河流生態(tài)治理耦合珠海城市城鎮(zhèn)化協(xié)調(diào)發(fā)展研究

程曉航

(湖北省水利水電規(guī)劃勘測設(shè)計院,武漢 430064)

0 引 言

生態(tài)文明建設(shè)要求人與自然和諧共處,改善水生態(tài)環(huán)境是人與自然和諧相處的重要途徑［1］。隨著珠海市城鎮(zhèn)化發(fā)展規(guī)模擴大,人口和經(jīng)濟(jì)快速增長,生態(tài)環(huán)境問題面臨新的挑戰(zhàn)。水資源和環(huán)境分配壓力、廢水處理壓力等問題越發(fā)凸顯,如何滿足人們的用水需求以及實現(xiàn)綠色經(jīng)濟(jì)增長是目前研究的重點［2-3］。

本次研究以珠海市為研究對象,從社會效益和經(jīng)濟(jì)效益角度構(gòu)建城鎮(zhèn)化發(fā)展評價模型,并從水資源環(huán)境狀態(tài)以及水環(huán)境安全響應(yīng)能力角度構(gòu)建河流生態(tài)治理模型。耦合兩個分析模型之后,采用2013-2021年珠海市發(fā)展指標(biāo)為樣本進(jìn)行分析。本次研究的目的是探究河流生態(tài)治理與城鎮(zhèn)發(fā)展之間的關(guān)系,從而指導(dǎo)水資源可持續(xù)利用和珠海市的城鎮(zhèn)協(xié)調(diào)發(fā)展。

1 珠海市河流生態(tài)治理與城鎮(zhèn)化協(xié)調(diào)發(fā)展耦合評價模型

1.1 珠海市河流生態(tài)治理與城鎮(zhèn)化經(jīng)濟(jì)發(fā)展聯(lián)系性研究

珠海市瀕臨南海,境內(nèi)河流眾多,西江諸分流水道與當(dāng)?shù)睾佑靠v橫交織,水流相互貫通,最后經(jīng)磨刀門、雞啼門和虎跳門等水道流入南海,入海年徑流量多年平均約1 200×108m3。圖1為珠海市及珠江口水系圖。

珠海市內(nèi)設(shè)香洲區(qū)、斗門區(qū)和金灣區(qū)3個行政區(qū),陸地面積1 701km2,常住人口約160萬人。主要水道磨刀門水道、雞啼門水道和虎跳門水道總年徑流量達(dá)1 320×108m3,三者水質(zhì)均處于三類以上,是珠海市的主要水源［4-5］。過去幾年中,珠海河流生態(tài)治理在取得較大成果,不僅改善了水質(zhì),降低了引水工程成本,還在生態(tài)景觀上打造了一系列的綠道、護(hù)欄、草坡等工程［6］?，F(xiàn)階段,珠海市河道生態(tài)治理主要存在兩個方面的問題,分別是排洪渠河道結(jié)構(gòu)簡單和污水系統(tǒng)建設(shè)不健全,具體問題見圖2。

圖1 珠海市及珠江口水系圖

圖2 珠海市河道生態(tài)治理問題

排洪渠河道結(jié)構(gòu)簡單,導(dǎo)致生態(tài)景觀建設(shè)受限。單一的梯形河渠斷面結(jié)構(gòu)在部分地區(qū)難以與周邊環(huán)境集合,無法提供景觀植物生存所需的必要條件,因此造成河道生態(tài)綠化率不足［7-8］。人類的生產(chǎn)生活離不開水資源和水環(huán)境,因此河流生態(tài)環(huán)境對城鎮(zhèn)化的進(jìn)程具有重要影響［9］。同時,經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程對河流的治理同樣具有影響。隨著城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,公共設(shè)施不斷完善,人口自然向經(jīng)濟(jì)核心地區(qū)流動［10-11］。大量的人口聚集增加了資源環(huán)境的承受壓力,也變相增加了對于河流生態(tài)治理的資金投入和科技成本。河道生態(tài)治理和城鎮(zhèn)化發(fā)展的關(guān)系見圖3。

圖3 河流生態(tài)治理和城鎮(zhèn)化各項發(fā)展的聯(lián)系性

河流生態(tài)治理是一個城市水文狀態(tài)的重要影響因素。而在水文狀態(tài)中,人均水資源量、水土環(huán)境保持、水景建設(shè)以及廢水處理等都會在各方面對城市城鎮(zhèn)化產(chǎn)生影響。從經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、社會系統(tǒng)和自然系統(tǒng)的交互層面上觀察,珠海市經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的勞動力資源和產(chǎn)品生產(chǎn)既依靠城鎮(zhèn)化社會系統(tǒng)之中的公共服務(wù)、公共措施等,又需要自然系統(tǒng)中的水體資源和能源交通支持［12］。而水體自然環(huán)境同樣需要城鎮(zhèn)化經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中資金投入,同時也需要城鎮(zhèn)化社會系統(tǒng)中活動改造。合理的城鎮(zhèn)化發(fā)展過程,應(yīng)該是經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)資源環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)進(jìn)行?；诖?本次研究將耦合珠海城鎮(zhèn)化及河流生態(tài)治理評價模型,為兩者的協(xié)調(diào)發(fā)展提供有效的評價模型。

1.2 珠海市河流生態(tài)城鎮(zhèn)化協(xié)調(diào)發(fā)展評價耦合模型

珠海市河流生態(tài)治理進(jìn)程始于2005年,但僅限于部分河流地區(qū)。更為整體的“水更清行動”從2013年提出到2021已經(jīng)取得重要成果,完成了大部分地區(qū)的水環(huán)境改造目標(biāo)。因此,本次研究構(gòu)建的評價指標(biāo)體系相關(guān)數(shù)據(jù),也將在2013-2021年之間進(jìn)行連續(xù)性的查閱收集。在指標(biāo)選擇過程中,為了找出河流生態(tài)環(huán)境評價和珠海城鎮(zhèn)化發(fā)展評價這兩個非線性關(guān)聯(lián)系統(tǒng)之間的客觀聯(lián)系性,研究將統(tǒng)一目的性和學(xué)術(shù)性。從本次研究提出的問題出發(fā),結(jié)合水環(huán)境變量和流域經(jīng)濟(jì)學(xué)理論,從經(jīng)濟(jì)效益和社會效益兩個大指標(biāo)中確定城鎮(zhèn)化發(fā)展的評價指標(biāo)。具體指標(biāo)體系見表1。

表1 珠海市河道生態(tài)治理耦合城鎮(zhèn)化協(xié)調(diào)發(fā)展評價指標(biāo)體系

由表1可知,城鎮(zhèn)化評價系統(tǒng)中,經(jīng)濟(jì)效益和社會效益分別將經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀中的各項重要變量選取為二級指標(biāo)。經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城鎮(zhèn)化進(jìn)程和人口聚集將給當(dāng)?shù)貛砩鷳B(tài)環(huán)境上的問題,增加廢棄物的排放量。而水資源環(huán)境狀態(tài)評價以及安全響應(yīng)能力分別從人均資源占有量、廢棄物處理能力和處理投入進(jìn)行評價。

本次研究將耦合表1中的兩個評價系統(tǒng),通過計算耦合度來量化分析兩個系統(tǒng)之間的相互影響作用。耦合度的計算公式如下:

(1)

式中:CD為珠海市城鎮(zhèn)化評價模型與河流生態(tài)治理評價模型的耦合度;eurb與erc分別為城鎮(zhèn)化綜合評價值與河流生態(tài)治理綜合評價值。

兩個模型的耦合協(xié)調(diào)度和綜合發(fā)展評價值的計算公式如下:

(2)

式中:coop為兩個評價模型之間的耦合協(xié)調(diào)度;dev為兩個系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的綜合評價值。

在耦合模型中,原系統(tǒng)的綜合評價值根據(jù)熵值法進(jìn)行計算,公式如下:

(3)

式中:n為指標(biāo)i的樣本數(shù)量;w為指標(biāo)i的權(quán)重;pij為指標(biāo)i下第j個樣本在指標(biāo)中的占比。

2 珠海市2013-2020年城鎮(zhèn)化與河流生態(tài)治理評價耦合模型實證分析

為了驗證協(xié)調(diào)發(fā)展評價耦合模型的應(yīng)用效果,通過對珠海市進(jìn)行耦合度和協(xié)調(diào)度的計算分析,探究珠海市城鎮(zhèn)化與河流生態(tài)治理的協(xié)調(diào)發(fā)展關(guān)系。本次研究將從《中國城市統(tǒng)計年鑒》中收集珠海市2013-2021年的經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化和社會城鎮(zhèn)化發(fā)展指標(biāo)數(shù)據(jù)。

在計算綜合評價值及兩個模型的耦合度之前,需要確定每個指標(biāo)的權(quán)重。首先確定所有指標(biāo)對于珠海市城鎮(zhèn)化和河流生態(tài)治理的影響均是正向的,然后通過熵權(quán)法計算每個指標(biāo)的客觀權(quán)重值。通過利用珠海市各項指標(biāo)的年均數(shù)據(jù)進(jìn)行指標(biāo)下的樣本比重計算,再通過比重計算得出指標(biāo)的熵值以及信息熵的冗余度,從而得出指標(biāo)權(quán)重。具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 珠海市城鎮(zhèn)化與河流生態(tài)治理評價模型的指標(biāo)權(quán)重

根據(jù)表2中的指標(biāo)權(quán)重,可以計算得出珠海市經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化和社會城鎮(zhèn)化以及河流生態(tài)治理各項評價指標(biāo)在2013-2021年的評價值。為了更好展示近幾年來珠海市城鎮(zhèn)化和河流生態(tài)治理的發(fā)展評價趨勢,計算出每年的評價值,見圖4。

圖4 珠海市2013-2021年的城鎮(zhèn)化發(fā)展評價及河流生態(tài)治理發(fā)展評價

從圖4(a)可以看出,珠海市的城鎮(zhèn)化發(fā)展趨勢隨著時間評價值不斷上升,僅在2019-2020兩年期間部分指標(biāo)受到影響而下降。在2013-2021年,人均GDP、人口密度以及勞動力資源3項二級指標(biāo)一直處于上升趨勢,未受到疫情影響。發(fā)展評價值上升幅度最多的為人口密度,從2013年的0.1488上漲為2021年的0.8252;其次為勞動力資源數(shù)量,從2013年最低的0.3021上漲為2021年的0.868。人均GDP穩(wěn)定發(fā)展,評價值從2013年的0.3086上漲為2021年的0.6555。社會城鎮(zhèn)化發(fā)展二級指標(biāo)中,人均建成區(qū)面積同時受到疫情和人口流動的影響,因此在2020年下降幅度最小,2021年最高評價值為0.557。

從圖4(b)可以看出,水環(huán)境安全響應(yīng)能力指標(biāo)(A)下的3個二級指標(biāo)均隨著時間而上升。而水文環(huán)境資源狀態(tài)(R)指標(biāo)下,水土流失治理面積和植被覆蓋率發(fā)展評價值為顯著上升趨勢,而人均水資源量和人均水景建筑面積指標(biāo)發(fā)展評價值則為下降趨勢。

通過圖4中的指標(biāo)評價值和權(quán)重,得出珠海城鎮(zhèn)化發(fā)展以及河流生態(tài)治理的綜合評價值。見表3。

表3 珠海市2013-2021年的河流生態(tài)治理和城鎮(zhèn)化耦合協(xié)調(diào)度

從表3可以看出,從2013-2021年的趨勢來看,城鎮(zhèn)化綜合評價穩(wěn)步上漲,而河流生態(tài)治理綜合評價則呈現(xiàn)迂回式上漲。2013-2021年兩個模型的耦合度均高于0.9,表明珠海市城鎮(zhèn)化與河流生態(tài)治理的協(xié)調(diào)發(fā)展關(guān)系密切。結(jié)合常規(guī)耦合模型的協(xié)調(diào)度,對珠海市2013-2021年河流生態(tài)治理和城鎮(zhèn)化耦合協(xié)調(diào)度進(jìn)行評價:當(dāng)協(xié)調(diào)度小于0.5時,表明兩個系統(tǒng)發(fā)展失調(diào);協(xié)調(diào)度為0.5～0.7,表明生態(tài)治理和城鎮(zhèn)化發(fā)展初步協(xié)調(diào);協(xié)調(diào)度為0.7～0.9,表明生態(tài)治理和城鎮(zhèn)化發(fā)展協(xié)調(diào)狀態(tài)良好;協(xié)調(diào)度大于0.9,表明兩個系統(tǒng)發(fā)展完全協(xié)調(diào)。從2013-2021年的整體性比較可以看出,2013-2017年處于初步協(xié)調(diào)狀態(tài);2018-2021處于良好協(xié)調(diào)狀態(tài)。

3 結(jié) 論

本次研究同時構(gòu)建了珠海市城鎮(zhèn)化發(fā)展評價模型及河流生態(tài)治理評價模型,并對兩個系統(tǒng)進(jìn)行耦合計算分析。以珠海市2013-2021的發(fā)展指標(biāo)為樣本進(jìn)行分析,結(jié)果表明 2013-2021年兩個模型的耦合度均高于0.9。而2013-2021年耦合協(xié)調(diào)度從0.595增長為0.793,經(jīng)歷了初步協(xié)調(diào)和良好協(xié)調(diào)狀態(tài)。通過增長趨勢可以預(yù)測,5年內(nèi)珠海市城鎮(zhèn)化發(fā)展與河流生態(tài)治理協(xié)調(diào)步入完全協(xié)調(diào)狀態(tài)。實驗證明,珠海市河流生態(tài)治理與城市城鎮(zhèn)化發(fā)展之間存在相互影響、相互制約的關(guān)系,即河流生態(tài)治理促進(jìn)城市城鎮(zhèn)化發(fā)展,而城市城鎮(zhèn)化發(fā)展又推動了河流生態(tài)治理。