北京市密云水库水土资源耦合协调度分析

王磊，吴佳俊，魏丹，金梁，索琳娜，丁建莉，高伟，安志装

［关键词］ 水土资源；耦合协调度模型；密云水库

［摘要］ 密云水库作为北京市重要的水源地，如何实现其水土资源高效利用已成为影响区域经济发展的主要因素，分析密云水库在社会经济快速发展中的水土资源耦合协调状态，可为指导水土资源科学合理利用、推动可持续发展提供支撑。基于密云水库实际情况，从水资源和土地资源两个方面共选择了18个评价指标，构建了水土资源耦合协调评价指标体系，分析2012—2020年密云水库水土资源开发利用程度和相互作用关系。结果表明：2012—2020年密云水库水资源总量呈增长趋势，尤其是在2018年后呈跳跃式增长，总用水量不断减少，用水结构比较合理，水资源开发利用处于健康状态；森林覆盖率和林木绿化率显著增加，耕地面积减少，建设用地面积增加，水土流失治理面积呈先增加后减少的趋势，水土流失面积明显减少；密云水库水土资源耦合协调度保持平稳，整体处于中级失调，土地资源开发利用已超过水资源承载能力，需引起高度重视，及时采取科学有效的水土资源保护措施。

［中图分类号］ TV213；F301.24［文献标识码］ A［文章编号］ 1000－0941（2023）06－0057－04

随着社会经济快速发展，自然资源尤其是土地资源和水资源的过度开发将造成生态环境的破坏，制约可持续发展战略的实施[1]。区域水土资源耦合协调研究可为区域水土资源科学合理开发提供支撑，推动社会经济可持续发展[2]。早期水土资源耦合协调研究只关注水资源或土地资源本身，以概念性或模型分析为主，很少考虑外部因素对其的影响。随着资源短缺、环境恶化等问题不断加重，国内外学者逐渐将水资源和土地资源视为一个整体进行综合评判研究，但大多数研究集中在土地利用变化对流域水质的影响等方面[3]。目前，水土资源耦合协调研究方法主要有耦合协调度模型法、“3S”技术评价法、熵权法、压力-状态-响应（PSR）模型法等，其中耦合协调度模型法可操作性较强，应用最为广泛。

密云水库作为北京市重要的水源地，在保障首都水源安全方面发挥着重要作用。加强密云水库水源保护工作，事关城乡供水安全、城市平稳运行、人民安居乐业和社会经济可持续发展[4]。密云水库周边坡地较多，可利用土地资源少，产出效益低，且水资源短缺问题突出，水土保持能力差[5]。目前，如何实现密云水库水土资源高效利用已成为影响区域经济发展的主要因素之一[6]。分析密云水库在水土资源开发利用中的水土资源耦合协调状态，可为推动水土资源科学利用和可持续發展提供科学依据[7]。本研究以密云水库水源保护区为例，通过资料分析和实地调研相结合的方法，构建密云水库水源保护区水土资源耦合协调评价指标体系，并分析密云水库水源保护区水土资源开发利用程度和耦合协调状态，以期为密云水库水土资源科学利用和优化调控提供数据支撑。

1区域概况

密云水库位于北京市密云区城北13 km处，地处燕山群山丘陵中，面积约180 km2，平均海拔155 m，库容约40亿m3，平均水深约30 m，有白河和潮河两大入库河流，是北京市最重要的饮用水水源地。属暖温带季风型大陆性半湿润半干旱气候区，四季分明，干湿冷暖变化明显，年均气温13.5 ℃，年均降水量480 mm，降水主要集中在6—9月，无霜期170 d。

2研究方法

2.1水土资源耦合协调评价指标体系

基于2012—2020年北京市国民经济和社会发展统计公报、北京统计年鉴，分析密云水库水源保护区水土资源利用特点，遵循科学性、典型性、可获取性原则，分别从水资源系统和土地资源系统两个方面选取18个指标，构建水土资源耦合协调评价指标体系，并采取最小-最大极值标准化法对评价指标数据进行归一化处理，运用熵值法确定各指标权重[8]，见表1。

2.2水土资源耦合协调度评价

水土资源耦合协调度模型分为耦合度和耦合协调度，耦合度指多个系统之间相互作用关系，耦合协调度指多个系统或系统要素之间相互作用过程中的耦合程度[9]，计算公式分别为O=2X1×X2X1+X2212（1）

D=O×12X1+12X212（2）

X1=1n∑ni=1Si×Wi（3）

X2=1m∑mj=1Sj×Wj（4）式中：O为水土资源耦合度；D为水土资源耦合协调度；X1、X2分别为水资源、土地资源评价指数；Si为第i个归一化处理后的水资源评价指标年均值；Wi为第i个水资源评价指标权重；n为水资源评价指标数；Sj为第j个归一化处理后的土地资源评价指标年均值；Wj为第j个土地资源评价指标权重；m为土地资源评价指标数。

为表征水土资源耦合协调程度，对计算得到的水土资源耦合协调度进行区间分类，总体上分为协调类和失调类[10]， 王磊等：北京市密云水库水土资源耦合协调度分析具体见表2。

3结果与分析

3.1密云水库水资源变化特征

2012—2020年密云水库水资源评价指标变化见表3。由表3可知，2012—2020年密云水库水资源总量呈先下降后快速上升的趋势，尤其是在2018年后呈跳跃式增长，水资源总量在2020年最多，在2016年最少；总用水量整体呈下降趋势，2012年总用水量最多，2020年总用水量最少。在用水结构方面，整体呈农业用水量＞生活用水量＞生态环境用水量＞工业用水量的格局，其中2012—2020年农业用水量明显下降，生态环境用水量和生活用水量呈增加趋势，工业用水量波动下降，节能环保支出呈明显增加趋势，生活污水集中处理率保持平稳上升。

水资源开发利用率是指开发利用的水资源量（包括农业用水、工业用水、生活用水和生态环境用水）与水资源总量的比值，可以反映该区域的水资源开发程度，也能在一定程度上表征区域社会经济发展与水资源开发是否协调，是表征区域或流域是否健康发展的重要指标。2012—2020年密云水库水资源开发利用率见图1，可知其整体呈下降趋势，在2012—2016年比较平稳，2015—2016年急剧升高，2016—2020年快速下降。2016年密云水库水资源开发利用率最高，达到了29.35%，这与2015年密云水库开始南水北调反向输水有关；2020年密云水库水资源开发利用率最低，只有5.84%，这与密云水库水资源总量不断增加和政府、群众的保水意识逐步提高有关。密云水库水资源开发利用率与健康状况可表现为：水资源开发利用率大于45%为较差状态，35%～45%为中等健康状态，小于35%为健康状态[11-12]。2012—2020年密云水库水资源开发利用一直处于健康状态。

3.2密云水库土地资源变化特征

2012—2020年密云水库土地资源评价指标变化见表4。由表4可知，2012—2020年森林覆盖率和林木绿化率不断增加，2020年密云水库森林覆盖率达65.05%，林木绿化率达73.25%；2012—2020年水土流失面积显著下降，2020年水土流失面积相比于2012年减少了60.16%，水土流失治理面积呈先增加后减少的趋势，这与退耕还林（草）政策的实施、水土流失治理工程和小流域综合治理工程的不断推进有关。2012—2020年耕地面积和人均耕地面积减少，建设用地面积增加，且主要变化均发生在2013—2014年，房屋竣工面积呈先上升后下降的趋势。

3.3密云水库水土资源耦合协调度

2012—2020年，密云水库水资源评价指数稳步提升，土地资源评价指数逐步下降，水土资源耦合度和协调度整体比较平稳，协调程度总体处于中级失调（见表5和图2）。总体来看，密云水库水资源与土地资源开发利用处于相反的发展趋势，在水资源保护取得成效的同时一定程度上忽视了土地资源的保护，水土资源耦合协调度整体处于较低水平。

（1）水资源评价指数。2012—2020年密云水库水资源评价指数从0.077增加到0.260，增长了近2.4倍，且呈不断增长趋势，表明虽然随着城市化进程的加快，各方面水资源需求不断增加，但是密云水库持续采取的水资源保护和治理措施成效显著，使得水资源开发利用处于健康水平。

（2）土地资源评价指数。2012—2020年密云水库土地资源评价指数变化可分为两个阶段：一是2012—2014年土地资源评价指数显著下降，原因可能是2014年北京市遭遇特大暴雨，水库需水量大幅增加导致土地面积大幅减少；二是2015—2020年土地资源评价指数略有上升之后持续下降，总体指数偏低，表明密云水库土地资源开发强度过高，土地资源保护不足。

（3）水土资源耦合度。2012—2020年密云水库水土资源耦合度呈先上升后下降的变化趋势，2012—2016年水土资源耦合度不断增加，表明在城市化发展中水资源和土地资源开发利用程度是相符的，开发利用强度比较合理；2016—2020年水土资源耦合度不断下降，尤其是2020年水土资源耦合度较低，表明密云水库土地资源开发已逐渐超过水资源承载能力。

（4）水土资源耦合协调度。2012—2020年密云水库水土资源耦合协调度整体处于中级失调状态，协调度变化比较平稳，但整体上略有下降。密云水库库区面积大，降水量较少，土壤侵蚀量大，坡耕地水土流失严重，生态系统涵养水源、保持水土、调节水土资源的能力较差，土地资源开发利用已超过水资源承载能力，现状不容乐观，需要相关部门高度重视水土资源保护工作，制定科学合理、全面可行的保护措施。

4讨论与结论

本研究基于密云水库实际情况，从水资源和土地资源两个方面共选择了18个评价指标，构建了水土资源耦合协调评价指标体系，分析2012—2020年密云水库水土资源开发利用程度和相互作用关系。结果表明：2012—2020年密云水库水资源总量呈增长趋势，尤其是在2018年后呈跳跃式增长，总用水量不断减少，用水结构比较合理，水资源开发利用处于健康状态；森林覆盖率和林木绿化率显著增加，水土流失治理面积呈先增加后减少的趋势，水土流失面积明显减少，耕地面积减少，建设用地面积增加；密云水库水土资源耦合协调度保持平稳，整体处于中级失调，土地资源开发利用已超过水资源承载能力，需引起高度重视，及时采取科学有效的水土资源保护措施。

虽然本研究分析了密云水库水土资源在社会经济快速发展中的耦合协调状况，但是缺少对水土资源驱动因素及其影响机制的深入研究，下一步应综合考虑水土资源的影响因子，并对水资源和土地资源的供需关系开展进一步研究，构建更详细、更全面的水土资源综合评价指标体系，加强水土资源耦合协调研究的深度和广度，为指导水土资源的科学合理开发利用提供数据支撑。

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［作者简介］ 王磊（1993—），男，甘肃庆阳人，助理研究员，博士研究生，研究方向为农业面源污染治理；通信作者安志装（1969—），男，河南商丘人，研究员，博士，研究方向为农业面源污染治理。

［收稿日期］ 2022-06-01

（责任编辑李佳星）