基于耦合模型的水生态环境与区域经济协同发展研究

朱永安

摘要：为研究水环境和区域经济的协同发展，将河北省1998—2016年相关数据作为研究基础，并基于DPSIR模型中响应、状态与驱动力维度筛选指标，构建水环境DSR体系与经济DSR体系，借助熵权值法获得系统的综合评价值及权重值，对经济变化与水环境评价进行简单分析，同时对两者耦合协调度情况进行探讨，最后提出几点水环境优化建议。

关键词：耦合模型;水生态环境;区域经济

中图分类号：F062.2           文献标识码：A

水生态环境会直接影响人类生存情况与发展情况，与区域经济属于相辅相成关系。为保护水生态环境，通过构建模型等方式，对区域经济和水生态环境进行评价，研究促进区域经济和水生态环境协同发展措施。

1 DPSIR模型

DPSIR模型能夠对环境系统因素因果关系和复杂性进行准确描述。模型主要由压力、状态、响应、驱动力及影响五方面构成[1]。水环境状态改变对水生态系统产生影响，使人类在水环境方面产生直接响应或是间接响应，并作用于状态、压力及驱动力中，以此保证反馈链平衡，实现水环境与人类社会和谐发展。

2 评价指标

2.1 水环境指标

以DPSIR模型为基础，结合水环境系统构建DSR，根据该指标框架，经济发展驱动力会对水环境健康发展产生一定影响，引发水环境状态变化，这些指标会对经济活动产生直接影响，促使人类通过响应措施对水环境进行优化。响应是指经济活动在水环境中的体现，所采取水环境优化的措施，提出优化水环境状况的思路。比如，党中央提出“新五化”要求，明确要求水资源利用、水环境利用等内容，属于间接驱动力，如图1所示。

3 评价模型和综合评价指确定

3.1 矩阵构建

将t作为研究时间段，n作为指标数量，进行n×t矩阵构造，对于xij集合，设定为X，xij为第i项指标，第j年数据，j=1，…，t，i=1，…，n。

3.2 指标变换与归一化

开展系统评价时，处理低优指标和高优指标，以保证各个指标间趋向性良好，方便模型统一及分析[3]。

在xij为正功效的情况下，yij=           ，其中，yij

为系统研究功效贡献值;minij是xi集合中各个指标下限值，maxij是xi集合中各个指标上限值。对于yij集合，是功效矩阵，设定为Y。采用归一化形式处理矩阵Y，将处理指标设定为集合P。Pij是第i项指标，第j年净化值，并且Pij∈[0，1]。

3.3 计算指标权重

若是一个指标在设定时间段中不同年份数据差异性、随机性及无序程度越大，表明系统评价中该指标权重越大[4]。见式（1）。

表2为经济指标权重值。水环境指标的熵值计算方法和思路，与经济指标计算相同，由于篇幅限制，此处省略。

3.4 确定评价值

通多对评价值和对应权重值乘积进行求和处理技能获得该指标第j年综合评价值，设定为Gj。随着指标权重值增加，其对研究体系的影响程度也会随之增加，反之影响程度减小。

4 结果分析

4.1 水环境系统评价

通过计算获得水环境的综合评价值，设定为GS，如图2所示。

可以发现，河北省水环境的综合评价值呈现增长趋势，表明水环境朝着良好方向发展。1998—2002年，水环境评价指数发生较大波动，在0.3391左右不断调整。之后评价值持续上升，2016年已经达到0.7746。见表3，本研究所确定的等级特征、等级标准及综合指标值[5]。

水环境GS呈现逐年上升趋势，并通过此种良好态势，可以预测水环境质量等级将在近年上升到优级。1998—2005年，GS为差等级，政府与群众开始重视水环境保护，并通过一系列环境修复与水利工程等改善水环境。

2001—2015年，GS环比指数每年增长1.0593左右，增长幅度达到5.933 7%。将2000年作为基准期，定基指数均值在1.3439左右，年均增长幅度达到34.3948%，并且驱动力指标贡献率在31.0767%左右，状态指标值和GS变化基本相同。XX1和XX2贡献率趋势在迅速触底之后，徘徊于15%左右。

水环境评价中驱动力、响应及状态的变化是，2003年之后，响应指标在贡献率方面呈现上升趋势，2005—2006年，响应指标与状态指标在贡献率方面进行此消彼长的调整之后，使响应指标变为主要因素。其后在贡献率方面，相应>状态>驱动力。GS提升主要是基于响应指标拉动，在群众、政府及企业等水环境主体共同作用下，污水处理率及水环境利用率等指标得到有效优化。

4.2 经济评价

设定经济的综合评价值为GH，呈现逐年上升趋势，变化率在19.24%左右。GH变化主要有3个阶段：①1998—2003年，GH稳步增长，增长率在16.223 4%左右。②2004—2010年，GH波动幅度较大。③2010年之后，GH变化率在9.368 2%左右。主要表现为前期增长快速，后期增长稳定。

5 耦合分析

对于耦合，主要为不同系统之间借助一定作用，对彼此影响进行联合的现象。耦合将决定系统达到临界区域之后的结构走向，充分将子系统关系特征体现出来，对不同子系统相互影响与依赖契合性进行充分强调。描述各个子系统关系的特征指标为耦合度。虽然耦合度可以对子系统协调情况进行反映，然而无法对其发展层次加以反映，因此，需要结合协调度确定子系统协调度。见下式：

其中，M是综合调和指数;D为协同度，取值为[0，1];C为耦合度，取值为[0，1];α是水生态子系统待定系数，β是经济子系统代行系数，本研究中均取0.5;q是总系统中子系统数量，本研究中q=2，见表4。

总系统优质耦合度无法代表经济与水环境子系统内容、协同目标等，需要对协调度进行深入研究。通过表4数据能够发现，两者协同度存在明显差异。其协同度在0.34799～0.93041范围内，呈现逐年上升趋势。

本文确定了D值标准：①在0～0.35范围内，代表系统为协同失调;②在0.35～0.60范圍内，代表系统为协同过渡;③在0.60～0.80范围内，代表系统为中度协同;④在0.80～0.95范围内，代表系统为高度系统。水环境与经济协同度呈现出协同过渡、中度协同、高度协同发展趋势。其中，1999—2005年是低度协同。2006—2011年是中度协同，2012年之后是高度协同。

6 建议

（1）在水资源保护、节约、排泄、治理及开发利用等方面应该进行统一管理，保证功能得到充分发挥。

（2）对当地水生态、水资源条件进行充分反映，合理制定水环境整治、规划方案。开展工程设计工作时，应该注意水陆和谐、水系相同等，环境保护优先。开展工程建设时，应该保证水始终是自然循环的状态，以减少工程建设在水环境方面产生的影响。

（3）将水环境需求管理作为主要目标，提升管理效率，提高用水效益与效率，进行集约式发展。

（4）开展水环境治理工作时，应该创新、集成水环境修复技术。

（5）构建水环境检测系统以检测生物量、生境、底泥、水文、水质、水量、水生物等。为水环境变化研究，制定环境保护措施等提供数据保障。

参考文献

[1] 林燕，韩雅敏，孟璐.基于耦合模型的武威市农业生态环境与农业经济协调发展研究[J].农业与技术，2018，38（2）：156-158.

[2] 张翠燕，孙传国，王鹏程.基于耦合模型的新疆农业生态环境与经济协调发展研究[J].塔里木大学学报，2016，28（1）：49-55.

[3] 张忆君，马骏.基于耦合模型的苏北地区生态环境与经济协调发展研究[J].环境科技，2016，29（3）：11-15.

[4] 张英.基于耦合模型的水生态环境与区域经济协同发展研究[J].水利与建筑工程学报，2019，29（4）：213-214.

[5] 江波，林涛，李佳成，等.喀斯特地区生态环境与区域经济协调发展研究及预测分析[J].绿色科技，2017，8（22）：161-165.