基于耦合模型的水生態(tài)環(huán)境與區(qū)域經(jīng)濟協(xié)同發(fā)展研究

朱永安

摘要：為研究水環(huán)境和區(qū)域經(jīng)濟的協(xié)同發(fā)展，將河北省1998—2016年相關(guān)數(shù)據(jù)作為研究基礎(chǔ)，并基于DPSIR模型中響應(yīng)、狀態(tài)與驅(qū)動力維度篩選指標(biāo)，構(gòu)建水環(huán)境DSR體系與經(jīng)濟DSR體系，借助熵權(quán)值法獲得系統(tǒng)的綜合評價值及權(quán)重值，對經(jīng)濟變化與水環(huán)境評價進行簡單分析，同時對兩者耦合協(xié)調(diào)度情況進行探討，最后提出幾點水環(huán)境優(yōu)化建議。

關(guān)鍵詞：耦合模型;水生態(tài)環(huán)境;區(qū)域經(jīng)濟

中圖分類號：F062.2? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A

水生態(tài)環(huán)境會直接影響人類生存情況與發(fā)展情況，與區(qū)域經(jīng)濟屬于相輔相成關(guān)系。為保護水生態(tài)環(huán)境，通過構(gòu)建模型等方式，對區(qū)域經(jīng)濟和水生態(tài)環(huán)境進行評價，研究促進區(qū)域經(jīng)濟和水生態(tài)環(huán)境協(xié)同發(fā)展措施。

1 DPSIR模型

DPSIR模型能夠?qū)Νh(huán)境系統(tǒng)因素因果關(guān)系和復(fù)雜性進行準(zhǔn)確描述。模型主要由壓力、狀態(tài)、響應(yīng)、驅(qū)動力及影響五方面構(gòu)成[1]。水環(huán)境狀態(tài)改變對水生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，使人類在水環(huán)境方面產(chǎn)生直接響應(yīng)或是間接響應(yīng)，并作用于狀態(tài)、壓力及驅(qū)動力中，以此保證反饋鏈平衡，實現(xiàn)水環(huán)境與人類社會和諧發(fā)展。

2 評價指標(biāo)

2.1 水環(huán)境指標(biāo)

以DPSIR模型為基礎(chǔ)，結(jié)合水環(huán)境系統(tǒng)構(gòu)建DSR，根據(jù)該指標(biāo)框架，經(jīng)濟發(fā)展驅(qū)動力會對水環(huán)境健康發(fā)展產(chǎn)生一定影響，引發(fā)水環(huán)境狀態(tài)變化，這些指標(biāo)會對經(jīng)濟活動產(chǎn)生直接影響，促使人類通過響應(yīng)措施對水環(huán)境進行優(yōu)化。響應(yīng)是指經(jīng)濟活動在水環(huán)境中的體現(xiàn)，所采取水環(huán)境優(yōu)化的措施，提出優(yōu)化水環(huán)境狀況的思路。比如，黨中央提出“新五化”要求，明確要求水資源利用、水環(huán)境利用等內(nèi)容，屬于間接驅(qū)動力，如圖1所示。

3 評價模型和綜合評價指確定

3.1 矩陣構(gòu)建

將t作為研究時間段，n作為指標(biāo)數(shù)量，進行n×t矩陣構(gòu)造，對于xij集合，設(shè)定為X，xij為第i項指標(biāo)，第j年數(shù)據(jù)，j=1，…，t，i=1，…，n。

3.2 指標(biāo)變換與歸一化

開展系統(tǒng)評價時，處理低優(yōu)指標(biāo)和高優(yōu)指標(biāo)，以保證各個指標(biāo)間趨向性良好，方便模型統(tǒng)一及分析[3]。

在xij為正功效的情況下，yij=? ? ? ? ? ?，其中，yij

為系統(tǒng)研究功效貢獻值;minij是xi集合中各個指標(biāo)下限值，maxij是xi集合中各個指標(biāo)上限值。對于yij集合，是功效矩陣，設(shè)定為Y。采用歸一化形式處理矩陣Y，將處理指標(biāo)設(shè)定為集合P。Pij是第i項指標(biāo)，第j年凈化值，并且Pij∈[0，1]。

3.3 計算指標(biāo)權(quán)重

若是一個指標(biāo)在設(shè)定時間段中不同年份數(shù)據(jù)差異性、隨機性及無序程度越大，表明系統(tǒng)評價中該指標(biāo)權(quán)重越大[4]。見式（1）。

表2為經(jīng)濟指標(biāo)權(quán)重值。水環(huán)境指標(biāo)的熵值計算方法和思路，與經(jīng)濟指標(biāo)計算相同，由于篇幅限制，此處省略。

3.4 確定評價值

通多對評價值和對應(yīng)權(quán)重值乘積進行求和處理技能獲得該指標(biāo)第j年綜合評價值，設(shè)定為Gj。隨著指標(biāo)權(quán)重值增加，其對研究體系的影響程度也會隨之增加，反之影響程度減小。

4 結(jié)果分析

4.1 水環(huán)境系統(tǒng)評價

通過計算獲得水環(huán)境的綜合評價值，設(shè)定為GS，如圖2所示。

可以發(fā)現(xiàn)，河北省水環(huán)境的綜合評價值呈現(xiàn)增長趨勢，表明水環(huán)境朝著良好方向發(fā)展。1998—2002年，水環(huán)境評價指數(shù)發(fā)生較大波動，在0.3391左右不斷調(diào)整。之后評價值持續(xù)上升，2016年已經(jīng)達到0.7746。見表3，本研究所確定的等級特征、等級標(biāo)準(zhǔn)及綜合指標(biāo)值[5]。

水環(huán)境GS呈現(xiàn)逐年上升趨勢，并通過此種良好態(tài)勢，可以預(yù)測水環(huán)境質(zhì)量等級將在近年上升到優(yōu)級。1998—2005年，GS為差等級，政府與群眾開始重視水環(huán)境保護，并通過一系列環(huán)境修復(fù)與水利工程等改善水環(huán)境。

2001—2015年，GS環(huán)比指數(shù)每年增長1.0593左右，增長幅度達到5.933 7%。將2000年作為基準(zhǔn)期，定基指數(shù)均值在1.3439左右，年均增長幅度達到34.3948%，并且驅(qū)動力指標(biāo)貢獻率在31.0767%左右，狀態(tài)指標(biāo)值和GS變化基本相同。XX1和XX2貢獻率趨勢在迅速觸底之后，徘徊于15%左右。

水環(huán)境評價中驅(qū)動力、響應(yīng)及狀態(tài)的變化是，2003年之后，響應(yīng)指標(biāo)在貢獻率方面呈現(xiàn)上升趨勢，2005—2006年，響應(yīng)指標(biāo)與狀態(tài)指標(biāo)在貢獻率方面進行此消彼長的調(diào)整之后，使響應(yīng)指標(biāo)變?yōu)橹饕蛩?。其后在貢獻率方面，相應(yīng)>狀態(tài)>驅(qū)動力。GS提升主要是基于響應(yīng)指標(biāo)拉動，在群眾、政府及企業(yè)等水環(huán)境主體共同作用下，污水處理率及水環(huán)境利用率等指標(biāo)得到有效優(yōu)化。

4.2 經(jīng)濟評價

設(shè)定經(jīng)濟的綜合評價值為GH，呈現(xiàn)逐年上升趨勢，變化率在19.24%左右。GH變化主要有3個階段：①1998—2003年，GH穩(wěn)步增長，增長率在16.223 4%左右。②2004—2010年，GH波動幅度較大。③2010年之后，GH變化率在9.368 2%左右。主要表現(xiàn)為前期增長快速，后期增長穩(wěn)定。

5 耦合分析

對于耦合，主要為不同系統(tǒng)之間借助一定作用，對彼此影響進行聯(lián)合的現(xiàn)象。耦合將決定系統(tǒng)達到臨界區(qū)域之后的結(jié)構(gòu)走向，充分將子系統(tǒng)關(guān)系特征體現(xiàn)出來，對不同子系統(tǒng)相互影響與依賴契合性進行充分強調(diào)。描述各個子系統(tǒng)關(guān)系的特征指標(biāo)為耦合度。雖然耦合度可以對子系統(tǒng)協(xié)調(diào)情況進行反映，然而無法對其發(fā)展層次加以反映，因此，需要結(jié)合協(xié)調(diào)度確定子系統(tǒng)協(xié)調(diào)度。見下式：

其中，M是綜合調(diào)和指數(shù);D為協(xié)同度，取值為[0，1];C為耦合度，取值為[0，1];α是水生態(tài)子系統(tǒng)待定系數(shù)，β是經(jīng)濟子系統(tǒng)代行系數(shù)，本研究中均取0.5;q是總系統(tǒng)中子系統(tǒng)數(shù)量，本研究中q=2，見表4。

總系統(tǒng)優(yōu)質(zhì)耦合度無法代表經(jīng)濟與水環(huán)境子系統(tǒng)內(nèi)容、協(xié)同目標(biāo)等，需要對協(xié)調(diào)度進行深入研究。通過表4數(shù)據(jù)能夠發(fā)現(xiàn)，兩者協(xié)同度存在明顯差異。其協(xié)同度在0.34799～0.93041范圍內(nèi)，呈現(xiàn)逐年上升趨勢。

本文確定了D值標(biāo)準(zhǔn)：①在0～0.35范圍內(nèi)，代表系統(tǒng)為協(xié)同失調(diào);②在0.35～0.60范圍內(nèi)，代表系統(tǒng)為協(xié)同過渡;③在0.60～0.80范圍內(nèi)，代表系統(tǒng)為中度協(xié)同;④在0.80～0.95范圍內(nèi)，代表系統(tǒng)為高度系統(tǒng)。水環(huán)境與經(jīng)濟協(xié)同度呈現(xiàn)出協(xié)同過渡、中度協(xié)同、高度協(xié)同發(fā)展趨勢。其中，1999—2005年是低度協(xié)同。2006—2011年是中度協(xié)同，2012年之后是高度協(xié)同。

6 建議

（1）在水資源保護、節(jié)約、排泄、治理及開發(fā)利用等方面應(yīng)該進行統(tǒng)一管理，保證功能得到充分發(fā)揮。

（2）對當(dāng)?shù)厮鷳B(tài)、水資源條件進行充分反映，合理制定水環(huán)境整治、規(guī)劃方案。開展工程設(shè)計工作時，應(yīng)該注意水陸和諧、水系相同等，環(huán)境保護優(yōu)先。開展工程建設(shè)時，應(yīng)該保證水始終是自然循環(huán)的狀態(tài)，以減少工程建設(shè)在水環(huán)境方面產(chǎn)生的影響。

（3）將水環(huán)境需求管理作為主要目標(biāo)，提升管理效率，提高用水效益與效率，進行集約式發(fā)展。

（4）開展水環(huán)境治理工作時，應(yīng)該創(chuàng)新、集成水環(huán)境修復(fù)技術(shù)。

（5）構(gòu)建水環(huán)境檢測系統(tǒng)以檢測生物量、生境、底泥、水文、水質(zhì)、水量、水生物等。為水環(huán)境變化研究，制定環(huán)境保護措施等提供數(shù)據(jù)保障。

參考文獻

[1] 林燕，韓雅敏，孟璐.基于耦合模型的武威市農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展研究[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2018，38（2）：156-158.

[2] 張翠燕，孫傳國，王鵬程.基于耦合模型的新疆農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展研究[J].塔里木大學(xué)學(xué)報，2016，28（1）：49-55.

[3] 張憶君，馬駿.基于耦合模型的蘇北地區(qū)生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展研究[J].環(huán)境科技，2016，29（3）：11-15.

[4] 張英.基于耦合模型的水生態(tài)環(huán)境與區(qū)域經(jīng)濟協(xié)同發(fā)展研究[J].水利與建筑工程學(xué)報，2019，29（4）：213-214.

[5] 江波，林濤，李佳成，等.喀斯特地區(qū)生態(tài)環(huán)境與區(qū)域經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展研究及預(yù)測分析[J].綠色科技，2017，8（22）：161-165.