辽宁省水资源环境与城市发展耦合关系分析

姜东岩

（辽宁省丹东水文局，辽宁 丹东 118000）

0 引言

对于促进城市建设发展水资源发挥着不可替代的作用，如何合理高效地利用城市水资源逐渐成为当前亟待解决的重要问题，其中水资源环境与城市发展的耦合协调关系分析越来越引起研究学者的广泛关注[1-2]。

辽宁省地处E118°53′～125°46′、N38°43′～43°26′之间，地跨辽河、浑河、大凌河、太子河、绕阳河、鸭绿江六大水系，境内河网水系发达，径流量大，水资源丰富。近年来，随着经济的不断发展以及城市化进程的快速推进，辽宁省城市形态发生巨大改变，经济发展与水资源的关系及其对改善人居环境的影响，急切需要实践探索和理论研究，积极探索经济社会发展与生态文明建设同频共振的模式。为贯彻落实生态环保、绿色发展的理念，辽宁省明确“为民、建城、治水”的工作主线，不断提升治水的重要地位，积极开展专项治水规划及行动，如全面打赢海绵城市建设和黑臭水体治理攻坚战、打造水清、景美、岸绿景观带与河湖综合治理等，其中2018 年开展的水城规划建设提出要使水环境、水资源承载力、防洪保安与城市发展规划、功能定位、发展布局相适应。因此，本文利用水资源环境与城市发展耦合协调模型，计算分析辽宁省水资源环境与城市发展之间的内在联系，初步探讨城水关系耦合程度、近期治水建设成效以及未来水资源利用前景。

1 城水耦合协调度计算

1.1 构建评价体系

本文借鉴相关研究成果，遵循层次性、科学性、系统性和可操作性原则，将水资源环境与城市发展耦合协调度评价划分成指标层、准则层、系统层、目标层4 个级别，各层次指标如表1 所示。其中，“+”、“-”代表正向和负向指标。

表1 水资源环境与城市发展耦合协调度评价体系

续表1 水资源环境与城市发展耦合协调度评价体系

1.2 数据来源

研究所用数据来源于辽宁省2006-2020 年《环境公报》、《水资源公报》、《国民经济和社会发展统计公报》和《统计年鉴》等资料。

1.3 计算指标权重

为了消除不同参评指标之间的不可通透性，采用极差标准化法无量纲化处理指标数据，以便对比分析单位不同的指标数据。考虑指标正负属性，正向、负向指标数据的标准化处理公式如下[3]：

式中：xjmin、xjmax——研究期间参评指标j的初始最小值和最大值；xj、Zj——参评指标j的初始值和标准值。然后利用主观赋值法对评价体系中(表1)的准则层各项指标赋予相应的权重，结合当地实际情况和相关文献资料确定R1～R3、E1～E4指标的相对重要程度，结果表明R1～R3重要程度相同，权重值均取0.333；E1～E4重要程度相同，权重值均取0.250。为确保权重计算客观性，对指标层中15 项指标权重利用变异系数法计算确定，具体如下：

1.4 计算耦合协调度

采用下述公式对各参评指标权重及其标准化值的乘积线性相加，从而反映水资源环境与城市发展的整体水平[4-5]：

式中：WIi、UIi——第i年城市发展系统和水资源环境系统的综合指数，利用下式计算系统耦合度C、耦合协调度D和综合协调指数T，具体如下：

式中：α、β——城市发展系统和水资源环境系统的相对重要度，文中α=β=0.5。

耦合度C的取值区间为0～1，C值越接近于0则系统耦合越差，C值越接近于1 则系统耦合越好；综合协调指数T越大则水资源环境与城市发展整体水平越高，对于耦合协调的贡献也就越高[6]。耦合协调度D越大则趋向于协调、有序的发展态势越好，结合研究区实际情况，将耦合协调度D划分成低水平耦合、拮抗、磨合适应和高水平耦合4 个阶段，具体如表2 所示。

表2 耦合协调程度划分

2 水资源环境与城市发展耦合协调分析

本文结合实际情况，利用前文所述公式计算2006-2020 年辽宁省的水资源压力、水环境压力和水资源保护指数，变化趋势如图1 所示。

图1 2006-2020 年水环境系统压力指数

2.1 水资源压力R1 指数

从图1(a)可以看出，2006-2020 年辽宁省水资源压力指数整体表现出波动下降的态势，波动幅度较大。究其原因，水资源总量受年降水量和气候环境的影响较大，加之极差计算的人均年降水量数值较高，从而使得水资源压力波动变化较为明显。

2.2 水环境压力R2 指数

由图1(b)可知，2006-2020 年辽宁省水环境压力指数整体表现出下降的趋势，水环境压力值越小则其压力越大。结合实际统计数据，从2006-2020年城市年人均生活污水排放量呈逐渐上升趋势，生活用水不断增加，这说明城市发展在一定程度上增大了城市生活污水处理系统压力。

2.3 水资源保护R3 指数

从图1(c)可以看出，2006-2020 年辽宁省水资源保护指数整体呈波动上升的变化特征。根据相关统计资料，辽宁省工业污水达标排放率和污水处理率从2006 年的92.50%、56.71%不断提高到2020年的97.6%、98.8%。结合防海水倒灌整改、雨污官网错混接点改造、污水管网建设、黑臭水体治理以及生态建设等项目，这说明辽宁省正持续加大水资源保护投资，并且取得了良好的效果。

2.4 水资源环境R 与城市发展E 综合指数

结合城市发展统计数据，2006-2020 年辽宁省城镇化水平提高近40%，人均GDP 翻了近5 倍，公共事业和城市建设指数不断上升。通过计算城市发展系统指数E可知，辽宁省城市发展相关指标整体呈可持续发展态势，各指标数值稳中有升，而水资源系统综合指数R整体呈波动下降态势，如图2和表3 所示。

表3 水环境系统R 与市发展E 的综合指数

图2 城市发展E 与水环境系统R 的变化趋势

2.5 水资源与城市发展耦合度

根据辽宁省2006-2020 年水资源环境系统与城市发展系统的耦合度、耦合协调度(图3 和表4)，可以将城水耦合关系划分成2006 年抗拮阶段、2006-2012 年磨合中级协调阶段和2006-2020 年良好协调阶段，具体表现如下：

表4 水环境系统与城市发展的耦合度、耦合协调度

图3 城市发展E 与水环境系统R 的变化趋势

①拮抗阶段：该时期面临着城市污水处理能力较低、水资源保护压力较大、城镇化进展缓慢以及人均社会消费品零售总额低等现状。②磨合、中级协调阶段：该时期水资源环境与城市发展呈现出相互促进、互相胁迫的发展态势，城市污水处理率较低而经济发展逐年上升，水资源面临着较大的压力，城水耦合协调度依然较低。③良好协调阶段：2013～2020 年区域水资源环境系统与城市发展系统达到良好协调状态，整体表现出波动上升的趋势。

随着社会经济的发展、城市人口的增多以及城市空间的拓展，辽宁省城镇化水平达到65.8%。然而，城市的不断扩张不仅增大了水资源、水环境保护压力和用水压力，还增大了城市污水处理压力，在保证较高城市污水处理率的情况下还需要处理更多污水量[7-11]。因此，水资源环境系统与城市发展系统处于相对促进的状态，城市发展既能反馈水资源保护还会加大水资源保护压力，近期城水耦合协调度表现出波动上升趋势。

3 结论

本文系统探讨了2006-2020 年辽宁省境内水系与城市演变之间的内在联系，并利用模型计算了水资源环境系统与城市发展系统的耦合协调度。结果表明，辽宁省近15 年城水关系从相互遏制的低水平耦合转变成了相互促进的协调发展，这种改变与持续加大水资源保护力度、城市建设理念的转变等密切相关。

近年来，城市规模的不断扩张以及经济社会的快速发展使得城市水环境压力不断加大，城市污水排放、用水需求等矛盾更加突出。因此，在保证水资源开发保护利用与城市同步协调发展的同时，必须采取有效措施解决城市发展所造成的水资源环境问题，严格落实水资源环境保护有关举措促使城水关系向更高级的协调共生阶段转变。