Scientia Geographica Sinica 2015 , 35 (9): 1109-1115

Orginal Article

水资源环境与社会经济系统耦合发展的仿真模拟——以洞庭湖生态经济区为例

杜湘红¹^,, 张涛²^,

1.湖南师范大学商学院,湖南长沙 410081
2.中南大学信息科学与工程学院,湖南长沙 410083

The Simulation to Coupling Development Between Water Resource & Environment and Socio-economic System: Dongting Lake Ecological Economic Zone as an Example

DU Xiang-hong¹^,, ZHANG Tao²^,

1.College of Business, Hunan Normal University, Changsha, Hunan 410081, China
2.School of Information Science and Engineering, Central South University, Changsha, Hunan 410083, China

中图分类号: F291

文献标识码: A

文章编号: 1000-0690(2015)09-1109-07

通讯作者: 通讯作者：张涛,博士,副教授。E-mail:ztbcsc@163.com

收稿日期: 2014-05-29

修回日期: 2014-08-3

网络出版日期: 2015-09-25

基金资助: 国家国际科技合作专项项目(2012DFB30030)资助

作者简介:

杜湘红(1971-),女,湖南长沙人,博士,副教授,主要研究方向为生态经济管理。E-mail:6dxh@163.com

展开

摘要

以洞庭湖生态经济区水资源环境与社会经济系统为研究对象,引入灰色关联度算法测度耦合状况,结合GM(1,1) 模型预测演化趋势,并进行仿真模拟。研究表明：2004~2013年生态经济区水资源环境优于社会经济发展状况,但水资源条件对快速增长的社会经济发展产生的约束作用较为明显,水资源与生态环境危机正在进入潜伏期;10 a间系统耦合度较高,处于较为协调发展的磨合耦合阶段,耦合度呈现大幅攀升后回落趋势,进一步对2014~2023年状况预测证实经济发展对水资源环境呈现越来越显著的胁迫效应。研究表明,应着力提高水资源利用效益,缓解水资源经济系统矛盾,实现社会经济和水资源环境的协调发展。

关键词： 水资源环境 ; 系统耦合 ; 灰色预测模型

Abstract

Water resource is the vital foundation of the national economy and social development, lake ecological economic system is an essential water resource & environment and socio-economic coupling system based on water-related activities. Reducing the disorders and ensuring the coordination and common development of system can be solved effectively by the analysis of the coupling relationship between water resource & environment and socio-economy. The coupling degree and the evolutionary trend of water resource & environment and socio-economic system of the Dongting Lake Ecological Economic Zone are calculated and simulated by the gray correlation algorithm together with the GM(1,1) model. The results demonstrate that 1) water resource & environment was superior to socio-economic development of the ecological economic zone in 2004-2013; 2) The role of water resource constraints on the rapid growth of socio-economic development is obvious, the coordinated development of the entire system is about to enter the threshold stage, water resource and ecological crisis are entering the latency period; 3) The further simulating results in 2014-2023 show that the socio-economic development in the ecological economic zone is beyond what the water resource can sustain. The sustainable development is in the presence of bottleneck of water resource; while the coupling degree is in the range of 0.578 to 0.641, the system is in the period of running-in, and the coordinated development of system can be achieved. The forecasting coupling degree in 2014-2023 is in the range of 0.500 to 0.800 that means it is a long running-in stage. The simulating coupling degree trend curve of the entire ecological economic zone, Changde District and Yueyang District appear to fall down after rapid rise in the period of 2004 to 2013, which shows that the rich water resource & environment can support the rapid economic development and social progress. The downward trend started from 2010 shows the stress effects on the water resource & environment by the rapid economic development in the previous stage. The further simulating coupling degree data of 2014 to 2023 show that most of the ecological economic zones continue the trend of decline in the coupling degree curve until the period of 2017 to 2018, which shows the stress and constraints affects on the socio-economic development by the water resource. The following slight rebound in curve is to do with the better water resource caused by the more investment and policy emphasized on water resource since the more developed economies. The above research demonstrates that ecology and environment issues should be drawn attention from the different perspectives, such as policy & regulations, economic development, aquatic ecosystem recovery. A variety of measures should be taken accordingly to increase the investment in environmental protection, accelerate the optimization of industry structure and technology innovation, and reconcile the conflicts between water resource & environment and socio-economic system. Meanwhile, the research suggests that it should focus on composite resource efficiency of allocating economic, community, energy and environment resources rather than pure economic waste. And it is significant to collaboratively push forward the development of ecology-friendly economic integration and economic ecology integration, reduce the water consumption, enhance the water use efficiency, and alleviate the conflicts between aquatic ecosystem and economy. As a result, these measures provide feasible solutions to promote coordinated development of aquatic resources environment and socio-economy in the Dongting Lake Ecological Economic Zone.

Keywords： water resource & environment ; system coupling ; grey prediction model

PDF (2022KB) 元数据多维度评价相关文章收藏文章

本文引用格式导出 EndNote Ris Bibtex

杜湘红, 张涛. 水资源环境与社会经济系统耦合发展的仿真模拟——以洞庭湖生态经济区为例[J]. , 2015, 35(9): 1109-1115 https://doi.org/

DU Xiang-hong, ZHANG Tao. The Simulation to Coupling Development Between Water Resource & Environment and Socio-economic System: Dongting Lake Ecological Economic Zone as an Example[J]. Scientia Geographica Sinica, 2015, 35(9): 1109-1115 https://doi.org/

洞庭湖不仅是中国最重要的湖泊,在亚洲乃至全球的湖泊湿地中也占有十分重要的地位。其位于湖南省东北部,长江中下游荆江南岸,介于111°40′~113°10′E,28°30′~29°31′N,湖区北起长江中游荆江河南岸,南至湘阴、益阳、沅江丘岗地界,东及丘阳、汩罗湘江东岸,西临澧县、桃源、汉寿西部丘岗岸边（图1）。水资源是国民经济和社会发展的重要自然物质基础,鉴于洞庭湖生态经济区的特殊自然条件,其生态经济系统实质是以水事活动为主体的水资源与生态环境、社会经济相耦合的系统。在建设可持续发展的洞庭湖生态经济系统上升为国家发展战略（2014年4月洞庭湖生态经济区规划获国务院批准）背景下,构建区域水生态经济产业链,推动水资源环境和社会经济系统耦合协调发展,是缓解资源和环境压力,实现可持续发展的有效途径。

显示原图| 下载原图ZIP| 生成PPT

图1 研究区位置

Fig.1 The location of study area

系统耦合源于物理学,指两个及以上的系统或运动方式间通过相互作用彼此影响实现协同的现象。通过耦合关系分析可有效解决系统失调,确保各系统相互协调与共同发展。系统耦合研究经历了定性到定量的过程,早期研究集中于工程领域^[1],其后引入生态经济学,就城市化与生态环境耦合协调发展^[2~4],农业生态环境与社会经济耦合过程和耦合态势^[5,6]等方面进行分析。2005年以来水资源环境与社会经济系统耦合问题的研究表明：水资源经济耦合系统内部存在紧密的互动关系^[7],社会经济的快速发展需要水资源环境的物质能量投入,受到水资源承载力的约束,人类的过度开发可能出现水土流失、生态环境退化、水资源承载力不足等不良状态,并通过人口驱逐、资本排斥、资金争夺等约束社会经济系统的过度发展^[8]。水资源环境与社会经济系统耦合态势表现为两系统间相互作用、相互胁迫, 由低级协调共生向高级协调发展的螺旋式上升的过程,水资源利用强度作为约束社会经济发展的关键要素,驱动社会经济与水资源环境关系呈S型波动^[9,10]。基于系统理论建立水资源经济耦合系统模型进行耦合程度的测定可为水资源可持续利用及其管理提供科学依据^[11]。

洞庭湖区综合治理已有的研究成果显示水资源环境与社会经济系统的耦合协调发展尚存在诸多问题^[12~14]。但现有耦合定量研究多采用传统的数理方法,对系统复杂内生关联关系难以科学测度,更鲜少涉及未来发展轨迹能否保证区域可持续发展,直接影响了区域经济发展方案的制定及生态经济项目的有效布设。本文引入灰色关联度算法实现对水资源环境和社会经济系统耦合协调发展状况的研究,结合GM(1,1)模型预测演化趋势,并进行仿真模拟,以期为区域可持续发展的政策导向提供科学依据,为生态文明建设起到支撑作用。

1 基于灰色理论的耦合预测建模及仿真测算

灰色系统指“部分信息已知,部分信息未知”的“小样本”、“贫信息”的不确定性系统,通过对部分已知信息的生成、开发实现对系统运行行为和演化规律的科学描述^[15]。基于生态经济系统具有典型的灰色特性,选取灰色关联度模型测算系统耦合度,灰色GM(1,1)模型进行预测,且考虑到灰色模型进行耦合度运算和预测时数据量较大、涉及的因素较多,引入MATLAB仿真技术通过编程进行模拟测算。

1.1 灰色关联耦合测度模型

水资源环境与社会经济耦合系统由若干序参量或要素构成,系统要素的“总贡献”可通过集成实现,由此两系统t时刻发展状况的评价指数定义为：

$\begin{matrix} W (x, t) = \overset{m}{\sum_{i = 1}} a_{i} x_{i} (t) \end{matrix} \begin{matrix} , S (y, t) = \overset{n}{\sum_{j = 1}} b_{j} y_{j} (t) \end{matrix}$ （1）

式中,W(x,t),S(y,t)分别表示水资源环境系统和社会经济系统t时刻的评价指数,i和j为两系统各要素,m和n为系统要素数,a_i和b_j为各要素权重,x_i(t)和y_j(t)为各要素t时刻的标准化值。

邓氏关联度是常见的灰色关联度量化研究模型,通过计算位移差可表征两序列间发展过程或量级的相近性,算法完善性较好。依据其计算原理,结合式（1）,系统耦合度C可表示为各要素t时刻关联系数的累加值（式2）,且C值越大说明系统耦合协调程度越高（ $\begin{matrix} ζ \end{matrix}$ 为分辨系数,取0.5）。通常C=1界定为高度协调耦合,0.8≤C<1高水平耦合,0.5≤C<0.8磨合耦合,0.3≤C<0.5颉抗耦合,0<C<0.3低水平耦合,C=0完全不协调。

$\begin{matrix} C (t) = \frac{1}{m \times n} \times \\ \overset{m}{\sum_{i = 1}} \overset{n}{\sum_{j = 1}} \frac{\min_{i} \min_{j} | x_{i} (t) - y_{j} (t) | + ζ \max_{i} \max_{j} | x_{i} (t) - y_{j} (t) |}{| x_{i} (t) - y_{j} (t) | + ζ \max_{i} \max_{j} | x_{i} (t) - y_{j} (t) |} \end{matrix}$ （2）

1.2 灰色GM(1,1)预测模型

灰色预测通过鉴别系统因素之间发展趋势的相异程度,对原始数据生成处理测度系统变动的规律。GM(1,1)是最常用的灰色预测模型,当原始时间序列隐含着指数变化规律时,GM(1,1)经一阶线性微分方程的解逼近所揭示的原始时间数列呈指数变化规律,预测非常有效。

设n个元素耦合度原始序列： $\begin{matrix} C^{(0)} = ({C^{(0)}}_{1}, {C^{(0)}}_{2}, ..., {C^{(0)}}_{n}) \end{matrix}$ ,可定义级比 $\begin{matrix} λ (k) = \frac{{C^{(0)}}_{k - 1}}{{C^{(0)}}_{k}} \end{matrix}$ ,对于任何时刻 $\begin{matrix} k = 2,3, ..., n \end{matrix}$ ,若 $\begin{matrix} λ (k) \end{matrix}$ 落在可容覆盖 $\begin{matrix} (e^{- \frac{2}{n + 1}}, e^{\frac{2}{n + 2}}) \end{matrix}$ 内,数列可进行GM(1,1)预测,否则需平移变换处理。

对原始序列一阶累加得AGO生成数列 $\begin{matrix} C^{(1)} = ({C^{(1)}}_{1}, {C^{(1)}}_{2}, ...., {C^{(1)}}_{n}) \end{matrix}$ ,其中 $\begin{matrix} {C^{(1)}}_{k} = \overset{k}{\sum_{i = 1}} {C^{(0)}}_{i} \end{matrix}$ ,再作 $\begin{matrix} C^{(1)} \end{matrix}$ 的一阶均值生成,得紧邻均值数列 $\begin{matrix} Z^{(1)} = (Z_{2}^{(1)}, Z_{3}^{(1)}, ..., Z_{n}^{(1)}) \end{matrix}$ , $\begin{matrix} Z_{k}^{(1)} = 0.5 (C_{k}^{(1)} + C_{k - 1}^{(1)}) \end{matrix}$ 。

GM(1,1)模型的一般式为：

$\begin{matrix} \frac{d C^{(1)}}{dt} + a C^{(1)} = u \end{matrix}$ （3）

解此微分方程得预测值：

$\begin{matrix} {\overset{\land}{C}}^{(1)}_{k + 1} = ({C^{(0)}}_{1} - \frac{u}{a}) e^{- ak} + \frac{u}{a} \end{matrix}$ （4）

式中,发展灰数a和灰作用量u可由最小二乘法求得,令 $\begin{matrix} \hat{a} \end{matrix}$ 为待估参数变量可得： $\begin{matrix} \hat{a} = [\begin{matrix} a \\ u \end{matrix}] = (B^{T} {B)}^{- 1} Y_{N} \end{matrix}$ 。

其中：数据矩阵 $\begin{matrix} B = [\begin{matrix} - Z_{2}^{(1)} 1 \\ - Z_{3}^{(1)} 1 \\ : : \\ - Z_{n}^{(1)} 1 \end{matrix}] \end{matrix}$ 数据向量 $\begin{matrix} Y_{N} = [\begin{matrix} {C^{(0)}}_{2} \\ {C^{(0)}}_{3} \\ : \\ {C^{(0)}}_{n} \end{matrix}] \end{matrix}$

通过累减还原得 $\begin{matrix} C^{(0)} \end{matrix}$ 的预测模型为:

$\begin{matrix} {\overset{\land}{C}}_{k + 1}^{(0)} = (1 - e^{a}) ({C^{(0)}}_{_{1}} - \frac{u}{a}) e^{- ak} \end{matrix}$ （k=1,2,…）（5）

为保证所建立的灰色模型有较高精度采用相对误差检验,令残差为 $\begin{matrix} ε (k) \end{matrix}$ ,

残差序列

$\begin{matrix} ε^{(0)} = (ε_{1}, ε_{2}, ..., ε_{n}) = (C_{1}^{(0)} - \overset{\land}{C_{1}^{(0)}}, C_{2}^{(0)} - \overset{\land}{C_{2}^{(0)}}, ..., C_{n}^{(0)} - \overset{\land}{C_{n}^{(0)}}) \end{matrix}$

相对误差序列 $\begin{matrix} Δ_{i} = (|\frac{ε_{1}}{C_{1}^{(0)}}|, |\frac{ε_{2}}{C_{2}^{(0)}}|, ..., |\frac{ε_{n}}{C_{n}^{(0)}}|) \end{matrix}$

给定标准值d,平均相对误差 $\begin{matrix} \overset{̅}{Δ} \end{matrix}$ <d则达到检验要求,d取值0.01,0.05,0.10,0.20分别对应4类精度检验等级。若不能达到检验要求通过修正提高模型精度。

1.3 仿真测算

应用MATLAB7.0软件,编制系统耦合测度程序M-file,对水资源环境与社会经济系统耦合进行测度和预测,包括：编写邓氏关联度耦合测度算法,GM(1,1)模型参数估计、检验的MATLAB程序,在MATLAB窗口中运行程序,输出基于原始数据的系统耦合度计算结果和预测结果,绘制不同时刻系统耦合度趋势拟合曲线等。

2 洞庭湖生态经济区系统耦合协调发展评价

2.1 指标体系与数据

考虑到本文研究目标是从动态耦合的多维角度综合评价,参考其他研究成果^[4,5]和洞庭湖生态经济区具体状况,选用人均用水量等15个指标度量水资源环境发展状况,人均GDP等8个指标反映社会经济发展状况,熵值法确定指标权重（表1）。选取2004~2013年常德地区辖8县市,岳阳地区辖7县市,益阳地区辖5县市的时间序列数据,来自《湖南统计年鉴》^[16]、统计、水利和环保部门提供的国民经济和社会发展统计公报、水资源公报和环境质量公报。区分正负指标,采用Z-score 法标准化,这种方法对原始数据的均值和标准差进行处理使之符合标准正态分布,转化函数 $\begin{matrix} x^{*} = (x - μ) / σ \end{matrix}$ ,其中 $\begin{matrix} μ \end{matrix}$ 为样本数据均值, $\begin{matrix} σ \end{matrix}$ 为样本数据标准差。

表1 洞庭湖生态经济区水资源环境与社会经济系统耦合协调发展指标和权重

Table 1 Index and weight of coupling coordinated development between water resource& environment and socio-economic system for Dongting Lake Ecological Economic Zone

系统	指标	单位	符号	权重
水资源环境系统W	人均用水量人均水资源量水资源开发利用率单位面积平均降水量水田实灌亩均用水量有效灌溉面积比率人均径流量万元GDP工业废水排放量生态环境用水率地表水综合污染指数城镇生活污水处理率 COD排放强度工业废水排放达标率万元GDP用水量废水治理投资指数	m³/人 m³/人 % 万m³/ km² m³/亩（即m³/666.67m²） % m³/s t/万元 % % t/万元 % m³/万元	W₁ W₂ W₃ W₄ W₅ W₆ W₇ W₈ W₉ W₁₀ W₁₁ W₁₂ W₁₃ W₁₄ W₁₅	0.070 0.085 0.092 0.044 0.046 0.044 0.038 0.068 0.060 0.083 0.069 0.021 0.114 0.087 0.079
社会经济发展系统S	人均GDP 万元工业增加值高新技术产业占工业总产值比重 CPI 人口密度城镇化率人均社会消费品零售额人均日生活用水量	元/人万元 % 人/km² % 元/人 L/人	S₁ S₂ S₃ S₄ S₅ S₆ S₇ S₈	0.193 0.217 0.105 0.078 0.089 0.142 0.055 0.121

新窗口打开

2.2 耦合协调发展评价

利用2004~2013年常德、岳阳和益阳三地区数据对系统发展时序差异状况测度的结果（图2）表明：总体而言各区域水资源环境优于社会经济发展状况,水资源环境承载经济发展有余力。从时序变化态势看,常德地区和益阳地区呈现水资源环境发展小幅度改善的状况,水资源环境指数年均增长0.699%和1.085%,而水资源最为丰沛的岳阳地区10 a间有所劣化,洞庭湖生态经济区总体略有上升,年均增长0.093%。社会经济发展指数均呈现快速递增状况,三地区年增长率分别为8.667%,7.364%和8.699%,经济区7.063%。可见随着经济的快速发展和社会进步,水资源环境产生一定的胁迫作用,整个协调发展系统即将进入极限发展阶段,水资源与生态环境危机正在进入潜伏期。

显示原图| 下载原图ZIP| 生成PPT

图2 水资源环境（W）与社会经济系统（S）耦合协调时空分析

Fig.2 The time and space analysis on coupling coordination in water resource and environment (W) and socio-economic system (S)

GM(1,1)模型预测前对数据检验,使之均落在可容覆盖内,在平均相对误差达到较高要求,保证建模方法可行性后运行程序进行预测。输入2004~2013年原始样本数据,运行MATLAB软件对参数求解。进一步对系统要素进行预测得到的2014~2023年的结果验证了这种未来越来越显著的胁迫效应,如除了常德地区外,岳阳和益阳地区均出现社会经济发展超过水资源环境承载的状况,经济区整体也呈现类似状况,水资源环境小幅度改善,到2023年仅0.561,而社会经济发展指数高达0.785,可持续发展存在水资源瓶颈。

3 洞庭湖生态经济区系统动态耦合过程模拟与发展态势预测

运行MATLAB 7.0软件输出的耦合度测算结果表明：2004~2013年常德、岳阳和益阳三地区分别处于[0.565 0.648],[0.542 0.640],[0.628 0.639]区间,生态经济区整体耦合度[0.578 0.641],系统耦合发展较为协调,属于磨合耦合阶段。进一步对2014~2023年预测数据显示亦在[0.500 0.800]区间,仍将长期处于磨合耦合阶段。

显示原图| 下载原图ZIP| 生成PPT

图3 系统耦合趋势仿真曲线

Fig.3 Simulation curve of coupling system trend

从仿真曲线的耦合趋势状况看（图3）,2004~2013年间生态经济区整体,常德和岳阳地区的耦合度均呈现快速上升后回落态势,表明区域丰沛的水资源环境有效承载了经济快速发展和社会进步,约2010年耦合度开始呈现下降趋势,前一阶段经济快速发展对水资源环境的胁迫作用开始显现。进一步对2014~2023年的耦合度趋势预测结果表明,生态经济区大多延续了之前的耦合程度下降态势,这种下降趋势按现有发展格局将会持续至约2017~2018年,说明水资源条件对快速增长的社会经济发展产生的胁迫和约束作用较为明显。之后小幅回升,与较为发达的经济对于改善水资源环境的投入加大和政策重视使得水资源环境开始好转有关。而益阳地区耦合度发展态势呈现先递减后递增的态势,与其水资源环境不断改善和较小幅度的经济增长有关。可见经济快速发展带来的水资源消耗,水环境污染等问题已经严重影响到水环境的安全,如果只重视经济发展而忽视环境保护,社会经济-水资源环境大系统就有失衡的危险。

4 结论

1）总体而言洞庭湖生态经济区水资源环境优于社会经济发展状况,水资源环境承载经济发展有余力,水资源开发利用潜力较大。从时序变化态势看,表现为经济发展超前而水资源环境保护步伐相对滞后,短期内还未超出环境的承载能力范围,进一步预测的结果验证了经济发展对水资源环境越来越显著的胁迫效应。

2）洞庭湖生态经济区水资源环境与社会经济发展的耦合度较高,处于比较协调发展的磨合耦合阶段。从耦合度仿真曲线展示的发展态势看,系统耦合度呈现先大幅攀升其后回落的趋势,按现有发展格局区域水资源环境对于经济发展的承载能力趋于接近阀值后有所劣化。

3）应从政策,经济发展,水生态建设等方面高度重视生态环境问题,增加环保投入,加快产业结构调整和技术改造,协调区域社会经济与水资源环境系统的矛盾。从注重经济效益转变为注重经济、社会、资源与环境的综合效益,协同推进经济生态化和生态经济化,降低水资源需求,提高水资源利用效益,缓解水生态经济系统主要矛盾,实现生态经济区社会经济和水资源环境的协调发展。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

[1]	王永初,王启志. 耦合度的新定义及其应用 [J].华侨大学学报(自然科学版),1999,20(3):273~277. https://doi.org/10.11830/issn.1000-5013.1999.03.0273 URL [本文引用: 1] 摘要耦合度是多变量间交互影响的一种度量，这种影响会导致系统品质下降．如何表征耦合是解耦控制的核心问题．Ｂｒｉｓｔｏｌ提出相对放大系数方法，Ｒｏｓｅｎｂｒｏｃｋ也提出一种判断系数耦合度的方法，但这些方法无法真正反映系统的耦合度．根据支路控制能力同其他干涉能力的一种特殊比值，提出系统耦合度的新定义．利用分离支路最大耦合度的逐次分离方法，将一个强耦合系统演变成一个松散耦合的系统，并讨论耦合度转换成相对放大系数的条件．采用若干例子来解释这种新耦合度的工程应用；通过仿真实验，证实其在解耦系统中对改善控制品有显著的效果
[2]	Patricia Gober. Desert urbanization and the challenges of water sustainability [J].Current Opinion in Environmental Sustainability,2010,2(3):144-150. https://doi.org/10.1016/j.cosust.2010.06.006 Magsci [本文引用: 1] 摘要 <p id="">Arid regions and their cities are vulnerable to future water scarcity because climate change threatens to reduce supply and rapid growth increases demand. The study of <em>water sustainability</em> in these regions and cities transcends concern about climate change and growth, however, and includes the dynamics of water–energy relationships, tradeoffs involved in the use of irrigated landscaping for temperature amelioration, and feedbacks between urban growth, the economy, and the environment. It requires analysis of how complex human and biophysical systems function at a range of scales and calls for new tools for risk assessment and decision support incorporating decision making under uncertainty.</p><h4 id="secGabs_N2f621998N313d42d8">Research highlights</h4><p>? Arid-region cities are on the brink of severe water shortages. ? Sustainable solutions require that cities treat water and energy as linked resources. ? A new paradigm acknowledges critical tradeoffs and feedbacks in urban water systems. ? Planning must consider the principles of decision making under uncertainty. ? Sustainability in arid-region cities requires connection between science and policy.</p>
[3]	Asit K, Biswas.Water management for major urban centers [J].International Journal of Water Resources Development, 2006,2(22):183-197.
[4]	乔标,方创琳. 城市化与生态环境协调发展的动态耦合模型及其在干旱区的应用 [J].生态学报, 2005,25(11):3003~3009. Magsci [本文引用: 2] 摘要在分析城市化进程与生态环境状况之间交互胁迫、动态演进关系的基础上,借助于系统科学理论建立了城市化与生态环境协调发展的动态耦合模型。认为整个城市化过程就是城市化的各个层面与生态环境的综合协调、交互胁迫的耦合发展过程。在这一过程中,城市化与生态环境协调发展系统的演化周期将经历低级协调共生、协调发展、极限发展和螺旋式上升4个阶段,城市化与生态环境协调发展耦合过程的实质,就是系统各要素相互作用、相互制约,由低级协调共生向高级协调发展的螺旋式上升的过程。以河西走廊为例,对干旱区城市化与生态环境协调发展的动态耦合规律进行了实证分析,认为1985~2003年间,河西走廊城市化水平不断提高,生态环境状况曲折下降,生态环境对城市化的响应较为明显,但相对于城市化进程,生态环境的响应又有一定的滞后性。目前河西走廊处于城市化与生态环境的协调发展阶段,然而协调耦合度的增长很快,整个协调发展系统即将进入极限发展阶段,生态环境危机正在进入潜伏期。基于动态耦合模型所建立的协调耦合度,能够较好地反映城市化与生态环境的交互胁迫、动态耦合的演变情况。根据河西走廊耦合度的变化可知,在城市化发展的初期,往往是需要一定的生态破坏为代价的,然而随着城市化的发展，生态环境必将随城市化而好转。因此，正确认识城市化与生态环境交互胁迫的动态耦合规律，采取适当的城市化发展模式，对于促进河西走廊城市化与生态环境的协调发展具有重大意义。
[5]	贾士靖,刘银仓,邢明军. 基于耦合模型的区域农业生态环境与经济协调发展研究 [J].农业现代化研究2008,29(5):573~575. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-0275.2008.05.014 URL [本文引用: 2] 摘要在阐释农业生态环境与经济发展耦合关系的基础上,建立了二者之间的耦合度量模型。并对中国2005年31省区(不包括香港、澳门和台湾)的农业生态环境与经济发展的耦合度进行分析,结果表明,各省区农业生态环境与经济系统的耦合度均处于较高水平,但协调度却差异显著,且以中度协调与高度协调为主;从环境与经济关系看,绝大多数省区处于不同程度的环境滞后型或经济滞后型,农业生态环境系统与经济系统之间还远没有达到良性共振的状态。
[6]	王继军,姜志德,连坡,等. 70年来陕西省纸坊沟流域农业生态经济系统耦合态势 [J].生态学报, 2009,26(9):5130~5137. https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-0933.2009.09.064 URL [本文引用: 1] 摘要 "农业生态经济系统耦合"的研究与实践对于实现农业产业与资源相一致,建立持续、高效的农业生态经济系统具有重要的意义。耦合度可以阐明农业经济系统与农业生态系统互动关系,判定农业生态经济系统耦合态势。在分析陕西省纸坊沟流域农业生态经济系统耦合关系的基础上,参照系统科学等理论及相关研究结果建立了农业经济系统与农业生态系统耦合度模型,并计算和分析了该流域70a来的耦合度。结果表明,农业生态经济系统的耦合过程可以划分为4个阶段:Ⅰ.经济系统依赖生态资源进行原始化农业生产阶段;Ⅱ.农业生产掠夺式利用生态资源,生态系统供给能力不断减少阶段;Ⅲ.农业经济系统与生态系统协调化发展阶段;Ⅳ.降低农业发展速度,促使生态系统重建阶段。纸坊沟流域从1938～2008年先后经历了第Ⅰ阶段、第Ⅱ阶段和第Ⅲ阶段。目前处于第Ⅲ阶段,但在"系统发展"过程中已潜伏了越来越大的危机,到2018年系统耦合突破"协调"界限,"相悖态势"将明显表现出来。为此,纸坊沟流域必须调整产业布局,发展草畜产业,进行产业升级,优化产业结构,实现农业生态经济系统协调、持续发展。
[7]	关伟. 区域水资源与经济社会耦合系统可持续发展的量化分析 [J].地理研究,2007,26(4):685~692. Magsci [本文引用: 1] 摘要通过对水资源－生态环境－经济社会耦合系统互动关系的分析和对该耦合系统可持续发展模式的探讨,利用模糊优选模型将多个评价指标转化为单一指标,采用模糊隶属度描述可持续度来衡量复杂水资源系统可持续发展水平的评价方法,并结合辽宁省水资源开发与利用的实际情况,研究区域水资源可持续利用与经济社会协调发展的关系。研究结果表明,目前辽宁水资源系统可持续发展水平相对较低(全省水资源系统的可持续度仅为0.2456),尚有较大的开发潜力和提升空间。研究成果可为辽宁省水资源可持续利用及其管理提供定量的决策依据。
[8]	李勋贵. 水资源系统耦合理论及其在泾河水文水资源研究中的应用[D] .长安大学,2008:1~22. [本文引用: 1]
[9]	Wang J J,Guo M C,Jiang Z D,et al. The construction and application of an agricultural ecological-economic system coupling process model [J].Acta Ecologica Sinica,2010,30(9) :2371-2378. [本文引用: 1]
[10]	Lü X,Liu X P, Li Z B. Coupling situation of eco-economic system in Tarim River Basin [J]. Journal of Desert Research,2010,30(3):620-624. Magsci [本文引用: 1] 摘要 <FONT face=Verdana>Ecological environment has changed significantly in the Tarim river basin in the past 50 years along with resources exploration and socio-economic development, and the contradiction between ecological protection and economic development has increasingly become outstanding. Evaluation indices of eco-economic system were established on the base of systematology and ecological economics theory, and the coupling situation of eco-economic system in Tarim river basin was assessed using quantitative evaluation model in the paper. Research result showed that the composite indices of the eco-environment and socio-economic subsystems increased almost simultaneously in Tarim river basin during 2001—2005. The evolution speed of the eco-environment subsystem presented an upward trend, but it's lower than the evolution speed of socio-economic system which presented a downward trend. The coupling situation of eco-economic system changed gradually from the non-conforming status in 2001—2003 to the coordinating status in 2004—2005.</FONT>
[11]	姚志春,安琪. 区域水资源生态经济系统耦合关系分析 [J].水资源与水工程学报,2011,22(5):63~68. URL [本文引用: 1] 摘要以复杂系统科学理论和生态经济学原理为指导,论述了水资源生态经济系统的层次关联模式及动态反馈关系,分析了系统耦合关系的实质和特征。在此基础上,研究了各子系统之间关系的规律性及生态环境问题发生的机制,以求为水资源生态经济系统关系的评价与调控提供理论基础。
[12]	陈端吕,彭保发,熊建新. 环洞庭湖区生态经济系统的耦合特征研究 [J].地理科学,2013,33(11):1338~1346. Magsci [本文引用: 1] 摘要 <p>以环洞庭湖区生态经济系统为研究对象，通过构建评价指标体系，基于耦合度、协调度模型，运用神经网络模型，分析系统达到最佳耦合协调状态的因子贡献度，探讨系统因子对于社会经济与生态环境协调的调控适应机制。研究表明：① 从耦合程度的时序看，10 a 间耦合度变动趋势较平稳，2003~2011 年社会经济与生态环境的发展关系基本为拮抗状态，2012 年正在向磨合时期过渡。对于序参量年度变化率比较，年度变化都比较平稳，序参量之间协同作用的强弱程度体现系统由无序走向有序的趋势，但社会经济发展与生态环境交互耦合作用并不十分理想。② 2003~2012 年环洞庭湖区社会经济与生态环境建设的协调程度基本还处于中低水平。2003~2011 年社会经济与生态环境发展关系处于低度协调，2012 年开始转入中度协调，洞庭湖经济发展与生态环境的协调程度还有待进一步提高。③ 2003~2005 年耦合度处于较高状态，但协调度却不处于高位。2006~2012 年系统耦合度与协调度基本上具有相同的变化趋势。④ 生态经济系统评价因子的贡献度，是系统耦合协调达到理想等级的评价因子重要性，反映某项评价指标对耦合或协调最佳状态的贡献程度。生态环境子系统的评价因子贡献度大于社会经济子系统，说明了对于系统理想状态的调控，生态环境子系统各项指标具有主导作用。⑤ 在系统调控中，因子贡献度与系统目标调控程度呈正相关。因子贡献度越大，对系统耦合或协调目标调控力度越大。</p>
[13]	蒋卫国,潘英姿,侯鹏,等. 洞庭湖经济区湿地生态系统健康综合评价 [J].地理研究,2009,28(6) :1665~1671. Magsci 摘要 <p>湿地与海洋、森林并称为地球三大生态系统,湿地退化速度远大于其他生态系统,从而使得湿地健康评价与分析成为湿地领域研究的重点内容之一。本文以生态系统健康及压力-状态-响应模型为研究方法,综合利用遥感、野外实测和社会统计等多源数据,建立一套湿地生态系统健康评价指标体系,集成利用遥感和地理信息技术建立湿地生态系统健康评价模型,实施湿地压力、状态、响应、健康分析,揭示了洞庭湖湿地生态系统健康状况的空间分布规律。研究结果表明:(1) 洞庭湖区31%的湿地面临人类干扰压力较大,19%的湿地状态较好,82%的湿地生态系统发生很大变化。(2) 湿地的总面积在人类活动的干预下逐渐缩小,湿地综合健康较差、一般和较好的区域分别占总面积的6%、75%和19%,缺乏健康状况最好及最差的区域。(3) 湘阴县、沅江县及岳阳县的湿地生态系统健康状况较好,益阳县较差,安乡县等12个县市一般。</p>
[14]	李景保,常疆,李杨. 洞庭湖流域水生态系统服务功能经济价值研究 [J].热带地理, 2007,27(4):311~315. Magsci [本文引用: 1] 摘要以洞庭湖流域水生态系统为例,在明确河湖库塘生态系统服务功能内涵的基础上,运用生态学与生态经济学方法对洞庭湖流域各类水生态系统服务功能经济价值进行了评估.结果表明,全流域河湖库塘水生态系统服务功能总价值量为1 106.19亿元,约占湖南省2004年GDP(5 612.26亿元)的19.7%,其中,城镇和农村生活供水、工农业生产供水、水力发电、内陆航运等直接利用价值为415.698亿元;调洪、输沙、水资源贮存等间接利用价值为690.492亿元.可以认为,流域水生态系统服务功能对湖南省工农业生产的持续发展,维系
[15]	刘思峰,党耀国,方志耕.灰色系统理论及其应用(第五版) [M].北京:科学出版社,2010. [本文引用: 1]
[16]	湖南省统计局.湖南统计年鉴(2005~2013)[M].北京:中国统计出版社, 2005~2013. [本文引用: 1]

耦合度的新定义及其应用

1999

... 系统耦合源于物理学,指两个及以上的系统或运动方式间通过相互作用彼此影响实现协同的现象.通过耦合关系分析可有效解决系统失调,确保各系统相互协调与共同发展.系统耦合研究经历了定性到定量的过程,早期研究集中于工程领域^[1],其后引入生态经济学,就城市化与生态环境耦合协调发展^[2~4],农业生态环境与社会经济耦合过程和耦合态势^[5,6]等方面进行分析.2005年以来水资源环境与社会经济系统耦合问题的研究表明：水资源经济耦合系统内部存在紧密的互动关系^[7],社会经济的快速发展需要水资源环境的物质能量投入,受到水资源承载力的约束,人类的过度开发可能出现水土流失、生态环境退化、水资源承载力不足等不良状态,并通过人口驱逐、资本排斥、资金争夺等约束社会经济系统的过度发展^[8].水资源环境与社会经济系统耦合态势表现为两系统间相互作用、相互胁迫, 由低级协调共生向高级协调发展的螺旋式上升的过程,水资源利用强度作为约束社会经济发展的关键要素,驱动社会经济与水资源环境关系呈S型波动^[9,10].基于系统理论建立水资源经济耦合系统模型进行耦合程度的测定可为水资源可持续利用及其管理提供科学依据^[11]. ...

Desert urbanization and the challenges of water sustainability

2010

Biswas.Water management for major urban centers

2006

城市化与生态环境协调发展的动态耦合模型及其在干旱区的应用

2005

... 考虑到本文研究目标是从动态耦合的多维角度综合评价,参考其他研究成果^[4,5]和洞庭湖生态经济区具体状况,选用人均用水量等15个指标度量水资源环境发展状况,人均GDP等8个指标反映社会经济发展状况,熵值法确定指标权重（表1）.选取2004~2013年常德地区辖8县市,岳阳地区辖7县市,益阳地区辖5县市的时间序列数据,来自《湖南统计年鉴》^[16]、统计、水利和环保部门提供的国民经济和社会发展统计公报、水资源公报和环境质量公报.区分正负指标,采用Z-score 法标准化,这种方法对原始数据的均值和标准差进行处理使之符合标准正态分布,转化函数

\begin{matrix} x^{*} = (x - μ) / σ \end{matrix}

,其中

\begin{matrix} μ \end{matrix}

为样本数据均值,

\begin{matrix} σ \end{matrix}

为样本数据标准差. ...

基于耦合模型的区域农业生态环境与经济协调发展研究

\begin{matrix} x^{*} = (x - μ) / σ \end{matrix}

,其中

\begin{matrix} μ \end{matrix}

为样本数据均值,

\begin{matrix} σ \end{matrix}

为样本数据标准差. ...

70年来陕西省纸坊沟流域农业生态经济系统耦合态势

2009

区域水资源与经济社会耦合系统可持续发展的量化分析

2007

水资源系统耦合理论及其在泾河水文水资源研究中的应用[D]

2008

The construction and application of an agricultural ecological-economic system coupling process model

2010

Coupling situation of eco-economic system in Tarim River Basin

2010

区域水资源生态经济系统耦合关系分析

2011

环洞庭湖区生态经济系统的耦合特征研究

2013

... 洞庭湖区综合治理已有的研究成果显示水资源环境与社会经济系统的耦合协调发展尚存在诸多问题^[12~14].但现有耦合定量研究多采用传统的数理方法,对系统复杂内生关联关系难以科学测度,更鲜少涉及未来发展轨迹能否保证区域可持续发展,直接影响了区域经济发展方案的制定及生态经济项目的有效布设.本文引入灰色关联度算法实现对水资源环境和社会经济系统耦合协调发展状况的研究,结合GM(1,1)模型预测演化趋势,并进行仿真模拟,以期为区域可持续发展的政策导向提供科学依据,为生态文明建设起到支撑作用. ...

洞庭湖经济区湿地生态系统健康综合评价

2009

洞庭湖流域水生态系统服务功能经济价值研究

2007

2010

... 灰色系统指“部分信息已知,部分信息未知”的“小样本”、“贫信息”的不确定性系统,通过对部分已知信息的生成、开发实现对系统运行行为和演化规律的科学描述^[15].基于生态经济系统具有典型的灰色特性,选取灰色关联度模型测算系统耦合度,灰色GM(1,1)模型进行预测,且考虑到灰色模型进行耦合度运算和预测时数据量较大、涉及的因素较多,引入MATLAB仿真技术通过编程进行模拟测算. ...

2013

\begin{matrix} x^{*} = (x - μ) / σ \end{matrix}

,其中

\begin{matrix} μ \end{matrix}

为样本数据均值,

\begin{matrix} σ \end{matrix}

为样本数据标准差. ...

〈

〉

水资源环境与社会经济系统耦合发展的仿真模拟——以洞庭湖生态经济区为例

The Simulation to Coupling Development Between Water Resource & Environment and Socio-economic System: Dongting Lake Ecological Economic Zone as an Example

1 基于灰色理论的耦合预测建模及仿真测算

1.1 灰色关联耦合测度模型

1.2 灰色GM(1,1)预测模型

1.3 仿真测算

2 洞庭湖生态经济区系统耦合协调发展评价

2.1 指标体系与数据

2.2 耦合协调发展评价

3 洞庭湖生态经济区系统动态耦合过程模拟与发展态势预测

4 结 论

参考文献 文献选项 原文顺序 文献年度倒序 文中引用次数倒序 被引期刊影响因子

4 结论

参考文献

原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子