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基于耦合模型的水生态环境与区域经济协同发展研究

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  摘要:为研究水环境和区域经济的协同发展,将河北省1998—2016年相关数据作为研究基础,并基于DPSIR模型中响应、状态与驱动力维度筛选指标,构建水环境DSR体系与经济DSR体系,借助熵权值法获得系统的综合评价值及权重值,对经济变化与水环境评价进行简单分析,同时对两者耦合协调度情况进行探讨,最后提出几点水环境优化建议。
  关键词:耦合模型;水生态环境;区域经济
  中图分类号:F062.2           文献标识码:A
  水生态环境会直接影响人类生存情况与发展情况,与区域经济属于相辅相成关系。为保护水生态环境,通过构建模型等方式,对区域经济和水生态环境进行评价,研究促进区域经济和水生态环境协同发展措施。
  1 DPSIR模型
  DPSIR模型能夠对环境系统因素因果关系和复杂性进行准确描述。模型主要由压力、状态、响应、驱动力及影响五方面构成[1]。水环境状态改变对水生态系统产生影响,使人类在水环境方面产生直接响应或是间接响应,并作用于状态、压力及驱动力中,以此保证反馈链平衡,实现水环境与人类社会和谐发展。
  2 评价指标
  2.1 水环境指标
  以DPSIR模型为基础,结合水环境系统构建DSR,根据该指标框架,经济发展驱动力会对水环境健康发展产生一定影响,引发水环境状态变化,这些指标会对经济活动产生直接影响,促使人类通过响应措施对水环境进行优化。响应是指经济活动在水环境中的体现,所采取水环境优化的措施,提出优化水环境状况的思路。比如,党中央提出“新五化”要求,明确要求水资源利用、水环境利用等内容,属于间接驱动力,如图1所示。
  3 评价模型和综合评价指确定
  3.1 矩阵构建
  将t作为研究时间段,n作为指标数量,进行n×t矩阵构造,对于xij集合,设定为X,xij为第i项指标,第j年数据,j=1,…,t,i=1,…,n。
  3.2 指标变换与归一化
  开展系统评价时,处理低优指标和高优指标,以保证各个指标间趋向性良好,方便模型统一及分析[3]。
  在xij为正功效的情况下,yij=           ,其中,yij
  为系统研究功效贡献值;minij是xi集合中各个指标下限值,maxij是xi集合中各个指标上限值。对于yij集合,是功效矩阵,设定为Y。采用归一化形式处理矩阵Y,将处理指标设定为集合P。Pij是第i项指标,第j年净化值,并且Pij∈[0,1]。
  3.3 计算指标权重
  若是一个指标在设定时间段中不同年份数据差异性、随机性及无序程度越大,表明系统评价中该指标权重越大[4]。见式(1)。
  表2为经济指标权重值。水环境指标的熵值计算方法和思路,与经济指标计算相同,由于篇幅限制,此处省略。
  3.4 确定评价值
  通多对评价值和对应权重值乘积进行求和处理技能获得该指标第j年综合评价值,设定为Gj。随着指标权重值增加,其对研究体系的影响程度也会随之增加,反之影响程度减小。
  4 结果分析
  4.1 水环境系统评价
  通过计算获得水环境的综合评价值,设定为GS,如图2所示。
  可以发现,河北省水环境的综合评价值呈现增长趋势,表明水环境朝着良好方向发展。1998—2002年,水环境评价指数发生较大波动,在0.3391左右不断调整。之后评价值持续上升,2016年已经达到0.7746。见表3,本研究所确定的等级特征、等级标准及综合指标值[5]。
  水环境GS呈现逐年上升趋势,并通过此种良好态势,可以预测水环境质量等级将在近年上升到优级。1998—2005年,GS为差等级,政府与群众开始重视水环境保护,并通过一系列环境修复与水利工程等改善水环境。
  2001—2015年,GS环比指数每年增长1.0593左右,增长幅度达到5.933 7%。将2000年作为基准期,定基指数均值在1.3439左右,年均增长幅度达到34.3948%,并且驱动力指标贡献率在31.0767%左右,状态指标值和GS变化基本相同。XX1和XX2贡献率趋势在迅速触底之后,徘徊于15%左右。
  水环境评价中驱动力、响应及状态的变化是,2003年之后,响应指标在贡献率方面呈现上升趋势,2005—2006年,响应指标与状态指标在贡献率方面进行此消彼长的调整之后,使响应指标变为主要因素。其后在贡献率方面,相应>状态>驱动力。GS提升主要是基于响应指标拉动,在群众、政府及企业等水环境主体共同作用下,污水处理率及水环境利用率等指标得到有效优化。
  4.2 经济评价
  设定经济的综合评价值为GH,呈现逐年上升趋势,变化率在19.24%左右。GH变化主要有3个阶段:①1998—2003年,GH稳步增长,增长率在16.223 4%左右。②2004—2010年,GH波动幅度较大。③2010年之后,GH变化率在9.368 2%左右。主要表现为前期增长快速,后期增长稳定。
  5 耦合分析
  对于耦合,主要为不同系统之间借助一定作用,对彼此影响进行联合的现象。耦合将决定系统达到临界区域之后的结构走向,充分将子系统关系特征体现出来,对不同子系统相互影响与依赖契合性进行充分强调。描述各个子系统关系的特征指标为耦合度。虽然耦合度可以对子系统协调情况进行反映,然而无法对其发展层次加以反映,因此,需要结合协调度确定子系统协调度。见下式:
  其中,M是综合调和指数;D为协同度,取值为[0,1];C为耦合度,取值为[0,1];α是水生态子系统待定系数,β是经济子系统代行系数,本研究中均取0.5;q是总系统中子系统数量,本研究中q=2,见表4。   总系统优质耦合度无法代表经济与水环境子系统内容、协同目标等,需要对协调度进行深入研究。通过表4数据能够发现,两者协同度存在明显差异。其协同度在0.34799~0.93041范围内,呈现逐年上升趋势。
  本文确定了D值标准:①在0~0.35范围内,代表系统为协同失调;②在0.35~0.60范圍内,代表系统为协同过渡;③在0.60~0.80范围内,代表系统为中度协同;④在0.80~0.95范围内,代表系统为高度系统。水环境与经济协同度呈现出协同过渡、中度协同、高度协同发展趋势。其中,1999—2005年是低度协同。2006—2011年是中度协同,2012年之后是高度协同。
  6 建议
  (1)在水资源保护、节约、排泄、治理及开发利用等方面应该进行统一管理,保证功能得到充分发挥。
  (2)对当地水生态、水资源条件进行充分反映,合理制定水环境整治、规划方案。开展工程设计工作时,应该注意水陆和谐、水系相同等,环境保护优先。开展工程建设时,应该保证水始终是自然循环的状态,以减少工程建设在水环境方面产生的影响。
  (3)将水环境需求管理作为主要目标,提升管理效率,提高用水效益与效率,进行集约式发展。
  (4)开展水环境治理工作时,应该创新、集成水环境修复技术。
  (5)构建水环境检测系统以检测生物量、生境、底泥、水文、水质、水量、水生物等。为水环境变化研究,制定环境保护措施等提供数据保障。
  参考文献
  [1] 林燕,韩雅敏,孟璐.基于耦合模型的武威市农业生态环境与农业经济协调发展研究[J].农业与技术,2018,38(2):156-158.
  [2] 张翠燕,孙传国,王鹏程.基于耦合模型的新疆农业生态环境与经济协调发展研究[J].塔里木大学学报,2016,28(1):49-55.
  [3] 张忆君,马骏.基于耦合模型的苏北地区生态环境与经济协调发展研究[J].环境科技,2016,29(3):11-15.
  [4] 张英.基于耦合模型的水生态环境与区域经济协同发展研究[J].水利与建筑工程学报,2019,29(4):213-214.
  [5] 江波,林涛,李佳成,等.喀斯特地区生态环境与区域经济协调发展研究及预测分析[J].绿色科技,2017,8(22):161-165.
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