遼陽縣生態(tài)環(huán)境與水資源的耦合關(guān)系研究

高 峰

(遼陽縣水資源管理局，遼寧 遼陽 111200)

1 目的

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，近幾十年來我國生態(tài)環(huán)境呈現(xiàn)明顯的退化趨勢；而受全球氣候變化與人口增長的影響，水資源短缺問題也日益嚴重。目前，生態(tài)環(huán)境與水資源問題已經(jīng)成為我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要制約因素，因此已成為社會各界所關(guān)注的焦點。生態(tài)環(huán)境與水資源評價是評判地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護是否良好、水資源開發(fā)利用是否合理的重要依據(jù)，但以往的研究大多只進行生態(tài)環(huán)境或水資源某一個方面的評價，對兩者之間的耦合關(guān)系研究得較少。生態(tài)環(huán)境與水資源之間具有緊密的耦合關(guān)系，這種耦合關(guān)系主要表現(xiàn)在兩個方面，一是相互影響與作用程度、可由耦合度指標來表征，二是相互協(xié)調(diào)程度、可由耦合協(xié)調(diào)度指標來表征；目前這種耦合關(guān)系已經(jīng)在流域尺度與地市尺度上得到了研究，而在縣域尺度則幾乎沒有被報道過。鑒于此，本文以遼陽縣為例，采用AHP方法評價該地區(qū)2006～2016年間的生態(tài)環(huán)境與水資源綜合指數(shù)，并基于耦合關(guān)系模型定量地研究兩者之間的耦合作用關(guān)系及其協(xié)調(diào)程度，為該地區(qū)水資源合理開發(fā)與生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供理論依據(jù)[1- 2]。

2 方法

2.1 研究區(qū)域概況

遼陽縣位于遼東半島中部，隸屬遼寧省遼陽市，南北寬79km，東西長92.2km，總面積2822km2。遼陽縣屬千山山脈，有大小山峰126座，地勢東高西低，東部為丘陵山區(qū)，西部為沿河平原，地勢平坦，土質(zhì)肥沃。屬大陸性季風(fēng)型氣候區(qū)，四季分明，年平均氣溫7.6℃，年均降雨量644.5mm，年蒸發(fā)量為1627mm，全年無霜期為164d。遼陽縣境內(nèi)有渾河、太子河及其支流北沙河、十里河、馬峰河、戈西河、小渾河等20條河流，總長310.54km。

2.2 指標體系及權(quán)重

研究生態(tài)環(huán)境與水資源的耦合關(guān)系首先要對兩項因素的狀況分別進行評價，評價方法采用AHP法(The analytic hierarchy process，即層次分析法)。AHP方法在20世紀70年代中期由美國運籌學(xué)家托馬斯·塞蒂正式提出，是一種定性和定量相結(jié)合的、系統(tǒng)化、層次化的分析方法。由于它在處理復(fù)雜的決策問題上的實用性和有效性，目前在生態(tài)環(huán)境與水資源狀況已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用[3]。在AHP評價中，評價體系可分為目標層、準則層與方案層，各層要素的選擇及其綜合權(quán)重值主要參考陳曉等人[4]的研究成果；相對與陳曉等人的方法，本文方法存在兩點不同之處：一是在數(shù)據(jù)標準化處理方面根據(jù)閆曉惠等人[5]所提出的模糊邏輯法將所有指標性質(zhì)均轉(zhuǎn)化為正向指標(即指標值越大表示越有利于目標的達成)以簡化分析過程，二是計算了各準則層方案要素的單項權(quán)重值以便于得到準則層要素的指數(shù)值。遼陽縣生態(tài)環(huán)境與水資源指標及權(quán)重值見表1，其中數(shù)據(jù)主要來源于2006～2016年間遼陽市統(tǒng)計年鑒、水資源公報、水利普查成果材料、相關(guān)文獻等[6- 7]，具體計算過程可參考文獻[4]。

表1 遼陽縣生態(tài)環(huán)境與水資源指標及權(quán)重

2.3 耦合關(guān)系模型

生態(tài)環(huán)境與水資源的耦合關(guān)系可由廖重斌[8]提出的經(jīng)濟與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展度模型來分析，該模型可全面反映兩個子系統(tǒng)之間相互作用關(guān)系及其協(xié)調(diào)程度，目前已經(jīng)在珠江三角洲城市群環(huán)境與經(jīng)濟發(fā)展協(xié)調(diào)、南京市生態(tài)環(huán)境與水資源協(xié)調(diào)度的定量評判中得到了驗證與應(yīng)用。該耦合模型可表達為：

(1)

T=αf(x)+βg(y)

(2)

(3)

式中，C—生態(tài)環(huán)境與水資源的耦合度；f(x)—生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)；g(y)—水資源綜合指數(shù)；k—調(diào)節(jié)系數(shù)，一般情況下介于2與5之間，本文取k=2；T—生態(tài)環(huán)境與水資源的綜合評價指數(shù)；α和β—待定系數(shù)，本文認為生態(tài)環(huán)境與水資源同等重要、因而皆取0.5；D—生態(tài)環(huán)境與水資源的耦合協(xié)調(diào)度。在以上參數(shù)與變量中，f(x)和g(x)值越大表明生態(tài)環(huán)境和水資源的狀況越好；C值越大表示生態(tài)環(huán)境和水環(huán)境之間的相互耦合作用關(guān)系越緊密；T越大表示生態(tài)環(huán)境和水資源的綜合狀況越好；D越大表示生態(tài)環(huán)境和水資源兩系統(tǒng)越協(xié)調(diào)。C與D的等級類型可表示為：

(4)

(5)

3 結(jié)果

3.1 生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)

利用層次分析法得到生態(tài)環(huán)境目標層下各準則層方案的單項指數(shù)與生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)，結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，在生態(tài)環(huán)境水平方面，遼陽縣自2006年至2013年呈現(xiàn)明顯下降趨勢，主要是因為這段時間里遼陽縣的城鎮(zhèn)化發(fā)展與人口增長較為迅速，使得人均水資源擁有量與人均耕地面積呈現(xiàn)較大幅度的下降；2013～2016年，遼陽縣加強了城鎮(zhèn)的綠化建設(shè)，因此其生態(tài)環(huán)境水平有所回升。在生態(tài)環(huán)境壓力方面，遼陽縣在近10年總體呈現(xiàn)加重趨勢，主要因為這段時間遼陽縣工業(yè)發(fā)展較快，各類工業(yè)排放顯著增加；由于近3年來遼陽市加強了工業(yè)排放管理力度，使得生態(tài)環(huán)境壓力的增加趨勢有所放緩。在生態(tài)環(huán)境保護方面，遼陽縣自2006年始不斷加大環(huán)保投資占GDP的比重、并采取提高工業(yè)廢水達標排放率等措施，因此使得近10年中的生態(tài)環(huán)境保護能力持續(xù)增強。綜合來看，遼陽縣的生態(tài)環(huán)境狀況自2006年開始呈現(xiàn)惡化趨勢，并在2013年達到最嚴重的狀態(tài)，但在近3年中開始呈現(xiàn)轉(zhuǎn)好態(tài)勢。

圖1 遼陽縣生態(tài)環(huán)境變化曲線

3.2 水資源綜合指數(shù)

利用層次分析法得到水資源目標層下各準則層方案的單項指數(shù)與水資源綜合指數(shù)，結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，在水資源本底條件方面，遼陽縣自2006年始總體呈現(xiàn)下降趨勢，主要是受人口增加與天氣波動變化的影響；在2017年內(nèi)，遼陽縣出現(xiàn)次數(shù)相對較多的強降水天氣，預(yù)期其水資源本體條件將有所改善。在水資源利用負荷方面，雖然遼陽縣在近10年中的絕對用水量不斷增加，但用水效率卻不斷提高，萬元GDP用水量與單位糧食產(chǎn)水量等均呈現(xiàn)下降趨勢，因此遼陽縣在水資源利用負荷方面呈現(xiàn)持續(xù)的改善趨勢。此外，遼陽縣不斷提高工業(yè)用水重復(fù)利用率與工業(yè)廢水達標排放率，使得該地區(qū)在水資源管理水平方面得到明顯的提升。綜合而言，遼陽縣的水資源狀況在2006～2009年開始呈現(xiàn)惡化趨勢，自2009年開始得到持續(xù)的改善。

圖2 遼陽縣水資源變化曲線

3.3 生態(tài)環(huán)境與水資源的耦合關(guān)系

基于圖1與圖2所示結(jié)果，利用式(1)～(3)計算遼陽縣生態(tài)環(huán)境與水資源的耦合度與耦合協(xié)調(diào)度，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，遼陽縣在2006～2016年間生態(tài)環(huán)境與水資源的耦合度介于0.864～0.987之間，平均值為0.935，由式(4)可知，這兩個系統(tǒng)之間具有非常密切的耦合作用關(guān)系，例如，水資源的開發(fā)利用使得工業(yè)生產(chǎn)與污水排放量不斷增加、威脅了該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，反之水資源利用效率的提高也緩解了該地區(qū)的水生態(tài)環(huán)境壓力；在2006～2012時間段內(nèi)，兩個系統(tǒng)的耦合程度較高，說明這兩個系統(tǒng)是影響彼此發(fā)生變化的重要因素；但自2013年以來，兩者之間的耦合度相對較小，主要因為在此期間該地區(qū)分別對兩者進行了強有力的管理與保護措施，干擾了兩個系統(tǒng)間原有的相互作用規(guī)律。遼陽縣在2006～2016年間的生態(tài)環(huán)境與水資源耦合協(xié)調(diào)度介于0.677～0.712之間，由式(5)可知，這兩個協(xié)同之間的耦合協(xié)調(diào)度處于初級與中等之間。在2006～2013年間，該耦合協(xié)調(diào)度處于明顯的波動狀態(tài)；在此期間，遼陽市的水資源狀況總體呈現(xiàn)改善趨勢而生態(tài)環(huán)境狀況呈現(xiàn)惡化趨勢，由于這兩個系統(tǒng)的變化程度存在一定的差別，因此兩者之間的耦合協(xié)調(diào)度時而有所提升，時而又會有所下降；自2013年以來的近3年間，遼陽縣生態(tài)環(huán)境與水資源均呈現(xiàn)向好趨勢，兩者有序發(fā)展、互相促進、耦合協(xié)調(diào)度不斷提升。

圖3 遼陽縣生態(tài)環(huán)境與水資源耦合關(guān)系變化曲線

4 結(jié)論

遼陽縣的生態(tài)環(huán)境狀況自2006年開始呈現(xiàn)惡化趨勢，但在近3年開始呈現(xiàn)轉(zhuǎn)好態(tài)勢；其水資源狀況自2006年開始呈現(xiàn)惡化趨勢，但從2009年開始得到持續(xù)的改善；這兩個系統(tǒng)之間具有非常密切的耦合作用關(guān)系，其中在2006～2013年間，兩個系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度處于明顯的波動狀態(tài)，在近3年間，兩個系統(tǒng)之間的耦合協(xié)調(diào)度不斷提升、穩(wěn)中趨優(yōu)。目前，遼陽縣生態(tài)環(huán)境與水資源的耦合協(xié)調(diào)度距離高度協(xié)調(diào)還存在一定的差距，因此應(yīng)堅持加強生態(tài)環(huán)境與水資源保護，以使兩者不斷呈現(xiàn)向好趨勢、互相促進、有序發(fā)展。

[1] 張艷麗. 節(jié)水增糧工程效益分析與環(huán)境影響評價[J]. 水利規(guī)劃與設(shè)計, 2014(10): 10- 11.

[2] 鄧志國. 大石橋市水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀分析與評價[J]. 水利技術(shù)監(jiān)督, 2015(03): 28- 29.

[3] 何松. 基于層次分析法的松樹溝小流域水土保持效益評價[J]. 水利規(guī)劃與設(shè)計, 2016(10): 132- 135.

[4] 陳曉, 李景保, 王飛, 等. 近10年間南京市生態(tài)環(huán)境與水資源的耦合關(guān)系[J]. 水電能源科學(xué), 2017(07): 65- 68.

[5] 閆曉惠, 陳新, 張博威. 模糊邏輯在水利工程工程評價中的應(yīng)用探析[J]. 科技展望, 2015(23): 76.

[6] 高峰. 遼陽縣水資源開發(fā)利用存在問題及解決措施[J]. 水利規(guī)劃與設(shè)計, 2017(02): 32- 34.

[7] 宋長權(quán). 遼陽市水資源開發(fā)利用程度初探[J]. 水利規(guī)劃與設(shè)計, 2016(04): 24- 25.

[8] 廖重斌. 環(huán)境與經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展的定量評判及其分類體系——以珠江三角洲城市群為例[J]. 熱帶地理, 1999, 19(02): 171- 177.