城市化与水生态环境耦合演变定量指标化研究

迟承业

(辽宁省大连水文局，辽宁 大连 116021)

当前，城市化的发展对区域水生态环境的影响成为当前生态环境保护研究的热点问题，城市化发展如何与生态环境协调发展是国内学者关注的主要方向，综合分析城市化发展与水生态环境的耦合演变成为当前研究的难点，近些年来，有学者结合综合指标的方法，采用多指标分析的方法对区域城市化与水生态环境耦合演变进行定性分析，并取得一定的研究成果[1-6]，但是这些成果未能对城市化对水生态环境的影响进行定量化的分析。本文结合协调发展度综合模型[7-10]，以辽宁省省会沈阳市为研究实例，对城市化与水生态环境耦合演变进行综合分析，分析方法对于其他城市具有参考价值。

1 协调发展度综合模型

协调发展调度模型首先需要对模型指标数据进行纲化处理，纲化处理方程为：

对于正向指标：

(1)

对于负向指标：

(2)

协调发展综合模型结合多级熵权处理方法对各指标进行综合权重的设定，权重设定方程为：

(3)

(4)

(5)

T=αf(x)+βf(y)

(6)

(7)

式中，C—城市化与水生态环境的协调发展度；f(x)—城市化综合指数；f(y)—水生态环境演变综合指数；k—协调发展指数；T—综合评定指数；α、β—协调发展系数，本文两个数值分别取为0.5以及0.6。在进行协调发展度确定后，结合国际上对城市化与水生态环境演变的划分标准，进行等级划分，划分标准见表1。

表1 城市化与水环境协调发展的评定标准

2 研究实例

2.1 指标体系的构建

为对区域城市化与水生态环境耦合演变进行分析，构建了其分析指标体系，具体见表2。

表2 指标体系的构建

表2为城市化与水生态环境分析的指标体系，并结合多级熵权重的方式各级指标进行权重的设定，在进行指标设定时，各级权重分析的原始数据均来自于沈阳市的统计年鉴。其中城市化指数分为人口、经济、空间以及社会4个层级，而水生态环境主要分为水生态环境压力、水生态环境保护及水生态环境状态3类。

2.2 城市化演变的趋势分析

结合城市化演变的构建指标，对沈阳市城市化演变系统指数进行了分析，分析结果见表3、如图1所示。

从图1中可以看出，沈阳作为辽宁省省会城市，其城市化系统演变指数呈现较为平稳的上升趋势，从2011年后其城市化系统演变指数变幅逐步加大，其城市化年平均演变指数达到0.04，而水生态环境系统演变指数变幅较为不稳定，其年均变幅指数也为0.04，在2014年出现小幅下降波动。

表3 城市化演变系统指数

图1 城市化与水生态环境演变综合指数

2.3 水生态环境演变的趋势分析

结合水生态环境压力、水生态环境保护及水生态环境状态三类指标对沈阳市水生态环境系统演变指数进行分析，分析结果见表4。

表4 水生态环境系统演变指数

从表4中可以看出，三类水生态环境系统演变指数均呈现上升变化趋势，其中水生态环境压力指数上升明显度偏高，这主要是受城市化发展，造成区域水生态环境压力的不断增加，其年均增幅达到0.03，而从2010年以后水生态环境压力指数增幅明显。相对于水生态环境压力指数的增加，其水生态环境保护指数也不断增加，从2010年以后，沈阳市加大区域水生态环境的保护，对区域的浑河加大生态环境整治力度，其水生态环境保护指数也在2010年出现明显增幅，水生态环境保护指数的增加也使得区域水生态环境状态指数得到明显增加，水生态环境得到很大程度的改善。

2.4 城市化与水生态环境耦合演变分析

基于协调发展度综合模型，对城市化与水生态环境耦合演变进行系统分析，定量分析了不同年份沈阳市城市化与水生态环境耦合演变的的协调发展度，并分析了协调发展的类型，此外绘制了区域城市化与水生态环境耦合演变的变化曲线。分析结果见表5、如图2所示。

表5 城市化与水生态环境耦合演变变化曲线

从表5中可以看出，2010年以后，沈阳市城市化与水生态环境的协调发展度增加到0.8以上，区域城市化与水生态环境的协调发展类型达到良好协调以上程度。这主要是因为2010年以后，沈阳市加大了区域水生态环境保护的力度，出台了一系列的区域生态环境保护措施，使得水生态环境压力指数有所下降，水生态环境状态及水生态保护指数稳步上升。从图2中也可以看出，区域城市化与水生态环境耦合演变曲线呈现稳步上升的变化趋势，其综合协调度逐步增加。从各指数协调度回归方程可以看出，城市化与水生态环境耦合演变综合指数和协调发展度呈现指数变化关系。

3 结语

(1)2000—2019年沈阳市城市化与水生态环境耦合演变的指数呈现稳步上升趋势，在变化系统内部，社会城市化是城市化变化较为薄弱的因素，水生态环境系统状态指数的演变趋势更为复杂。

(2)城市化发展与水生态环境演变曲线呈现指数变化关系，城市化与水生态环境协调发展主要依靠于两者的共同发展，使得城市化对水生态环境的促进作用大于破坏作用是城市化发展主要研究的课题。

图2 沈阳市城市化与水生态环境耦合演变曲线

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