基于物元可拓模型的永定河水與經(jīng)濟(jì)社會(huì)耦合協(xié)同發(fā)展綜合評(píng)價(jià)

肖冰琦,于 森,王振昌,邸蘇闖,李鳳霞

(1.北京市水科學(xué)技術(shù)研究院,北京 100048; 2.河海大學(xué)農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 南京 210098;3.北京市北運(yùn)河管理處,北京 100048)

水資源是基礎(chǔ)性的自然資源、戰(zhàn)略性的經(jīng)濟(jì)資源,也是生態(tài)和環(huán)境的控制要素。水資源已成為制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)、高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵因素。流域水資源開發(fā)和利用既要滿足于流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)健康發(fā)展又要保持生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展,在水資源的合理開發(fā)限度內(nèi)促進(jìn)流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展。永定河是北京的母親河,隨著流域內(nèi)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的日益加快,居民生產(chǎn)生活用水、城市生態(tài)環(huán)境用水等城市用水迅猛增長(zhǎng),流域內(nèi)供水與用水需求矛盾日益尖銳,成為了首都生態(tài)文明建設(shè)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的“瓶頸”。此外,長(zhǎng)期以來(lái)生態(tài)環(huán)境用水嚴(yán)重缺乏,導(dǎo)致了永定河平原段1997—2018年連續(xù)22 a全年斷流,河床沙化、生態(tài)系統(tǒng)退化、地下水位下降等生態(tài)問(wèn)題[1]。水源保障是永定河治理的難點(diǎn)問(wèn)題、核心問(wèn)題,水資源供需不足已成為制約流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展的最大剛性約束。

隨著流域水資源與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展過(guò)程中的矛盾日趨加劇,水資源與經(jīng)濟(jì)社會(huì)之間的協(xié)同關(guān)系與可持續(xù)發(fā)展已成為熱點(diǎn)研究[2]。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者從流域區(qū)域協(xié)同發(fā)展[3-4]、流域區(qū)域水資源安全[5-6]、區(qū)域水資源優(yōu)化調(diào)控[7-9]等方面開展了相關(guān)研究。陳莉等[10]構(gòu)建了“水資源-社會(huì)經(jīng)濟(jì)”評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,利用復(fù)合系統(tǒng)協(xié)同度模型測(cè)算了黃河流域9個(gè)省份的水資源與社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)協(xié)同度,運(yùn)用固定效應(yīng)模型分析了影響協(xié)同關(guān)系的主要因素;韓雁等[11]采用洛倫茲基尼系數(shù)和不均衡指數(shù)模型對(duì)張家口的水資源與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展要素的時(shí)空匹配特征進(jìn)行了研究,結(jié)果表明:2004—2015年張家口水資源與經(jīng)濟(jì)布局匹配呈現(xiàn)出由“完全不匹配”狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椤跋鄬?duì)不匹配”狀態(tài);胡光偉等[12]采用協(xié)同理論和集對(duì)分析方法,構(gòu)建了洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)26個(gè)縣(市區(qū))水資源與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)同度評(píng)價(jià)模型;王孟飛等[13]采用“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”模型構(gòu)建了流域水資源可持續(xù)利用綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,并利用物元可拓模型和變異系數(shù)法對(duì)沙潁河流域河南段水資源可持續(xù)利用水平進(jìn)行評(píng)價(jià)。上述研究從經(jīng)濟(jì)社會(huì)與水資源可持續(xù)發(fā)展的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、協(xié)同關(guān)系等方面開展了諸多研究,發(fā)現(xiàn)水資源系統(tǒng)穩(wěn)定程度決定了水資源與經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)的協(xié)同程度、某個(gè)研究區(qū)一定時(shí)間或空間的水資源與經(jīng)濟(jì)或生態(tài)的協(xié)同發(fā)展程度的變化;為厘清永定河(北京段)水資源可持續(xù)利用與社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展之間的協(xié)同程度、給了解水資源系統(tǒng)穩(wěn)定程度提供依據(jù),于是基于“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”(Pressure-State-Response,PSR)模型構(gòu)建永定河(北京段)水與經(jīng)濟(jì)社會(huì)耦合協(xié)同發(fā)展綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,通過(guò)耦合熵權(quán)法和物元可拓模型建立集成綜合評(píng)價(jià)模型,從時(shí)間和空間2個(gè)維度對(duì)永定河(北京段)2012—2021年水資源開發(fā)利用與經(jīng)濟(jì)社會(huì)耦合協(xié)同發(fā)展水平進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),分析不同驅(qū)動(dòng)影響因素下流域內(nèi)不同空間區(qū)域上水資源可持續(xù)利用水平,為永定河流域水資源開發(fā)利用和流域內(nèi)經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量協(xié)同發(fā)展、建設(shè)首都生態(tài)文明的“幸福河”、北京市水資源高效開發(fā)利用和用水精細(xì)化管理提供參考。

1 研究區(qū)域及數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)域

永定河(北京段)位于東經(jīng)40°7′45″～39°27′14″,北緯115°41′19″～116°27′5″ ,其干流是海河流域北系最大的河流。永定河從官?gòu)d水庫(kù)庫(kù)后經(jīng)官?gòu)d山峽進(jìn)入北京市,由北運(yùn)河流入海河或由永定新河鎮(zhèn)入渤海[14]。北京段河流全長(zhǎng)157.177 km,研究區(qū)面積4 888.23 km2。

自20世紀(jì)80年代起,因上游來(lái)水減少、連續(xù)多年干旱等原因,永定河連續(xù)斷流,流域內(nèi)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量嚴(yán)重受損。近年來(lái)通過(guò)實(shí)施永定河流域生態(tài)修復(fù)與治理,到2020年永定河北京段通過(guò)生態(tài)補(bǔ)水才實(shí)現(xiàn)全線貫通;地下水水位明顯回升,2021年北京平原地區(qū)地下水平均埋深16.39 m,地下水回升至20年來(lái)最高水位,河湖水質(zhì)顯著改善,綜合治理與生態(tài)修復(fù)成效日趨顯現(xiàn)[15]。研究區(qū)從2012—2021年經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,整體人口數(shù)量從568.9萬(wàn)人增加到了628.5萬(wàn)人,上升了10.47%;耕地面積從7.59萬(wàn)hm2下降到了6.67萬(wàn)hm2,下降了12.1%;社會(huì)生產(chǎn)總值由2 411.4億元增加到了5 518.6億元,增幅達(dá)到了128.85%;研究區(qū)域人口數(shù)量大,平均人口密度達(dá)到了1 295人/km2,但人均GDP 8.78萬(wàn)元/人,遠(yuǎn)超全國(guó)平均水平。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

選取門頭溝、石景山、豐臺(tái)、大興、房山區(qū)五區(qū)的水資源與經(jīng)濟(jì)社會(huì)相關(guān)數(shù)據(jù)作為研究樣本。數(shù)據(jù)主要來(lái)源于2012—2021年的《北京市水務(wù)統(tǒng)計(jì)年鑒》《門頭溝區(qū)域統(tǒng)計(jì)年鑒》《石景山區(qū)域統(tǒng)計(jì)年鑒》《豐臺(tái)區(qū)域統(tǒng)計(jì)年鑒》《大興區(qū)域統(tǒng)計(jì)年鑒》《房山區(qū)域統(tǒng)計(jì)年鑒》及相關(guān)經(jīng)濟(jì)社會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)資料。

圖1 研究區(qū)示意

2 研究方法

2.1 P-S-R模型構(gòu)建

“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”(Pressure-State-Response,PSR)模型是聯(lián)合國(guó)經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織和聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署在1990年聯(lián)合提出的生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型[16-20]。本文基于PSR模型,從經(jīng)濟(jì)社會(huì)、生態(tài)環(huán)境、水資源開發(fā)利用等方面篩選了16個(gè)典型指標(biāo)(分為正向指標(biāo)和負(fù)向指標(biāo)),構(gòu)建了水與經(jīng)濟(jì)社會(huì)耦合協(xié)同發(fā)展綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,見表1。

表1 水與經(jīng)濟(jì)社會(huì)耦合協(xié)同發(fā)展綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.2 權(quán)重計(jì)算

采用熵權(quán)法[20]計(jì)算各綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

步驟一計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)下第i個(gè)方案占該指標(biāo)的比重。X為指標(biāo)的值。

(1)

步驟二計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)的差異系數(shù)。指標(biāo)信息熵為:

(2)

步驟三計(jì)算指標(biāo)權(quán)重。指標(biāo)權(quán)重為:

(3)

2.3 物元可拓模型

物元分析方法主要用于解決復(fù)雜、不相容問(wèn)題的多因子評(píng)價(jià)[21-25],是一種將矛盾問(wèn)題形式化、數(shù)量化的方法,將基元作為邏輯單元,從定性和定量的角度分析問(wèn)題。與傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法相比,其更能科學(xué)合理地處理事物之間的不相容性[17,26]。水資源可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)涉及較多指標(biāo),單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)具有不相容性。計(jì)算過(guò)程具體步驟如下。

2.3.1建立物元矩陣

水資源可持續(xù)利用等級(jí)程度物元可用R=(D,C,X) 來(lái)描述,其中D表示水資源可持續(xù)利用等級(jí)程度,D關(guān)于特征C的量值為X。假設(shè)D有n個(gè)特征,以C1,C2, …,Cn及其對(duì)應(yīng)的量值X1,X2, …,Xn來(lái)表示,則水資源可持續(xù)利用等級(jí)程度的物元矩陣可表示為:

(4)

式中R——n維物元;Xi——Ci的量值,即水資源可持續(xù)利用等級(jí)程度的各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的原始數(shù)據(jù)。

2.3.2計(jì)算經(jīng)典域和節(jié)域物元矩陣

水資源可持續(xù)利用的經(jīng)典域物元矩陣:

(5)

式中Dj(j=1,2,…,m)——?jiǎng)澐值脑u(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的第j個(gè)等級(jí);Ci(i=1, 2, …,n)——產(chǎn)生影響的第i個(gè)指標(biāo);區(qū)間Xij——Dj關(guān)于Ci所取得量值的范圍。

所有等級(jí)的物元用Rp表示 :

(6)

式中 區(qū)間Xip=(aip,bip)——Dp關(guān)于Ci所取的量值范圍,且Xnp=(anp,bnp) ,是所有等級(jí)的指標(biāo)的最大取值范圍;(anp,bnp)——節(jié)域。

2.3.3計(jì)算關(guān)聯(lián)函數(shù)和關(guān)聯(lián)度

由可拓集合方法理論,關(guān)聯(lián)函數(shù)Kj(xi)為:

(7)

式中Kj(xi)——評(píng)級(jí)指標(biāo)i第j級(jí)別的關(guān)聯(lián)函數(shù);Xij= (aij,bij) (i=1, 2, …,n) 。

(8)

(9)

式中xi(i=1,2,…,n)——指標(biāo)實(shí)測(cè)值;Xij=(aij,bij)、Xip=(aip,bip)——已確定的經(jīng)典域、節(jié)域。

2.3.4確定評(píng)價(jià)等級(jí)

(10)

式中Kj(D)——單元D關(guān)于等級(jí)j的關(guān)聯(lián)度;ωi——評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

若Kj(D) = maxKj(D),則判定D屬于等級(jí)j。

3 結(jié)果與分析

3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

為能夠科學(xué)、合理地刻畫出研究區(qū)水與經(jīng)濟(jì)社會(huì)耦合協(xié)同發(fā)展綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中各評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要程度,應(yīng)用熵權(quán)法計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。從表2中可以看出,準(zhǔn)則層權(quán)重狀態(tài)指標(biāo)的0.345 5,響應(yīng)指標(biāo)的0.328 6和壓力指標(biāo)的0.325 9,各評(píng)價(jià)指標(biāo)相對(duì)于目標(biāo)層的權(quán)重介于0.050～0.082,其中節(jié)水量占用水量比值、人均用水量、地下水埋深和萬(wàn)元GDP水耗的權(quán)重較大,分別為0.081 9、0.074 9、0.072 6和0.071 9,而其他指標(biāo)的權(quán)重則相對(duì)較小,表明這4個(gè)指標(biāo)在不同地區(qū)和年份的差異性相對(duì)較大,對(duì)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果影響程度也很大。

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

3.2 經(jīng)典域與節(jié)域

參考全國(guó)平均水平、標(biāo)準(zhǔn)值[17]、國(guó)際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及京津冀平均水平[27],構(gòu)建了水與經(jīng)濟(jì)社會(huì)耦合協(xié)同發(fā)展綜合評(píng)價(jià)模型的經(jīng)典域和節(jié)域,見表3。水資源開發(fā)利用與經(jīng)濟(jì)社會(huì)耦合協(xié)同程度等級(jí)劃分為:{Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)}={高水平耦合,較高水平耦合,一般耦合,低水平耦合,不耦合}。Ⅰ級(jí)為水資源可持續(xù)發(fā)展的最高等級(jí),水資源可持續(xù)性處于優(yōu)秀狀態(tài),水資源開發(fā)利用與經(jīng)濟(jì)社會(huì)、生態(tài)保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展;Ⅱ級(jí)和Ⅳ級(jí)為水資源可持續(xù)性的過(guò)渡等級(jí),分別對(duì)應(yīng)良好和較差狀態(tài);Ⅲ級(jí)為水資源可持續(xù)性中間級(jí)別,水資源和社會(huì)經(jīng)濟(jì)相對(duì)平衡發(fā)展,水資源開發(fā)利用達(dá)到一定規(guī)模;Ⅴ級(jí)為水資源可持續(xù)性的最低級(jí)別,處于強(qiáng)壓力狀態(tài),水資源和經(jīng)濟(jì)發(fā)展嚴(yán)重不平衡,只注重經(jīng)濟(jì)發(fā)展而忽視了水資源可持續(xù)利用。

表3 永定河(北京段)水與經(jīng)濟(jì)社會(huì)耦合協(xié)同發(fā)展綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

3.3 綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)式(7)計(jì)算得到流域內(nèi)各區(qū)水資源可持續(xù)利用與經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展水平的關(guān)聯(lián)度(表4)和各區(qū)綜合等級(jí)(圖2)。結(jié)合圖2、表4可知,2012—2021年各區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與水資源可持續(xù)利用水平向高度耦合協(xié)同狀態(tài)發(fā)展,石景山區(qū)和豐臺(tái)區(qū)水資源可持續(xù)利用與經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展已達(dá)到高水平耦合,為I級(jí)水平:石景山區(qū)由2012年的Ⅴ級(jí)發(fā)展到了2014年的I級(jí)且一直保持在I級(jí)水平,豐臺(tái)區(qū)2012—2015年為Ⅱ級(jí),后發(fā)展到I級(jí)狀態(tài)(除2018年外)并保持在I級(jí)水平;門頭溝區(qū)、大興區(qū)和房山區(qū)水資源可持續(xù)利用與經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顟B(tài)達(dá)到Ⅱ級(jí),即較高水平耦合:門頭溝區(qū)2012—2017年為Ⅲ級(jí),發(fā)展到2020年為I級(jí),后又降為Ⅱ級(jí);大興區(qū)和房山區(qū)整體呈現(xiàn)“梯級(jí)”變化趨勢(shì),2012—2021年由Ⅴ級(jí)向Ⅱ級(jí)轉(zhuǎn)變。

表4 各區(qū)各年份耦合程度評(píng)級(jí)等級(jí)關(guān)聯(lián)度

圖2 各區(qū)年份耦合程度評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)等級(jí)

3.4 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

對(duì)評(píng)價(jià)等級(jí)結(jié)果產(chǎn)生突變的決定性因素有農(nóng)業(yè)灌溉用水比值、萬(wàn)元工業(yè)增加值水耗、萬(wàn)元服務(wù)業(yè)增加值水耗和人均GDP,見圖3。對(duì)于門頭溝區(qū)、大興區(qū)和房山區(qū),農(nóng)業(yè)灌溉用水比值、萬(wàn)元工業(yè)增加值水耗、萬(wàn)元服務(wù)業(yè)增加值水耗對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果尤為重要。對(duì)于石景山區(qū)與豐臺(tái)區(qū),影響評(píng)價(jià)結(jié)果的主要因素是萬(wàn)元工業(yè)增加值水耗、萬(wàn)元服務(wù)業(yè)增加值水耗和萬(wàn)元GDP水耗。

a)石景山區(qū)

在2014—2015年,門頭溝區(qū)的萬(wàn)元工業(yè)增加值水耗和萬(wàn)元服務(wù)業(yè)增加值水耗分別降低了23.1%和2.21%,農(nóng)業(yè)灌溉用水比值卻增加了32.47%。其原因是工業(yè)、服務(wù)業(yè)用水效率在提高,農(nóng)業(yè)用水效率卻在降低,導(dǎo)致了該年評(píng)價(jià)等級(jí)無(wú)變化。2020—2021年,萬(wàn)元工業(yè)增加值水耗和萬(wàn)元服務(wù)業(yè)增加值水耗分別升高了58.52%和26.33%,這導(dǎo)致評(píng)價(jià)等級(jí)從Ⅰ級(jí)降到Ⅱ級(jí)。對(duì)于大興區(qū),農(nóng)業(yè)灌溉用水比值、萬(wàn)元工業(yè)增加值水耗、萬(wàn)元服務(wù)業(yè)增加值水耗呈逐年降低趨勢(shì),表明各行業(yè)用水效率在提升,在2012—2021年由不耦合階段發(fā)展到較高水平耦合階段。在房山區(qū),評(píng)價(jià)指標(biāo)呈波浪形上升,由2012年的不耦合階段發(fā)展到2021年的較高水平耦合階段。但在2018—2019年由于萬(wàn)元工業(yè)增加值水耗增加了17.9%,導(dǎo)致了2019年水與經(jīng)濟(jì)耦合程度評(píng)價(jià)結(jié)果為一般耦合。在石景山區(qū),2012—2013年的不耦合階段是由于響應(yīng)指標(biāo)表現(xiàn)較差,在研究區(qū)內(nèi)同時(shí)期的地下水埋深,節(jié)水量占用水量比值和水務(wù)建設(shè)投資都排名最后。其中,地下水埋深甚至達(dá)到了同時(shí)期門頭溝區(qū)的二倍、房山區(qū)的4倍;節(jié)水量占用水量比值是同時(shí)期房山區(qū)的0.005 3倍、大興區(qū)的0.005 8倍;在水務(wù)建設(shè)投資方面,門頭溝區(qū)、豐臺(tái)區(qū)、大興區(qū)和房山區(qū)分別是石景山區(qū)的4.29、13.57、6.68、19.44倍。在2012—2014年生態(tài)清潔小流域達(dá)標(biāo)率上升了12.5%、水務(wù)建設(shè)投資增加了244%、常住人口增長(zhǎng)率降低了86.3%,人口因素和響應(yīng)層因素共同造成了2013—2014年水資源開發(fā)利用與經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)同發(fā)展評(píng)價(jià)等級(jí)的巨大變化。2014—2021年,由于其經(jīng)濟(jì)發(fā)展依靠用水效率較高的第三產(chǎn)業(yè),于是較高的用水效率和人均GDP使其一直維持在高水平耦合狀態(tài)。對(duì)于豐臺(tái)區(qū),2015—2016年由于萬(wàn)元GDP水耗的降低(30.8%),導(dǎo)致豐臺(tái)區(qū)2016年評(píng)價(jià)等級(jí)為高水平耦合,2018年由于服務(wù)業(yè)用水比值萬(wàn)元服務(wù)業(yè)增加值水耗的降低,導(dǎo)致了評(píng)價(jià)結(jié)果為較高水平耦合。

從第一產(chǎn)業(yè)來(lái)看(圖4),除石景山區(qū)外,門頭溝、豐臺(tái)、大興、房山區(qū)四區(qū)第一產(chǎn)業(yè)用水量不斷下降。由于北京市大力推進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉,優(yōu)化調(diào)整作物種植結(jié)構(gòu),大力發(fā)展“兩田一園”高效節(jié)水灌溉,農(nóng)業(yè)灌溉用水比重持續(xù)下降。特別是,大興區(qū)、房山區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水顯著,大興區(qū)單位灌溉面積用水量由506 m3/m2下降到了145.47 m3/m2,年均下降率為7.13%,農(nóng)業(yè)灌溉用水比重由2012年的57.44%下降到2021年的38.34%,年均下降率為3.7%;房山區(qū)單位灌溉面積用水量由452萬(wàn)m3下降到了195萬(wàn)m3,年均下降率為6.4%,農(nóng)業(yè)灌溉用水比重由2012年的41.81%下降到2021年的22.72%,年均下降率為5.1%。門頭溝區(qū)和豐臺(tái)區(qū)農(nóng)業(yè)用水較少,其中門頭溝區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水比重由2012年的10.3%下降到2021年的6.14%,年均下降率為4.5%;豐臺(tái)區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水比重由2012年的4.3%下降到2021年的1.07%,年均下降率為8.3%。此外,用水效率最低的是大興區(qū),萬(wàn)元農(nóng)業(yè)增加值水耗年均為722.91 m3/萬(wàn)元,但通過(guò)一系列整改措施后,單位灌溉面積用水量下降了71.25%,這成為大興區(qū)水資源可持續(xù)利用與經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展評(píng)價(jià)等級(jí)提升的主要原因。綜上所述,農(nóng)業(yè)用水通過(guò)采用工程節(jié)水、管理節(jié)水、技術(shù)節(jié)水等措施,大力實(shí)施精準(zhǔn)灌溉,農(nóng)業(yè)用水總量持續(xù)下降,農(nóng)業(yè)用水效率大幅提高,第一產(chǎn)業(yè)發(fā)展與經(jīng)濟(jì)社會(huì)的耦合發(fā)展程度越來(lái)越高,導(dǎo)致大興、房山區(qū)的協(xié)同發(fā)展水平日益提升。

圖4 各區(qū)農(nóng)業(yè)用水與經(jīng)濟(jì)關(guān)系

從第二產(chǎn)業(yè)來(lái)看(圖5),石景山、豐臺(tái)、門頭溝、大興和房山區(qū)的第二產(chǎn)業(yè)用水量總體持續(xù)下降,主要原因是北京市通過(guò)持續(xù)開展疏解政治提升專項(xiàng)活動(dòng),推進(jìn)退出一般性制造產(chǎn)業(yè),不斷優(yōu)化調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),大力推進(jìn)工業(yè)節(jié)水改造,積極推行水循環(huán)梯級(jí)利用,實(shí)現(xiàn)了工業(yè)新水零增長(zhǎng),第二產(chǎn)業(yè)與水資源開發(fā)利用的耦合程度也在不斷提高。其中大興區(qū)、房山區(qū)和豐臺(tái)區(qū)的第二產(chǎn)業(yè)所占的比重較大,導(dǎo)致工業(yè)耗水較多,特別是,大興區(qū)工業(yè)用水量由2012年的2 082萬(wàn)m3下降到2021年的1 147 萬(wàn)m3,年均下降率為5.0%,萬(wàn)元工業(yè)增加值水耗由2012年的13.75 m3/萬(wàn)元下降到2021年的1.47 m3/萬(wàn)元,年均下降率為8.9%;房山區(qū)工業(yè)用水量由2012年的7 465萬(wàn)m3下降到2021年的4 365萬(wàn)m3,年均下降率為4.6%,萬(wàn)元工業(yè)增加值水耗由2012年的26.91萬(wàn)m3下降到2021年的13.21萬(wàn)m3,年均下降率為5.91%;豐臺(tái)區(qū)工業(yè)用水量由2012年的3 190萬(wàn)m3下降到2021年的1 644萬(wàn)m3,年均下降率為5.4%;萬(wàn)元工業(yè)增加值水耗由2012年的15.03 m3/萬(wàn)元下降到2021年的5.00 m3/萬(wàn)元,年均下降率為6.67%。特別是在“十四五”期間,在工業(yè)領(lǐng)域,北京市將嚴(yán)控工業(yè)新水取用量、萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量指標(biāo),推動(dòng)將再生水作為工業(yè)生產(chǎn)用水的首要來(lái)源。

圖5 各區(qū)第二產(chǎn)業(yè)用水與經(jīng)濟(jì)關(guān)系

從第三產(chǎn)業(yè)來(lái)看(圖6),隨著全市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化調(diào)整,首都經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步向現(xiàn)代服務(wù)業(yè)主導(dǎo)的服務(wù)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型,第三產(chǎn)業(yè)比重不斷提高。特別是,豐臺(tái)區(qū)的第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值最高,其次是大興、石景山和房山區(qū),第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值最低的是門頭溝區(qū)。豐臺(tái)區(qū)第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值由2012年的710.32億元增長(zhǎng)到2021年的1 680.1億元,其中服務(wù)業(yè)用水由2012年的4 417萬(wàn)m3增長(zhǎng)到4 540萬(wàn)m3,增長(zhǎng)了2.7%;萬(wàn)元服務(wù)業(yè)增加值水耗由2012年的6.21 m3/萬(wàn)元下降到2021年的2.64 m3/萬(wàn)元,年均下降6.4%。大興區(qū)第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值由2012年的219.8億元增長(zhǎng)到2021年的669.2億元,其中服務(wù)業(yè)用水由2012年的3 104萬(wàn)m3增長(zhǎng)到2019年的3 447萬(wàn)m3,在2020—2021年服務(wù)業(yè)用水量略有下降,2021年服務(wù)業(yè)用水量為3 034萬(wàn)m3;萬(wàn)元服務(wù)業(yè)增加值水耗由2012年的14.12 m3/萬(wàn)元下降到2020年的3.69 m3/萬(wàn)元,年均下降8.2%。門頭溝區(qū)服務(wù)業(yè)產(chǎn)值由2012年的56.4億元增長(zhǎng)到2021年的194.7億元,年均增長(zhǎng)了7.9%,其中服務(wù)業(yè)用水由2012年的4 417萬(wàn)m3增長(zhǎng)到4 540萬(wàn)m3,增長(zhǎng)了2.7%;萬(wàn)元服務(wù)業(yè)增加值水耗由2012年的578 m3/萬(wàn)元增長(zhǎng)到2021年的738 m3/萬(wàn)元,年均增長(zhǎng)2.4%?？傮w來(lái)看,豐臺(tái)區(qū)萬(wàn)元服務(wù)業(yè)增加值水耗的降低使得該區(qū)的水資源可持續(xù)利用與經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展評(píng)價(jià)等級(jí)從較高水平耦合發(fā)展到高水平耦合狀態(tài),門頭溝區(qū)、大興區(qū)和房山區(qū)第三產(chǎn)業(yè)用水效率的提高使各自的評(píng)價(jià)等級(jí)呈現(xiàn)“梯級(jí)”變化趨勢(shì),分別實(shí)現(xiàn)由不耦合狀態(tài)向較高水平耦合狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。石景山區(qū)因?yàn)槠漭^高的用水效率和第三產(chǎn)業(yè)增加值,使其耦合程度基本處于高水平耦合階段。

圖6 各區(qū)第三產(chǎn)業(yè)用水與經(jīng)濟(jì)關(guān)系

4 結(jié)論

a)從永定河流域高質(zhì)量協(xié)同發(fā)展角度,基于“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”模型,從經(jīng)濟(jì)社會(huì)、水資源開發(fā)利用、生態(tài)環(huán)境等多維度遴選了16個(gè)典型評(píng)價(jià)指標(biāo),構(gòu)建了永定河經(jīng)流北京市的5個(gè)區(qū)水與經(jīng)濟(jì)社會(huì)耦合協(xié)同發(fā)展綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,通過(guò)綜合PSR與熵權(quán)法,建立了基于物元可拓模型的水與經(jīng)濟(jì)社會(huì)耦合協(xié)同發(fā)展綜合評(píng)價(jià)模型,對(duì)永定河(北京段)5個(gè)區(qū)的水資源開發(fā)利用與經(jīng)濟(jì)社會(huì)耦合協(xié)同發(fā)展水平進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)結(jié)果合理、可行,該模型為永定河(北京段)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供了一定的決策支撐。

b)研究結(jié)果表明,研究區(qū)水資源開發(fā)利用與經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)同發(fā)展程度總體由低水平耦合程度向較高水平轉(zhuǎn)變。總體上,石景山區(qū)與豐臺(tái)區(qū)的協(xié)同發(fā)展水平處于高度耦合狀態(tài),已達(dá)到I級(jí)水平,這與其經(jīng)濟(jì)發(fā)展依靠用水效率較高的第三產(chǎn)業(yè)有關(guān);門頭溝區(qū)、大興區(qū)和房山區(qū)水資源可持續(xù)利用與經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顟B(tài)達(dá)到Ⅱ級(jí),處于較高水平耦合。其原因是大興區(qū)和房山區(qū)的經(jīng)濟(jì)主要依靠農(nóng)業(yè)和工業(yè),農(nóng)業(yè)的用水效率較低下,這也導(dǎo)致了在研究區(qū)內(nèi)大興區(qū)和房山區(qū)評(píng)價(jià)等級(jí)較低;隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、節(jié)水措施的改進(jìn),用水效率逐步提升,導(dǎo)致大興區(qū)和房山區(qū)的水資源與經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)同耦合評(píng)價(jià)等級(jí)從不耦合階段發(fā)展到耦合階段。

c)從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)來(lái)看,大興區(qū)、房山區(qū)的第一、二產(chǎn)業(yè)所占比重較大,水與經(jīng)濟(jì)社會(huì)耦合程度也受第一、二產(chǎn)業(yè)很大影響;對(duì)于門頭溝區(qū)第二產(chǎn)業(yè)所占比較較小,水與經(jīng)濟(jì)社會(huì)耦合程度受其影響不顯著;豐臺(tái)區(qū)第三產(chǎn)業(yè)占比較大,水與經(jīng)濟(jì)社會(huì)耦合程度受第三產(chǎn)業(yè)影響較大;石景山區(qū)水與經(jīng)濟(jì)社會(huì)耦合程度受第二、三產(chǎn)業(yè)影響顯著。