河流生态治理耦合珠海城市城镇化协调发展研究

程晓航

(湖北省水利水电规划勘测设计院,武汉 430064)

0 引 言

生态文明建设要求人与自然和谐共处,改善水生态环境是人与自然和谐相处的重要途径［1］。随着珠海市城镇化发展规模扩大,人口和经济快速增长,生态环境问题面临新的挑战。水资源和环境分配压力、废水处理压力等问题越发凸显,如何满足人们的用水需求以及实现绿色经济增长是目前研究的重点［2-3］。

本次研究以珠海市为研究对象,从社会效益和经济效益角度构建城镇化发展评价模型,并从水资源环境状态以及水环境安全响应能力角度构建河流生态治理模型。耦合两个分析模型之后,采用2013-2021年珠海市发展指标为样本进行分析。本次研究的目的是探究河流生态治理与城镇发展之间的关系,从而指导水资源可持续利用和珠海市的城镇协调发展。

1 珠海市河流生态治理与城镇化协调发展耦合评价模型

1.1 珠海市河流生态治理与城镇化经济发展联系性研究

珠海市濒临南海,境内河流众多,西江诸分流水道与当地河涌纵横交织,水流相互贯通,最后经磨刀门、鸡啼门和虎跳门等水道流入南海,入海年径流量多年平均约1 200×108m3。图1为珠海市及珠江口水系图。

珠海市内设香洲区、斗门区和金湾区3个行政区,陆地面积1 701km2,常住人口约160万人。主要水道磨刀门水道、鸡啼门水道和虎跳门水道总年径流量达1 320×108m3,三者水质均处于三类以上,是珠海市的主要水源［4-5］。过去几年中,珠海河流生态治理在取得较大成果,不仅改善了水质,降低了引水工程成本,还在生态景观上打造了一系列的绿道、护栏、草坡等工程［6］。现阶段,珠海市河道生态治理主要存在两个方面的问题,分别是排洪渠河道结构简单和污水系统建设不健全,具体问题见图2。

图1 珠海市及珠江口水系图

图2 珠海市河道生态治理问题

排洪渠河道结构简单,导致生态景观建设受限。单一的梯形河渠断面结构在部分地区难以与周边环境集合,无法提供景观植物生存所需的必要条件,因此造成河道生态绿化率不足［7-8］。人类的生产生活离不开水资源和水环境,因此河流生态环境对城镇化的进程具有重要影响［9］。同时,经济发展和城镇化进程对河流的治理同样具有影响。随着城市经济的发展,公共设施不断完善,人口自然向经济核心地区流动［10-11］。大量的人口聚集增加了资源环境的承受压力,也变相增加了对于河流生态治理的资金投入和科技成本。河道生态治理和城镇化发展的关系见图3。

图3 河流生态治理和城镇化各项发展的联系性

河流生态治理是一个城市水文状态的重要影响因素。而在水文状态中,人均水资源量、水土环境保持、水景建设以及废水处理等都会在各方面对城市城镇化产生影响。从经济系统、社会系统和自然系统的交互层面上观察,珠海市经济系统中的劳动力资源和产品生产既依靠城镇化社会系统之中的公共服务、公共措施等,又需要自然系统中的水体资源和能源交通支持［12］。而水体自然环境同样需要城镇化经济系统中资金投入,同时也需要城镇化社会系统中活动改造。合理的城镇化发展过程,应该是经济发展与生态资源环境保护协调进行。基于此,本次研究将耦合珠海城镇化及河流生态治理评价模型,为两者的协调发展提供有效的评价模型。

1.2 珠海市河流生态城镇化协调发展评价耦合模型

珠海市河流生态治理进程始于2005年,但仅限于部分河流地区。更为整体的“水更清行动”从2013年提出到2021已经取得重要成果,完成了大部分地区的水环境改造目标。因此,本次研究构建的评价指标体系相关数据,也将在2013-2021年之间进行连续性的查阅收集。在指标选择过程中,为了找出河流生态环境评价和珠海城镇化发展评价这两个非线性关联系统之间的客观联系性,研究将统一目的性和学术性。从本次研究提出的问题出发,结合水环境变量和流域经济学理论,从经济效益和社会效益两个大指标中确定城镇化发展的评价指标。具体指标体系见表1。

表1 珠海市河道生态治理耦合城镇化协调发展评价指标体系

由表1可知,城镇化评价系统中,经济效益和社会效益分别将经济现状中的各项重要变量选取为二级指标。经济发展、城镇化进程和人口聚集将给当地带来生态环境上的问题,增加废弃物的排放量。而水资源环境状态评价以及安全响应能力分别从人均资源占有量、废弃物处理能力和处理投入进行评价。

本次研究将耦合表1中的两个评价系统,通过计算耦合度来量化分析两个系统之间的相互影响作用。耦合度的计算公式如下:

(1)

式中:CD为珠海市城镇化评价模型与河流生态治理评价模型的耦合度;eurb与erc分别为城镇化综合评价值与河流生态治理综合评价值。

两个模型的耦合协调度和综合发展评价值的计算公式如下:

(2)

式中:coop为两个评价模型之间的耦合协调度;dev为两个系统耦合协调发展的综合评价值。

在耦合模型中,原系统的综合评价值根据熵值法进行计算,公式如下:

(3)

式中:n为指标i的样本数量;w为指标i的权重;pij为指标i下第j个样本在指标中的占比。

2 珠海市2013-2020年城镇化与河流生态治理评价耦合模型实证分析

为了验证协调发展评价耦合模型的应用效果,通过对珠海市进行耦合度和协调度的计算分析,探究珠海市城镇化与河流生态治理的协调发展关系。本次研究将从《中国城市统计年鉴》中收集珠海市2013-2021年的经济城镇化和社会城镇化发展指标数据。

在计算综合评价值及两个模型的耦合度之前,需要确定每个指标的权重。首先确定所有指标对于珠海市城镇化和河流生态治理的影响均是正向的,然后通过熵权法计算每个指标的客观权重值。通过利用珠海市各项指标的年均数据进行指标下的样本比重计算,再通过比重计算得出指标的熵值以及信息熵的冗余度,从而得出指标权重。具体数据见表2。

表2 珠海市城镇化与河流生态治理评价模型的指标权重

根据表2中的指标权重,可以计算得出珠海市经济城镇化和社会城镇化以及河流生态治理各项评价指标在2013-2021年的评价值。为了更好展示近几年来珠海市城镇化和河流生态治理的发展评价趋势,计算出每年的评价值,见图4。

图4 珠海市2013-2021年的城镇化发展评价及河流生态治理发展评价

从图4(a)可以看出,珠海市的城镇化发展趋势随着时间评价值不断上升,仅在2019-2020两年期间部分指标受到影响而下降。在2013-2021年,人均GDP、人口密度以及劳动力资源3项二级指标一直处于上升趋势,未受到疫情影响。发展评价值上升幅度最多的为人口密度,从2013年的0.1488上涨为2021年的0.8252;其次为劳动力资源数量,从2013年最低的0.3021上涨为2021年的0.868。人均GDP稳定发展,评价值从2013年的0.3086上涨为2021年的0.6555。社会城镇化发展二级指标中,人均建成区面积同时受到疫情和人口流动的影响,因此在2020年下降幅度最小,2021年最高评价值为0.557。

从图4(b)可以看出,水环境安全响应能力指标(A)下的3个二级指标均随着时间而上升。而水文环境资源状态(R)指标下,水土流失治理面积和植被覆盖率发展评价值为显著上升趋势,而人均水资源量和人均水景建筑面积指标发展评价值则为下降趋势。

通过图4中的指标评价值和权重,得出珠海城镇化发展以及河流生态治理的综合评价值。见表3。

表3 珠海市2013-2021年的河流生态治理和城镇化耦合协调度

从表3可以看出,从2013-2021年的趋势来看,城镇化综合评价稳步上涨,而河流生态治理综合评价则呈现迂回式上涨。2013-2021年两个模型的耦合度均高于0.9,表明珠海市城镇化与河流生态治理的协调发展关系密切。结合常规耦合模型的协调度,对珠海市2013-2021年河流生态治理和城镇化耦合协调度进行评价:当协调度小于0.5时,表明两个系统发展失调;协调度为0.5～0.7,表明生态治理和城镇化发展初步协调;协调度为0.7～0.9,表明生态治理和城镇化发展协调状态良好;协调度大于0.9,表明两个系统发展完全协调。从2013-2021年的整体性比较可以看出,2013-2017年处于初步协调状态;2018-2021处于良好协调状态。

3 结 论

本次研究同时构建了珠海市城镇化发展评价模型及河流生态治理评价模型,并对两个系统进行耦合计算分析。以珠海市2013-2021的发展指标为样本进行分析,结果表明 2013-2021年两个模型的耦合度均高于0.9。而2013-2021年耦合协调度从0.595增长为0.793,经历了初步协调和良好协调状态。通过增长趋势可以预测,5年内珠海市城镇化发展与河流生态治理协调步入完全协调状态。实验证明,珠海市河流生态治理与城市城镇化发展之间存在相互影响、相互制约的关系,即河流生态治理促进城市城镇化发展,而城市城镇化发展又推动了河流生态治理。