辽宁省社会经济发展和水生态环境耦合协调度评价

栾 城

(北票市水务事务服务中心,辽宁 北票 122100)

社会经济系统是以人类为主体产生旅游休闲、工业贸易等活动的复杂系统,水资源系统是将区域内各种非工程和水利工程措施利用水循环连接构成的统一整体,而生态环境系统是由环境与生物组成的动态平衡单位。社会经济与水生态环境之间时刻发生着能量、信息、物质的交换、输入和输出,随着空间无序开发与区域发展失衡问题的日益严峻,社会经济与水生态环境之间的矛盾更加突出,逐渐成为制约可持续发展的瓶颈。辽宁省是我国东北地区协调发展的核心,区域可持续发展面临着生态环境、社会经济与水资源相互制约的重大问题,研究其水生态环境与社会经济耦合协调发展规律,对促进区域社会经济高质量发展极具现实意义[1-2]。

对于社会经济、水资源和生态环境系统之间的关系国内外学者进行了广泛研究,如Holling等研究认为面对复杂多变的经济与生态发展态势,必须充分考虑其发展规律构建更加全面的生态-经济系统;Yan等探讨分析了生态-经济-水系统之间的内在机制及匹配度,突出强调协调发展的重要作用[3]。而耦合协调度模型主要是定量描述系统间要素的正向作用或相互配合程度,通过反映不同系统的相对高低发展水平,从而准确识别所存在的问题,一般适用于系统间互馈关系的研究。刘耀彬等将协同学原理引入协调度模型定性分析了生态与经济的交互作用;王会芝等利用耦合协调度模型定量评价了区域生态环境、社会和经济的协调发展水平;Choi等通过改进现有模型建立投影寻踪模型,利用河流耗竭潜力指数揭示系统间的动态演化规律。许多学者广泛探讨了社会经济与水生态间的协调关系,并取得丰硕的成果,但从时空分异的角度上研究水环境与经济社会耦合协调度的还较少[3-4]。在区域尺度上,主要集中于单个区域生态环境受社会经济发展的影响分析,对于区域差异性的关注较少,尤其是全面定量分析整个区域的还不足;在评价方法上,定量评价少而相关性和定性分析较多;在时空维度上,主要探讨社会经济发展与水生态环境协调度的时间变化特征,研究区域变化规律的较少,系统分析不同区域均衡发展水平的也比较缺乏。

因此,本研究结合2016—2020年辽宁省水生态环境和社会经济发展调查统计数据,采用熵值法和耦合协调度模型计算评价水生态环境与社会经济系统的协调度,从时空角度上揭示14个地市及全省水生态环境与社会经济的协调发展规律,以期为实现区域均衡发展及缩小区域差距提供一定参考。

1 研究区概况

辽宁省位于我国东北地区南部,下辖14个地市,总面积14.8万km2。境内地跨大凌河、绕阳河、太子河、浑河、辽河、鸭绿江六大水系,地貌形态由山地、丘陵和平原构成,其中山地、平地、水域面积比例为58%、33%和9%。由于水面坡度小大部分河道水体流动性差,河湖自净功能下降,水生态承载力低,水体交换周期长使水生态系统较为脆弱。随着城镇化与工业化进程的加快,有的河湖被过渡开发利用超出了其生态承载能力,生态功能衰减或退化、水污染、环境混乱和水域被侵占等问题突出。近年来,辽东、辽中和辽西地区经济快速发展,由于传统区位优势最初几年辽南发展速度较快,但2010年以后辽西、辽中地区经济增长速度也明显提高,但三大区域经济发展依然存在绝对差距较大的情况。因此,探讨辽宁省水生态环境与区域经济的协调发展规律,这是促进区域协调发展及全面推行河长制的必然要求,对于建设美丽辽宁、推动辽宁省经济转型以及贯彻落实相关决策部署等具有重要意义。

2 研究方法

2.1 数据来源

本研究所涉及的经济发展和水生态环境相关数据来源于2016—2020年辽宁省国民经济统计公报、统计年鉴、中国统计信息网及水资源公报等资料,利用数理统计法补全个别缺失数据。

2.2 权重计算

为了消除各指标之间的不可通透性,考虑利用极差法无量纲化处理各正向和负向指标,具体如下:

(1)

式中:rij*、rij为第i个地市第j项指标标准化后和初始的数值;max(rj)、min(rj)为所有地市中第j个指标的最大值和最小值。

系统中信息的不确定性可以利用熵值来度量,即信息熵越小则其不确定性越高,相应的效应值也就越大,反之则效用值越小[5-7]。若参评指标的信息熵越小说明该指标的“无序”状态越明显,对系统评价的贡献作用越高;信息熵越大则说明系统具有该属性的信息量越大,即不确定性越大,从而反映属性的总体特征。采用公式(2)～(4)计算数据的贡献度Pij、信息熵Ej和各指标权重Wi,即:

(2)

(3)

(4)

式中:m、n为指标总数和城市个数。经上述计算,可以保证Ej值处于0～1之间,其最大值取1。

2.3 耦合协调度计算

耦合度反映了良性互动情况下各子系统相互促进、协调的变化关系,主要是指多个系统相互协调的发展程度[8-10]。根据耦合度和协调程度计算结果,可评定两个系统间的相互影响作用及其协调状态,故文章通过构建耦合协调度模型计算分析区域水生态环境与经济发展的协调水平,利用下式计算协调度D:

(5)

式中:D、C、T为水生态环境与经济发展的耦合协调度、耦合度及综合评价指数;u(x)、v(y)为经济发展和水生态环境的综合评价值;α、β为待定系数,按照经济发展与水生态环境同等重要的原则赋予α=β=0.5。

根据相关研究成果及地方、行业规范,将水生态环境与社会经济发展的耦合协调度划分成高度、中度、低度协调和不协调4个等级,所对应的协调度取值区间分别为0.85≤D≤1、0.70≤D<0.85、0.50≤D<0.70、0≤D<0.50。针对失调和低度、中度协调3种类型,将其划分成经济滞后型(即水生态环境治理水平高于社会经济发展水平)和生态滞后型(即水生态环境治理水平低于社会经济发展水平)两种类型,可以表示成v(y)>u(x)和v(y)

3 经济与水生态耦合协调度评价

3.1 评价指标体系

水生态环境评价涉及因素多,覆盖范围广,在构建多层次结构评价体系时应选择代表性指标,从而体现系统整体特征。文章充分考虑相关指标的可量化性以及数据获取的难易程度,遵循最小均方差原则、极大不相关和专家评分原则,从水生态、水环境、水污染、水安全和水资源的角度选择15个指标构建多层次水生态环境评价体系。然后结合PSR概念模型以及区域经济发展情况,从居民生活、城市建设和经济发展水平的角度选择10个指标构建经济发展评价体系。最后遵循统一性、系统性、实用性和科学性原则,构建辽宁省社会经济发展和水生态环境评价体系,如表1所示。

表1 社会经济发展与水生态环境评价体系

3.2 评价结果与分析

将研究区按照地理位置划分成辽南(含大连、营口、鞍山、辽阳),辽东(含本溪、丹东),辽西(含盘锦、锦州、朝阳、阜新、葫芦岛)和辽北(含铁岭、沈阳、抚顺)4个分区,各分区2016—2020年水生态环境与社会经济发展的综合评价指数及其耦合协调度变化趋势,如图1所示。

(a)社会经济评价指数

由图1可知,2016—2020年辽宁省水生态环境状况和社会经济发展水平均明显提升,说明在经济发展过程中辽宁省各分区并未忽视对水生态环境的保护。图1(c)表明,截至2020年4个分区的水生态环境与社会经济协调发展度均达到高度或中度协调水平,说明在水生态环境保护和经济发展之间辽宁省处于较高协调阶段,二者具有较高的耦合程度。

辽南地区的协调发展水平较高,2016—2017年为中度协调阶段,2018—2020年为高度协调阶段,除辽阳地区以外滞后类型均为生态滞后型,说明大连、营口和鞍山市的水生态环境治理水平整体低于社会经济发展水平;辽东地区的协调发展水平略高于辽西、辽北地区,2016—2020年达到中度协调水平,滞后类型均为生态滞后型,说明本溪和丹东市水生态环境治理水平低于社会经济发展水平;辽西地区的协调发展水平最低,2016—2019年为低度协调阶段,2020年为中度协调阶段,滞后类型为经济滞后型,说明盘锦、锦州、朝阳、阜新和葫芦岛市的水生态环境治理水平高于社会经济发展水平;辽北地区的协调发展水平较低,2016—2018年为低度协调阶段,2019—2020年为中度协调阶段,除沈阳市以外滞后类型均为经济滞后型,说明铁岭、抚顺市的水生态环境治理水平高于社会经济发展水平。

2016—2020年辽宁省水生态环境和社会经济综合评价指数如图2所示,结果显示2016—2020年辽宁省水生态环境与社会经济发展间的耦合协调度表现出逐年上升的变化趋势。其中,水生态环境与社会经济发展的综合评价指数均逐年上升,社会经济发展水平总体高于水生态环境水平,社会经济发展较为平缓而水生态环境状况明显改善,社会经济发展提升幅度明显小于水生态环境。因此,2016—2020年在大力发展经济的同时,辽宁省显著提高了水生态环境治理水平,这也是辽宁省高度重视水生态环境的重要体现。

图2 2016—2020年全省耦合协调度变化趋势

4 结 论

1)文章采用耦合协调度模型研究2016—2020年辽宁省水生态环境与社会经济发展耦合协调度的发展趋势,相较于传统的评价方法能够更加全面、多维地反映区域均衡发展台式。通过分析各分区水生态环境与社会经济发展之间的协调关系,对促进区域水资源、生态环境与经济社会协调发展具有积极作用。

2)2016—2020辽宁省水生态环境与社会经济发展的耦合协调度表现出逐年上升的趋势,从最初的0.678逐渐提高到0.795,两者的耦合水平不断提升。从空间上,辽宁省水生态环境与经济发展耦合度呈现出辽南最高,其次是辽东和辽北地区,不同地区的耦合度具有较大差异。虽然辽宁省协调发展水平整体呈逐年上升趋势,但与高度协调水平还存在一定差距,仍需采取相应的措施和政策,有效治理和调整当地水生态、水污染及产业结构,以实现水环境、水资源与经济社会的协调可持续发展。