宁夏水资源脆弱性与社会适应能力耦合关系研究

张嗣曌; 唐莲; 姬小敏; 冯波; Si-zhao ZHANG; Lian TANG; Xiao-min JI; Bo FENG

中国农村水利水电 ›› 2021 ›› (3) : 69-73.

水文水资源

宁夏水资源脆弱性与社会适应能力耦合关系研究

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Research on the Coupling Rrelationship between Water Resources Vulnerability and Social Adaptation in Ningxia

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摘要

基于宁夏水资源系统与社会适应能力系统分析，筛选评价指标，构建耦合协调度模型，对2010年-2017年宁夏水资源脆弱性和社会适应能力耦合关系进行分析。得到以下几个结论：①2010-2017年宁夏水资源脆弱性有降低的趋势；2017年社会适应能力综合评价值最大，2012年最小；②2010-2017年宁夏水资源脆弱性与社会适应能力协调度基本上处于优质耦合、良好耦合、中级耦合、初级耦合4个状态；③2010-2017年宁夏水资源脆弱性与社会适应能力耦合协调度处于优质耦合协调发展、良好耦合协调发展、中级耦合协调发展、初级耦合协调发展、勉强耦合协调发展、濒临失调衰退六种类型。

Abstract

Based on the evaluation index of Ningxia water resources system and social adaptive capacity system， a coupling coordination degree model is constructed， and the index weight is determined by using the improved entropy method. The relationship between water vulnerability and social adaptive capacity of Ningxia from 2010 to 2017 is analyzed. Specifically， the following conclusions are drawn： ① From 2010 to 2017， water resource vulnerability in Ningxia showed a trend of reduction. In 2017， the comprehensive evaluation value of social adaptability was the highest， while in 2012， it was the lowest. ② From 2010 to 2017， the coordination degree of water resource vulnerability and social adaptability in Ningxia is basically in four states： high-quality coupling， good coupling， intermediate coupling and primary coupling. ③ From 2010 to 2017， the degree of coupling coordination between water resource vulnerability and social adaptability in Ningxia is in six types： high-quality coupling coordinated development， good coupling coordinated development， intermediate coupling coordinated development， primary coupling coordinated development， reluctant coupling coordinated development， and near imbalance and decline.

关键词

水资源脆弱性 / 社会适应能力 / 耦合协调度模型 / 宁夏

Key words

water resource vulnerability / social adaptability / coupling coordination model / Ningxia

基金

宁夏2018重点研发计划项目(2018BEG03008)

宁夏高等学校一流学科(水利工程学科)项目(NXYLXK2017A03)

国家自然科学基金项目(51269022)

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张嗣曌 , 唐莲 , 姬小敏 , 冯波. 宁夏水资源脆弱性与社会适应能力耦合关系研究[J].中国农村水利水电, 2021(3): 69-73

Si-zhao ZHANG , Lian TANG , Xiao-min JI , Bo FENG. Research on the Coupling Rrelationship between Water Resources Vulnerability and Social Adaptation in Ningxia[J].China Rural Water and Hydropower, 2021(3): 69-73

水资源脆弱性是指水资源系统易受人类活动、自然灾害威胁和损失的影响，并且在受损后很难恢复其初始状态和功能的性质^［1］，是评价水资源情况的重要指标，也可以反映水资源的可持续发展能力。水资源短缺与经济社会发展的矛盾日益突出，水资源脆弱性与社会适应能力的关系越来越受到广泛关注。

Ohisson^［2］辨析了“第一资源短缺”（自然资源）和“第二资源短缺”（社会资源），定义社会适应能力为社会适应自然资源短缺的能力。水资源脆弱性与社会适应能力两者兼具系统耦合所发生的条件，即系统内部之间具有内部关系和耦合途径。水资源脆弱性的评价可以准确判断人类活动与水资源的匹配程度，对社会经济可持续协调发展提出约束条件，减弱水资源对社会经济发展产生的压力，并采取相应社会适应能力应对措施，而社会适应能力的积极提高或消极下降又能对缓解或加剧水资源供需不足带来影响。大多数研究者都关注到了水资源脆弱性与人类活动相互影响关系，Smit和Wandel^［3］利用系统理论辨识了社会经济系统中脆弱性、适应性与适应能力之间联系：适应性是适应能力的表现，是减少脆弱性的途径；一个系统的适应能力越强，它就越不脆弱。刘晓敏^［4］等筛选出自然环境脆弱性和社会经济脆弱性两大类指标，其中自然环境脆弱性指标主要包括降水量和产水模数，社会经济脆弱性指标主要包括万元GDP用水量、人口密度、人均水资源量和人均用水量等，分析得出水资源脆弱性对水资源可持续利用和社会经济发展具有重要意义。职璐爽^［5］等结合行政区域与流域进行分析，提出了可以通过产业结构改革、建设智慧水务系统和利用科技水平提高水资源利用效率等社会适应性策略来降低水资源脆弱性是有效的。刘瑜洁^［6］构建了集水资源压力—发展压力—污染压力—水资源管理压力于一体的水资源脆弱性指标体系，评价人类水资源管理活动影响下的京津冀水资源脆弱性，说明水资源的适应性管理活动对改善脆弱性有积极影响。不同研究者的研究都表明，水资源脆弱性与社会适应能力存在一定的相互作用与响应关系。宁夏属于水资源极端缺乏地区，经济社会发展也较为落后，分析区域的水资源脆弱性与社会适应能力的协调耦合机制，可为解决地区水资源与经济社会发展矛盾提供依据。

1 研究区域概况

宁夏位于西北内陆高原，属典型的温带大陆性干旱、半干旱气候，雨季多集中在6-9月，具有冬寒长，夏暑短，雨雪稀少，气候干燥，风大沙多，南寒北暖等特点，是我国水资源最贫乏的地区之一，大气降水、地表水和地下水都十分贫乏，多年平均年降水量为183~677 mm，人均水资源量约为159 m³，人均用水量约为969 m³，属于重度缺水地区。

2 构建耦合协调度模型

系统耦合^［7］指两个或多个系统，在某些条件下，通过一定介质形成新的耦合系统的演化过程。协调^［8］是指两种或两种以上系统或要素之间配合得当、良性循环的关系。喻笑勇^［9］等研究水资源充沛地区，构建协调发展度模型，把水资源综合水平与社会经济水平各要素相互影响的程度定义为水资源与社会经济耦合度，对其进行定量计算和耦合分析。常玉苗^［10］建立耦合协调度模型，从水资源系统、城市生态经济系统、水环境治理系统3个方面选择指标，对水资源环境与城市生态耦合度进行评价，发现研究其耦合作用对于改善两者的关系具有指导意义。基于区域水资源短缺与社会适应能力间的关系，建立两者的耦合协调度模型，分别计算耦合度及协调度，对宁夏水资源脆弱性和社会适应能力耦合作用关系进行初步研究。

2.1 构建评价指标体系

考虑数据的代表性和可得性及评价结果的可比性，借鉴前人的研究成果^［11-14］，建立宁夏水资源脆弱性和社会适应能力指标体系，筛选得出13个评价指标。在水资源脆弱性方面，考虑影响水资源脆弱性的因素：自然、人为和社会因素，选出了9个评价指标；在社会适应能力方面，考虑社会、经济和资源环境等方面的因素，选出了4个评价指标。具体情况见表1。

表1 宁夏水资源脆弱性和社会适应能力评价指标体系

Tab.1 Evaluation index system of water resource vulnerability and social adaptability in Ningxia

目标层	指标层	计算公式	指标含义	属性
水资源脆弱性	降水量x ₁/亿m³		衡量地区降水量的数据	逆
	产水模数x ₂/(万m³·km^-2)	x ₂=水资源总量/流域面积	反映单位面积地表水资源量和单位面积地下水资源量的多少	逆
	产水系数x ₃/%	x ₃=水资源总量/降水总量	指一定区域内水资源总量与当地降水量的比值	逆
	地下水资源量x ₄/亿m³		指存在于地下可利用的水资源量	逆
	水利工程调蓄能力x ₅/%	x ₅=地表水供水量/水资源总量×100%	根据上下游来水情况决定水库是否增加蓄水的能力	正
	万元工业增加值用水量x ₆/(m³·万元^－1)	x ₆=工业用水量/工业增加值	反映研究区域工业用水状况	逆
	人均用水量x ₇/(m³·人^－1)	x ₇=用水总量/总人口	反映社会人口系统对水资源的需求	逆
	万元GDP用水量x ₈/(m³·万元^－1)	x ₈=研究区用水总量/GDP	水资源用水效率	正
	农田灌溉单位面积平均用水量x ₉/m³	x ₉=研究区灌溉用水量/灌溉面积	反映研究区域农业用水状况	逆
社会适应能力	人口密度x ₁₀/(人·km^-2)	x ₁₀=总人口/流域面积	衡量区域人口平均分布状况，并反映人口对资源与环境的压力状况	逆
	城镇化率x ₁₁/%	x ₁₁=城镇人口/总人口×100%	体现了社会发展水平和城镇化水平，体现了社会人口的结构状况	正
	人均GDP x ₁₂/(万元·人^－1)	x ₁₂=GDP 总量/总人口	体现研究区域经济发展状况的人均水平	正
	人口自然增长率x ₁₃/%	x ₁₃=年人口增加数/年人口总数×100%	反映人口变化，并表征区域人口对水资源压力的动态性	逆

2.2 数据来源

各指标数据来源于2010-2017年的《宁夏统计年鉴》、《宁夏水资源公报》、国家统计局地区年度数据等，无法直接获取的数据采用公式计算。

2.3 研究方法

（1）通过改进熵值法计算评价指标的权重。熵权法有很强的客观性，减少和避免了主观因素带来的误差，从而可以确保结果的客观性和科学性。

（2）计算各指标的综合指数，计算耦合度及协调度。

具体步骤如下：

①数据的标准化处理。采用极差标准化法进行指标数据的标准化处理。对于正向指标越大越脆弱，对于负向指标越小越脆弱，其计算公式分别为：

正向影响的指标：

r_{i j}

\frac{x_{i j} - x_{i m i n}}{x_{i m a x} - x_{i m i n}}

（1）

负向影响的指标：

r_{i j}

\frac{x_{i m a x} - x_{i j}}{x_{i m a x} - x_{i m i n}}

（2）

式中：r_ij 为评价指标中的第i个评价对象对第j个评价指标的数值；x_ij 为在标准化前的第i个评价对象对于第j个评价指标的数值；x_i _max为第j个评价值中的最大数值；x_i _min为第j个评价值中的最小数值。

②计算各指标的权重和综合指数。

W_{i j} = \frac{\frac{σ_{j}}{r_{j}}}{\sum_{j = 1}^{n} \frac{σ_{j}}{{\bar{r}}_{j}}}

（3）

式中：W_ij 为第j个指标的权重值；

\bar{r_{i j}}

为第j个指标的均值；σ_j 为第j个指标的标准差；n为评价指标个数。

水资源脆弱性综合指数：

f (x) = \sum_{i = 1}^{m} r_{i j} W_{x}

（4）

社会适应能力综合指数：

g (y) = \sum_{i = 1}^{m} r_{i j} W_{y}

（5）

式中：r_ij 为X、Y的标准化值；W_x 、W_y 分别为x、y的权重值；m为评价对象。

③计算协调度。耦合度计算公式：

C = {\{\frac{f (x) g (y)}{{[\frac{f (x) + g (y)}{2}]}^{2}}\}}^{k}

（6）

D = \sqrt[]{C T}

（7）

T = α f（x） + β g（y）（8）

式中：C为协调度；k为调节系数，且2≤k≤5（取k=2）；D为耦合协调度；T为水资源脆弱性与社会适应能力协调发展水平；α、β为待定系数（α = β = 0.5）。

耦合协调度D越高，水资源脆弱性和社会适应能力两者之间越协调。考虑宁夏水资源脆弱性和社会适应能力的现状，将水资源脆弱性和社会适应能力耦合协调等级按照表2划分。

表2 耦合协调等级的划分

Tab.2 Division of coupling coordination levels

0~0.09

0.10~0.19

0.20~0.29

0.30~0.39

0.49~0.49

0.50~0.59

0.60~0.69

0.70~0.79

0.80~0.89

0.90~1.00

等级

极度

失调

严重

失调

中度

失调

轻度

失调

濒临

失调

勉强

耦合

初级

耦合

中级

耦合

良好

耦合

优质

耦合

0~0.09

0.10~0.19

0.20~0.29

0.30~0.39

0.40~0.49

0.50~0.59

0.60~0.69

0.70~0.79

0.80~0.89

0.90~1.00

等级

极度

失调

衰退

严重

失调

衰退

中度

失调

衰退

轻度

失调

衰退

濒临

失调

衰退

勉强

耦合

协调

发展

初级

耦合

协调

发展

中级

耦合

协调

发展

良好

耦合

协调

发展

优质

耦合

协调

发展

3 耦合协调度关系

3.1 计算改进熵权权重

将数据代入式（1）~（3），计算13个评价指标的权重，结果见表3。

表3 宁夏水资源脆弱性各评价指标权重

Tab.3 Weight of each evaluation index of water resource vulnerability in Ningxia

年份	降水量	产水模数	产水系数	地下水资源量	水利工程调蓄能力	万元工业增加值用水量	人均用水量	万元GDP 用水量	农田灌溉单位面积平均用水量	人口密度	城镇化率	人均 GDP	人口自然增长率
2010	0.180 6	0.181 8	0.132 1	0	0	0.251 2	0.010 1	0.327 4	0	0	0	0.217 6	0
2011	0.204 5	0.227 3	0.150 9	0.085 4	0.058 8	0.217 7	0	0.220 1	0.052 0	0.066 6	0.046 1	0.298 9	0.028 1
2012	0.063 6	0.045 5	0.113 2	0.087 2	0.091 6	0.177 8	0.114 2	0.145 8	0.128 7	0.085 6	0.068 0	0.041 3	0.044 2
2013	0.064 5	0.044 2	0.112 8	0.082 6	0.095 4	0.172 7	0.113 6	0.141 8	0.124 9	0.086 0	0.065 6	0.041 0	0.044 8
2014	0.115 2	0	0	0.045 6	0.120 5	0.142 0	0.070 8	0.123 8	0.108 0	0.104 7	0.101 6	0.039 9	0.168 7
2015	0.000 0	0.136 4	0.283 0	0.103 4	0.143 6	0.104 1	0.127 2	0.089 4	0.148 0	0.122 7	0.141 7	0.114 3	0.188 8
2016	0.193 7	0.195 5	0.113 2	0.134 3	0.159 1	0.071 7	0.140 2	0.072 9	0.096 0	0.192 2	0.182 3	0.206 6	0.401 6
2017	0.160 2	0.159 1	0.113 2	0.299 1	0.195 8	0.035 5	0.274 6	0.020 6	0.230 0	0.209 3	0.208 9	0.081 3	0.028 1

3.2 耦合协调度计算

根据公式（4）、（5）可得水资源脆弱性综合指数f（x）和社会适应能力综合指数g（y），由公式（6）~（8）分别得到协调度C、耦合协调度D和水资源脆弱性与社会适应能力协调发展水平T，再根据水资源脆弱性和社会适应能力耦合协调等级的类型（表2），将2010-2017年宁夏水资源脆弱性和社会适应能力综合评价值进行排序，结果见表4。

表4 2010年-2017年宁夏水资源脆弱性与社会适应能力协调度与耦合协调度类型判别

Tab.4 Classification of coordination degree and coupling coordination degree of water resources vulnerability and social adaptability in Ningxia from 2010 to 2017

年份	f(x)	排名	g(y)	排名	C	D	T	协调度	耦合协调度
2010	0.945 4	3	0.458 5	6	0.773 9	0.737 0	0.702 0	中级耦合	中级耦合协调发展
2011	0.899 8	4	0.629 6	4	0.938 5	0.847 2	0.764 7	优质耦合	良好耦合协调发展
2012	0.444 0	6	0.162 5	8	0.615 6	0.432 1	0.303 2	初级耦合	濒临失调衰退
2013	0.340 7	7	0.415 1	7	0.980 7	0.608 8	0.377 9	优质耦合	初级耦合协调发展
2014	0.283 7	8	0.610 5	5	0.750 7	0.579 3	0.447 1	中级耦合	勉强耦合协调发展
2015	0.550 4	5	0.778 4	2	0.942 0	0.941 8	0.941 7	优质耦合	优质耦合协调发展
2016	1.251 3	1	0.698 0	3	0.845 4	0.907 7	0.974 7	良好耦合	优质耦合协调发展
2017	0.997 9	2	0. 819 4	1	0.980 7	0.943 9	0.908 7	优质耦合	优质耦合协调发展

3.3 结果与分析

（1）水资源脆弱性和社会适应能力综合评价值分析。根据表4水资源脆弱性与社会适应能力耦合协调发展评估值的计算结果，绘制宁夏水资源脆弱性系统与社会适应能力系统综合评价值的时间变化趋势图，见图1。

图1 宁夏水资源脆弱性系统与社会适应能力系统综合评价值的时间变化趋势图

Fig.1 Time trend chart of the comprehensive evaluation value of water resource vulnerability system and social adaptation capacity system in Ningxia

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由图1可知，宁夏2010-2017年水资源脆弱性综合值f（x）最大的是2016年，最小的是2014年。从2010-2017年，影响全区水资源脆弱性的因素来看，降水量和地下水资源量是主要的影响因素。2014年全区降水总量与其他几年相比最大，水资源脆弱性低，但2016年全区地下水资源量与其他几年相比最小，降水量比2014年降低了17.27%，导致水资源脆弱性综合值偏高。降水量和地下水资源量在水资源的脆弱性影响因素中所占比例较高，说明降雨条件及当地水资源禀赋条件对干旱地区的水资源脆弱性影响较大。从社会适应能力综合值g（y）来看，由表4可得，宁夏2010-2017年社会适应能力综合值g（y）最大的是2017年，最小的是2012年。宁夏人口密度由2010年的95.32人/km²增加到2017年的202.68人/km²，增加了52.97%；城镇化率由2010年的47.96%增加到2017年的57.98%，增加了17.28%，这两个因素的大幅增加一定程度上增加了社会资源的集聚和集中治理能力，可能是2017年社会适应能力综合评价值最大的主要原因。2012年宁夏气候较为异常，极端天气过程频繁，强降雨、短历时暴雨冰雹频发，降雨量偏大，分布不均，引发局地洪涝灾害，暴雨山洪和黄河洪水造成直接经济损失6.94亿元，人均GDP值在2011-2012年降幅最大，人均GDP仅为5.9万元/人，造成2012年社会适应能力综合评价值最小。从分析过程看，人口密度、城镇化率和人均GDP在社会适应能力方面占有较大的权重。

（2）协调度分析。水资源脆弱性、社会适应能力系统的综合水平对两者的协调发展具有支撑作用，两个系统的综合水平高低决定着两者协调发展度的高低。由表4可得，2010-2017年宁夏水资源脆弱性与社会适应能力协调度基本上处于优质耦合、良好耦合、中级耦合、初级耦合4个阶段。由表4计算得到的协调度可知，2011年、2013年、2015年和2017年处于优质耦合，其数值均在0.9~1.0之间，表明这四年水资源脆弱性和社会适应能力二者之间耦合关系较好，二者相互协调。2012年处于初级耦合阶段，说明当年水资源脆弱性与社会适应能力发展程度差别相对较大，2011-2013年社会适应能力综合值变化幅度较大，2012年出现了最小值，说明水资源脆弱性和社会适应能力的耦合协调关系发生变化，且2012年人均GDP值最小，对两者协调发展的抑制作用明显，因此社会适应能力对两者协调发展的促进作用十分有限。由表4可知，2015年和2017年基本呈现双优型极度耦合，虽然这两年水资源条件并不理想，如年降水量低、地下水资源量偏少等，但万元工业增加值用水量由2010年的64 m³/万元降至2017年的41 m³/万元，降低了35.94%；万元GDP用水量由2010年的428 m³/万元降至2017年的190 m³/万元，降低了55.61%；农田灌溉单位面积平均用水量由2010年的981 m³降至2017年的625 m³，降低了36.29%，这3个指标均呈急剧下降趋势，说明水资源利用效率有明显提高，相应地缓解了水资源的脆弱程度；并且社会适应能力综合值在2015年和2017年相对较大，社会适应能力显著增强，经济社会的发展促进了水资源的高效利用，二者发挥良性作用，二者相互协调、相互发展。

（3）耦合协调度分析。由表4可得，2010-2017年宁夏水资源脆弱性与社会适应能力耦合协调度处于优质耦合协调发展、良好耦合协调发展、中级耦合协调发展、初级耦合协调发展、勉强耦合协调发展、濒临失调衰退6个阶段。2012年宁夏气候较为异常，洪涝灾害频发，自然条件的限制，阻碍了社会资源正能量的发挥，同时2012年万元GDP用水量相对较大，导致社会适应能力的进一步提升受到了影响，加剧了水资源供需矛盾，降低了水资源利用效率，二者相互影响、耦合协调度较差，所以出现了水资源脆弱性和社会适应能力二者濒临失调衰退的现象。2015年、2016年和2017年耦合协调程度较高，处于优质耦合协调发展状态，这三年水资源脆弱性综合指数相对较大，水资源较不脆弱，而人口密度、城镇化率、人均GDP、人口自然增长率所占比例也相对较大，经济发展较为迅速，经济社会的发展进一步提高了节水技术的制定，二者之间形成促进作用，推动了水资源与经济社会的协调发展。

4 结论

（1）2010-2017年宁夏水资源脆弱性有降低的趋势；2017年社会适应能力综合评价值最大，2012年最小。

（2）2010-2017年宁夏水资源脆弱性与社会适应能力协调度基本上处于优质耦合、良好耦合、中级耦合、初级耦合4个状态。由此表明，随着节水技术、配水措施的制定与发展，宁夏经济社会发展和水资源利用水平在相互适应实现耦合上有进步并存在改善的空间。

（3）2010-2017年宁夏水资源脆弱性与社会适应能力耦合协调度处于优质耦合协调发展、良好耦合协调发展、中级耦合协调发展、初级耦合协调发展、勉强耦合协调发展、濒临失调衰退6种类型。说明区域的水资源利用及社会适应能力间还存在不协调的关系，实行合理的管理政策，重视提高节水意识，一定程度上降低水资源的脆弱性，尽可能达到水资源脆弱性与社会适应能力优质耦合，二者相互协调发展是目前需要进一步加强的工作。

参考文献

原文顺序 | 文献年度倒序 | 文中引用次数倒序

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12	陈岩，冯亚中，王蕾. 基于熵权—云模型的流域水资源脆弱性评价与关键脆弱性辨识：以海河流域为例［J］. 资源开发与市场，2019，35（4）：477-484，542.

13	程怀文，李玉文，徐中民. 水资源短缺的社会适应能力理论及实证：以黑河流域为例［J］.生态学报，2011，31（5）：1 430-1 439.

14	刘丽萍，唐德善. 水资源短缺与社会适应能力评价及耦合协调关系分析［J］. 干旱区资源与环境，2014，28（6）：13-19. 本文引用 [1]

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收稿日期	出版日期
2020-05-16	2021-03-15
发布日期
2021-04-07

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摘要

Abstract

关键词

Key words

基金

引用本文

1 研究区域概况

2 构建耦合协调度模型

2.1 构建评价指标体系

表1 宁夏水资源脆弱性和社会适应能力评价指标体系

2.2 数据来源

2.3 研究方法

表2 耦合协调等级的划分

3 耦合协调度关系

3.1 计算改进熵权权重

表3 宁夏水资源脆弱性各评价指标权重

3.2 耦合协调度计算

表4 2010年-2017年宁夏水资源脆弱性与社会适应能力协调度与耦合协调度类型判别

3.3 结果与分析

图1 宁夏水资源脆弱性系统与社会适应能力系统综合评价值的时间变化趋势图

4 结论

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参考文献

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基金

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1 研究区域概况

2 构建耦合协调度模型

2.1 构建评价指标体系

表1 宁夏水资源脆弱性和社会适应能力评价指标体系

2.2 数据来源

2.3 研究方法

表2 耦合协调等级的划分

3 耦合协调度关系

3.1 计算改进熵权权重

表3 宁夏水资源脆弱性各评价指标权重

3.2 耦合协调度计算

表4 2010年-2017年宁夏水资源脆弱性与社会适应能力协调度与耦合协调度类型判别

3.3 结果与分析

图1 宁夏水资源脆弱性系统与社会适应能力系统综合评价值的时间变化趋势图

4 结 论

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参考文献

4 结论