(shù)人員是災(zāi)后重建的重要人力保障，地區(qū)生產(chǎn)總值主要反映城市經(jīng)濟(jì)實(shí)力，基本建設(shè)物資主要反映城市建設(shè)物資供應(yīng)能力。

3.1.2經(jīng)濟(jì)社會系統(tǒng)指標(biāo)體系

對經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展評價(jià)的研究目前已經(jīng)較為成熟，本文借鑒現(xiàn)有的研究成果，從人口、經(jīng)濟(jì)、社會3個(gè)層面構(gòu)建了經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展指標(biāo)體系[8-9]。其中人口系統(tǒng)指標(biāo)包括人口密度、人口自然增長率、城鎮(zhèn)人口比例，經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)指標(biāo)包括人均GDP、GDP年度增長率、第三產(chǎn)業(yè)增加值占GDP增加值比重，社會系統(tǒng)指標(biāo)包括居民可支配收入、居民人均消費(fèi)支出和初中學(xué)生凈入學(xué)率。

3.2 評價(jià)方法

3.2.1評價(jià)指標(biāo)權(quán)重

為保證計(jì)算結(jié)果的客觀性，本文采用熵值法進(jìn)行權(quán)重計(jì)算，結(jié)合本文所構(gòu)建的城市防洪除澇能力與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展評價(jià)指標(biāo)體系，選取廣州市2012—2021年近10 a系列數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，主要計(jì)算步驟如下[10-11]：

1)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

為消除各指標(biāo)原始數(shù)據(jù)由于量綱不同所引起的計(jì)算誤差，采用極差標(biāo)準(zhǔn)化的方法對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，具體計(jì)算公式如下：

正向“+”指標(biāo)：

(1)

負(fù)向“-”指標(biāo)：

(2)

式中：

Yij′——標(biāo)準(zhǔn)化處理后的指標(biāo)值；

Yij——指標(biāo)原始值；

Ymaxj、Yminj——分別為歷年來指標(biāo)j的最大值、最小值。

此外，對部分非單項(xiàng)指標(biāo)做如下處理：

非單向“±”指標(biāo)：

(3)

2)權(quán)重計(jì)算

①第j個(gè)指標(biāo)在第i年的比重Qij

(4)

式中：

n——統(tǒng)計(jì)年數(shù)。

②第j個(gè)指標(biāo)信息熵Tj

(5)

其中，0≤Tj≤1。

③第j個(gè)指標(biāo)的效用值Fj

Fj=1-Tj

(6)

④第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重Wj

(7)

式中：

m——指標(biāo)數(shù)。

按照加權(quán)求和法計(jì)算2012—2021年廣州市防洪除澇能力與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展指標(biāo)權(quán)重，結(jié)果見表1。

表1 城市防洪除澇能力與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

3.2.2綜合評價(jià)函數(shù)

本文利用線性加權(quán)和法依次計(jì)算城市防洪除澇系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展系統(tǒng)的綜合評價(jià)值，利用該方法將多個(gè)目標(biāo)函數(shù)值通過線性加權(quán)的方式集成到了單個(gè)目標(biāo)函數(shù)，從而將問題轉(zhuǎn)化為一般線性規(guī)劃問題，式中Pi和分別Qi分別代表城市防洪除澇系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展系統(tǒng)的綜合評價(jià)值，當(dāng)Pi>Qi時(shí)，表明城市防洪除澇系統(tǒng)優(yōu)于經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展系統(tǒng)，當(dāng)Pi=Qi時(shí)，表明城市防洪除澇系統(tǒng)與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展系統(tǒng)同步，當(dāng)Pi

(8)

式中：

ωij、ω′ij——城市防洪除澇系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展系統(tǒng)中各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重；

xij、yij——城市防洪除澇系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展系統(tǒng)中各項(xiàng)初始指標(biāo)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的數(shù)據(jù)。

3.2.3耦合協(xié)調(diào)模型

耦合度指兩個(gè)或兩個(gè)以上系統(tǒng)之間的相互作用影響，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展的動態(tài)關(guān)聯(lián)關(guān)系，可以反映系統(tǒng)之間的相互依賴相互制約程度。協(xié)調(diào)度指耦合相互作用關(guān)系中良性耦合程度的大小，它可體現(xiàn)出協(xié)調(diào)狀況的好壞，耦合協(xié)調(diào)度模型用于分析事物的協(xié)調(diào)發(fā)展水平。本文利用耦合協(xié)調(diào)度模型可有效評價(jià)城市防洪除澇能力和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展相互耦合的協(xié)調(diào)程度，耦合協(xié)調(diào)度計(jì)算公式如下：

K=(L·U)1/2

(9)

(10)

(11)

式中：

K——協(xié)調(diào)度；

L——耦合度；

m——調(diào)節(jié)系數(shù)(m≥2)，本文中取m=2；

Pi和Qi——分別代表城市防洪除澇系統(tǒng)和河湖水系系統(tǒng)的綜合評價(jià)值；

U——兩系統(tǒng)綜合協(xié)調(diào)指數(shù)，本文認(rèn)為城市防洪除澇與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展同等重要，取α=β=0.5。

參考國內(nèi)外現(xiàn)有研究成果[12-17]，確定城市防洪除澇能力與經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)調(diào)度分類見表2所示。

表2 城市防洪除澇能力與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展協(xié)調(diào)度分類

4 分析與討論

4.1 城市防洪除澇與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展綜合評價(jià)結(jié)果變化

根據(jù)耦合協(xié)調(diào)度模型分別計(jì)算廣州市2012—2021年城市防洪除澇與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展綜合評價(jià)值Pi、Qi及相應(yīng)的協(xié)調(diào)度K、耦合度L及綜合協(xié)調(diào)指數(shù)U，計(jì)算結(jié)果見表3所示。

表3 2012—2021年廣州市防洪除澇能力與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展耦合協(xié)調(diào)度計(jì)算

2012—2021年廣州市防洪除澇能力與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展綜合評價(jià)值如圖1所示，總體上近10 a來廣州市城市防洪除澇能力和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展均取得了穩(wěn)步的提升，特別是城市防洪除澇能力，近年來隨著全市各類防洪除澇及水系連通工程的落地實(shí)施，廣州市防洪除澇能力不斷獲得提升，取得了一些列令人矚目的成果。根據(jù)《廣州市防洪(潮)排澇規(guī)劃(2021—2035年)》，近期到2025年，廣州中心城區(qū)防洪(潮)標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇；到2035年，廣州具備防御西、北江1915年型洪水及北江300年一遇洪水能力，中心城區(qū)將具備防御300年一遇潮位能力。從廣州市經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展水平來看，近10 a來廣州市經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展總體平穩(wěn)，經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展系統(tǒng)綜合評價(jià)值年均增長率約為11.99%，符合廣州市經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的基本規(guī)律；從系統(tǒng)綜合評價(jià)年度差值來看，廣州市防洪除澇系統(tǒng)要領(lǐng)先于經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，且系統(tǒng)綜合評價(jià)年度差值總體較平穩(wěn)，表明廣州市防洪除澇與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展相對協(xié)同穩(wěn)定。

圖1 廣州市防洪除澇能力與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展綜合評價(jià)值示意

4.2 防洪除澇能力與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展協(xié)調(diào)度分析

按照協(xié)調(diào)度分類法，根據(jù)表3計(jì)算成果對廣州市防洪除澇能力與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展協(xié)調(diào)程度進(jìn)行判斷，結(jié)果表明：2012—2021年廣州市防洪除澇能力與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展協(xié)調(diào)度總體呈現(xiàn)上升態(tài)勢，其中2012—2013年表現(xiàn)為輕度失調(diào)，2014—2015年表現(xiàn)為瀕臨協(xié)調(diào)，2016—2021年經(jīng)歷了勉強(qiáng)協(xié)調(diào)、初級協(xié)調(diào)、中級協(xié)調(diào)、良好協(xié)調(diào)和優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)等5個(gè)階段，現(xiàn)階段兩系統(tǒng)綜合協(xié)調(diào)指數(shù)維持在較高的水平下，兩者達(dá)到優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)的狀態(tài)(見圖2)。

圖2 廣州市歷年耦合度L、綜合協(xié)調(diào)指數(shù)U、協(xié)調(diào)度K值變化情況示意

改革開放以來，經(jīng)過30多年的快速發(fā)展，廣州市城鎮(zhèn)化率從1978年的16.3%提高到2012年的83.85%，位居全國前列。2012—2021年的10 a間，廣州市城鎮(zhèn)化率從83.85%提高到86.46%，進(jìn)入城鎮(zhèn)化發(fā)展成熟階段。改革開放30多年來，廣州市開展了大規(guī)模的城鎮(zhèn)化建設(shè)，為了促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會的高速發(fā)展，填埋河道、與水爭地等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，降低了河道行洪排澇能力，導(dǎo)致城市防洪除澇能力與經(jīng)濟(jì)社會出現(xiàn)了階段性失調(diào)的狀態(tài)。近年來，隨著河湖水系問題越來越受到人們重視，政府投入大量資金用于改善河湖水系連通性，提升城市行洪排澇能力，并取得一系列成果，從2016年起廣州市行洪排澇能力與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展逐漸進(jìn)入到協(xié)調(diào)期，這也是我國經(jīng)濟(jì)社會高質(zhì)量發(fā)展的根本要求。

5 結(jié)語

為進(jìn)一步研究城市防洪除澇能力與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展之間的相互關(guān)系，本文構(gòu)建了城市防洪除澇能力與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展評價(jià)指標(biāo)體系。以廣州市為例，引入耦合協(xié)調(diào)模型分析廣州市2012—2021年防洪除澇能力與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展變化，結(jié)果如下：① 從總體上看，近10 a來廣州市防洪除澇能力和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展均取得了穩(wěn)步的提升，特別是城市防洪除澇能力，近年來隨著全市各類防洪除澇及水系連通工程的實(shí)施，全市防洪除澇能力得到顯著提升，經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展總體平穩(wěn)，符合廣州市經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的基本規(guī)律；② 廣州市防洪除澇系統(tǒng)要領(lǐng)先于經(jīng)濟(jì)社會系統(tǒng)，且系統(tǒng)綜合評價(jià)年度差值總體較平穩(wěn)，表明廣州市防洪除澇與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展相對協(xié)同穩(wěn)定；③ 廣州市防洪除澇能力與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展協(xié)調(diào)度總體呈現(xiàn)上升態(tài)勢，這10 a間兩者協(xié)調(diào)度經(jīng)歷了輕度失調(diào)、瀕臨協(xié)調(diào)、勉強(qiáng)協(xié)調(diào)、初級協(xié)調(diào)、中級協(xié)調(diào)、良好協(xié)調(diào)和優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)等多個(gè)階段，2021年以后兩系統(tǒng)綜合協(xié)調(diào)指數(shù)維持在較高的水平下，達(dá)到優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)的狀態(tài)。在今后的發(fā)展中，全市要保持優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)的狀態(tài)，在經(jīng)濟(jì)社會高質(zhì)量發(fā)展的同時(shí)，更加注重人水和諧。