基于RSEE系统的长治市某县水资源承载力协调度分析

田剑浩

（长治市水利发展中心山西长治 046000）

长治市某县是重要的煤炭能源基地和工业基地，水资源配置能力偏低、供水结构有待优化、水生态环境恶化、应急能力不足等问题都是制约全县经济发展的重要因素。本文是在某县水资源承载能力评价的基础上，提出了基于水资源Resources-社会Society-经济Economic-环境Environment 的RSEE 系统协调度评价，该评价的开展对于加强该地区用水总量控制管理，促进水资源合理开发和生态环境保护，实现水资源可持续利用，保障全县经济社会转型跨越发展，促进最严格水资源管理制度“三条红线”具有重要的意义。

1 RSEE 系统概念及定义

1.1 RSEE 系统概念

水资源-社会-经济-环境（RSEE）系统是一个有机的整体，经济社会发展以水资源为基础，而工业发展又是环境污染的主要原因之一，经济社会发展是资源与环境保护的根本保证，任何以牺牲生态环境为基础的经济社会发展都是不长久的，经济社会将难以发展，环境保护更是缺乏物质保证。因此，本研究将根据3E 系统[1，2]和协同理论的基本概念，提出“水资源-社会-经济-环境”RSEE 系统协调发展的观点：以水资源为基础，通过提高水资源利用效率，坚持节水与发展并重，实现经济社会与环境保护持续协调发展。

1.2 RSEE 系统协调度的定义

协调度是通过建立一种数学模型来展现系统之间协调程度，目前该研究方法主要分为综合型、变化型和距离型三者协调度模型，本文采用距离型协调度来建立RSEE 协调度评价模型，该模型具有结构简单，算法简便等优点[3]，建立RSEE 系统由水资源（S1）、社会（S2）、经济（S3）和生态环境（S4）四个子系统构成。RSEE系统的整体发展水平定义为E*，水资源、社会、经济、生态环境四个子系统的发展水平分别定义为E1、E2、E3、E4。那么四个子系统中的单系统协调度Hi定义为：

式中Ei（i取1、2、3、4）

则RSEE 系统整体协调度Hs定义为：

根据单系统协调度Hi定义式（1），RSEE 系统各子系统的单系统协调度Hi∈[0，1]，协调度Hi越大，系统的协调发展越好，且仅当时达到最大值1。

该协调度定义可以通过分析水资源、社会、经济、生态环境四个子系统的增速与整体RSEE系统的进展速度的表现误差，更加直观准确地展示出RSEE 系统协调度，科学地保障了整个系统协调性分析。同时能反映出系统整体的发展情况和各个子系统的协调发展情况，能有效避免在分析的过程中遗漏了有价值信息。

2 RSEE 系统协调度实证分析

2.1 协调度评价指标

本文认为水资源、社会、经济和生态环境四个子系统的协调程度较好地反映出RSEE系统的整体发展状态，考虑与RSEE系统的主要影响因素，构建了如表1所示的4 个子系统、16 个指标组成的评价指标体系，利用美国运筹学家T.L.Saaty 教授于上世纪70年代初期提出的层次分析法计算4 个子系统各项指标的权重。

表1 水资源复合承载力各指标权重

2.2 指标标准化

由于本评价中所建立的RSEE 系统协调度评价指标体系所涉及的评价指标较多，且各个指标的评价标准及单位均不相同，难以对于每一个评价指标确定出一个最优标准，因此采用级差法进行指标标准化，采用公式（3）（4）所示，

式中：Ziα——某一系统某一指标的标准化值；

Xα——16 个指标某一年的原数据，α 取1~16；

Xmax——某一指标年际间最大值；

Xmin——某一指标年际间最小值。

2.3 系统评价值的计算

单个子系统的发展水平用以下公式得出。

式中：Ei——某一子系统的发展水平；

Ziα——某一子系统某一指标的标准化值；

ω——某一子系统某一指标的综合权重；

n——某一子系统指标个数。

2.4 RSEE 系统整体状态水平的计算

假定模型中水资源、社会、经济、生态环境四个子系统的发展状态对于RSEE系统的整体发展是拥有相同的比重，则：

式中：E*——RSEE 系统整体发展水平；

E1——水资源子系统发展水平；

E2——社会子系统发展水平；

E3——经济子系统发展水平；

E4——生态环境子系统发展水平。

2.5 RSEE 系统协调度计算

在均匀时间序列1~N 上，按照上述方法分别计算出在不同时间点上RSEE 系统各自的状态水平和整体发展水平，本文的时间点t为数据对应的年份。根据上述数据计算各子系统和系统整体的状态，如公式所示：

（Ei）t和（Ei）t-1——某一子系统在时间点t和t-1 的状态。

在计算出各个子系统和RSEE 系统整体发展速度的情况下，通过前述的计算式（1）和（2）得出子系统和整个系统的协调度。

3 基于RSEE系统的协调度实例分析

本文运用上述构建的协调度模型分析长治市某县水资源、社会、经济、生态环境协调发展水平，并对该县社会经济的可持续稳定发展提出建议。

以2013-2017年的原始数据，同时根据该县总体规划发展的各项地方文件，预测规划水平年近期2025年和远期2030年的数据，以4 个子系统16 个评估指标的具体数值为基础，由上述公式计算得到RSEE 协调度模型里的水资源、社会、经济、生态环境和整体系统的发展水平Ei，如表2所示。

表2 某县RSEE 系统发展水平

再由公式（1）、（2）最终得到基于RSEE 模型的系统协调度。

去除2013年作为数据原点的干扰，该县2013—2017年的协调度如表4所示，除2014年以外，其他年份的综合协调度评分均低于0.5 分，说明某县的经济增长与环境资源在一定程度上不相匹配，已经在很大程度上对系统的协调发展产生了较大阻力，造成系统协调度失调的因素有很多，但关键在于该县的社会人口数量和经济增幅都达到了比较高的发展水平，甚至高于RSEE 系统整体的发展程度；同时自然生态环境与水资源却发生退化，低于RSEE 系统整体的发展速度。由此，从数值中看出2013—2017年的水资源环境已难以承载社会经济发展，该县需要一方面适当放慢社会经济的发展速度，另一方面开源节流，通过充分、合理开发利用本地水资源和实行跨流域引水、节水减污、减少污染物排放和水资源浪费等措施，促进水资源、社会、经济、生态环境整体系统协调发展。

表4 某县RSEE 系统协调度评分

本评价对某县的水资源系统协调度进行分析，通过将规划年2025年和2015年四个子系统协调度数值在雷达图中体现，可以更加直观地看出子系统之间的协调趋势，具体情况见图1。

图1 某县不同水平年各子系统协调度分析

图中菱形越接近正方形，则表明此整体系统的协调度越高，代表RSEE 系统中各个子系统均衡发展。可以看出2025年的协调度在逐渐升高，这是由于在地方政府部门一系列积极的治水政策下，小水网建成陆续通水，关井压采，生态修复及县城污水处理厂再生水回用的共同支撑下，使水资源-社会-经济-生态环境四个子系统将趋于协调发展。

4 结语

“十四五”时期是长治市某县由高水平全面建成小康社会迈向基本实现社会主义现代化的关键时期，也是实现某县转型跨越发展的重要时期。但社会经济的发展对当地水资源提出了新的挑战，本文建立了基于RSEE系统的协调度评价指标体系，并对该县现状协调度进行分析，分析结果标明，2013—2017年某县的水资源系统已难以承载社会经济发展，2025年、2030年在现有水源工程的基础上，某县应在加大地表水、废污水开发利用的同时，积极调整产业结构，推动产业升级，使全县协调度明显提高，为在新时代地区协调发展提供支撑和依据。