小流域经济-环境-社会系统协调发展评价研究

2023-03-06郭建英张铁钢杨振奇

中国水土保持 2023年1期

张欣，郭建英，张铁钢，杨振奇

(水利部牧区水利科学研究所，内蒙古呼和浩特 010020)

水源和土壤使流域这一地理单元成为人类文明发育的摇篮[1]，但自工业时代以来，以经济利益最大化为发展目标，资源掠夺式的开采以及过度的工农业活动使流域环境问题不断显现，反过来制约了经济社会的发展。伴随着不合理的社会活动的开展，水源、土壤两大环境要素不断被破坏，大小流域普遍出现水土流失、生态系统退化等生态环境问题，开展流域治理刻不容缓。

目前，关于可持续流域治理的研究多集中于较大流域，如黄河流域[2]、金沙江流域[3]等。相比之下，对于小流域经济-环境-社会系统协调发展的研究较少，且缺少系统化分析。从全国来看，小流域治理成效显著，各省、市、自治区开展重点治理的小流域多达0.7万条[4]，而对小流域治理工程评价体系的构建并未跟进，如何对经济-环境-社会系统的协调发展状况进行合理的评价和度量成为当前紧迫的研究课题。内蒙古克什克腾旗大东沟小流域，是典型的受社会生产生活活动影响的区域，生态环境恶化、水土流失严重，已严重影响当地经济的发展和人民生活质量，当地政府及水行政部门长期坚持对大东沟小流域进行治理，取得了一定成效。本研究以克什克腾旗大东沟小流域为研究对象，通过现状调查，选取反映经济-环境-社会协调发展的主要指标，采用主成分分析与回归分析相结合的综合评价方法，对大东沟小流域经济-环境-社会系统协调发展进行评价。

1 研究区概况

大东沟小流域位于克什克腾旗的东南部，总面积720 hm2，属中温带大陆性季风气候区，冬季寒冷干旱，夏季炎热多雨。年均气温3.4 ℃，无霜期110 d，年日照时数约3 100 h；年均降水量380 mm，降水集中在夏季，年均蒸发量约1 620 mm；年均风速2.4 m/s，大风日数70 d，其中沙尘暴日数大约30 d[5]。该区域土壤多为轻壤及砂壤土，有机质含量为5%～8%，土壤非常贫瘠。根据资料，2012年小流域中度以上侵蚀面积为489.9 hm2，截至2020年水土流失治理率达73%。

2 评价指标体系

大东沟小流域属低山丘陵区，自然条件复杂，在对其生态环境及经济社会现状进行调查的基础上，分别从经济、环境和社会三方面进行综合分析，并从中选取有代表性、全面性、整体性、科学性、可操作性、独立性的量化指标，构建大东沟小流域经济-环境-社会系统协调发展评价指标体系，见图1。

图1 大东沟小流域经济-环境-社会系统协调发展评价指标体系

3 评价方法

本研究评价方法为主成分分析法及回归分析法，具体计算过程如下：

(1)根据指标选取原则，选取大东沟小流域经济发展指标以及环境改善指标。

按照方差累计贡献率≥85%的原则，求出某指标i前m个主成分的发展水平Fi，其计算公式为

(1)

则经济或环境系统综合发展水平F的计算公式为

(2)

(3)协调度的计算。对经济、环境系统的综合发展水平进行回归分析，得出两者之间的拟合方程，然后将经济、环境系统各年份的综合发展水平值代入相应的拟合方程，得到经济、环境系统各年份的协调值F′。评价这两个子系统的状态协调度U的计算公式为

(3)

式中：s2为经济、环境系统综合发展水平的方差。

反映经济系统(i)与环境系统(j)间协调发展程度的静态协调度Cs(i,j)计算公式为

Cs(i，j)=min[U(i/j)，U(j/i)]/max[U(i/j)，U(j/i)]

(4)

其中，Cs(i，j)取值(0，1]。

反映经济、环境两系统间协调发展程度的动态协调度Cd(t)计算公式为

(5)

式中：t为年份；T为年限；Cs(t-n)为系统在t-n时刻的静态协调度；Cd(t)取值(0，t]。

经济与社会系统间的协调度、环境与社会系统间的协调度计算同上。

4 经济-环境-社会系统协调发展评价

4.1 发展水平

通过对大东沟小流域的经济-环境-社会现状进行调查，其各项评价指标原始数据见表1，综合发展水平见表2。

表1 经济-环境-社会系统协调发展评价指标原始数据

表2 经济、环境、社会系统综合发展水平

由表1知，大东沟小流域植被覆盖率、水土流失治理率逐年增加，土壤侵蚀模数逐年下降，水土流失面积逐渐减少；人均产值、人均纯收入以及单位面积粮食产量逐年增加，土地利用结构逐渐趋于合理；小流域内生产生活条件得到明显改善。

由表2知，2012—2020年的经济综合发展水平先呈“V”形发展、后呈水平发展；2012—2020年环境综合发展水平呈上升发展态势，只是2020年有所下降；2012—2020年社会综合发展水平呈起伏状态，但整体上是呈上升趋势。

4.2 静态协调度评价

计算大东沟小流域经济-环境-社会系统的静态协调度，其结果见图2。

图2 经济-环境-社会系统静态协调度

参考已有的协调度的划分等级[6]，定义Cs(i,j)<0.5为不协调，0.5≤Cs(i,j) <0.8为基本不协调，0.8≤Cs(i,j) <0.9为基本协调，Cs(i,j) ≥0.9为协调，对大东沟小流域经济-环境系统、经济-社会系统、环境-社会系统静态协调度进行划分，结果见表3。

表3 经济-环境系统、经济-社会系统、环境-社会系统静态协调度等级

由图2及表3可知，大东沟小流域经过9 a的水土流失综合治理，其经济-环境系统已由不协调逐渐发展成基本协调，但在2020年，也就是小流域水土流失治理的末期，其经济-环境系统并没有达到协调发展。大东沟小流域经济-社会系统由2012年的不协调发展为2020年的基本不协调，虽其协调状况整体上稍有好转，但依旧较差。也就是说，经过9 a的水土流失治理，该流域的经济发展状况与整个小流域的社会状况依然处于不协调的状况。大东沟小流域环境-社会系统在小流域治理初期为不协调发展，到治理末期达到基本协调，未达到协调发展。2015年，虽采取了大规模的水土流失治理措施，但其治理效果并没有及时显现，因此在经济-社会系统及环境-社会系统中，静态协调度均出现了下降的趋势，但是随着治理措施的实施以及资金的投入，其协调发展状况逐渐好转。

4.3 动态协调度评价

大东沟小流域经济-环境-社会系统动态协调发展曲线见图3。由图3可知，大东沟小流域经济-环境-社会系统动态协调度的变化幅度在0.3～0.7，且该系统2012—2020年协调发展趋势基本呈波动性递增，这说明该小流域经济-环境-社会系统正逐渐趋向于协调发展的状态。设t2>t1，若Cd(t2)≥Cd(t1)，则表示系统一直处于协调发展的轨迹上，大东沟小流域的经济-环境系统动态协调度从大到小依次为Cd(2020)、Cd(2018)、Cd(2015)、Cd(2012)，说该小流域经济-环境系统处在协调发展的轨迹上；大东沟小流域经济-社会系统的动态协调度从大到小依次为Cd(2020)、Cd(2012)、Cd(2018)、Cd(2015)，说明该小流域经济-社会系统并未总处在协调发展的轨迹上；大东沟小流域环境-社会系统的动态协调度从大到小依次为Cd(2020)、Cd(2018)、Cd(2012)、Cd(2015)，说明该小流域环境-社会系统的动态协调度也没有总处在协调发展的轨迹上。