遼寧省水資源環境與城市發展耦合關系分析

姜東巖

（遼寧省丹東水文局，遼寧 丹東 118000）

0 引言

對于促進城市建設發展水資源發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前亟待解決的重要問題，其中水資源環境與城市發展的耦合協調關系分析越來越引起研究學者的廣泛關注[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，境內河網水系發達，徑流量大，水資源豐富。近年來，隨著經濟的不斷發展以及城市化進程的快速推進，遼寧省城市形態發生巨大改變，經濟發展與水資源的關系及其對改善人居環境的影響，急切需要實踐探索和理論研究，積極探索經濟社會發展與生態文明建設同頻共振的模式。為貫徹落實生態環保、綠色發展的理念，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，積極開展專項治水規劃及行動，如全面打贏海綿城市建設和黑臭水體治理攻堅戰、打造水清、景美、岸綠景觀帶與河湖綜合治理等，其中2018 年開展的水城規劃建設提出要使水環境、水資源承載力、防洪保安與城市發展規劃、功能定位、發展布局相適應。因此，本文利用水資源環境與城市發展耦合協調模型，計算分析遼寧省水資源環境與城市發展之間的內在聯系，初步探討城水關系耦合程度、近期治水建設成效以及未來水資源利用前景。

1 城水耦合協調度計算

1.1 構建評價體系

本文借鑒相關研究成果，遵循層次性、科學性、系統性和可操作性原則，將水資源環境與城市發展耦合協調度評價劃分成指標層、準則層、系統層、目標層4 個級別，各層次指標如表1 所示。其中，“+”、“-”代表正向和負向指標。

表1 水資源環境與城市發展耦合協調度評價體系

續表1 水資源環境與城市發展耦合協調度評價體系

1.2 數據來源

研究所用數據來源于遼寧省2006-2020 年《環境公報》、《水資源公報》、《國民經濟和社會發展統計公報》和《統計年鑒》等資料。

1.3 計算指標權重

為了消除不同參評指標之間的不可通透性，采用極差標準化法無量綱化處理指標數據，以便對比分析單位不同的指標數據。考慮指標正負屬性，正向、負向指標數據的標準化處理公式如下[3]：

式中：xjmin、xjmax——研究期間參評指標j的初始最小值和最大值；xj、Zj——參評指標j的初始值和標準值。然后利用主觀賦值法對評價體系中(表1)的準則層各項指標賦予相應的權重，結合當地實際情況和相關文獻資料確定R1～R3、E1～E4指標的相對重要程度，結果表明R1～R3重要程度相同，權重值均取0.333；E1～E4重要程度相同，權重值均取0.250。為確保權重計算客觀性，對指標層中15 項指標權重利用變異系數法計算確定，具體如下：

1.4 計算耦合協調度

采用下述公式對各參評指標權重及其標準化值的乘積線性相加，從而反映水資源環境與城市發展的整體水平[4-5]：

式中：WIi、UIi——第i年城市發展系統和水資源環境系統的綜合指數，利用下式計算系統耦合度C、耦合協調度D和綜合協調指數T，具體如下：

式中：α、β——城市發展系統和水資源環境系統的相對重要度，文中α=β=0.5。

耦合度C的取值區間為0～1，C值越接近于0則系統耦合越差，C值越接近于1 則系統耦合越好；綜合協調指數T越大則水資源環境與城市發展整體水平越高，對于耦合協調的貢獻也就越高[6]。耦合協調度D越大則趨向于協調、有序的發展態勢越好，結合研究區實際情況，將耦合協調度D劃分成低水平耦合、拮抗、磨合適應和高水平耦合4 個階段，具體如表2 所示。

表2 耦合協調程度劃分

2 水資源環境與城市發展耦合協調分析

本文結合實際情況，利用前文所述公式計算2006-2020 年遼寧省的水資源壓力、水環境壓力和水資源保護指數，變化趨勢如圖1 所示。

圖1 2006-2020 年水環境系統壓力指數

2.1 水資源壓力R1 指數

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

2.2 水環境壓力R2 指數

由圖1(b)可知，2006-2020 年遼寧省水環境壓力指數整體表現出下降的趨勢，水環境壓力值越小則其壓力越大。結合實際統計數據，從2006-2020年城市年人均生活污水排放量呈逐漸上升趨勢，生活用水不斷增加，這說明城市發展在一定程度上增大了城市生活污水處理系統壓力。

2.3 水資源保護R3 指數

從圖1(c)可以看出，2006-2020 年遼寧省水資源保護指數整體呈波動上升的變化特征。根據相關統計資料，遼寧省工業污水達標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%。結合防海水倒灌整改、雨污官網錯混接點改造、污水管網建設、黑臭水體治理以及生態建設等項目，這說明遼寧省正持續加大水資源保護投資，并且取得了良好的效果。

2.4 水資源環境R 與城市發展E 綜合指數

結合城市發展統計數據，2006-2020 年遼寧省城鎮化水平提高近40%，人均GDP 翻了近5 倍，公共事業和城市建設指數不斷上升。通過計算城市發展系統指數E可知，遼寧省城市發展相關指標整體呈可持續發展態勢，各指標數值穩中有升，而水資源系統綜合指數R整體呈波動下降態勢，如圖2和表3 所示。

表3 水環境系統R 與市發展E 的綜合指數

圖2 城市發展E 與水環境系統R 的變化趨勢

2.5 水資源與城市發展耦合度

根據遼寧省2006-2020 年水資源環境系統與城市發展系統的耦合度、耦合協調度(圖3 和表4)，可以將城水耦合關系劃分成2006 年抗拮階段、2006-2012 年磨合中級協調階段和2006-2020 年良好協調階段，具體表現如下：

表4 水環境系統與城市發展的耦合度、耦合協調度

圖3 城市發展E 與水環境系統R 的變化趨勢

①拮抗階段：該時期面臨著城市污水處理能力較低、水資源保護壓力較大、城鎮化進展緩慢以及人均社會消費品零售總額低等現狀。②磨合、中級協調階段：該時期水資源環境與城市發展呈現出相互促進、互相脅迫的發展態勢，城市污水處理率較低而經濟發展逐年上升，水資源面臨著較大的壓力，城水耦合協調度依然較低。③良好協調階段：2013～2020 年區域水資源環境系統與城市發展系統達到良好協調狀態，整體表現出波動上升的趨勢。

隨著社會經濟的發展、城市人口的增多以及城市空間的拓展，遼寧省城鎮化水平達到65.8%。然而，城市的不斷擴張不僅增大了水資源、水環境保護壓力和用水壓力，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，水資源環境系統與城市發展系統處于相對促進的狀態，城市發展既能反饋水資源保護還會加大水資源保護壓力，近期城水耦合協調度表現出波動上升趨勢。

3 結論

本文系統探討了2006-2020 年遼寧省境內水系與城市演變之間的內在聯系，并利用模型計算了水資源環境系統與城市發展系統的耦合協調度。結果表明，遼寧省近15 年城水關系從相互遏制的低水平耦合轉變成了相互促進的協調發展，這種改變與持續加大水資源保護力度、城市建設理念的轉變等密切相關。

近年來，城市規模的不斷擴張以及經濟社會的快速發展使得城市水環境壓力不斷加大，城市污水排放、用水需求等矛盾更加突出。因此，在保證水資源開發保護利用與城市同步協調發展的同時，必須采取有效措施解決城市發展所造成的水資源環境問題，嚴格落實水資源環境保護有關舉措促使城水關系向更高級的協調共生階段轉變。