1、 189 2023 年 第 1 期 黑 龙 江 水 利 科 技 No.1.2023 （第 51 卷）Heilongjiang Hydraulic Science and Technology （Total No.51）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）摘 要：文章通过构建耦合协调度模型和评价指标体系，计算辽宁省 2006-2020 年水资源环境与城市发展的耦合协调关系，在时间序列上分析其相互影响及演变过程。结果表明：辽宁省水资源环境与城市发展的耦合协调关系可以分为 2006 年抗拮阶段、2006-2012 年磨合中级协调阶段和2006-2
2、020年良好协调阶段；总体呈波动增大的变化趋势，耦合水平更高，发展也更加有序。关键词：水资源环境；城市发展；耦合协调；辽宁省中图分类号：TV213.4文件标识码：B0 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 E1185312546、N38434326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
3、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
4、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目标层系统层准则层权重指标层权重属性辽宁省水资源环境与城市发展耦合协调度评价 O水资源环境系统 R水资源压力 R10.333人均水资源占有量 R120.420+年均水资源量 R120.580+水环境压力 R20.333城市年人均用水量 R210.357-城市年人均污水排放量 R
5、220.643-水资源保护 R30.333城市污水处理率 R310.516+城市污水排放达标率 R320.484+收稿时间 2022-12-27作者简介姜东岩（1990-），男，辽宁东港人，工程师，研究方向为水环境监测、水文、水资源、水生态环境。文章编号:1007-7596（2023）01-0189-05DOI:10.14122/ki.hskj.2023.01.030 190 2023 年 第 1 期 黑 龙 江 水 利 科 技 No.1.2023 （第 51 卷）Heilongjiang Hydraulic Science and Technology （Total No.51）续表 1 水
6、资源环境与城市发展耦合协调度评价体系目标层系统层准则层权重指标层权重属性辽宁省水资源环境与城市发展耦合协调度评价 O城市发展经济条件 E10.250人均 GDPE110.200+第三产业产值占比 E120.380+城镇居民可支配收入 E130.204+人均社会消费品零售总额 E140.216+人口规模 E20.250年末常住人口 E210.337+城镇人口占比 E220.270+第三产业从业人口占比 E230.393+城市建设 E30.250人均建成区面积 E310.276+人均城市道路面积 E320.235+人均城市公园绿地面积 E330.220+建成区绿化覆盖率 E340.269+公共事业
7、 E40.250万人拥有卫生技术人员 E410.357+万人拥有高等教育教师人数 E420.190+万人拥有共欧共运营车辆 E430.128+环卫清洁面积 E440.325+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：=)()(minmaxmaxminmaxmin逆向指标正向指标jjjjjjjjjxxxxxxxxZ (1)式
8、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 R1R3、E1E4指标的相对重要程度，结果表明 R1R3重要程度相同，权重值均取 0.333；E1E4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：=21121/1jjjZX (2)=-=21122)(21/1ijjjZZS (3)jjjXSH/2=(4)=njjjjHHW1/(5)式中：jX、2jS代表参
9、评指标 j 标准化后的平均值和标准差；Hj、Wj代表参评指标 j 的变异系数和权重值。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：=211jijjiZWWI (6)=211jijjiZUUI (7)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：2/12)(2+=UIWIUIWIC (8)+=UIWIT (9)CTD=(10)式中：、城市发展系统和水资源环境系统的相对重要度，文中=0.5。191 2023 年 第 1 期
10、 黑 龙 江 水 利 科 技 No.1.2023 （第 51 卷）Heilongjiang Hydraulic Science and Technology （Total No.51）耦合度 C 的取值区间为 01，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 耦合协调程度划分耦合协调度 D取值区间耦合协调程度发展阶段
11、00.3(0.0，0.1)极度失调低水平耦合阶段0.1，0.2)严重失调0.2，0.3)中度失调0.30.60.3，0.4)轻度失调拮抗阶段0.4，0.5)濒临失调0.5，0.6)勉强协调0.60.80.6，0.7)初级协调磨合适应阶段0.7，0.8)中级协调0.81.00.8，0.9)良好协调高水平耦合阶段0.9，1.0)优质协调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。00.10.20.30.40.50.60.70.80.912006 2007 2008 2009
12、2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020年份耦合度D线性(耦合度D)水资源压力指数(a)水资源压力指数00.10.20.30.40.50.60.70.80.912006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020年份耦合度D线性(耦合度D)水资源压力指数(b)水环境压力指数00.20.40.60.811.22006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018
13、 2019 2020年份耦合度D线性(耦合度D)水资源压力指数(c)水资源保护指数图 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
14、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
15、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。192 2023 年 第 1 期 黑 龙 江 水 利 科 技 No.1.2023 （第 51 卷）Heilongjiang Hydraulic Science and Technology （Total No.51）00.20.40.60.811.22006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
16、 2015 2016 2017 2018 2019 2020年份RE线性(R)线性(E)数值图 2 城市发展 E 与水环境系统 R 的变化趋势表 3 水环境系统 R 与市发展 E 的综合指数年份RE20060.44810.128620070.54260.231820080.62100.262520090.69710.361020100.56210.394020110.67120.386220120.68200.396720130.71350.451220140.59880.512920150.59500.557120160.47610.598220170.46120.720520180.57570.766120190.54080.852020200.53100.94182.5 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：拮抗阶段：该时期面临着城市污水处理能力较低、水资