朝陽市水資源社會適應能力與脆弱性耦合關(guān)系分析

全占東

(遼寧省遼陽水文局，遼寧 遼陽 111000)

0 引 言

水資源脆弱性是指受自然災害、人類活動等因素影響，水資源系統(tǒng)受損后其功能和初始狀態(tài)難以恢復的性質(zhì)，這是反映水資源的可持續(xù)發(fā)展能力和基本情況的重要指標。社會適應自然資源短缺的能力就是社會適應能力，社會適應能力與水資源脆弱性之間存在耦合途徑與內(nèi)部關(guān)系，即系統(tǒng)內(nèi)部具備耦合條件[1]。近年來，隨著社會經(jīng)濟發(fā)展與水資源短缺矛盾的不斷加劇，水資源社會適應能力與脆弱性的關(guān)系逐漸成為水文水資源領(lǐng)域研究的熱點。

水資源與人類活動的匹配程度以水資源脆弱性評價為主要依據(jù)，通過設(shè)立約束條件以及增強社會適應能力降低社會經(jīng)濟發(fā)展受水資源制約的壓力，而消極下降或積極提高社會適應能力又能對水資源供需不足緩解或加劇造成影響。人類活動與水資源脆弱性的相互作用關(guān)系引起大多數(shù)研究者的廣泛關(guān)注，如Smit等從系統(tǒng)理論的角度分析了適應能力與適應性、脆弱性間的內(nèi)在聯(lián)系：適應性是減少脆弱性的有效途徑以及適應能力的具體表現(xiàn)，社會經(jīng)濟系統(tǒng)的適應能力越強則脆弱性越低[2]。劉瑜潔等綜合考慮管理壓力、污染壓力、發(fā)展壓力、水資源壓力等因素構(gòu)建脆弱性評價體系，科學分析了京津翼水資源系統(tǒng)受人類管理活動影響下的脆弱性，通過適應性管理有利于改善水資源的脆弱性；職璐爽等從流域和行政區(qū)域的層次上提出有效降低水資源脆弱性的策略，如利用科技提高用水效率、建設(shè)智慧水務系統(tǒng)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)改革等社會適應性對策。劉曉敏等篩選出人均用水量、人均水資源量、人口密度和萬元GDP用水量等社會經(jīng)濟脆弱性指標，產(chǎn)水模數(shù)和降水量等自然環(huán)境脆弱性指標，并經(jīng)濟發(fā)展與水資源利用主要取決于水資源脆弱性程度[2-5]。總體而言，社會適應能力與水資源脆弱性之間存在密切聯(lián)系。因此，研究朝陽市社會適應能力與水資源脆弱性之間的耦合關(guān)系，對緩解經(jīng)濟、社會與資源間的矛盾具有重要意義。

1 區(qū)域概況

朝陽市地處遼寧西部，屬于北溫帶大陸性季風氣候，具有降水偏少、光照充足、雨熱同季等特點。境內(nèi)丘陵、山川、平原交錯分布，主要有青龍河、小凌河、老哈河、大凌河4大水系，其中流域面積>100km2的河流69條，總長度2560km，地表徑流量13.22億m3，集水面積19777km2。朝陽市年均降水量450-580mm，受地形條件和自然環(huán)境等因素限制，降水時空分布差異較大，主要分布在6-8月，部分河流易發(fā)生洪澇災害，而其他時段持續(xù)晴熱少雨，各地又面臨著一定程度的干旱，特別是近幾年，全市遭受少有的干旱災害，持續(xù)時間長，災情強度大，作物受災減產(chǎn)，經(jīng)濟損失慘重。

2 耦合協(xié)調(diào)度模型

系統(tǒng)耦合是指在特定條件和介質(zhì)作用下兩個或多個系統(tǒng)耦合形成新系統(tǒng)的演化過程，而耦合是指多要素或系統(tǒng)之間的良性循環(huán)、恰當配合關(guān)系[6-7]。常玉苗等從水環(huán)境治理、城市生態(tài)經(jīng)濟和水資源3個方面構(gòu)建耦合協(xié)調(diào)度模型，通過評價城市生態(tài)與水資源環(huán)境的耦合度，為優(yōu)化兩者的相互關(guān)系提供決策依據(jù)；喻笑勇等構(gòu)建適用于水資源充沛地區(qū)的協(xié)調(diào)發(fā)展度模型，并定義經(jīng)濟社會與水資源耦合度為經(jīng)濟社會水平和水資源綜合水平各要素的相互影響程度，對其完成耦合分析和定量計算。所以，文章利用耦合協(xié)調(diào)度模型計算分析了朝陽市社會適應能力與水資源脆弱性的耦合作用關(guān)系[8-9]。

2.1 指標體系

文章綜合考慮現(xiàn)有研究成果，遵循評價結(jié)果可比性、數(shù)據(jù)可獲取性和代表性等原則構(gòu)建朝陽市社會適應能力和水資源脆弱性評價體系，如表1所示。其中，社會適應能力主要考慮資源環(huán)境、經(jīng)濟、社會等因素，水資源脆弱性注重考慮社會、人為、自然等影響因素[10]。

表1 社會適應能力和水資源脆弱性評價體系

2.2 數(shù)據(jù)來源

以2013-2020年國家統(tǒng)計局地區(qū)年度數(shù)據(jù)、《水資源公報》和《統(tǒng)計年鑒》等資料提取各指標數(shù)據(jù)，采用公式計算難以直接獲取的有關(guān)數(shù)據(jù)。

2.3 計算方法

針對各項評價指標權(quán)重利用改進熵權(quán)法計算，該方法能夠有效避免和減少主觀判斷引起的誤差，因具有較強的客觀性保證了評價結(jié)果的科學性和準確性。參評指標綜合指數(shù)、耦合度及其協(xié)調(diào)度計算步驟如下：

步驟1：標準化處理。將所有參評指標初始數(shù)據(jù)利用極差標準化法進行預處理，正向和負向指標的標準化公式為：

(1)

(2)

式中：xij、rij為標準化處理前、后評價對象i關(guān)于參評指標j的數(shù)值；ximax、ximin為評價指標j的最大和最下數(shù)值。

步驟2：權(quán)重與綜合指數(shù)計算。采用下式計算各參評指標權(quán)重以及水資源脆弱性、社會適應能力值，即：

(3)

(4)

(5)

步驟3：協(xié)調(diào)度計算。結(jié)合上述計算結(jié)果，利用下式計算耦合度，即：

(6)

T=αf(x)+βg(y)

(7)

(8)

式中：C、D、T為協(xié)調(diào)度、耦合協(xié)調(diào)度、社會適應能力與水資源脆弱性協(xié)調(diào)發(fā)展水平；k為調(diào)節(jié)系數(shù)，其取值區(qū)間為2-5，文中取2；α、β為待定系數(shù)，文中α=β=0.5。

耦合協(xié)調(diào)度D值越大則社會適應能力與水資源脆弱性的協(xié)調(diào)性越好，結(jié)合朝陽市社會適應能力和水資源脆弱性實際情況按表2劃分耦合協(xié)調(diào)等級。

3 結(jié)果與分析

3.1 耦合協(xié)調(diào)度

根據(jù)公式(1)-(3)計算所有參評指標權(quán)重如表3所示，然后利用公式(4)-(8)計算社會適應能力綜合指數(shù)g(y)、水資源脆弱性綜合指數(shù)f(x)、協(xié)調(diào)度C、耦合協(xié)調(diào)度D、社會適應能力與水資源脆弱性協(xié)調(diào)發(fā)展水平T，將2013-2020年朝陽市社會適應能力與水資源脆弱性綜合評價值按照耦合協(xié)調(diào)等級排序，如表4所示。

表2 耦合協(xié)調(diào)等級

表3 研究期間各項評指標權(quán)重

表4 協(xié)調(diào)度與耦合協(xié)調(diào)度評價結(jié)果

3.2 結(jié)果分析

1)綜合評價值。結(jié)合社會適應能力與水資源脆弱性耦合協(xié)調(diào)度計算結(jié)果繪制綜合評價值的時間變化曲線，如圖1所示。

圖1 綜合評價值隨時間變化曲線

從圖1可以看出，2019年朝陽市水資源脆弱性綜合評價值f(x)最高，2017年達到最小，其中地下水資源量和降水量是影響區(qū)域水資源脆弱性的主要因素。結(jié)合相關(guān)資料，與其他年份相比2019年朝陽市地下水資源最小，其降水量較2017年減少16.25%，因此水資源脆弱性較高，而2017年降水量明顯高于其他年份，使得脆弱性評價值較低。在水資源脆弱性評價體系中地下水資源量和降水量權(quán)重較大，這表明干旱地區(qū)水資源脆弱性主要取決于當?shù)厮Y源稟賦條件和降雨條件。

2020年朝陽市社會適應能力綜合評價值g(x)最大，2015年達到最小。2013-2020年朝陽市城鎮(zhèn)化率從最初的51.48%快速增長到69.72%，上升幅度達到35.43%，同期人口規(guī)模也呈增加趨勢，在很大程度上促進了社會集中治理能力和資源集聚程度的提升，這兩個因素的明顯增加也是導致2020年社會適應能力評價值較高的重要原因。2015年朝陽市極端天氣頻繁，氣候環(huán)境異常，短歷時暴雨、強降雨頻發(fā)，降雨時空分布不均引起局部洪澇災害，造成巨大經(jīng)濟損失，在2014-2015年人均GDP值下降幅度最大，這是導致2015年社會適應能力評價值較小的主要原因。此外，在社會適應能力方面人均GDP、城鎮(zhèn)化率和人口密度權(quán)重相對較大。

2)協(xié)調(diào)度。社會適應能力與水資源脆弱性的綜合水平具有支撐兩者協(xié)調(diào)發(fā)展的功能，即兩者的協(xié)調(diào)發(fā)展度取決于兩個系統(tǒng)的綜合水平。從表4可以看出，研究期間朝陽市社會適應能力與水資源脆弱性協(xié)調(diào)度總體達到初級、中級、良好、優(yōu)質(zhì)4個耦合階段，其中2014年、2016年、2018年、2020年達到優(yōu)質(zhì)耦合，耦合度值處于0.9-1.0范圍，說明該時段的社會適應能力與水資源脆弱性具有較好的耦合關(guān)系，兩者彼此協(xié)調(diào)。2015年達到初級耦合，表明當年社會適應能力發(fā)展程度與水資源脆弱性具有較大差別，2014-2016年社會適應能力綜合值存在較大的變化區(qū)間，最小值出現(xiàn)在2015年，表明社會適應能力與水資源脆弱性的協(xié)調(diào)關(guān)系出現(xiàn)明顯改變，并且2015年人均GDP最小在一定程度上抑制了兩者的協(xié)調(diào)發(fā)展，所以社會適應能力促進協(xié)調(diào)發(fā)展的作用有限。

2018年和2020年總體達到雙優(yōu)極度耦合，雖然這兩年的地下水資源量偏少、年降水量較低等水資源條件較差，但單位面積農(nóng)田灌溉用水量、萬元GDP和萬元工業(yè)增加值用水量均呈顯著下降趨勢，即水資源利用效率的提高在很大程度上緩解了水資源脆弱程度。同時，2018年和2020年的社會社會適應能力綜合值較高，社會經(jīng)濟發(fā)展以及社會適應能力增強，兩者相互促進、相互協(xié)調(diào)，共同發(fā)揮積極作用，促進用水效率的不斷提高。

3)耦合協(xié)調(diào)度。從表4可以看出，2013-2020年朝陽市社會適應能力與水資源脆弱性耦合協(xié)調(diào)度處于瀕臨失調(diào)衰退、勉強耦合、初級耦合、中級耦合、良好耦合、優(yōu)質(zhì)耦合等6個發(fā)展階段。2015年，朝陽市洪澇災害頻發(fā)，氣候條件異常，自然環(huán)境在一定程度上限制了社會資源的積極作用的發(fā)揮，加之當年萬元GDP用水量較大對進一步提升社會適應能力造成影響，水資源利用效率下降以及水資源供需矛盾急劇，兩者耦合協(xié)調(diào)度較低，從而導致社會適應能力與水資源脆弱性出現(xiàn)瀕臨失調(diào)衰退的情況。2018-2020年耦合協(xié)調(diào)度處于優(yōu)質(zhì)發(fā)展狀態(tài)，這三年的水資源較不脆弱，綜合指數(shù)較高，而人均GDP、人口密度、自然增長率和城鎮(zhèn)化率權(quán)重也較大，加之經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，為制定節(jié)水技術(shù)創(chuàng)造了有利條件，兩者發(fā)揮促進作用共同推動社會經(jīng)濟與水資源的協(xié)調(diào)發(fā)展[11-12]。

4 結(jié) 論

1)2013-2020年朝陽市水資源脆弱性總體呈下降趨勢，2020年朝陽市社會適應能力綜合評價值最大，2015年達到最??；研究期間朝陽市社會適應能力與水資源脆弱性協(xié)調(diào)度總體達到初級、中級、良好、優(yōu)質(zhì)4個耦合階段，隨著配水措施的制定以及節(jié)水技術(shù)的發(fā)展，在相互適應實現(xiàn)耦合上朝陽市水資源利用與經(jīng)濟社會發(fā)展水平有進步改善的空間。

2)2013-2020年朝陽市社會適應能力與水資源脆弱性耦合協(xié)調(diào)度處于瀕臨失調(diào)衰退、勉強耦合、初級耦合、中級耦合、良好耦合、優(yōu)質(zhì)耦合等6個發(fā)展階段，表明區(qū)域社會適應能力與水資源利用之間舉報不協(xié)調(diào)關(guān)系，為了降低水資源脆弱性應重視提高節(jié)水意識、實行合理管理政策，最大程度的實現(xiàn)社會適應能力與水資源脆弱性的優(yōu)質(zhì)耦合，未來仍需進一步加強兩者的相互協(xié)調(diào)發(fā)展。