遼寧省水資源環(huán)境與城市發(fā)展耦合關(guān)系分析

姜東巖

（遼寧省丹東水文局，遼寧 丹東 118000）

0 引言

對(duì)于促進(jìn)城市建設(shè)發(fā)展水資源發(fā)揮著不可替代的作用，如何合理高效地利用城市水資源逐漸成為當(dāng)前亟待解決的重要問題，其中水資源環(huán)境與城市發(fā)展的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系分析越來越引起研究學(xué)者的廣泛關(guān)注[1-2]。

遼寧省地處E118°53′～125°46′、N38°43′～43°26′之間，地跨遼河、渾河、大凌河、太子河、繞陽河、鴨綠江六大水系，境內(nèi)河網(wǎng)水系發(fā)達(dá)，徑流量大，水資源豐富。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展以及城市化進(jìn)程的快速推進(jìn)，遼寧省城市形態(tài)發(fā)生巨大改變，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源的關(guān)系及其對(duì)改善人居環(huán)境的影響，急切需要實(shí)踐探索和理論研究，積極探索經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與生態(tài)文明建設(shè)同頻共振的模式。為貫徹落實(shí)生態(tài)環(huán)保、綠色發(fā)展的理念，遼寧省明確“為民、建城、治水”的工作主線，不斷提升治水的重要地位，積極開展專項(xiàng)治水規(guī)劃及行動(dòng)，如全面打贏海綿城市建設(shè)和黑臭水體治理攻堅(jiān)戰(zhàn)、打造水清、景美、岸綠景觀帶與河湖綜合治理等，其中2018 年開展的水城規(guī)劃建設(shè)提出要使水環(huán)境、水資源承載力、防洪保安與城市發(fā)展規(guī)劃、功能定位、發(fā)展布局相適應(yīng)。因此，本文利用水資源環(huán)境與城市發(fā)展耦合協(xié)調(diào)模型，計(jì)算分析遼寧省水資源環(huán)境與城市發(fā)展之間的內(nèi)在聯(lián)系，初步探討城水關(guān)系耦合程度、近期治水建設(shè)成效以及未來水資源利用前景。

1 城水耦合協(xié)調(diào)度計(jì)算

1.1 構(gòu)建評(píng)價(jià)體系

本文借鑒相關(guān)研究成果，遵循層次性、科學(xué)性、系統(tǒng)性和可操作性原則，將水資源環(huán)境與城市發(fā)展耦合協(xié)調(diào)度評(píng)價(jià)劃分成指標(biāo)層、準(zhǔn)則層、系統(tǒng)層、目標(biāo)層4 個(gè)級(jí)別，各層次指標(biāo)如表1 所示。其中，“+”、“-”代表正向和負(fù)向指標(biāo)。

表1 水資源環(huán)境與城市發(fā)展耦合協(xié)調(diào)度評(píng)價(jià)體系

續(xù)表1 水資源環(huán)境與城市發(fā)展耦合協(xié)調(diào)度評(píng)價(jià)體系

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究所用數(shù)據(jù)來源于遼寧省2006-2020 年《環(huán)境公報(bào)》、《水資源公報(bào)》、《國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》和《統(tǒng)計(jì)年鑒》等資料。

1.3 計(jì)算指標(biāo)權(quán)重

為了消除不同參評(píng)指標(biāo)之間的不可通透性，采用極差標(biāo)準(zhǔn)化法無量綱化處理指標(biāo)數(shù)據(jù)，以便對(duì)比分析單位不同的指標(biāo)數(shù)據(jù)。考慮指標(biāo)正負(fù)屬性，正向、負(fù)向指標(biāo)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理公式如下[3]：

式中：xjmin、xjmax——研究期間參評(píng)指標(biāo)j的初始最小值和最大值；xj、Zj——參評(píng)指標(biāo)j的初始值和標(biāo)準(zhǔn)值。然后利用主觀賦值法對(duì)評(píng)價(jià)體系中(表1)的準(zhǔn)則層各項(xiàng)指標(biāo)賦予相應(yīng)的權(quán)重，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況和相關(guān)文獻(xiàn)資料確定R1～R3、E1～E4指標(biāo)的相對(duì)重要程度，結(jié)果表明R1～R3重要程度相同，權(quán)重值均取0.333；E1～E4重要程度相同，權(quán)重值均取0.250。為確保權(quán)重計(jì)算客觀性，對(duì)指標(biāo)層中15 項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重利用變異系數(shù)法計(jì)算確定，具體如下：

1.4 計(jì)算耦合協(xié)調(diào)度

采用下述公式對(duì)各參評(píng)指標(biāo)權(quán)重及其標(biāo)準(zhǔn)化值的乘積線性相加，從而反映水資源環(huán)境與城市發(fā)展的整體水平[4-5]：

式中：WIi、UIi——第i年城市發(fā)展系統(tǒng)和水資源環(huán)境系統(tǒng)的綜合指數(shù)，利用下式計(jì)算系統(tǒng)耦合度C、耦合協(xié)調(diào)度D和綜合協(xié)調(diào)指數(shù)T，具體如下：

式中：α、β——城市發(fā)展系統(tǒng)和水資源環(huán)境系統(tǒng)的相對(duì)重要度，文中α=β=0.5。

耦合度C的取值區(qū)間為0～1，C值越接近于0則系統(tǒng)耦合越差，C值越接近于1 則系統(tǒng)耦合越好；綜合協(xié)調(diào)指數(shù)T越大則水資源環(huán)境與城市發(fā)展整體水平越高，對(duì)于耦合協(xié)調(diào)的貢獻(xiàn)也就越高[6]。耦合協(xié)調(diào)度D越大則趨向于協(xié)調(diào)、有序的發(fā)展態(tài)勢(shì)越好，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，將耦合協(xié)調(diào)度D劃分成低水平耦合、拮抗、磨合適應(yīng)和高水平耦合4 個(gè)階段，具體如表2 所示。

表2 耦合協(xié)調(diào)程度劃分

2 水資源環(huán)境與城市發(fā)展耦合協(xié)調(diào)分析

本文結(jié)合實(shí)際情況，利用前文所述公式計(jì)算2006-2020 年遼寧省的水資源壓力、水環(huán)境壓力和水資源保護(hù)指數(shù)，變化趨勢(shì)如圖1 所示。

圖1 2006-2020 年水環(huán)境系統(tǒng)壓力指數(shù)

2.1 水資源壓力R1 指數(shù)

從圖1(a)可以看出，2006-2020 年遼寧省水資源壓力指數(shù)整體表現(xiàn)出波動(dòng)下降的態(tài)勢(shì)，波動(dòng)幅度較大。究其原因，水資源總量受年降水量和氣候環(huán)境的影響較大，加之極差計(jì)算的人均年降水量數(shù)值較高，從而使得水資源壓力波動(dòng)變化較為明顯。

2.2 水環(huán)境壓力R2 指數(shù)

由圖1(b)可知，2006-2020 年遼寧省水環(huán)境壓力指數(shù)整體表現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，水環(huán)境壓力值越小則其壓力越大。結(jié)合實(shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，從2006-2020年城市年人均生活污水排放量呈逐漸上升趨勢(shì)，生活用水不斷增加，這說明城市發(fā)展在一定程度上增大了城市生活污水處理系統(tǒng)壓力。

2.3 水資源保護(hù)R3 指數(shù)

從圖1(c)可以看出，2006-2020 年遼寧省水資源保護(hù)指數(shù)整體呈波動(dòng)上升的變化特征。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料，遼寧省工業(yè)污水達(dá)標(biāo)排放率和污水處理率從2006 年的92.50%、56.71%不斷提高到2020年的97.6%、98.8%。結(jié)合防海水倒灌整改、雨污官網(wǎng)錯(cuò)混接點(diǎn)改造、污水管網(wǎng)建設(shè)、黑臭水體治理以及生態(tài)建設(shè)等項(xiàng)目，這說明遼寧省正持續(xù)加大水資源保護(hù)投資，并且取得了良好的效果。

2.4 水資源環(huán)境R 與城市發(fā)展E 綜合指數(shù)

結(jié)合城市發(fā)展統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2006-2020 年遼寧省城鎮(zhèn)化水平提高近40%，人均GDP 翻了近5 倍，公共事業(yè)和城市建設(shè)指數(shù)不斷上升。通過計(jì)算城市發(fā)展系統(tǒng)指數(shù)E可知，遼寧省城市發(fā)展相關(guān)指標(biāo)整體呈可持續(xù)發(fā)展態(tài)勢(shì)，各指標(biāo)數(shù)值穩(wěn)中有升，而水資源系統(tǒng)綜合指數(shù)R整體呈波動(dòng)下降態(tài)勢(shì)，如圖2和表3 所示。

表3 水環(huán)境系統(tǒng)R 與市發(fā)展E 的綜合指數(shù)

圖2 城市發(fā)展E 與水環(huán)境系統(tǒng)R 的變化趨勢(shì)

2.5 水資源與城市發(fā)展耦合度

根據(jù)遼寧省2006-2020 年水資源環(huán)境系統(tǒng)與城市發(fā)展系統(tǒng)的耦合度、耦合協(xié)調(diào)度(圖3 和表4)，可以將城水耦合關(guān)系劃分成2006 年抗拮階段、2006-2012 年磨合中級(jí)協(xié)調(diào)階段和2006-2020 年良好協(xié)調(diào)階段，具體表現(xiàn)如下：

表4 水環(huán)境系統(tǒng)與城市發(fā)展的耦合度、耦合協(xié)調(diào)度

圖3 城市發(fā)展E 與水環(huán)境系統(tǒng)R 的變化趨勢(shì)

①拮抗階段：該時(shí)期面臨著城市污水處理能力較低、水資源保護(hù)壓力較大、城鎮(zhèn)化進(jìn)展緩慢以及人均社會(huì)消費(fèi)品零售總額低等現(xiàn)狀。②磨合、中級(jí)協(xié)調(diào)階段：該時(shí)期水資源環(huán)境與城市發(fā)展呈現(xiàn)出相互促進(jìn)、互相脅迫的發(fā)展態(tài)勢(shì)，城市污水處理率較低而經(jīng)濟(jì)發(fā)展逐年上升，水資源面臨著較大的壓力，城水耦合協(xié)調(diào)度依然較低。③良好協(xié)調(diào)階段：2013～2020 年區(qū)域水資源環(huán)境系統(tǒng)與城市發(fā)展系統(tǒng)達(dá)到良好協(xié)調(diào)狀態(tài)，整體表現(xiàn)出波動(dòng)上升的趨勢(shì)。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、城市人口的增多以及城市空間的拓展，遼寧省城鎮(zhèn)化水平達(dá)到65.8%。然而，城市的不斷擴(kuò)張不僅增大了水資源、水環(huán)境保護(hù)壓力和用水壓力，還增大了城市污水處理壓力，在保證較高城市污水處理率的情況下還需要處理更多污水量[7-11]。因此，水資源環(huán)境系統(tǒng)與城市發(fā)展系統(tǒng)處于相對(duì)促進(jìn)的狀態(tài)，城市發(fā)展既能反饋水資源保護(hù)還會(huì)加大水資源保護(hù)壓力，近期城水耦合協(xié)調(diào)度表現(xiàn)出波動(dòng)上升趨勢(shì)。

3 結(jié)論

本文系統(tǒng)探討了2006-2020 年遼寧省境內(nèi)水系與城市演變之間的內(nèi)在聯(lián)系，并利用模型計(jì)算了水資源環(huán)境系統(tǒng)與城市發(fā)展系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度。結(jié)果表明，遼寧省近15 年城水關(guān)系從相互遏制的低水平耦合轉(zhuǎn)變成了相互促進(jìn)的協(xié)調(diào)發(fā)展，這種改變與持續(xù)加大水資源保護(hù)力度、城市建設(shè)理念的轉(zhuǎn)變等密切相關(guān)。

近年來，城市規(guī)模的不斷擴(kuò)張以及經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展使得城市水環(huán)境壓力不斷加大，城市污水排放、用水需求等矛盾更加突出。因此，在保證水資源開發(fā)保護(hù)利用與城市同步協(xié)調(diào)發(fā)展的同時(shí)，必須采取有效措施解決城市發(fā)展所造成的水資源環(huán)境問題，嚴(yán)格落實(shí)水資源環(huán)境保護(hù)有關(guān)舉措促使城水關(guān)系向更高級(jí)的協(xié)調(diào)共生階段轉(zhuǎn)變。