“水 - 城 - 地 - 人 - 产 - 绿”系统耦合协调特征：时空演变与风险概率

《Sustainable Cities and Society》：Coupling coordination characteristics of the “water-urban-land-population-production-greening” system: spatiotemporal variation and risk probability

　　• 从稳定性、水资源适宜性和韧性三个维度出发，构建了一个多层次的"水-城-地-人-产-绿（WCLPPG）"评价框架。• 分别采用PP-云模型和Copula-Markov模型对WCLPPG系统进行耦合协调度和风险分析。• WCLPPG系统的耦合协调度呈现总体上升趋势，空间差异显著，且空间联系不断增强。• 水资源适宜性的风险转移概率相对较高。## 引言为解决全域发展与水资源约束之间突出矛盾，世界各国政府和学者从水资源管理、国土空间优化和生态环境治理等视角提出了各种解决方案（Abbaszadegan等，2025；Ali等，2025；Van Schmidt等，2023；Wang等，2025）。其中，中国政府提出的"以水资源定城镇、定土地、定人口、定产业、定绿化"理念（图1）为缺水城市的可持续发展提供了科学指导（Zuo等，2025；Zuo等，2026）。在这一理念中，"水"是生存发展的基础性资源；"城镇"是人口、资本、基础设施等要素集聚的空间载体；"土地"指土地利用开发规模；"人口"是资源利用和环境影响的主体；"产业"代表工业发展和经济活动；"绿化"反映环境质量及可持续发展的底线（Sun等，2026；Liu等，2025；Shi等，2024）。受水资源可得性约束，水、城镇、土地、人口、产业和绿化这六大要素紧密关联，构成一个集成系统。该系统涵盖了全域水资源、社会经济发展及生态环境的核心维度，全面反映了全域可持续发展全貌（Carrard等，2024；Gohari等，2022；Li等，2023；Zhu等，2025）。因此，对"水-城-地-人-产-绿"（WULPPG）系统的耦合协调度（CC）研究具有重要的理论和现实意义（Tian等，2026；Zhang等，2024；Zhang等，2026）。现有全域发展研究已广泛探讨了水-经济、水-能源、水-经济-生态等二元或三元视角下的耦合协调特征，积累了丰富研究成果（Cheng等，2023；Guo等，2025；Inamura & Kumar，2022；Khajuria & Rajput，2025；Mohtar等，2024）。这些发现为理解全域发展系统协同演化规律奠定了重要基础。然而，二元或三元框架仅涵盖有限要素，无法囊括全域发展系统的全部六个维度（水、城、地、人、产和绿）。即便采用更为综合的视角，如水-社会-经济-生态系统，分析仍在相对宏观的层面展开，各子系统以整体形式表征，难以全面揭示全域多维要素之间的内部结构关系与协调机制（Gao & Wen，2025；Ross等，2024；Taoumi & Lahrech，2023）。因此，应构建包含水、城、地、人、产、绿等多要素、多维度元素的精细化分析框架。同时，大多数研究聚焦于耦合协调度的静态测度，对系统失衡风险的概率分布特征关注不足（Cheng等，2022；Hu等，2026；Mondal等，2023；Tao等，2022）。事实上，在气候变化、生态退化和发展转型等多重压力下，系统内部耦合关系并非始终呈稳定协调状态，而是存在一定概率的不确定性风险（Shi等，2022；Sun等，2024）。例如，水资源供需失衡可能制约城镇扩张和产业发展，而过度土地利用开发强度可能削弱环境韧性（Li等，2026；Tefera等，2023）。将系统耦合协调度分析与风险概率特征分析相结合，能更好揭示系统演化趋势和潜在脆弱性，从而揭示系统从"协同演化"向"风险暴露"转变的内在机制（Huang等，2024；Veldkamp等，2016；Zhong等，2025）。在研究方法方面，传统耦合协调度定量方法在处理多维非线性与模糊关系方面存在局限，难以充分揭示WULPPG系统的多层次耦合特征（Dong等，2023；Wang等，2022）。主成分投影追求（PP）模型通过将高维数据映射到低维空间，同时保留数据核心结构，从而适应系统多维、复杂的数据特征（He等，2026；Taher，2022）。云模型通过"定性概念、云参数和云滴"的双向转换，实现多维信息的模糊处理和定量融合（Liao等，2019）。此外，与难以准确反映风险不确定性的传统风险评估方法相比，Copula函数能有效量化WULPPG系统内部多维风险的协同机制，准确捕捉风险聚合特征和概率分布规律（Tan等，2025），从而为系统风险的定量评估和科学管控提供技术支撑。为弥补上述不足，本研究创新性地构建了多要素WULPPG框架来表征缺水城市的协调发展，并整合多种模型揭示WULPPG系统的耦合协调特征。首先，基于稳定性、水资源适宜性和韧性原则构建了WULPPG系统的多级评价指标体系。其次，采用基于PP-云模型的耦合协调度（CCD）模型计算系统CCD并揭示其时空变化特征。最后，基于Copula和Markov模型开发了WULPPG系统的多维风险分析框架，揭示了系统的风险概率特征。## 章节摘要### 研究区域黄河流域横跨中国东、中、西部，自西向东流经9个省级行政区。本文选取黄河流域7个省份（甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西、河南和山东）的52个地级行政城市作为研究区域，如图2所示。选取标准为：以完整的地级市为基本研究单元，比较行政### 省级尺度时序变化特征基于研究区域各省份2000—2023年WULPPG系统评价指标体系数据，采用PP-云模型计算稳定性、水资源适宜性和韧性三个子系统的综合评价指数，如图5(b)–5(d)所示。在此基础上，将各子系统综合评价指数代入公式(14)–(16)，计算得到研究区域各省份2000—2023年系统的省级CCD值### WULPPG系统CCD时空变化特征2000—2023年，研究区域WULPPG系统的CCD呈现总体上升趋势，空间联动强度持续增强。21世纪初，黄河流域面临突出的水资源矛盾、偏重的工业结构和较大的生态压力，因此其地级市CCD处于相对较低水平（Niu等，2023；Zhou等，2026）。随着政策体系的逐步完善### 结论本文对WULPPG系统的耦合协调特征进行了研究，主要结论如下：1. 2000—2023年，研究区域各省份WULPPG系统的CCD呈现总体波动上升、阶段性显著的趋势，增幅约为60%；稳定性、水资源适宜性和韧性三个子系统协同提升。其中，韧性最为稳定且增幅最大，而水资源### 利益冲突声明作者声明无利益冲突。### 未引用参考文献Mondal等，2023### CRediT作者贡献声明**李学春：** 撰写——初稿、方法学、形式分析、概念构思。 **张金平：** 撰写——初稿、资源获取、经费获取、概念构思。 **白宇航：** 验证、调查研究、数据管理。 **李智慧：** 可视化、监督、形式分析。### 竞争利益声明作者声明不存在任何可能影响本文所述工作的已知竞争性财务利益或个人关系。### 致谢本工作得到中国国家重点研发计划（项目编号：2024YFC3211303）；郑州大学青年学生基础研究项目（博士生）（项目编号：ZDBJ2026026）；国家自然科学基金（项目编号：52379028）的资助。---李学春 | 张金平 | 白宇航 | 李智慧