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系，這種耦合關系主要表現(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)調程度、可由耦合協(xié)調度指標來表征；目前這種耦合關系已經(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)，并基于耦合關系模型定量地研究兩者之間的耦合作用關系及其協(xié)調程度，為該地區(qū)水資源合理開發(fā)與生態(tài)環(huán)境建設提供理論依據(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，土質肥沃。屬大陸性季風型氣候區(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 指標體系及權重

研究生態(tài)環(huán)境與水資源的耦合關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家托馬斯·塞蒂正式提出，是一種定性和定量相結合的、系統(tǒng)化、層次化的分析方法。由于它在處理復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均轉化為正向指標(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重

2.3 耦合關系模型

生態(tài)環(huán)境與水資源的耦合關系可由廖重斌[8]提出的經(jīng)濟與環(huán)境協(xié)調發(fā)展度模型來分析，該模型可全面反映兩個子系統(tǒng)之間相互作用關系及其協(xié)調程度，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、南京市生態(tài)環(huán)境與水資源協(xié)調度的定量評判中得到了驗證與應用。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。C與D的等級類型可表示為：

(4)

(5)

3 結果

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，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，遼陽縣出現(xiàn)次數(shù)相對較多的強降水天氣，預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系

基于圖1與圖2所示結果，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)調度，結果如圖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，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)調度處于初級與中等之間。在2006～2013年間，該耦合協(xié)調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)調度不斷提升。

圖3 遼陽縣生態(tài)環(huán)境與水資源耦合關系變化曲線

4 結論

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系，其中在2006～2013年間，兩個系統(tǒng)的耦合協(xié)調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)調度距離高度協(xié)調還存在一定的差距，因此應堅持加強生態(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。

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