辽宁省水资源与城镇化系统的耦合发展态势研究_徐晓琳.pdf

：辽辽宁宁省省水水资资源源与与城城镇镇化化系系统统的的耦耦合合发发展展态态势势研研究究徐晓琳（清原满族自治县水资源管理中心，辽宁 抚顺）摘要城镇化进程既会加剧水污染程度和增加水资源耗用量，也有利于提高水资源利用效率。通过合理构建水资源与城镇化系统指标体系以及动态耦合模型，研究分析了辽宁省水资源与城镇化系统的协调发展态势。结果表明：年间，辽宁省水资源系统演化呈波动性特征，而城镇化系统有上升趋势，两系统的发展演化不同步，先后经历协调、极限、再协调 个动态耦合发展阶段，相互影响程度整体呈“倒 型”变化趋势。为有效控制水环境污染，提出发展高新技术、注重城镇化质量以及放缓城镇化步伐等合理化对策。关键词水资源；城镇化；动态耦合；发展态势；辽宁省中图分类号 文献标识码文章编号 （）收稿日期 作者简介徐晓琳（），女，辽宁抚顺人，工程师，主要从事水利水电、水文与水资源工程管理及水土保持方面工作。近年来，我国经济水平的不断提高在一定程度上加快了城镇化步伐，特别是振兴老工业基地、沿海经济带、沈阳经济区战略的实施，明显推动了辽宁省城镇化进程。统计资料显示，年末辽宁省城镇化率达到 ，其大多数城市的城镇化率高于全国平均水平，然而在经济不断发展和城镇化快速推进的过程中，水资源与城镇化系统依然面临着巨大的相互胁迫压力 。年，辽宁省水资源总量 亿，人均水 资 源 量 ，明 显 低 于 全 国 人 均 水 资 源 量 人和国际公认的 人的严重缺水标准。伴随着人口规模的持续扩大以及城镇化下经济的不断发展，辽宁省水资源缺口持续增加，供需矛盾更加突出。通过研究分析辽宁省水资源与城镇化系统的发展状况以及两者的动态演变态势，这对建设水生态文明城市和破解东北地区水资源难题具有现实意义。本研究利用动态耦合模型，通过分析辽宁省水资源与城镇化系统的相互作用，更加全面客观地反映两者的动态发展态势和相互胁迫程度。研究方法 构建耦合模型从物理学的角度上，耦合就是 个及其以上系统相互影响、作用的现象。考虑到水资源与城镇化系统存在着双向影响且本身就多变复杂，无法利用线性关系合理解释，因此从动态发展的视角，应用系统动力学（）中的演化法研究分析区域水资源与城镇化复合系统的耦合态势。根据相关研究成果建立系统演化方程（公式），再结合运动稳定性不受影响以及一次方程近似系统特征根的性能，按 o 级数在 处展开方程，省去高次项建立近似方程如下：（）（，）（）式中：、分别为系统和时间；、分别为系统 中的要素 以及方程中要素 的影响系数。依据上述理论构建水资源与城镇化系统演化的方程函数，即：（）（）（）（）式中：、分别为城镇化和水资源系统；、分别为城镇化系统中因素 和水资源系统中因素 的影响系数。水资源与城镇化系统之间的相互作用、联系使得系统具备整体性，可将水资源与城镇化系统视为复合系统，系统中的要素（）和（）占据着主导地位。结合一般系统理论，通过要素之间的关系反映复合系统的规律，随着时间变化系统的结构状况发生相应的改变。所以，采用下式计算水资源与城镇化系统的演化速度，即：（）（）（）（）（）（）|（）|（）式中：、分别为城镇化与水资源在复合系统中演化方程；、分别为影响系数；、分别为内外条件作用下两个系统的演变速度。一般地，复合系统遵循 型的周期演化变化规律，可将每个周期内的演化速度 视为水资源与城镇化系统的演化速度函数 （，）。因此，通过一个二维平面（、）上投影、的演化轨迹，可以反映速度 的变化特征。水资源与城镇化两系统的耦合度取、比值反正切函数 （）中的 值，通过分析 值即可反映复合系统的演化规律，也可以明确水资源系统（）与城镇化系统（）的协调发展关系。因此，可以对一个发展周期内的复合 年 月第 卷 第 期 地下水o ，o.系统划分成（低级共生）、（协调发展）、（极限发展）、（螺旋式上升）个阶段，如图。图 耦合发展经历的 个阶段阶段：低级共生期，耦合度取值区间 ，该阶段水资源与城镇化系统均各自发展，相互影响程度和约束限制作用可忽略不计。阶段：协调发展期，耦合度取值区间 ，该阶段城镇化进程加快，水资源与城镇化系统产生相互胁迫作用，开始显现一定矛盾，但不尖锐。阶段：极限发展期，耦合度取值区间 ，该阶段城镇化进程迅速，因水污染问题日趋突出以及水资源有限，两系统矛盾愈演愈烈呈针锋相对态势，用水危机加剧；此时，为防止水系统超出极限导致瓦解崩溃，人们将采取各种有效措施缓解矛盾，促使两系统良性发展达到高级协调阶段。阶段：螺旋上升期，耦合度取值区间 ，该阶段城镇化程度较高，水资源与城镇化系统正向促进达到高级共生水平。表 水资源与城镇化系统耦合发展态势指标与权重系统层准则层指标层权重水资源系统城镇化系统本底条件 开发管理利用效率 污染治理人口城镇化 经济城镇化 社会城镇化 空间城镇化 人均水资源量 万元 城镇供水总量 亿 用水总量 亿 人均用水量 人 供水综合生产能力 万 万元 耗水量 万元 单位工业增加值用水量 万元 单位第一产业增加值用水量 万元 化学需氧量排放量 万 废水排放总量 万 城市污水日处理能能力 万 城镇人口数 万人 城镇人口比总人口 人均 元 人 第三产业占 比重 地区生产总值增长率 医疗卫生机构 个 人均城市道路面积 城市绿地面积 建成区面积 城市人口密度 人 ）构建评价体系考虑到水资源与城镇化系统的动态可变且构成复杂特征，为了更深层次、多角度地分析两个系统的耦合发展态势，借鉴相关研究成果，从污染治理、利用效率、开发管理和本底条件等角度选择水资源系统指标，从空间、社会、经济、人口等角度选择城镇化系统指标，构建的评价体系如表。均方差赋权法研究所用数据来源于 年辽宁省统计年鉴和统计局官网相关资料，为消除不同数量级和量纲差异带来的不可通透性，保证数据的可比性与真实性，有必要对参评指标初始数据进行预处理，再利用均方差法计算相应的权重。对正向（数值越高则耦合发展态势越好）和负向（数值越小则耦合发展态势越差）指标，其初始数据预处理公式为：（）（）（）（）（）（）|（）式中：、分别为第 年参评指标 的初始观测值和标准化处理后数据，利用公式（）处理后的所有指标数据均处于 范围。预处理后，采用下列公式（）（）求解参评指标 的均值、标准差和权重，经计算所有参评指标权重如表。（）（）（）（）（）（）（）（）图 水资源与城镇化系统综合评分值结果与分析 系统综合指标依据表 中的权重和已知数据，计算辽宁省 年水资源与城镇化系统的综合评价值如表，为了更加直观地反映两系统的动态发展态势，将计算结果绘制成图。结果表明，水资源系统发展速度相对于城镇化系统比较缓慢，并且水资源系统具有明显的波动性。年，水资源系统综合评分值增长幅度不明显，间从最初的 波动上升到 ，增长率 ，该变化规律主要与水资源管理能力和利用效率的提升密切有关。如，年辽宁省万元 耗水量 相较于 年末的 减少了 ，并且供水综合生产能力提高近 倍，但发展过程中所造成的污染使得水资源系统发展速度较慢。如，辽宁省 年 末 的 废 水 排 放 总 量 较 年 末 提 高 了 ，所以该地区依然存在着严峻的水污染问题。总体而言，辽宁省水资源与城镇化系统的发展水平具有明显差异，水资源系统的可提升空间较高。从图 可以看出，年辽宁省城镇化进程较第 卷第 期地下水 年 月快，其综合评价值总体呈直线上升趋势，说明该区域取得了显著的城镇化建设效果，年评价值约为 年 倍，这与当地城市空间合理开发、经济快速发展以及城镇人口增多等因素密切相关。例如，年辽宁省城镇人口较 年大约增加了 ，人均 较 年提高了近 倍，建成区面积也明显提高。耦合协调分析根据前文计算数据，非线性你和水资源与城镇化系统，然后利用公式（）（）计算两系统的发展速度，最终关于时间 的发展速度表达式为：|（）采用上式求解出 年辽宁省城镇化与水资源系统的演变速度、，正切实 及其耦合度 数值，如表。为更加直观地描述水资源与城镇化系统的耦合发展态势，将计算结果绘制成图，如图。表 水资源与城镇化系统综合指标值年份水资源系统 城镇化系统 表 水资源与城镇化系统的耦合度年份 结果表明，年辽宁省水资源与城镇化系统的耦合度整体表现出先上升后下降的“倒 型”发展态势。结合耦合度值，将 年两系统的耦合状态可以划分成 个时期。图 水资源与城镇化系统耦合演变特征（）年的协调发展期，该阶段的城镇化发展速度虽然较快，但由于初始水平较低，故城镇化低于水资源系统的综合评分值，水资源系统能够消化吸收城镇发展所带来的不利影响。然而，随着城镇化的持续推进，水资源与城镇化系统的相互胁迫作用开始显现，两系统的耦合度逐渐提高并达到 ，接近 临界值，水资源与城镇化系统之间的矛盾逐渐显露。（）年的极限发展阶段，水资源与城镇化系统的耦合度超过临界值，该阶段的水资源系统无法支撑城镇化的快速推进，城镇化进程所带来的不良影响逐渐显现，水资源发展水平低于城镇化系统，评分值逐渐减小，两系统之间的矛盾愈演愈烈，协调水平开始下降。（）年的协调发展阶段，水资源与城镇化系统的耦合度再次处于 以内，这是因为水资源与城镇化系统产生胁迫作用后，有关部门通过采取有效措施优化处理水资源要素，从而加快了水资源发展速度。通过进一步增强水资源管理能力和利用效率，有效控制水资源污染，不断提升水资源系统水平，逐渐缓解水资源与城镇化系统矛盾，所以再次处于协调发展期。结语本文利用综合评价体系和动态耦合模型，研究评价了辽宁省水资源与城镇化系统的耦合发展态势，主要结论如下：（）年，辽宁省水资源与城镇化系统的发展演化并不同步，前者呈波动发展态势，而后者呈持续快速发展态势，间经历了协调极限再协调的发展变化过程，水资源与城镇化系统耦合度呈“倒 型”。（）为有效控制水环境污染，结合区域实际情况提出以下建议：放缓速度、注重质量，将提高城镇质量作为城镇发展的重点，如优化城镇空间布局、健全社会保障体系、改善生态环境以及整治恢复遭到破坏的水资源；发展科技，减少污染，应通过高新技术减少污染物和污废水排放量，降低对水体的污染，采用节水技术减少水资源使用量，大力发展污水处理技术和重复用水技术，有效处理受污染水体，逐步恢复水生态环境。参考文献李珊珊，马海良，侯雅如 北京市城镇化与水资源系统的动态耦合分析 人民长江 （）：赵良仕，刘思佳，孙才志 黄河流域水 能源 粮食安全系统的耦合协调发展研究 水资源保护 （）：杨晶，金晶，吴泗宗 珠三角地区城市化与生态环境协调发展的动态耦合分析 以珠海市为例 地域研究与开发（）：第 卷第 期地下水 年 月