汾河流域水土资源耦合协调格局及驱动因素

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2023.00018

摘要/Abstract

摘要：

开展区域水土资源耦合协调研究，旨在促进区域社会经济发展与水土资源的可持续利用。选取汾河流域为研究区，基于2006、2013、2018年多源遥感监测数据、社会经济统计数据及再分析产品数据，构建了水土资源耦合协调评价指标体系，并采用耦合协调度模型、空间自相关模型及地理探测器对研究区2006—2018年水土资源耦合协调度进行测度，并识别其主导影响因子。结果表明：（1）2006、2013、2018年流域水土资源耦合协调度以低度协调与中度协调为主，整体为［0.10，0.50］。空间上，高值区主要位于流域中上游区域，低值区集中于中下游区域，且具有明显的时间异质性。多年演变趋势为向上开口的抛物线。（2）研究期流域水土资源耦合协调Moran's I值分别为0.274、0.266、0.195，总体经历高—高—低的下降过程，全局相关性水平下降，空间集聚效应降低，区域差异减小。局部自相关主要显示为高-高（H-H）和低-低（L-L）两类。（3）影响汾河流域水土资源耦合协调度空间分异的主导因子依次为年降水量、生活用水量占比、产水模数、人均建设用地面积等，其中，年降水量与产水模数影响因子间的交互作用最强。未来应该加强流域水土资源的合理配置，优化土地利用结构，协调统筹流域上中下游、大中小城镇之间的水土资源分配及用量，积极促进区域跨流域调水及土地资源的修复整治。

关键词: 水土资源, 耦合协调度, 空间自相关, 地理探测器, 汾河流域

Abstract:

The research on coupling coordination of regional water and land resources aims to promote regional social and economic development and sustainable utilization of water and land resources. In this research， the Fenhe River Basin is selected as the research area. Based on the multi-source remote sensing data， socio-economic statistical data， and reanalysis product data in 2006， 2013， and 2018， the evaluation index system of water and soil resources coupling coordination is constructed. The coupling coordination degree model， spatial autocorrelation model， and geographic detector are used to measure the coupling coordination degree of water and soil resources in the study area from 2006 to 2018， and identify its dominant influencing factors. The results showed that：（1） In 2006， 2013， and 2018， the coupling coordination degree of water and land resources in the basin was mainly low coordination and moderate coordination， which was between ［0.10， 0.50］. In space， the high-value area is mainly located in the middle and upper reaches of the basin， and the low-value area is concentrated in the middle and lower reaches and has obvious time heterogeneity. The multi-year evolution trend is characterized by an upward opening parabola. （2） The Moran's I values of coupling coordination of water and land resources in the study period were 0.274， 0.266， and 0.195， respectively. The whole basin experienced a high-high-low decline process， the global correlation level decreased， the spatial agglomeration effect decreased， and the regional differences decreased. Local autocorrelation is mainly shown as high-high （H-H） and low-low （L-L）. （3） The dominant factors affecting the spatial differentiation of the coupling coordination degree of water and soil resources in the Fenhe River Basin are annual precipitation， the proportion of domestic water consumption， water production modulus， per capita construction land area， etc. Among them， the interaction between annual average precipitation and water production modulus is the strongest. Based on this， in the future we should strengthen the rational allocation of water and land resources in the basin， optimize the structure of land use， coordinate of water and land resources between the upper and middle reaches of the basin， large， medium， and small towns allocation and usage， and actively promote regional inter-basin water transfer and land resources remediation.

Key words: land and water resources, coupling coordination degree, spatial autocorrelation, geographical detector, Fenhe River Basin

中图分类号:

F205

张恩月, 苏迎庆, 张云枫, 李育桢, 李可璇, 刘庚. 汾河流域水土资源耦合协调格局及驱动因素[J]. 中国沙漠, 2023, 43(3): 169-177.

Enyue Zhang, Yingqing Su, Yunfeng Zhang, Yuzhen Li, Kexuan Li, Geng Liu. Coupling coordination pattern and driving factors of soil and water resources in Fenhe River Basin of China[J]. Journal of Desert Research, 2023, 43(3): 169-177.

图/表 10

图1 汾河流域区位

Fig.1 Location of Fenhe River Basin

表1 汾河流域水土资源耦合协调评价指标体系

Table 1 Coupling coordination degree evaluation index system of water-soil resources in Fenhe River Basin

目标层	指标层	单位	指标属性	权重
水资源系统	年降水量（X₁）	mm	+	0.028
	人均水资源量（X₂）	m³	+	0.062
	农业用水量占比（X₃）	%	-	0.032
	工业用水量占比（X₄）	%	-	0.018
	生活用水量占比（X₅）	%	-	0.018
	生态用水量占比（X₆）	%	+	0.123
	万元GDP用水量（X₇）	m³	-	0.005
	产水模数（X₈）	万m³·km^-2	+	0.072
	水资源开发利用率（X₉）	%	+	0.042
	污水处理率（X₁₀）	%	+	0.152
	供水模数（X₁₁）	万m³·km^-2	+	0.061
土地资源系统	人均耕地面积（X₁₂）	hm²	+	0.037
	耕地比例（X₁₃）	%	+	0.022
	土地利用开发率（X₁₄）	%	-	0.002
	人均粮食产量（X₁₅）	t	+	0.046
	人均建设用地面积（X₁₆）	m²	-	0.011
	人均公园绿地面积（X₁₇）	m²	+	0.091
	单位播种面积粮食产量（X₁₈）	t·km^-2	+	0.033
	林草覆盖率（X₁₉）	%	+	0.035
	经济密度（X₂₀）	%	-	0.001
	生活垃圾处理率（X₂₁）	%	+	0.097
	化肥施用强度（X₂₂）	t·hm^-2	-	0.011

表2 汾河流域水土资源耦合协调度类型划分

Table 2 Type division of coupling coordination degree of water-soil resources in Fenhe River Basin

类型划分	协调度（D）	耦合协调程度
失调衰退类	[0, 0.2]	失调衰退
协调类	(0.2, 0.4]	低度协调
	(0.4, 0.6]	中度协调
	(0.6, 0.8]	高度协调
	(0.8, 1]	极度协调

图2 2006、2013、2018年汾河流域水土资源耦合协调度空间格局

Fig.2 Spatial pattern of coupling coordination degree of water-soil resources in Fenhe River Basin in 2006， 2013 and 2018

图3 2006—2018年汾河流域耦合协调度拟合趋势

Fig.3 The fitting trend of coupling coordination degree of water-soil resources in Fenhe River Basin from 2006 to 2018

图4 2006，2013，2018年汾河流域县域水土资源耦合协调度变化

Fig.4 The change of coupling coordination degree of water-soil resources in Fenhe River Basin in 2006，2013 and 2018

图5 2006、2013、2018年汾河流域水土资源耦合协调度Moran's I散点图

Fig.5 Moran's I scatter plot of coupling coordination degree of water-soil resources in Fenhe River Basin in 2006， 2013 and 2018

图6 2006、2013、2018年汾河流域水土资源耦合协调度局部空间自相关LISA集聚图

Fig.6 Local spatial autocorrelation LISA cluster diagram of coupling coordination degree of water-soil resources in Fenhe River Basin in 2006， 2013 and 2018

图7 水土资源耦合协调度驱动因子排名*表示q值10%下显著，**表示q值1%下显著，未标为不显著

Fig.7 Ranking of driving factors of coupling coordination degree of water-soil resources

图8 水土资源耦合协调度驱动因子交互探测结果

Fig.8 Interactive detection results of driving factors of coupling coordination degree of water-soil resources

参考文献 32

1	刘彦随，吴传钧.中国水土资源态势与可持续食物安全［J］.自然资源学报，2002，17（3）：270-275.
2	杨宏轶，赵华甫.耕地结构变化下水土资源匹配时空特征效应分析：以黑龙江省为例［J］.自然资源学报，2022，37（9）：2247-2263.
3	Cheng K， Fu Q， Chen X，et al.Adaptive allocation modeling for a complex system of regional water and land resources based on information entropy and its application［J］.Water Resources Management，2015，29（14）：4977-4993.
4	黄飞.粮代处出席《2021年世界粮食和农业领域土地及水资源状况》高级别发布会［J］.世界农业，2022（1）：133.
5	李志赟，邓晓雅，龙爱华，等.三维生态足迹视角下塔里木河流域水土资源与生态承载状况评价［J］.环境工程，2022，40（6）：286-294.
6	段春青，刘昌明，陈晓楠，等.区域水资源承载力概念及研究方法的探讨［J］.地理学报，2010，65（1）：82-90.
7	赵自阳，李王成，张宇正，等.基于DPSIR模型的宁夏农业水土资源安全评价［J］.浙江农业学报，2017，29（8）：1336-1346.
8	李慧，周维博，庄妍，等.延安市农业水土资源匹配及承载力［J］.农业工程学报，2016，32（5）：156-162.
9	马利邦，田亚亚，郭晓东，等.基于格网的河西绿洲乡村聚落时空演变及其与水土资源的空间耦合关系［J］.自然资源学报，2018，33（5）：775-787.
10	刘彦随，甘红，张富刚.中国东北地区农业水土资源匹配格局［J］.地理学报，2006，61（8）：847-854.
11	张立杰，李健.西江流域环境资源公平性评价［J］.中国沙漠，2018，38（3）：673-680.
12	李光勤，方徐兵.黄河流域绿色发展水平时空演变特征［J］.中国沙漠，2021，41（4）：129-139.
13	谭琨，赵祖军，赵筱青，等.喀斯特山区文山市水土资源利用变化特征及耦合研究［J］.水土保持研究，2021，28（4）：324-332.
14	王凌阁，朱睿，陈泽霞，等.甘肃河西地区2000-2019年水土资源耦合协调特征［J］.中国沙漠，2022，42（2）：44-53.
15	Lu W N， Liu W X， Hong M Y，et al.Spatial-temporal evolution characteristics and influencing factors of agricultural water use efficiency in northwest China：based on a super-DEA Model and a spatial panel econometric model［J］.Water，2021，13（5）：632.
16	钞锦龙，李乐乐，杨朔，等.汾河流域城市化与水资源耦合协调关系研究［J］.地理科学，2022，42（3）：487-496.
17	段丽军，于金贵，曹金亮，等.汾河流域矿山生态环境问题现状及治理修复对策［J］.西部探矿工程，2022，34（2）：169-170.
18	申豪勇，李佳，王志恒，等.黄河支流汾河流域水资源开发利用现状及生态环境问题［J］.中国地质，2022，49（4）：1127-1138.
19	谭琨.喀斯特山区文山市水土资源耦合及调控研究［D］.昆明：云南大学，2020.
20	胡航箫，戴文远，徐乙文，等.福州山区乡村聚落空间格局及其与水土资源的耦合态势［J］.生态与农村环境学报，2021，37（2）：164-171.
21	文倩，孟天醒，范慧平，等.河南省水土资源与经济发展耦合效应及其时空分异［J］.水土保持研究，2017，24（3）：234-240.
22	魏小芳，赵宇鸾，李秀彬，等.基于“三生功能”的长江上游城市群国土空间特征及其优化［J］.长江流域资源与环境，2019，28（5）：1070-1079.
23	璩路路，王永生，刘彦随，等.乡村振兴导向的水土资源承载力评价及其优化［J］.自然资源学报，2021，36（2）：300-314.
24	杨浩，吴才武，周思言，等.京津冀地区城镇化与资源环境协调发展研究［J］.干旱区资源与环境，2020，34（9）：17-24.
25	王淑佳，孔伟，任亮，等.国内耦合协调度模型的误区及修正［J］.自然资源学报，2021，36（3）：793-810.
26	李强，苏迎庆，冯珍珍，等.汾河流域三生空间功能耦合协调研究［J］.中国水土保持科学（中英文），2021，19（5）：115-125.
27	林晋大，多玲花，邹自力.城市扩张背景下景观破碎化动态演变及空间自相关分析：以南昌市为例［J］.水土保持研究，2022，29（4）：362-369.
28	许锋.基于Moran指数和谱图论的空间自相关测度方法优化［J］.城市发展研究，2021，28（12）：92-101.
29	王劲峰，徐成东.地理探测器：原理与展望［J］.地理学报，2017，72（1）：116-134.
30	王劲峰，葛咏，李连发，等.地理学时空数据分析方法［J］.地理学报，2014，69（9）：1326-1345.
31	苏迎庆，刘庚，赵景波，等.2006-2018年汾河流域土地生态安全预警测度及时空格局演变［J］.水土保持通报，2021，41（1）：144-151.
32	刘海龙，王炜桥，王跃飞，等.汾河流域生态敏感性综合评价及时空演变特征［J］.生态学报，2021，41（10）：3952-3964.

[1]	崔亚婷, 李嬛, 郑龙啸, 吴孟泉. 基于 *RSEI* 的黄河上游流域生态环境质量变化分析[J]. 中国沙漠, 2023, 43(3): 107-118.
[2]	乔荣荣, 黄海涛, 董春媛, 罗立辉, 常学礼. 宁夏沿黄人工绿洲农田格局对景观多样性的影响——以卫宁平原灌区为例[J]. 中国沙漠, 2023, 43(2): 21-27.
[3]	尹振良, 冯起, 王凌阁, 陈泽霞, 常亚斌, 朱睿. 2000—2019年中国西北地区植被覆盖变化及其影响因子[J]. 中国沙漠, 2022, 42(4): 11-21.
[4]	陈佳佳, 郑雅男, 张伟兰, 张晓琴. 黄河流域产业绿色化与生态环境绿色化耦合协调度时空演变[J]. 中国沙漠, 2022, 42(3): 1-10.
[5]	李魁明, 王晓燕, 姚罗兰. 黄河流域农业绿色发展水平区域差异及影响因素[J]. 中国沙漠, 2022, 42(3): 85-94.
[6]	王凌阁, 朱睿, 陈泽霞, 尹振良, 卢睿, 方春爽. 甘肃河西地区2000－2019年水土资源耦合协调特征[J]. 中国沙漠, 2022, 42(2): 44-53.
[7]	康雷, 杨兆萍, 韩芳. 新疆非物质文化遗产的空间分布及其影响因素[J]. 中国沙漠, 2022, 42(1): 158-166.
[8]	王娟, 何慧娟, 董金芳, 郭斌. 黄河流域植被净初级生产力时空特征及自然驱动因子[J]. 中国沙漠, 2021, 41(6): 213-222.
[9]	杨洁, 谢保鹏, 张德罡. 黄河流域生境质量时空演变及其影响因素[J]. 中国沙漠, 2021, 41(4): 12-22.
[10]	常亚斌, 朱睿, 肖生春, 李雅培. 1980－2015年阿拉善盟沙地面积变化及其驱动因子[J]. 中国沙漠, 2020, 40(6): 82-90.
[11]	罗青红, 宁虎森, 陈启民. 人工梭梭(Haloxylon ammodendron)林固沙过程中植被与土壤耦合关系[J]. 中国沙漠, 2018, 38(4): 780-790.
[12]	陆媛媛, 刘超, 曾克峰, 黄亚林, 丁镭. 宁夏城市化与生态环境耦合协调关系[J]. 中国沙漠, 2016, 36(4): 1198-1206.
[13]	王怡睿, 石培基, 潘竟虎, 胡艳兴. 甘肃省城市化与土地集约利用耦合协调发展[J]. 中国沙漠, 2015, 35(4): 1081-1088.
[14]	张晗, 任志远. 基于Whittaker滤波的陕西省植被物候特征[J]. 中国沙漠, 2015, 35(4): 901-906.
[15]	彭飞, 王涛, 刘立超, 黄翠华. 民勤荒漠绿洲过渡带白刺灌丛沙堆演化阶段及其空间格局[J]. 中国沙漠, 2012, 32(3): 593-599.