基于RSEE系統(tǒng)的長治市某縣水資源承載力協(xié)調(diào)度分析

田劍浩

（長治市水利發(fā)展中心山西長治 046000）

長治市某縣是重要的煤炭能源基地和工業(yè)基地，水資源配置能力偏低、供水結(jié)構(gòu)有待優(yōu)化、水生態(tài)環(huán)境惡化、應(yīng)急能力不足等問題都是制約全縣經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。本文是在某縣水資源承載能力評價的基礎(chǔ)上，提出了基于水資源Resources-社會Society-經(jīng)濟(jì)Economic-環(huán)境Environment 的RSEE 系統(tǒng)協(xié)調(diào)度評價，該評價的開展對于加強(qiáng)該地區(qū)用水總量控制管理，促進(jìn)水資源合理開發(fā)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)，實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用，保障全縣經(jīng)濟(jì)社會轉(zhuǎn)型跨越發(fā)展，促進(jìn)最嚴(yán)格水資源管理制度“三條紅線”具有重要的意義。

1 RSEE 系統(tǒng)概念及定義

1.1 RSEE 系統(tǒng)概念

水資源-社會-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境（RSEE）系統(tǒng)是一個有機(jī)的整體，經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展以水資源為基礎(chǔ)，而工業(yè)發(fā)展又是環(huán)境污染的主要原因之一，經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展是資源與環(huán)境保護(hù)的根本保證，任何以犧牲生態(tài)環(huán)境為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展都是不長久的，經(jīng)濟(jì)社會將難以發(fā)展，環(huán)境保護(hù)更是缺乏物質(zhì)保證。因此，本研究將根據(jù)3E 系統(tǒng)[1，2]和協(xié)同理論的基本概念，提出“水資源-社會-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境”RSEE 系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的觀點：以水資源為基礎(chǔ)，通過提高水資源利用效率，堅持節(jié)水與發(fā)展并重，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會與環(huán)境保護(hù)持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。

1.2 RSEE 系統(tǒng)協(xié)調(diào)度的定義

協(xié)調(diào)度是通過建立一種數(shù)學(xué)模型來展現(xiàn)系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)程度，目前該研究方法主要分為綜合型、變化型和距離型三者協(xié)調(diào)度模型，本文采用距離型協(xié)調(diào)度來建立RSEE 協(xié)調(diào)度評價模型，該模型具有結(jié)構(gòu)簡單，算法簡便等優(yōu)點[3]，建立RSEE 系統(tǒng)由水資源（S1）、社會（S2）、經(jīng)濟(jì)（S3）和生態(tài)環(huán)境（S4）四個子系統(tǒng)構(gòu)成。RSEE系統(tǒng)的整體發(fā)展水平定義為E*，水資源、社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境四個子系統(tǒng)的發(fā)展水平分別定義為E1、E2、E3、E4。那么四個子系統(tǒng)中的單系統(tǒng)協(xié)調(diào)度Hi定義為：

式中Ei（i取1、2、3、4）

則RSEE 系統(tǒng)整體協(xié)調(diào)度Hs定義為：

根據(jù)單系統(tǒng)協(xié)調(diào)度Hi定義式（1），RSEE 系統(tǒng)各子系統(tǒng)的單系統(tǒng)協(xié)調(diào)度Hi∈[0，1]，協(xié)調(diào)度Hi越大，系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展越好，且僅當(dāng)時達(dá)到最大值1。

該協(xié)調(diào)度定義可以通過分析水資源、社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境四個子系統(tǒng)的增速與整體RSEE系統(tǒng)的進(jìn)展速度的表現(xiàn)誤差，更加直觀準(zhǔn)確地展示出RSEE 系統(tǒng)協(xié)調(diào)度，科學(xué)地保障了整個系統(tǒng)協(xié)調(diào)性分析。同時能反映出系統(tǒng)整體的發(fā)展情況和各個子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展情況，能有效避免在分析的過程中遺漏了有價值信息。

2 RSEE 系統(tǒng)協(xié)調(diào)度實證分析

2.1 協(xié)調(diào)度評價指標(biāo)

本文認(rèn)為水資源、社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境四個子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)程度較好地反映出RSEE系統(tǒng)的整體發(fā)展?fàn)顟B(tài)，考慮與RSEE系統(tǒng)的主要影響因素，構(gòu)建了如表1所示的4 個子系統(tǒng)、16 個指標(biāo)組成的評價指標(biāo)體系，利用美國運籌學(xué)家T.L.Saaty 教授于上世紀(jì)70年代初期提出的層次分析法計算4 個子系統(tǒng)各項指標(biāo)的權(quán)重。

表1 水資源復(fù)合承載力各指標(biāo)權(quán)重

2.2 指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化

由于本評價中所建立的RSEE 系統(tǒng)協(xié)調(diào)度評價指標(biāo)體系所涉及的評價指標(biāo)較多，且各個指標(biāo)的評價標(biāo)準(zhǔn)及單位均不相同，難以對于每一個評價指標(biāo)確定出一個最優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)，因此采用級差法進(jìn)行指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化，采用公式（3）（4）所示，

式中：Ziα——某一系統(tǒng)某一指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值；

Xα——16 個指標(biāo)某一年的原數(shù)據(jù)，α 取1~16；

Xmax——某一指標(biāo)年際間最大值；

Xmin——某一指標(biāo)年際間最小值。

2.3 系統(tǒng)評價值的計算

單個子系統(tǒng)的發(fā)展水平用以下公式得出。

式中：Ei——某一子系統(tǒng)的發(fā)展水平；

Ziα——某一子系統(tǒng)某一指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值；

ω——某一子系統(tǒng)某一指標(biāo)的綜合權(quán)重；

n——某一子系統(tǒng)指標(biāo)個數(shù)。

2.4 RSEE 系統(tǒng)整體狀態(tài)水平的計算

假定模型中水資源、社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境四個子系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)對于RSEE系統(tǒng)的整體發(fā)展是擁有相同的比重，則：

式中：E*——RSEE 系統(tǒng)整體發(fā)展水平；

E1——水資源子系統(tǒng)發(fā)展水平；

E2——社會子系統(tǒng)發(fā)展水平；

E3——經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)發(fā)展水平；

E4——生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)發(fā)展水平。

2.5 RSEE 系統(tǒng)協(xié)調(diào)度計算

在均勻時間序列1~N 上，按照上述方法分別計算出在不同時間點上RSEE 系統(tǒng)各自的狀態(tài)水平和整體發(fā)展水平，本文的時間點t為數(shù)據(jù)對應(yīng)的年份。根據(jù)上述數(shù)據(jù)計算各子系統(tǒng)和系統(tǒng)整體的狀態(tài)，如公式所示：

（Ei）t和（Ei）t-1——某一子系統(tǒng)在時間點t和t-1 的狀態(tài)。

在計算出各個子系統(tǒng)和RSEE 系統(tǒng)整體發(fā)展速度的情況下，通過前述的計算式（1）和（2）得出子系統(tǒng)和整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度。

3 基于RSEE系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度實例分析

本文運用上述構(gòu)建的協(xié)調(diào)度模型分析長治市某縣水資源、社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展水平，并對該縣社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展提出建議。

以2013-2017年的原始數(shù)據(jù)，同時根據(jù)該縣總體規(guī)劃發(fā)展的各項地方文件，預(yù)測規(guī)劃水平年近期2025年和遠(yuǎn)期2030年的數(shù)據(jù)，以4 個子系統(tǒng)16 個評估指標(biāo)的具體數(shù)值為基礎(chǔ)，由上述公式計算得到RSEE 協(xié)調(diào)度模型里的水資源、社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境和整體系統(tǒng)的發(fā)展水平Ei，如表2所示。

表2 某縣RSEE 系統(tǒng)發(fā)展水平

再由公式（1）、（2）最終得到基于RSEE 模型的系統(tǒng)協(xié)調(diào)度。

去除2013年作為數(shù)據(jù)原點的干擾，該縣2013—2017年的協(xié)調(diào)度如表4所示，除2014年以外，其他年份的綜合協(xié)調(diào)度評分均低于0.5 分，說明某縣的經(jīng)濟(jì)增長與環(huán)境資源在一定程度上不相匹配，已經(jīng)在很大程度上對系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展產(chǎn)生了較大阻力，造成系統(tǒng)協(xié)調(diào)度失調(diào)的因素有很多，但關(guān)鍵在于該縣的社會人口數(shù)量和經(jīng)濟(jì)增幅都達(dá)到了比較高的發(fā)展水平，甚至高于RSEE 系統(tǒng)整體的發(fā)展程度；同時自然生態(tài)環(huán)境與水資源卻發(fā)生退化，低于RSEE 系統(tǒng)整體的發(fā)展速度。由此，從數(shù)值中看出2013—2017年的水資源環(huán)境已難以承載社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，該縣需要一方面適當(dāng)放慢社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度，另一方面開源節(jié)流，通過充分、合理開發(fā)利用本地水資源和實行跨流域引水、節(jié)水減污、減少污染物排放和水資源浪費等措施，促進(jìn)水資源、社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境整體系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展。

表4 某縣RSEE 系統(tǒng)協(xié)調(diào)度評分

本評價對某縣的水資源系統(tǒng)協(xié)調(diào)度進(jìn)行分析，通過將規(guī)劃年2025年和2015年四個子系統(tǒng)協(xié)調(diào)度數(shù)值在雷達(dá)圖中體現(xiàn)，可以更加直觀地看出子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)趨勢，具體情況見圖1。

圖1 某縣不同水平年各子系統(tǒng)協(xié)調(diào)度分析

圖中菱形越接近正方形，則表明此整體系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度越高，代表RSEE 系統(tǒng)中各個子系統(tǒng)均衡發(fā)展?？梢钥闯?025年的協(xié)調(diào)度在逐漸升高，這是由于在地方政府部門一系列積極的治水政策下，小水網(wǎng)建成陸續(xù)通水，關(guān)井壓采，生態(tài)修復(fù)及縣城污水處理廠再生水回用的共同支撐下，使水資源-社會-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)環(huán)境四個子系統(tǒng)將趨于協(xié)調(diào)發(fā)展。

4 結(jié)語

“十四五”時期是長治市某縣由高水平全面建成小康社會邁向基本實現(xiàn)社會主義現(xiàn)代化的關(guān)鍵時期，也是實現(xiàn)某縣轉(zhuǎn)型跨越發(fā)展的重要時期。但社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對當(dāng)?shù)厮Y源提出了新的挑戰(zhàn)，本文建立了基于RSEE系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度評價指標(biāo)體系，并對該縣現(xiàn)狀協(xié)調(diào)度進(jìn)行分析，分析結(jié)果標(biāo)明，2013—2017年某縣的水資源系統(tǒng)已難以承載社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，2025年、2030年在現(xiàn)有水源工程的基礎(chǔ)上，某縣應(yīng)在加大地表水、廢污水開發(fā)利用的同時，積極調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，推動產(chǎn)業(yè)升級，使全縣協(xié)調(diào)度明顯提高，為在新時代地區(qū)協(xié)調(diào)發(fā)展提供支撐和依據(jù)。