黃河流域是一個(gè)復(fù)雜的巨系統(tǒng)，其中要素眾多，關(guān)系復(fù)雜，既相互聯(lián)系又相互制約。人民治黃以來，流域保護(hù)治理成效顯著，但仍存在一些突出問題，流域高質(zhì)量發(fā)展需要打破傳統(tǒng)“頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳”的流域治理模式，從綜合治理、系統(tǒng)治理、源頭治理的角度開展更深入的研究，亟需流域發(fā)展質(zhì)量綜合評估的研究。本研究基于系統(tǒng)科學(xué)和信息論等基礎(chǔ)理論，提出流域發(fā)展質(zhì)量綜合評估理論，構(gòu)建了流域發(fā)展指數(shù)（Basin Development Index，BDI）及宏觀-中觀-微觀三層的評價(jià)體系，探索流域巨系統(tǒng)演變規(guī)律，為流域保護(hù)治理提供技術(shù)支撐和理論依據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)，BDI總體演變規(guī)律為先降低后升高，呈現(xiàn)震蕩式向好趨勢；人均GDP、總沖淤量（黃河下游）、重要斷面生態(tài)基流保證率、生境質(zhì)量指數(shù)為影響黃河流域巨系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。
黃河是世界上最復(fù)雜難治的河流之一，治理黃河歷來是中華民族安民興邦的大事。人民治黃以來，黃河治理開發(fā)保護(hù)取得了舉世矚目的成就，但黃河是一條善淤、善決、善徙的河流，水沙關(guān)系不協(xié)調(diào)的特性決定了黃河治理工作的長期性、艱巨性和復(fù)雜性。隨著流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展、河流水沙情勢和工程情況變化、生態(tài)環(huán)境問題受到日益關(guān)注，流域發(fā)展質(zhì)量及其綜合評估理論需要構(gòu)建。
新時(shí)期我國確立了“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的治水思路，賦予了流域治理新內(nèi)涵、新要求和新任務(wù)，為強(qiáng)化水治理和保障水安全指明了方向。黃河流域是一個(gè)生命共同體，其組成包括自然、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)等各方面的要素，因此應(yīng)以統(tǒng)籌“山水田林湖草沙”系統(tǒng)治理的思想開展流域保護(hù)治理工作。
本文從黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展頂層設(shè)計(jì)角度出發(fā)，充分考慮問題復(fù)雜性、資源多樣性、保護(hù)系統(tǒng)性、治理綜合性和發(fā)展適宜性五個(gè)方面的因素，將系統(tǒng)科學(xué)、信息論、耗散結(jié)構(gòu)等經(jīng)典理論與黃河流域保護(hù)治理工作實(shí)際相結(jié)合，提出以流域發(fā)展指數(shù)（BasinDevelopment Index, BDI）為決策依據(jù)的流域發(fā)展質(zhì)量綜合評估理論，綜合評價(jià)流域巨系統(tǒng)演變狀態(tài)和發(fā)展質(zhì)量，為黃河流域綜合治理、系統(tǒng)治理、源頭治理提供技術(shù)支撐。
流域是由河流、生態(tài)環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等子系統(tǒng)構(gòu)成的開放的遠(yuǎn)離平衡態(tài)的復(fù)雜巨系統(tǒng)，其本身就是或近似是耗散結(jié)構(gòu)。本文利用BDI表征流域發(fā)展質(zhì)量，它是基于熵值和耗散結(jié)構(gòu)的綜合評價(jià)指標(biāo)，表征了流域發(fā)展指標(biāo)的不確定性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。BDI數(shù)值越大表示流域發(fā)展質(zhì)量越高，越趨于良性循環(huán)；數(shù)值越小表示流域發(fā)展質(zhì)量越低，所處狀態(tài)存在一定的問題，需要加強(qiáng)監(jiān)管，并采取一定的措施進(jìn)行治理。
以系統(tǒng)性、全面性和可獲取性為原則，針對黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展要求，構(gòu)建流域發(fā)展質(zhì)量綜合評價(jià)指標(biāo)體系。按照流域治理目標(biāo)劃分，黃河流域巨系統(tǒng)可以分為河流子系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)，子系統(tǒng)之間相互影響、相互依存。三個(gè)子系統(tǒng)的指標(biāo)選取如下：
1、河流子系統(tǒng)，以河道治理為重點(diǎn)，主要涉及行洪、水沙、水資源、水工程等多方面的要素。防洪一直是治黃的首要任務(wù)，其治理是涉及多方面要素的復(fù)雜問題；黃河的泥沙問題世界罕見，“二級懸河”問題突出。因此河流子系統(tǒng)的代表性指標(biāo)選取需要從系統(tǒng)論的角度出發(fā)，考慮水資源、洪水、泥沙三個(gè)方面，選取年降水總量、總水量、主河槽過洪能力、來沙量、總沖淤量、來水來沙協(xié)調(diào)度六個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。2、生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)，以生態(tài)保護(hù)為重點(diǎn)，黃河流域包括各類生物與環(huán)境要素，是我國重要的生態(tài)屏障，是連接青藏高原、黃土高原、華北平原的生態(tài)廊道，擁有三江源、祁連山等多個(gè)國家公園和國家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)，同時(shí)黃河流經(jīng)黃土高原水土流失區(qū)、五大沙漠沙地，沿河兩岸分布有東平湖和烏梁素海等湖泊、濕地，河口三角洲濕地生物多樣。生態(tài)環(huán)境是由生物群落及非生物自然因素組成的各種生態(tài)系統(tǒng)所構(gòu)成的整體。長期以來，在自然因素和人為因素的共同作用下，生態(tài)環(huán)境以不同的時(shí)空尺度在發(fā)展演變。生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)的代表性指標(biāo)選取需要從生態(tài)環(huán)境保護(hù)角度出發(fā)，量化研究生境質(zhì)量、植被覆蓋、土地脅迫、水網(wǎng)濕地等相關(guān)因素。3、社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)，包括人口、產(chǎn)業(yè)、經(jīng)濟(jì)、文化等多方面的要素，是黃河流域經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的重要問題。黃河流域是我國重要的經(jīng)濟(jì)地帶，黃河流域在我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、脫貧攻堅(jiān)等方面也具有十分重要的地位。社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)選取的代表性指標(biāo)，需要能夠反映流域居民特征、衡量居民福祉，綜合表征流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀和增長活力。從人口特征、居民生活質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)增長水平、地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等4個(gè)角度，選取 12個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)特征指標(biāo)，如常住人口，城鎮(zhèn)居民可支配收入，城鎮(zhèn)化率，夜晚燈光指數(shù)和第三產(chǎn)占比等。
通過熵權(quán)模型和耗散結(jié)構(gòu)模型（布魯塞爾器）計(jì)算，得到如下結(jié)果。
黃河流域在1980~2019年40年間的BDI值變化及與流域內(nèi)治水相關(guān)的歷史大事件關(guān)聯(lián)情況，如圖2所示。
在40年內(nèi)，BDI的均值為58.5分，最低值為1996年的50.5分，最高值為2019年的66.6分，總體趨勢為先降低后升高。在20世紀(jì)80年代，我國處于改革開放初期，流域內(nèi)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展屬于起步階段，流域生態(tài)環(huán)境受到人類活動(dòng)的負(fù)面影響有限。在1985以前，BDI都處在均值以上的水平，流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較高，流域綜合發(fā)展質(zhì)量相對較好。1985年以后，BDI波動(dòng)性下降，1996年達(dá)到最低值。該階段流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平逐步提高，但由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)沒有足夠重視生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和流域承載力的維持，導(dǎo)致流域生態(tài)環(huán)境狀況欠佳。在1996年之后，雖然發(fā)展波動(dòng)性仍然存在，但由于流域科學(xué)決策、系統(tǒng)治理和重大工程的積極影響，流域系統(tǒng)總體發(fā)展趨勢向好。尤其在最近10年間，BDI指數(shù)的波動(dòng)性減小，數(shù)值也較高。結(jié)合黃河流域發(fā)生的重大歷史事件進(jìn)一步分析黃河流域BDI指數(shù)變化。1982年和1984年，黃河水量豐沛，水沙關(guān)系協(xié)調(diào)度相對較好，致使河流健康指數(shù)較優(yōu)，BDI受其影響較大，也相對較優(yōu)。1992年8月，渭河支流發(fā)生洪水災(zāi)害，花園口出現(xiàn)高水位、高含沙洪水，這一年黃河斷流現(xiàn)象加劇，其中利津斷面斷流82天。1995年，黃河全年斷流更長達(dá)122天。1996年8月，黃河發(fā)生96·8特大洪水。這一系列重大事件都導(dǎo)致了BDI的連續(xù)下降，至1996年達(dá)到最低值。1997年之后，隨著黃河萬家寨和小浪底水利樞紐相繼下閘蓄水，黃河水量統(tǒng)一科學(xué)調(diào)度初見成效，加之黃土高原水土流失治理、北方防沙帶治理及自然保護(hù)區(qū)建設(shè)等生態(tài)工程逐漸發(fā)揮作用，黃河流域BDI逐漸向好發(fā)展，至2000年左右達(dá)到了一個(gè)階段發(fā)展的高峰。2000年開始，黃河實(shí)現(xiàn)全線不斷流，并得到了較好的維持。2005年國家設(shè)立了三江源自然保護(hù)區(qū)，對黃河源頭區(qū)域的生態(tài)保護(hù)起到了關(guān)鍵作用，一定程度上維持了黃河總水量的穩(wěn)定。2010年開始的黃土高原綜合治理工程，配合下游小浪底等水利樞紐的調(diào)水調(diào)沙，持續(xù)控制著中下游河段的來沙量，使得下游水沙關(guān)系相對和諧。這些措施都為流域內(nèi)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了較好條件，BDI指數(shù)持續(xù)上升。可以看到，黃河流域BDI指數(shù)的變化規(guī)律與流域內(nèi)發(fā)生的若干重大事件有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，存在數(shù)值和時(shí)間上的響應(yīng)關(guān)系。需要特別指出的是，在近20年時(shí)間內(nèi)，雖然黃河流域經(jīng)過了持續(xù)不斷的治理，水沙關(guān)系和生態(tài)環(huán)境得到了一定程度的改善，但黃河復(fù)雜的自然條件、特殊的河情，決定了黃河保護(hù)治理的長期性、艱巨性和復(fù)雜性，尤其是在在消除洪水風(fēng)險(xiǎn)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、保障水資源等方面需要外界采取措施，持續(xù)進(jìn)行治理和維護(hù)。（二）關(guān)鍵（高權(quán)重）指標(biāo)對綜合評價(jià)指數(shù)的貢獻(xiàn)程度對黃河流域發(fā)展質(zhì)量綜合評價(jià)體系中各較大權(quán)重指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表2所示。40年間，評價(jià)指標(biāo)體系中，權(quán)重最大指標(biāo)出現(xiàn)頻率較高的分別是：人均GDP （14次）、總沖淤量（黃河下游）（10次）、重要斷面生態(tài)基流保證率（5次）、生境質(zhì)量指數(shù)（4次）。
對上述高權(quán)重指標(biāo)進(jìn)行貢獻(xiàn)度分析，結(jié)果如圖3所示，可表征重要指標(biāo)對黃河巨系統(tǒng)的發(fā)展質(zhì)量的影響程度，從而針對關(guān)鍵指標(biāo)采取相關(guān)措施，實(shí)現(xiàn)流域保護(hù)與治理。總體上，1980~1993年間，人均GDP貢獻(xiàn)值最大，隨后逐漸降低；總沖淤量（黃河下游）貢獻(xiàn)值前期波動(dòng)較大，2000年以后，貢獻(xiàn)值趨于穩(wěn)定，保持在5%左右；2000年以后，黃河實(shí)現(xiàn)全線不斷流，相應(yīng)的重要斷面生態(tài)基流保證率在2004年以后較為穩(wěn)定，維持在4.5%左右；生境質(zhì)量指數(shù)相對比較平穩(wěn)，保持在3.6%左右，是較為關(guān)鍵的影響因素。流域人均GDP代表著流域內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的程度，說明人類的經(jīng)濟(jì)影響和產(chǎn)業(yè)發(fā)展在黃河流域復(fù)雜系統(tǒng)的發(fā)展過程中起著至關(guān)緊要的作用。在流域治理和管理過程中，需要盡可能提高流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的質(zhì)量和水平，提升流域人均GDP，同時(shí)應(yīng)合理、科學(xué)地處理人與流域相互影響的關(guān)系，在利用流域提供的自然資源的同時(shí)，注重流域生態(tài)保護(hù)，實(shí)現(xiàn)均衡、可持續(xù)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。水沙關(guān)系一直以來都是黃河治理中的“牛鼻子”，減少黃河下游泥沙淤積，維持中水河槽行洪輸沙功能，保障黃河下游防洪（防凌）安全是黃河保護(hù)治理的重大課題。2013年國務(wù)院批復(fù)的《黃河流域綜合規(guī)劃（2012~2030）》提出“加快古賢水利樞紐前期工作步伐，盡早開工建設(shè)”，古賢水利樞紐是黃河水沙調(diào)控體系的控制性骨干工程之一，工程建設(shè)實(shí)施對于減少黃河下游河道淤積，進(jìn)一步調(diào)整和改善黃河中下游水沙關(guān)系具有積極作用。生態(tài)基流是維持河道水體生態(tài)功能的基本流量，在確定水利設(shè)施調(diào)度方案時(shí)，需要以重要斷面生態(tài)基流保證率作為約束條件，使黃河干流生態(tài)基流得到較好保障，河流生態(tài)健康逐步恢復(fù)。90年代黃河斷流對黃河鯉等土著魚類生境造成嚴(yán)重破壞，隨著“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的治水思路的實(shí)施，對黃河流域水資源進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度、科學(xué)決策，加強(qiáng)流域上中游地區(qū)水源涵養(yǎng)、集約節(jié)約水資源利用，保障河道生態(tài)基流，維持河流生態(tài)功能。新發(fā)展階段要秉承創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的新發(fā)展理念，應(yīng)從生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、過程、功能完整性和健康狀態(tài)出發(fā)，保障黃河流域生態(tài)系統(tǒng)完整性和物種多樣性，提高生境質(zhì)量。堅(jiān)持順應(yīng)自然、保護(hù)自然的發(fā)展路線，大力實(shí)施退耕還林還草還濕系統(tǒng)工程、下游灘區(qū)綜合提升和生態(tài)廊道建設(shè)工程、保護(hù)和修復(fù)重要野生動(dòng)植物棲息地等。
本研究以黃河流域?yàn)槔瑥南到y(tǒng)性、整體性角度出發(fā)，利用熵權(quán)和耗散結(jié)構(gòu)對河流-生態(tài)環(huán)境-社會(huì)經(jīng)濟(jì)耦合系統(tǒng)進(jìn)行定量分析，揭示復(fù)雜系統(tǒng)的演變規(guī)律和內(nèi)部指標(biāo)體系間互反饋機(jī)制，首次提出表征流域發(fā)展質(zhì)量的綜合評估指數(shù)BDI及其理論方法，為評估流域發(fā)展質(zhì)量提供參考依據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)：1、1980-2019年，BDI的均值為58.5分，最低值為1996年的50.5分，最高值為2019年的66.6分，總體演變規(guī)律為先降低后升高，呈現(xiàn)震蕩式向好趨勢，與黃河流域發(fā)生的若干重大事件關(guān)聯(lián)性較大，存在數(shù)值和時(shí)間上的響應(yīng)關(guān)系；2、復(fù)雜系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)的熵權(quán)存在隨時(shí)間序列的動(dòng)態(tài)變化，根據(jù)1980-2019年分析結(jié)果，人均GDP、總沖淤量（黃河下游）、重要斷面生態(tài)基流保證率、生境質(zhì)量指數(shù)為影響系統(tǒng)的關(guān)鍵因素；3、從系統(tǒng)狀態(tài)（耗散結(jié)構(gòu)理論）研究，1980-2019年系統(tǒng)耗散結(jié)構(gòu)指標(biāo)均小于0，表明黃河流域河流-生態(tài)環(huán)境-社會(huì)經(jīng)濟(jì)耦合系統(tǒng)的活躍度較低，但整體呈現(xiàn)震蕩式上升趨勢，整體趨勢與達(dá)到耗散結(jié)構(gòu)的臨界條件逐漸接近。
本研究基于系統(tǒng)思維，深入解讀“山水林田湖草沙”綜合治理、系統(tǒng)治理、源頭治理，為開展流域保護(hù)治理工作、進(jìn)行流域發(fā)展質(zhì)量綜合評估提供了理論基礎(chǔ)和計(jì)算模型，對實(shí)施黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展重大國家戰(zhàn)略具有重要支撐作用，將為后續(xù)國家和沿黃省區(qū)統(tǒng)籌考慮、綜合施策提供科學(xué)依據(jù)。黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展已經(jīng)上升為重大國家戰(zhàn)略，為黃河流域帶來了前所未有的重大發(fā)展歷史機(jī)遇，同時(shí)也對提升新形勢下治河決策科學(xué)水平提出了更高要求。流域發(fā)展質(zhì)量綜合評估理論以系統(tǒng)科學(xué)為指引，梳理黃河流域內(nèi)河流、生態(tài)環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等方面各種因素的關(guān)聯(lián)性，建立具有評價(jià)和決策支持功能的系統(tǒng)模型，基于流域發(fā)展指數(shù)BDI綜合評估流域發(fā)展質(zhì)量，為黃河流域水戰(zhàn)略布局及重大項(xiàng)目前期規(guī)劃論證提供決策依據(jù)，促進(jìn)新形勢下流域協(xié)調(diào)發(fā)展。流域發(fā)展指數(shù)BDI及相關(guān)理論方法，不僅可以為表征流域發(fā)展質(zhì)量提供參考依據(jù)，還可以廣泛應(yīng)用于各級行政區(qū)域與重要自然地理分區(qū)的高質(zhì)量發(fā)展評估工作中，補(bǔ)充目前以經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為主的評價(jià)體系，為統(tǒng)籌推進(jìn)新時(shí)期區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展的各項(xiàng)工作提供技術(shù)支撐。
