黄河流域水资源－生态－城市－产业协同发展特征研究

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引用格式:宁朝山，李可馨.黄河流域水资源－生态－城市－产业协同演进研究［J］.人民黄河，2024，46（2）：21－28.

作者简介:宁朝山（1984—），男，山东冠县人，副教授，博士，主要从事生态经济研究工作

摘要

为考察黄河流域水资源－生态－城市－产业协同的动态演进及其地区差异和来源，基于2016—2020 年黄河流域76 个主要地级市数据，采用协同度模型、核密度估计和Dagum 基尼系数及其分解方法进行实证测度。结果表明：处于初级、中级和良好协同的城市数量分别为30 个、33 个和13 个。各城市协同度水平呈现上升趋势，但城市间绝对差异在扩大，相对差异在缩小；除呼包鄂榆城市群外，其他六大城市群协同度绝对差异均呈扩大趋势。黄河上游和下游内部差异呈下降趋势，中游内部差异呈上升趋势；上游和中游间差异最大，且呈现进一步扩大趋势，上游和下游间差异逐渐缩小。呼包鄂榆城市群群内差异最小，关中城市群群内差异最大；关中城市群与山东半岛城市群群间差异最小，晋中城市群与山东半岛城市群群间差异最大。未来应进一步加强要素协同、区域协同，发挥各地区动态比较优势，因地制宜推进黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略深入实施。

关键词：协同发展；水资源；生态环境；地区差异；动态演进；黄河流域

0 引言

黄河流域生态保护和高质量发展是重大国家战略，其落实是一项复杂的系统工程，而水资源、生态、城市、产业是这一系统工程的重要组成部分，并且四者之间密切联系，需要整体谋划、协同推进。从四者协同的学理来看，水资源合理高效利用能够有效推动对生态环境的整体保护，良好的生态环境能为城市发展提供稳定的资源基础，城市功能完善可以更好地实现产业结构合理化与产业链高级化，大幅度减少流域内各类资源型产品原材料的过度消耗，提高产业生态效率。目前，黄河流域水资源－生态－城市－产业协同发展水平及演进趋势究竟如何、地域间是否存在显著差异等问题尚缺乏系统研究。鉴于此，本文将探究黄河流域水资源－生态－城市－产业协同的发展现状、动态演进趋势，并在此基础上分析其空间差异等，进而提出相应的对策建议。

目前，学术界对黄河流域的相关研究集中于生态环境保 护［1－2］、水资源承 载力 估算［3－4］、产业 体系 构建［5－6］等方面。左其亭［7］提出应该用辩证思维综合解读河流生态修复保护和经济社会高质量均衡发展之间的复杂关系，进而提出区域战略体系实施研究的重要框架。任保平等［8］指出要将生态治理、产业升级、区域分工以及区域联系作为黄河流域治理发展的重点。金凤君［9］认为要运用积极财政政策推动传统产业升级、加强重点生态功能区建设等。张红武［10］认为，水资源是实现黄河流域城市、生态、产业协调发展的主要制约因素。在已有研究的基础上，本文以黄河流域76个主要地级市为考察对象，立足水资源、生态、城市、产业四者之间的协同关系，构建评价指标体系，运用协调度模型、核密度估计和Dagum 基尼系数及其分解方法研究四者的协同发展特征，以期为黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略的实施提供参考。

1 指标体系与研究方法

1.1 指标体系构建

黄河流域水资源－生态－城市－产业协同发展是一项综合性系统工程，为科学全面地刻画四者协同状况，在考虑相关指标数据可得性、准确性原则基础上，从多个维度构建评价指标体系（见表1）。在水资源方面，阻碍黄河流域发展的重要因素是水资源短缺、水循环利用失衡，导致黄河流域生态环境脆弱。现阶段，黄河流域的水资源供需情况仍不容乐观，解决水资源循环利用问题是流域实现可持续发展的重要途径。在生态方面，黄河流域自然生态环境极其脆弱。与长江、珠江等流域相比，黄河流域生态环境问题更为突出，在一定程度上制约了黄河流域经济社会发展［11］。在城市方面，沿黄城市间发展水平相差较大，地区间城市化水平存在着显著差异。在产业方面，黄河流域以传统资源密集型产业为主导，且产业结构层次和绿色化发展水平较低，资源性重化工特征突出，新兴产业发展内生动力较弱［12］。

表1 黄河流域水资源－生态－城市－产业协同发展评价指标体系

1.2 研究方法

1.2.1 熵权法

为测算黄河流域水资源－生态－城市－产业协同度，首先需要测度四者的综合指数。本文采用熵权法确定各指标相对权重，其不仅可充分反映被纳入评价对象的相对整体差异，而且包含了评价指标本身相对重要性程度及其对最终评价整体结果产生的影响。计算步骤如下所述。

第一步，指标正向化处理：

式中：xij 为指标初始值，yij 为指标初始值经过正向化处理后的相应指标值。

第二步，数据标准化处理：

式中：为指标正向化处理后再经过标准化处理得到的相应指标值，max yij 为正向化处理后初始值的最大值，min yij 为正向化处理后初始值的最小值。

第三步，计算第j 个指标在第i 个评价对象上对应的指标权重Pij：

第四步，计算第j 个指标的熵值ej ：

式中：n 为评价对象的个数。

第五步，计算第j 个指标的差异系数gj ：

第六步，计算第j 个指标的权重ωj ：

式中：m 为评价指标个数。

第七步，计算黄河流域各地级市水资源、生态、城市、产业综合指数，分别记为S、X、U、A。其中，水资源综合指数的计算公式为

式中：Xj 为水资源各指标标准化后的值。

同理可计算生态、城市、产业综合指数。

鉴于水资源、生态、城市、产业四者在黄河流域生态保护和高质量发展中同等重要［13］，因此采用算术平均法计算黄河流域水资源－生态－城市－产业综合发展指数T：

1.2.2 耦合协同度模型

为测算黄河流域水资源、生态、城市、产业四者间的相互影响强度，应用物理学中的耦合系统模型，计算四者相互作用的耦合度C：

为进一步反映四者协同度水平，在计算系统耦合度基础上，计算协同度D：

1.2.3 核密度估计

核密度估计是一种用于估计概率密度函数的非参数方法。本文选择高斯核函数估计黄河流域水资源－生态－城市－产业协同水平的空间分布及其动态演进，计算公式为

式中：为样本均值；xi 为第i 个样本；n 为样本数量；fh（x）为样本x 的概率密度函数；K（·）为核函数；h 为正向的平滑参数，称作带宽。

1.2.4 Dagum 基尼系数及其分解

为考察黄河流域水资源－生态－城市－产业协同度的时空差异及其来源，应用Dagum 基尼系数分解方法测算黄河流域水资源－生态－城市－产业协同度基尼系数与差异来源贡献度。

第一步，计算总体基尼系数GT：

式中：下标T 表示样本总体，k 为划分的区域个数，j、h为不同的区域，i、r 分别为区域j、区域h 中的城市，nj、nh 分别为区域j、区域h 中的城市数量，n 为研究区域内城市总数，yji、yhr 分别为区域j、区域h 中各城市的水资源－生态－城市－产业协同度，为区域水资源－生态－城市－产业协同度的均值。

第二步，计算区域内部基尼系数Gjj ：

第三步，计算区域h 和区域j 之间的基尼系数Gjh ：

式中：分别为区域j、h 内城市水资源－生态－城市－产业协同度的均值。

第四步，计算区域内差异对总体基尼系数的贡献Gw、区域间净值差距对总体基尼系数的贡献度Gnb、超变密度的贡献Gt ：

其中：

式中：Fj（·）和Fh（·）分别为区域j 和区域h 的累计密度分布函数，y 为对应区域内样本的协同度。

1.3 数据来源

四川省仅有2 个州（阿坝、甘孜）属于黄河流域，且2 个州的经济、社会、生态与黄河流域存在显著差异，因此本文主要对黄河流域其他8 个省（区）76 个主要地级市的水资源－生态－城市－产业协同度进行研究。原始数据源自《中国统计年鉴》以及相应省份统计年鉴，对于部分缺失数据采取线性插值方法进行补充。

2 测度结果分析

2.1 水资源、生态、城市、产业四者发展的时空分异

依据上述测度方法和指标数据，可以测得2016—2020 年76 个市水资源、生态、城市、产业四大系统综合指数，其中2016 和2020 年结果见表2（限于篇幅，未全部列出）。根据测度结果可知，2016—2020 年黄河流域水资源、生态、城市、产业这四大系统的综合指数均呈现持续平稳上升态势，其中：水资源综合指数从2016 年的0.050 6 上升至2020 年的0.063 7；生态综合指数从2016 年的0.158 0 上升至2020 年的0.203 4；城市综合指数从2016 年的0.164 2 上升至2020 年的0.197 3；产业发展综合指数从2016 年的0.179 6 下降到2017 年的0.102 4，但在2020 年又开始上升。

表2 ２０１６ 年和 ２０２０ 年黄河流域城市水资源、生态、城市、产业四大系统综合指数

从区域来看，2020 年黄河流域水资源综合指数位于前10 位的城市中，3 个在上游、3 个在下游、4 个在下游；生态和产业综合指数位于前10 位的城市中，1 个在上游、3 个在中游、6 个在下游；城市综合指数前10 位的城市中，3 个在中游、7 个在下游。

2.2 水资源－生态－城市－产业协同度时空异质性

基于上述测度的综合指数，应用协同度模型测度四者协同度，同时为进一步分析黄河流域水资源－生态－城市－产业协同度类型及其区域差异，将协同度划分为3 个等级，见表3。2020 年黄河流域上中下游的地级市协同度等级见表4。

表3 协同度等级划分

表４　黄河流域上中下游的地级市协同度等级

在76 个地级市中，有30 个为初级协同、33 个为中级协同、13 个为良好协同。从区域分布来看，上游有1 个为良好协同、9 个为中级协同、12 个为初级协同；中游有3 个为良好协同、7 个为中级协同、15 个为初级协同；下游有9 个为良好协同、17 个为中级协同，有3 个是初级协同。与中游、上游相比，下游的协同度较高，主要原因是：下游城市有明显的区位优势、良好的经济发展基础、较多的劳动力。中游尤其是山西省和陕西省的煤炭资源丰富，但传统产业产能过剩导致煤炭经济下滑，再加上生态环保压力等因素影响，导致中游协同度不高。经济基础较弱和恶劣的自然环境是上游水资源－生态－城市－产业协同发展的主要制约因素，因此上游应转变传统的以粗放方式开发各种资源和产业低端化的发展模式。

以2020 年数据为基准，对8 个省（区）的省会城市进行分析发现，省会城市的协同度均位于各省（区）的前列，省会城市的协同度均值为0.463 7，远高于76个地级市的均值0.331 6。黄河流域协同度后10 位的均值为0.224 8，省会城市的协同度均值是该值的2.06倍。

2.3 水资源－生态－城市－产业协同度核密度分布分析

2016—2020 年黄河流域水资源－生态－城市－产业协同度核密度分布见图1。从分布位置上看，2016—2020 年黄河流域水资源－生态－城市－产业协同度核密度分布曲线整体上呈现右移趋势，表明四者协同水平有所提升。从分布形态上看，总体分布曲线表现为高度下降和宽度变小，曲线坡度平缓，意味着黄河流域总体协同度的绝对差异逐渐扩大，相对差异逐渐减小。从分布范围上看，右尾拖长现象有所减弱，低水平城市在向平均水平靠拢，与高水平城市差距缩小。2016—2020 年黄河上中下游的核密度曲线总体向右平移，表明协同度有所提高，但2020 年出现左移趋势，协同度有所波动。2016—2020 年黄河上游和中游趋势相似，核密度曲线高度呈下降趋势，宽度变大，表明黄河流域上游和中游协同度的绝对差异存在扩大趋势。核密度曲线坡度变得更加平缓，说明相对差异在逐渐缩小；黄河下游分布曲线波峰高度呈下降—上升趋势，宽度变小，表明黄河下游协同度水平绝对差异有缩小趋势，同时坡度陡峭，相对差异增大。除黄河下游外，上游和中游都呈现出右尾拉长趋势，表明差距进一步拉大；黄河下游右尾缩短，说明黄河下游的低水平城市与高水平城市正在向平均水平靠拢。

图1 2016—2020 年黄河流域及上中下游水资源－生态－城市－产业协同度核密度分布

2016—2020 年黄河流域七大城市群水资源－生态－城市－产业协同度核密度分布，见图2。从分布位置上看，七大城市群的协同度核密度分布曲线整体呈右移趋势，表明黄河流域城市群的水资源－生态－城市－产业协同水平有所提升，也有波动。从分布形态上看，除呼包鄂榆城市群外，其他城市群协同度绝对差异均呈扩大趋势。具体而言，兰西城市群、宁夏沿黄城市群、晋中和关中城市群核密度曲线波峰高度降低、宽度扩大，分布趋于扩散；中原城市群核密度曲线波峰高度上升—下降，低于2016 年的水平，宽度基本不变；山东半岛城市群波峰有上升趋势，宽度变化不大，分布区域集中，呈现绝对差异扩大趋势。呼包鄂榆城市群核密度曲线高度变化不大，宽度变小，其协同度绝对差异有缩小趋势。呼包鄂榆和山东半岛城市群分布曲线陡峭，协同度相对差异扩大；其余五大城市群分布曲线坡度平缓，协同度相对差异缩小。另外，除宁夏沿黄和呼包鄂榆城市群外，其他城市群分布曲线均具有右尾拉长现象，其中呼包鄂榆城市群左尾有明显缩短现象。七大城市群总体分布范围表现出扩大趋势，意味着协同度较高的城市与平均水平差距有所扩大，城市群内差距增大。各城市群出现左尾缩短现象，呼包鄂榆城市群尤为明显，表明协同度较低的城市在向平均水平靠拢。

图2 2016—2020 年黄河流域七大城市群水资源－生态－城市－产业协同度核密度分布

2.4 协同度时空差异及其来源分析

采用Dagum 基尼系数分解法，系统分析黄河流域水资源－生态－城市－产业协同度的空间差异及其来源。

2.4.1 流域整体分析

1）总体地区差异及其演变趋势。2016—2020 年黄河流域水资源－生态－城市－产业协同度基尼系数变化趋势见图3。由图3 可知，2016—2020 年黄河流域水资源－生态－城市－产业协同度的总体基尼系数先上升后下降，表明黄河流域水资源－生态－城市－产业协同的不均衡现象逐渐减弱。具体来看，整体基尼系数从2016 年的0.131 4 上升到2018 年的0.139 0，2020年下降到0.131 9，呈先上升后下降的趋势，表明黄河流域协同度地区差异在逐渐缩小。

图3 2016—2020 年黄河流域水资源－生态－城市－产业协同度基尼系数变化趋势

2）区域内差异及其演变趋势。2016—2020 年黄河流域水资源－生态－城市－产业协同度区域内和区域间基尼系数变化趋势见图4（a）。2016—2020 年，基尼系数年均值上游为0.136 1、中游为0.130 9、下游为0.122 5。从区域内来看，基尼系数年均值差异最大的是上游，其次是中游，最小的是下游。2016—2020 年，上游和下游内部差异呈下降趋势，上游基尼系数从2016 年的0.137 9下降到2020 年的0.131 9，下降了0.006 0；下游基尼系数从2016 年的0.122 9 下降到2020 年的0.121 1，下降了0.001 8。中游2016—2020年内部差异呈上升趋势，中游基尼系数从2016 年的0.126 8上升到2020 年的0.127 1，上升了0.000 3。

图4 2016—2020 年黄河流域水资源－生态－城市－产业协同度区域内和区域间基尼系数变化趋势

3）区域间差异及其演变趋势。由图4（b）可知，相较于总体基尼系数，区域间基尼系数存在显著差异。其中，上中游差异最大，其年均值为0.141 4，高于总体基尼系数年均值，中下游和上下游的基尼系数年均值分别为0.133 7 和0.137 5。因此，缩小上游和中游的协同度差距对流域整体协同均衡发展起重要作用。从整体看，上中游基尼系数有上升趋势，区域间差异扩大；上下游基尼系数有下降趋势，区域间差异有所缩小。

4）地区差异来源及其贡献。2016—2020 年黄河流域基尼系数差异来源及贡献度的变化，见表5。2016—2020 年黄河流域水资源－生态－城市－产业协同度的区域内差距、区域间差距和超变密度年均值分别为0.043 4、0.024 8、0.066 1，其贡献度分别为32.35%、18.41%、49.24%。由表5 可知，Gw 贡献度处于稳定状态，Gt 贡献度和Gnb 贡献度呈反向变动关系。Gt 贡献度高的原因是部分城市虽然位于上中下游不同区域，但属于同一城市群，不同区域和区域内的协同度可能存在交叉项，使得超变密度贡献度处于第一位。同时，由于Gt 贡献率和Gnb 贡献率呈反向变动关系，因此地区间差异的缩小使得超变密度贡献度上升。

表5 2016—2020 年黄河流域水资源－生态－城市－产业协同度基尼系数差异来源及贡献度

2.4.2 城市群分析

2016—2020 年黄河流域城市群内基尼系数、城市群间基尼系数（以年均值为例）和基尼系数地区差异来源及其贡献见表6～表8。在2016—2020 年黄河流域城市群内的基尼系数中，呼包鄂榆城市群内基尼系数年均值为0.037 742，差异最小；关中城市群内基尼系数年均值为0.253 364，差异最大。除关中城市群外，其余城市群基尼系数皆低于总体基尼系数。在城市群间基尼系数中，除呼包鄂榆城市群和中原城市群外，其他城市群与山东半岛城市群均有较大的差异，表明山东半岛城市群自身协同度相对较高，且呼包鄂榆城市群和中原城市群协同度与山东半岛城市群差异较小。在基尼系数地区差异来源及其贡献中，2016—2020 年黄河流域城市群群内、群间协同度差距和超变密度的年均值分别为0.036 5、0.104 8、0.062 2，其贡献度分别为17.42%、50.25%、32.33%。其中贡献度最大的为城市群间差异，其次是超变密度和城市群内差异。这表明地区间差异是黄河流域水资源－生态－城市－产业协同的地区差异的主要来源。

表6 2016—2020 年黄河流域城市群内基尼系数

表7 2016—2020 年黄河流域城市群间基尼系数

注：1～7 分别表示兰西城市群、宁夏沿黄城市群、呼包鄂榆城市群、晋中城市群、关中城市群、中原城市群、山东半岛城市群。

表8 2016—2020 年黄河流域城市群基尼系数地区差异来源及其贡献度

3 结论与建议

基于2016—2020 年黄河流域76 个主要地级市数据，系统分析黄河流域水资源－生态－城市－产业协同发展水平时空动态演化特征及其区域差异和原因。研究得出如下结论：1）黄河流域水资源、生态、城市、产业综合指数保持平稳变化，76 个主要地级市中处于初级、中级和良好协同的城市数量分别为30 个、33 个和13 个。其空间格局均呈现明显不均衡态势；水资源－生态－城市－产业协同度存在显著区域异质性，下游协同度明显高于中上游。2）各城市协同度呈现上升趋势，但城市间绝对差异扩大，相对差异缩小；除呼包鄂榆城市群外，其他六大城市群协同度绝对差异均呈扩大趋势。3）黄河上游和下游内部差异呈下降趋势，中游内部差异呈上升趋势。上游和中游间差异最大，基尼系数有增大趋势，呈现进一步扩大趋势；上游和下游的基尼系数呈现减小趋势，上游和下游间差异逐渐缩小。呼包鄂榆城市群群内差异最小，关中城市群群内差异最大；关中城市群与山东半岛城市群群间差异最小，晋中城市群与山东半岛城市群群间差异最大。

基于上述研究结论，为提升黄河流域水资源－生态－城市－产业协同发展水平，未来应进一步加强要素协同、区域协同，发挥各地区动态比较优势，因地制宜推进生态保护和高质量发展战略深入实施。

1）优化黄河流域水资源－生态－城市－产业耦合协同的体制机制。构建城市内部跨行业和领域的合作机制，建立黄河流域水资源－生态－城市－产业耦合协同的相关绩效考核机制，推进相关政策的落实。

2）构建黄河流域水资源－生态－城市－产业耦合协同的空间治理体系。充分发挥各地区动态比较优势，制定差异化地区发展规划，构建流域内合理分工协作和利益共享机制，强化上下游、不同城市群以及城市群内部的协同联动，推动更加平衡、更加充分的区域协调发展。

3）把握数字化转型机遇，发挥数字经济、数据要素在实现区域内不同领域和不同区域间协同的作用，扎实推进产业、生态、城市等领域的数字化转型，以数字化赋能水资源、生态、城市、产业之间的耦合协同。

参考文献

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