辽阳县生态环境与水资源的耦合关系研究

高 峰

(辽阳县水资源管理局，辽宁 辽阳 111200)

1 目的

随着社会经济的快速发展，近几十年来我国生态环境呈现明显的退化趋势；而受全球气候变化与人口增长的影响，水资源短缺问题也日益严重。目前，生态环境与水资源问题已经成为我国可持续发展战略的重要制约因素，因此已成为社会各界所关注的焦点。生态环境与水资源评价是评判地区生态环境保护是否良好、水资源开发利用是否合理的重要依据，但以往的研究大多只进行生态环境或水资源某一个方面的评价，对两者之间的耦合关系研究得较少。生态环境与水资源之间具有紧密的耦合关系，这种耦合关系主要表现在两个方面，一是相互影响与作用程度、可由耦合度指标来表征，二是相互协调程度、可由耦合协调度指标来表征；目前这种耦合关系已经在流域尺度与地市尺度上得到了研究，而在县域尺度则几乎没有被报道过。鉴于此，本文以辽阳县为例，采用AHP方法评价该地区2006～2016年间的生态环境与水资源综合指数，并基于耦合关系模型定量地研究两者之间的耦合作用关系及其协调程度，为该地区水资源合理开发与生态环境建设提供理论依据[1- 2]。

2 方法

2.1 研究区域概况

辽阳县位于辽东半岛中部，隶属辽宁省辽阳市，南北宽79km，东西长92.2km，总面积2822km2。辽阳县属千山山脉，有大小山峰126座，地势东高西低，东部为丘陵山区，西部为沿河平原，地势平坦，土质肥沃。属大陆性季风型气候区，四季分明，年平均气温7.6℃，年均降雨量644.5mm，年蒸发量为1627mm，全年无霜期为164d。辽阳县境内有浑河、太子河及其支流北沙河、十里河、马峰河、戈西河、小浑河等20条河流，总长310.54km。

2.2 指标体系及权重

研究生态环境与水资源的耦合关系首先要对两项因素的状况分别进行评价，评价方法采用AHP法(The analytic hierarchy process，即层次分析法)。AHP方法在20世纪70年代中期由美国运筹学家托马斯·塞蒂正式提出，是一种定性和定量相结合的、系统化、层次化的分析方法。由于它在处理复杂的决策问题上的实用性和有效性，目前在生态环境与水资源状况已经得到了非常广泛的应用[3]。在AHP评价中，评价体系可分为目标层、准则层与方案层，各层要素的选择及其综合权重值主要参考陈晓等人[4]的研究成果；相对与陈晓等人的方法，本文方法存在两点不同之处：一是在数据标准化处理方面根据闫晓惠等人[5]所提出的模糊逻辑法将所有指标性质均转化为正向指标(即指标值越大表示越有利于目标的达成)以简化分析过程，二是计算了各准则层方案要素的单项权重值以便于得到准则层要素的指数值。辽阳县生态环境与水资源指标及权重值见表1，其中数据主要来源于2006～2016年间辽阳市统计年鉴、水资源公报、水利普查成果材料、相关文献等[6- 7]，具体计算过程可参考文献[4]。

表1 辽阳县生态环境与水资源指标及权重

2.3 耦合关系模型

生态环境与水资源的耦合关系可由廖重斌[8]提出的经济与环境协调发展度模型来分析，该模型可全面反映两个子系统之间相互作用关系及其协调程度，目前已经在珠江三角洲城市群环境与经济发展协调、南京市生态环境与水资源协调度的定量评判中得到了验证与应用。该耦合模型可表达为：

(1)

T=αf(x)+βg(y)

(2)

(3)

式中，C—生态环境与水资源的耦合度；f(x)—生态环境综合指数；g(y)—水资源综合指数；k—调节系数，一般情况下介于2与5之间，本文取k=2；T—生态环境与水资源的综合评价指数；α和β—待定系数，本文认为生态环境与水资源同等重要、因而皆取0.5；D—生态环境与水资源的耦合协调度。在以上参数与变量中，f(x)和g(x)值越大表明生态环境和水资源的状况越好；C值越大表示生态环境和水环境之间的相互耦合作用关系越紧密；T越大表示生态环境和水资源的综合状况越好；D越大表示生态环境和水资源两系统越协调。C与D的等级类型可表示为：

(4)

(5)

3 结果

3.1 生态环境综合指数

利用层次分析法得到生态环境目标层下各准则层方案的单项指数与生态环境综合指数，结果如图1所示。由图1可知，在生态环境水平方面，辽阳县自2006年至2013年呈现明显下降趋势，主要是因为这段时间里辽阳县的城镇化发展与人口增长较为迅速，使得人均水资源拥有量与人均耕地面积呈现较大幅度的下降；2013～2016年，辽阳县加强了城镇的绿化建设，因此其生态环境水平有所回升。在生态环境压力方面，辽阳县在近10年总体呈现加重趋势，主要因为这段时间辽阳县工业发展较快，各类工业排放显著增加；由于近3年来辽阳市加强了工业排放管理力度，使得生态环境压力的增加趋势有所放缓。在生态环境保护方面，辽阳县自2006年始不断加大环保投资占GDP的比重、并采取提高工业废水达标排放率等措施，因此使得近10年中的生态环境保护能力持续增强。综合来看，辽阳县的生态环境状况自2006年开始呈现恶化趋势，并在2013年达到最严重的状态，但在近3年中开始呈现转好态势。

图1 辽阳县生态环境变化曲线

3.2 水资源综合指数

利用层次分析法得到水资源目标层下各准则层方案的单项指数与水资源综合指数，结果如图2所示。由图2可知，在水资源本底条件方面，辽阳县自2006年始总体呈现下降趋势，主要是受人口增加与天气波动变化的影响；在2017年内，辽阳县出现次数相对较多的强降水天气，预期其水资源本体条件将有所改善。在水资源利用负荷方面，虽然辽阳县在近10年中的绝对用水量不断增加，但用水效率却不断提高，万元GDP用水量与单位粮食产水量等均呈现下降趋势，因此辽阳县在水资源利用负荷方面呈现持续的改善趋势。此外，辽阳县不断提高工业用水重复利用率与工业废水达标排放率，使得该地区在水资源管理水平方面得到明显的提升。综合而言，辽阳县的水资源状况在2006～2009年开始呈现恶化趋势，自2009年开始得到持续的改善。

图2 辽阳县水资源变化曲线

3.3 生态环境与水资源的耦合关系

基于图1与图2所示结果，利用式(1)～(3)计算辽阳县生态环境与水资源的耦合度与耦合协调度，结果如图3所示。由图3可知，辽阳县在2006～2016年间生态环境与水资源的耦合度介于0.864～0.987之间，平均值为0.935，由式(4)可知，这两个系统之间具有非常密切的耦合作用关系，例如，水资源的开发利用使得工业生产与污水排放量不断增加、威胁了该地区的生态环境，反之水资源利用效率的提高也缓解了该地区的水生态环境压力；在2006～2012时间段内，两个系统的耦合程度较高，说明这两个系统是影响彼此发生变化的重要因素；但自2013年以来，两者之间的耦合度相对较小，主要因为在此期间该地区分别对两者进行了强有力的管理与保护措施，干扰了两个系统间原有的相互作用规律。辽阳县在2006～2016年间的生态环境与水资源耦合协调度介于0.677～0.712之间，由式(5)可知，这两个协同之间的耦合协调度处于初级与中等之间。在2006～2013年间，该耦合协调度处于明显的波动状态；在此期间，辽阳市的水资源状况总体呈现改善趋势而生态环境状况呈现恶化趋势，由于这两个系统的变化程度存在一定的差别，因此两者之间的耦合协调度时而有所提升，时而又会有所下降；自2013年以来的近3年间，辽阳县生态环境与水资源均呈现向好趋势，两者有序发展、互相促进、耦合协调度不断提升。

图3 辽阳县生态环境与水资源耦合关系变化曲线

4 结论

辽阳县的生态环境状况自2006年开始呈现恶化趋势，但在近3年开始呈现转好态势；其水资源状况自2006年开始呈现恶化趋势，但从2009年开始得到持续的改善；这两个系统之间具有非常密切的耦合作用关系，其中在2006～2013年间，两个系统的耦合协调度处于明显的波动状态，在近3年间，两个系统之间的耦合协调度不断提升、稳中趋优。目前，辽阳县生态环境与水资源的耦合协调度距离高度协调还存在一定的差距，因此应坚持加强生态环境与水资源保护，以使两者不断呈现向好趋势、互相促进、有序发展。

[1] 张艳丽. 节水增粮工程效益分析与环境影响评价[J]. 水利规划与设计, 2014(10): 10- 11.

[2] 邓志国. 大石桥市水资源开发利用现状分析与评价[J]. 水利技术监督, 2015(03): 28- 29.

[3] 何松. 基于层次分析法的松树沟小流域水土保持效益评价[J]. 水利规划与设计, 2016(10): 132- 135.

[4] 陈晓, 李景保, 王飞, 等. 近10年间南京市生态环境与水资源的耦合关系[J]. 水电能源科学, 2017(07): 65- 68.

[5] 闫晓惠, 陈新, 张博威. 模糊逻辑在水利工程工程评价中的应用探析[J]. 科技展望, 2015(23): 76.

[6] 高峰. 辽阳县水资源开发利用存在问题及解决措施[J]. 水利规划与设计, 2017(02): 32- 34.

[7] 宋长权. 辽阳市水资源开发利用程度初探[J]. 水利规划与设计, 2016(04): 24- 25.

[8] 廖重斌. 环境与经济协调发展的定量评判及其分类体系——以珠江三角洲城市群为例[J]. 热带地理, 1999, 19(02): 171- 177.