小流域經(jīng)濟-環(huán)境-社會系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展評價研究

張 欣，郭建英，張鐵鋼，楊振奇

(水利部 牧區(qū)水利科學(xué)研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

水源和土壤使流域這一地理單元成為人類文明發(fā)育的搖籃[1]，但自工業(yè)時代以來，以經(jīng)濟利益最大化為發(fā)展目標(biāo)，資源掠奪式的開采以及過度的工農(nóng)業(yè)活動使流域環(huán)境問題不斷顯現(xiàn)，反過來制約了經(jīng)濟社會的發(fā)展。伴隨著不合理的社會活動的開展，水源、土壤兩大環(huán)境要素不斷被破壞，大小流域普遍出現(xiàn)水土流失、生態(tài)系統(tǒng)退化等生態(tài)環(huán)境問題，開展流域治理刻不容緩。

目前，關(guān)于可持續(xù)流域治理的研究多集中于較大流域，如黃河流域[2]、金沙江流域[3]等。相比之下，對于小流域經(jīng)濟-環(huán)境-社會系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的研究較少，且缺少系統(tǒng)化分析。從全國來看，小流域治理成效顯著，各省、市、自治區(qū)開展重點治理的小流域多達(dá)0.7萬條[4]，而對小流域治理工程評價體系的構(gòu)建并未跟進，如何對經(jīng)濟-環(huán)境-社會系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顩r進行合理的評價和度量成為當(dāng)前緊迫的研究課題。內(nèi)蒙古克什克騰旗大東溝小流域，是典型的受社會生產(chǎn)生活活動影響的區(qū)域，生態(tài)環(huán)境惡化、水土流失嚴(yán)重，已嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展和人民生活質(zhì)量，當(dāng)?shù)卣八姓块T長期堅持對大東溝小流域進行治理，取得了一定成效。本研究以克什克騰旗大東溝小流域為研究對象，通過現(xiàn)狀調(diào)查，選取反映經(jīng)濟-環(huán)境-社會協(xié)調(diào)發(fā)展的主要指標(biāo)，采用主成分分析與回歸分析相結(jié)合的綜合評價方法，對大東溝小流域經(jīng)濟-環(huán)境-社會系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展進行評價。

1 研究區(qū)概況

大東溝小流域位于克什克騰旗的東南部，總面積720 hm2，屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，冬季寒冷干旱，夏季炎熱多雨。年均氣溫3.4 ℃，無霜期110 d，年日照時數(shù)約3 100 h；年均降水量380 mm，降水集中在夏季，年均蒸發(fā)量約1 620 mm；年均風(fēng)速2.4 m/s，大風(fēng)日數(shù)70 d，其中沙塵暴日數(shù)大約30 d[5]。該區(qū)域土壤多為輕壤及砂壤土，有機質(zhì)含量為5%～8%，土壤非常貧瘠。根據(jù)資料，2012年小流域中度以上侵蝕面積為489.9 hm2，截至2020年水土流失治理率達(dá)73%。

2 評價指標(biāo)體系

大東溝小流域?qū)俚蜕角鹆陞^(qū)，自然條件復(fù)雜，在對其生態(tài)環(huán)境及經(jīng)濟社會現(xiàn)狀進行調(diào)查的基礎(chǔ)上，分別從經(jīng)濟、環(huán)境和社會三方面進行綜合分析，并從中選取有代表性、全面性、整體性、科學(xué)性、可操作性、獨立性的量化指標(biāo)，構(gòu)建大東溝小流域經(jīng)濟-環(huán)境-社會系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展評價指標(biāo)體系，見圖1。

圖1 大東溝小流域經(jīng)濟-環(huán)境-社會系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展評價指標(biāo)體系

3 評價方法

本研究評價方法為主成分分析法及回歸分析法，具體計算過程如下：

(1)根據(jù)指標(biāo)選取原則，選取大東溝小流域經(jīng)濟發(fā)展指標(biāo)以及環(huán)境改善指標(biāo)。

按照方差累計貢獻(xiàn)率≥85%的原則，求出某指標(biāo)i前m個主成分的發(fā)展水平Fi，其計算公式為

(1)

則經(jīng)濟或環(huán)境系統(tǒng)綜合發(fā)展水平F的計算公式為

(2)

(3)協(xié)調(diào)度的計算。對經(jīng)濟、環(huán)境系統(tǒng)的綜合發(fā)展水平進行回歸分析，得出兩者之間的擬合方程，然后將經(jīng)濟、環(huán)境系統(tǒng)各年份的綜合發(fā)展水平值代入相應(yīng)的擬合方程，得到經(jīng)濟、環(huán)境系統(tǒng)各年份的協(xié)調(diào)值F′。評價這兩個子系統(tǒng)的狀態(tài)協(xié)調(diào)度U的計算公式為

(3)

式中：s2為經(jīng)濟、環(huán)境系統(tǒng)綜合發(fā)展水平的方差。

反映經(jīng)濟系統(tǒng)(i)與環(huán)境系統(tǒng)(j)間協(xié)調(diào)發(fā)展程度的靜態(tài)協(xié)調(diào)度Cs(i,j)計算公式為

Cs(i，j)=min[U(i/j)，U(j/i)]/max[U(i/j)，U(j/i)]

(4)

其中，Cs(i，j)取值(0，1]。

反映經(jīng)濟、環(huán)境兩系統(tǒng)間協(xié)調(diào)發(fā)展程度的動態(tài)協(xié)調(diào)度Cd(t)計算公式為

(5)

式中：t為年份；T為年限；Cs(t-n)為系統(tǒng)在t-n時刻的靜態(tài)協(xié)調(diào)度；Cd(t)取值(0，t]。

經(jīng)濟與社會系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)度、環(huán)境與社會系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)度計算同上。

4 經(jīng)濟-環(huán)境-社會系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展評價

4.1 發(fā)展水平

通過對大東溝小流域的經(jīng)濟-環(huán)境-社會現(xiàn)狀進行調(diào)查，其各項評價指標(biāo)原始數(shù)據(jù)見表1，綜合發(fā)展水平見表2。

表1 經(jīng)濟-環(huán)境-社會系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展評價指標(biāo)原始數(shù)據(jù)

表2 經(jīng)濟、環(huán)境、社會系統(tǒng)綜合發(fā)展水平

由表1知，大東溝小流域植被覆蓋率、水土流失治理率逐年增加，土壤侵蝕模數(shù)逐年下降，水土流失面積逐漸減少；人均產(chǎn)值、人均純收入以及單位面積糧食產(chǎn)量逐年增加，土地利用結(jié)構(gòu)逐漸趨于合理；小流域內(nèi)生產(chǎn)生活條件得到明顯改善。

由表2知，2012—2020年的經(jīng)濟綜合發(fā)展水平先呈“V”形發(fā)展、后呈水平發(fā)展；2012—2020年環(huán)境綜合發(fā)展水平呈上升發(fā)展態(tài)勢，只是2020年有所下降；2012—2020年社會綜合發(fā)展水平呈起伏狀態(tài)，但整體上是呈上升趨勢。

4.2 靜態(tài)協(xié)調(diào)度評價

計算大東溝小流域經(jīng)濟-環(huán)境-社會系統(tǒng)的靜態(tài)協(xié)調(diào)度，其結(jié)果見圖2。

圖2 經(jīng)濟-環(huán)境-社會系統(tǒng)靜態(tài)協(xié)調(diào)度

參考已有的協(xié)調(diào)度的劃分等級[6]，定義Cs(i,j)<0.5為不協(xié)調(diào)，0.5≤Cs(i,j) <0.8為基本不協(xié)調(diào)，0.8≤Cs(i,j) <0.9為基本協(xié)調(diào)，Cs(i,j) ≥0.9為協(xié)調(diào)，對大東溝小流域經(jīng)濟-環(huán)境系統(tǒng)、經(jīng)濟-社會系統(tǒng)、環(huán)境-社會系統(tǒng)靜態(tài)協(xié)調(diào)度進行劃分，結(jié)果見表3。

表3 經(jīng)濟-環(huán)境系統(tǒng)、經(jīng)濟-社會系統(tǒng)、環(huán)境-社會系統(tǒng)靜態(tài)協(xié)調(diào)度等級

由圖2及表3可知，大東溝小流域經(jīng)過9 a的水土流失綜合治理，其經(jīng)濟-環(huán)境系統(tǒng)已由不協(xié)調(diào)逐漸發(fā)展成基本協(xié)調(diào)，但在2020年，也就是小流域水土流失治理的末期，其經(jīng)濟-環(huán)境系統(tǒng)并沒有達(dá)到協(xié)調(diào)發(fā)展。大東溝小流域經(jīng)濟-社會系統(tǒng)由2012年的不協(xié)調(diào)發(fā)展為2020年的基本不協(xié)調(diào)，雖其協(xié)調(diào)狀況整體上稍有好轉(zhuǎn)，但依舊較差。也就是說，經(jīng)過9 a的水土流失治理，該流域的經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r與整個小流域的社會狀況依然處于不協(xié)調(diào)的狀況。大東溝小流域環(huán)境-社會系統(tǒng)在小流域治理初期為不協(xié)調(diào)發(fā)展，到治理末期達(dá)到基本協(xié)調(diào)，未達(dá)到協(xié)調(diào)發(fā)展。2015年，雖采取了大規(guī)模的水土流失治理措施，但其治理效果并沒有及時顯現(xiàn)，因此在經(jīng)濟-社會系統(tǒng)及環(huán)境-社會系統(tǒng)中，靜態(tài)協(xié)調(diào)度均出現(xiàn)了下降的趨勢，但是隨著治理措施的實施以及資金的投入，其協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顩r逐漸好轉(zhuǎn)。

4.3 動態(tài)協(xié)調(diào)度評價

大東溝小流域經(jīng)濟-環(huán)境-社會系統(tǒng)動態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展曲線見圖3。由圖3可知，大東溝小流域經(jīng)濟-環(huán)境-社會系統(tǒng)動態(tài)協(xié)調(diào)度的變化幅度在0.3～0.7，且該系統(tǒng)2012—2020年協(xié)調(diào)發(fā)展趨勢基本呈波動性遞增，這說明該小流域經(jīng)濟-環(huán)境-社會系統(tǒng)正逐漸趨向于協(xié)調(diào)發(fā)展的狀態(tài)。設(shè)t2>t1，若Cd(t2)≥Cd(t1)，則表示系統(tǒng)一直處于協(xié)調(diào)發(fā)展的軌跡上，大東溝小流域的經(jīng)濟-環(huán)境系統(tǒng)動態(tài)協(xié)調(diào)度從大到小依次為Cd(2020)、Cd(2018)、Cd(2015)、Cd(2012)，說該小流域經(jīng)濟-環(huán)境系統(tǒng)處在協(xié)調(diào)發(fā)展的軌跡上；大東溝小流域經(jīng)濟-社會系統(tǒng)的動態(tài)協(xié)調(diào)度從大到小依次為Cd(2020)、Cd(2012)、Cd(2018)、Cd(2015)，說明該小流域經(jīng)濟-社會系統(tǒng)并未總處在協(xié)調(diào)發(fā)展的軌跡上；大東溝小流域環(huán)境-社會系統(tǒng)的動態(tài)協(xié)調(diào)度從大到小依次為Cd(2020)、Cd(2018)、Cd(2012)、Cd(2015)，說明該小流域環(huán)境-社會系統(tǒng)的動態(tài)協(xié)調(diào)度也沒有總處在協(xié)調(diào)發(fā)展的軌跡上。

圖3 經(jīng)濟-環(huán)境-社會系統(tǒng)動態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展曲線

5 結(jié) 論

大東溝小流域經(jīng)濟-環(huán)境-社會系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，在9 a的綜合治理中呈波動性遞增趨勢，但到治理末期(2020年)也沒完全實現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展，這表明以大東溝小流域為代表的克什克騰旗低山丘陵區(qū)要實現(xiàn)生態(tài)的徹底恢復(fù)、經(jīng)濟社會的協(xié)調(diào)發(fā)展，在今后的社會經(jīng)濟建設(shè)以及水土流失治理工作方面仍需長期不懈的努力。