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城市水环境建设与经济社会发展耦合协调模式研究

2024-11-14 141 上传者：管理员

摘要：高质量发展时代的到来使生态文明理念逐渐聚焦为社会核心，本文以城市水环境建设与经济社会发展的耦合协调关系为切入点，探讨如何在推动经济增长的同时保护生态环境。为实现对两者的客观评价，通过构建了一套综合评价指标体系，并采用耦合协调模型对深圳市2013～2023年间的相关数据进行分析。研究发现，深圳市在这十年间的水环境建设和经济社会发展中均呈现上升趋势。尽管经济社会发展在整体上领先于水环境建设，但水环境建设的相对发展速度更快，表明近年来生态修复和保护收到了极大的重视。从协调度分析结果看，深圳市水环境与经济社会发展经历了从轻度失调到优质协调的转变，并自2018年起进入优质协调阶段。

关键词：
水环境
污染
系统科学
经济
耦合协调模式
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众所周知，经济社会的发展在一定程度上会造成水环境的污染与破坏，同时水环境的污染和破坏也制约着经济社会的持续健康发展，只有两者做到协调统一才能真正意义上实现人与水的和谐共生。现阶段对水环境和经济社会关系的研究仍以定性分析为主，缺乏系统科学的模型分析。

耦合协调理论最初是由德国物理学家赫尔曼·哈肯（Hermann Haken）于1969年提出，这一理论发展于物理学领域，再逐渐进入社会科学领域。我国对耦合协调理论研究具备一定的基础，不同领域的专家学者就耦合协调理论提出各自见解，如田培等[1]通过构建湖北省WEF系统耦合协调发展评价指标体系，定量评价了2002～2022年湖北省WEF系统耦合协调发展状况，并运用ARIMA模型预测2025～2040年的WEF系统耦合协调度；张芷若[2]基于综合评价指数模型、耦合协调度模型及障碍度模型，对2008～2021年长江经济带11个省(市)系统综合发展水平、耦合协调度的时空演化规律及影响系统耦合协调度的障碍因素进行分析；朱永明[3]采用熵权法、变异系数法、耦合协调度模型、核密度模型等，分析了沿黄7个城市群水资源-经济-生态-社会耦合协调状况。鉴于此，本文引入耦合协调模型，选取广东省深圳市作为研究对象，分析深圳市2013～2023年城市水环境建设和经济社会发展的耦合协调模式，为解决城市建设中的“水”问题提供新的思路。

1、研究区概况

深圳市位于广东省南部，经济发展水平位居全国前列，2023年全市常住人口约1 779万人，地区生产总值达34 606.40亿元。深圳属亚热带季风气候，全市多年平均降水量为1 932.9mm，多年平均水资源量约20亿m3，人均水资源量约121 m3，不足全国人均水资源量的10%，属严重缺水城市，且水资源短缺在一定程度上限制了深圳的经济发展。此外，深圳市河流水环境容量小，雨季河流水质不稳定，污水收集系统体系虽基本形成，但仍需进一步完善和提升。2022年3月出台的《深圳市水务发展“十四五”规划》提出“坚持流域系统治理，推进水污染治理双转变、双提升，加强水生态修复，维护河湖水体健康”，表明在经济社会高质量发展的同时，改善城市水环境也是重中之重。

2、研究方法

2.1评价指标体系

2.1.1城市水环境系统指标体系

水质是最能直观反映水体的污染情况的指标，按照《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002），对于Ⅳ类及以下水质，通常仅适用于一般工业用水及人体非直接接触的娱乐用水区，作为城市生态、景观用水，水质应达到Ⅲ类及以上。其次，水环境治理和保护措施对于水体环境改善也具有重要的促进作用，通过开展河湖整治，一方面能清除阻水物，消除水体中的有害物质，另一方面也能提高水体的流通性，增强水体的自净能力。此外，丰水地区的水环境较缺水地区更佳。基于以上考虑，本文从城市水体污染、水环境治理和保护、水资源及开发利用等方面构建了一套城市水环境评价指标体系[4-6]，本着系统完善、可操作性强的原则构建了由12项指标形成的城市水环境二级评价指标，具体如表1所示。

表1城水环境状况与经济社会发展指标权重计算表城市水环境状况与经济社会发展指标权重计算表

(1）城市水体污染。通常水体污染越严重，当地水环境越差。该评价指标下辖主要地表水体劣V类断面比例、地下水水质超Ⅳ类比例、单位水资源量污水负荷、区域水环境容量超载率4项指标。

(2）水环境治理和保护。通过对水环境进行治理，能显著改善当地的水环境质量。该评价指标下辖水域治理达标率、生态流量达标率、水生植被覆盖度、自然岸线率4项指标。

(3）水资源及开发利用。一般来说，当地水资源越丰富，水域之间连通性越强，水环境质量更优；而水资源开发利用强度越高，对天然水环境的干预越多，则水环境质量更差。该指标下辖人均水资源可利用量、水资源开发利用率、万元GDP用水率、供用水模数4项指标。

2.1.2经济社会指标体系

本文主要从人口、经济、社会3个层面构建了经济社会评价指标体系。其中，人口评价指标包括人口自然增长率、城市人口密度、城镇化率等；经济评价指标包括国内生产总值年增长率、恩格尔系数、人均GDP等；社会评价指标包括城镇居民人均可支配收入、居民人均消费支出、在岗职工年平均工资等。

2.1.3数据来源

本文所采用的各项数据均来自《深圳市水资源公报》《深圳市水务发展“十四五”规划》《深圳市生态环境状况公报》《深圳市节约用水规划（2021～2035）》《深圳市统计年鉴》《深圳市国民经济和社会发展统计公报》等文件。

2.2评价方法

2.2.1评价指标权重

指标权重的确定方法主要有主观赋权法和客观赋权法，常见的主观赋权法有层次分析法、经验判断法等，客观赋权法主要为主成分分析法、熵值法等。在权重计算中，主观赋权法在权重确定上通常依赖于技术人员或专家的经验性判断，因计算结果存在一定的主观性，对计算人员的经验要求较高，而客观赋权法通常根据各属性的联系程度或各属性所提供的信息量大小来决定属性权重，因而，其计算结果通常更加客观真实。本文选取熵值法进行指标权重计算，根据本文所构建的城市水环境与经济社会评价指标体系，选取深圳市2013～2023年共计11年的系列数据进行计算，在权重计算前需对数据进行标准化处理，具体计算公式如下：

正向“+”指标：Yij′=（Yij-Yminj）/（Ymaxj-Yminj)(1)

负向“-”指标：Yij′=（Ymaxj-Yij）/（Ymaxj-Yminj)(2)

式中：Yij′为标准化处理后数据；Yij为原始数据；Ymaxj、Yminj分别代表原始数据最大值和最小值。限于文章篇幅，本文不再对熵值法进行详细的介绍，具体计算方法可参考相关文献[7-8]。按照加权求和法依次计算2013～2023年深圳市城市水环境与经济社会发展指标权重，结果见表1。

2.2.2综合评价函数

本文采用加权求和法构建城市水环境系统M(t）和经济社会系统N(t）综合评价函数。根据模型函数的表达式，M(t）和N(t）表征的是城市水环境系统和经济社会系统在不同指标权重下的综合得分值，此综合得分值越高则表明该系统越优，即M(t)>N(t）时表明城市水环境建设要领先于经济社会发展水平，M(t)=N(t）时表明城市水环境建设与经济社会发展水平相互适应，协同发展，M (t)<N(t）时表明城市水环境建设落后于经济社会发展水平，需加快开展城市水环境建设。综合评价函数如式（4）所示：

式中：xij′、yij′分别表示城市水环境系统和经济社会系统各评价指标经标准化处理后的计算值，Ui、Vi分别表示城市水环境系统和经济社会系统中各指标权重。

2.2.3水环境和经济社会发展耦合协调度分析

为进一步反映城市水环境和经济社会发展间的耦合协调关系，本文引入了耦合协调度模型，该模型是用于衡量子系统之间协调性的一种度量方法，模型中通常采用耦合度指数、协调度指数和综合协调指数来定量分析子系统之间的协调性。模型计算方法如下：

式中：E为协调度指数；G为综合协调指数，σ和φ分别代表城市水环境和经济社会发展的重要性系数，且σ+φ=1。本文认为城市水环境建设和经济社会发展重要性相同，故取σ和φ均取0.5。F为耦合度指数，其中k为调节指数（通常认为k≥2）。耦合协调度等级划分标准如表2所示。

表2耦合协调度等级划分标准

3、结果与讨论

3.1水环境建设和经济社会发展耦合协调度计算

采用耦合协调度模型分别计算深圳市2013～2023年城市水环境建设和经济社会发展两系统的综合评价值及相应的耦合度指数E、协调度指数F和综合协调指数G。结果如表3所示。

表3 2013～2023年深圳市城市水环境建设与经济社会发展耦合协调度计算表

3.2水环境建设和经济社会发展历年综合评价值

根据图1中深圳市城市水环境建设系统与经济社会系统综合评价值年度变化结果可知，从2013～2023年，深圳市城市水环境建设和经济社会发展均处于持续上升期，且经济社会发展总体上领先于水土流失治理，这一点与大多数城市发展建设规律一致。从发展变化速度来看，2023年城市水环境建设综合评价值是2013年的5.2倍，2023年经济系统综合评价值是2013年的1.52倍，即城市水环境建设的相对发展速度要领先于经济社会，这主要得益于近年来随着生态理念的不断深入，在城市建设中更加注重对生态环境的修复和保护。

图1 2013～2023年深圳城市水环境系统与经济社会系统综合评价值年度变化曲线

表4河源市水土流失治理与城镇化建设耦合协调程度

图2 2013～2023年深圳市协调度指数E、耦合度指数F、综合协调指数G年度变化曲线

3.3城市水环境建设和经济社会发展协调度分析

根据已有成果对耦合协调度等级划分标准，2013～2023年深圳市城市水环境建设与经济社会发展协调度指数表现为逐年递增趋势，这11年间深圳市城市水环境建设与经济社会发展经历了轻度失调、勉强协调、初级协调、中级协调、良好协调、优质协调共6个阶段，协调等级从4级逐步提升至10级，从2018年以后全市进入优质协调阶段。由此可见，经过多年的发展，深圳市城市水环境建设与经济社会发展方面均取得显著成效，并从根本上解决了两者间关系失调的问题。

4、结论

本文通过对深圳市2013～2023年城市水环境建设与经济社会发展进行耦合协调度分析，得出以下结论：（1)2013～2023年深圳市城市水环境建设和经济社会发展均处于上升期，经济社会发展整体上领先于水环境建设，符合大多数城市发展的基本规律；（2）从发展变化速度来看，由于城市水环境建设工作起点相对较低，其相对发展速度较经济社会更快；（3)2013～2023年深圳市城市水环境建设和经济社会发展经历了轻度失调、勉强协调、初级协调、中级协调、良好协调、优质协调共6个阶段，从2018年以后进入优质协调阶段，经过多年的发展，深圳市城市水环境建设与经济社会发展方面均取得显著的成效，并从根本上解决了两者间关系失调的问题。

文章来源:贾丰源.城市水环境建设与经济社会发展耦合协调模式研究[J].吉林水利,2024,(11):65-68+72.