城市化與水生態環境耦合演變定量指標化研究

遲承業

(遼寧省大連水文局，遼寧 大連 116021)

當前，城市化的發展對區域水生態環境的影響成為當前生態環境保護研究的熱點問題，城市化發展如何與生態環境協調發展是國內學者關注的主要方向，綜合分析城市化發展與水生態環境的耦合演變成為當前研究的難點，近些年來，有學者結合綜合指標的方法，采用多指標分析的方法對區域城市化與水生態環境耦合演變進行定性分析，并取得一定的研究成果[1-6]，但是這些成果未能對城市化對水生態環境的影響進行定量化的分析。本文結合協調發展度綜合模型[7-10]，以遼寧省省會沈陽市為研究實例，對城市化與水生態環境耦合演變進行綜合分析，分析方法對于其他城市具有參考價值。

1 協調發展度綜合模型

協調發展調度模型首先需要對模型指標數據進行綱化處理，綱化處理方程為：

對于正向指標：

(1)

對于負向指標：

(2)

協調發展綜合模型結合多級熵權處理方法對各指標進行綜合權重的設定，權重設定方程為：

(3)

(4)

(5)

T=αf(x)+βf(y)

(6)

(7)

式中，C—城市化與水生態環境的協調發展度；f(x)—城市化綜合指數；f(y)—水生態環境演變綜合指數；k—協調發展指數；T—綜合評定指數；α、β—協調發展系數，本文兩個數值分別取為0.5以及0.6。在進行協調發展度確定后，結合國際上對城市化與水生態環境演變的劃分標準，進行等級劃分，劃分標準見表1。

表1 城市化與水環境協調發展的評定標準

2 研究實例

2.1 指標體系的構建

為對區域城市化與水生態環境耦合演變進行分析，構建了其分析指標體系，具體見表2。

表2 指標體系的構建

表2為城市化與水生態環境分析的指標體系，并結合多級熵權重的方式各級指標進行權重的設定，在進行指標設定時，各級權重分析的原始數據均來自于沈陽市的統計年鑒。其中城市化指數分為人口、經濟、空間以及社會4個層級，而水生態環境主要分為水生態環境壓力、水生態環境保護及水生態環境狀態3類。

2.2 城市化演變的趨勢分析

結合城市化演變的構建指標，對沈陽市城市化演變系統指數進行了分析，分析結果見表3、如圖1所示。

從圖1中可以看出，沈陽作為遼寧省省會城市，其城市化系統演變指數呈現較為平穩的上升趨勢，從2011年后其城市化系統演變指數變幅逐步加大，其城市化年平均演變指數達到0.04，而水生態環境系統演變指數變幅較為不穩定，其年均變幅指數也為0.04，在2014年出現小幅下降波動。

表3 城市化演變系統指數

圖1 城市化與水生態環境演變綜合指數

2.3 水生態環境演變的趨勢分析

結合水生態環境壓力、水生態環境保護及水生態環境狀態三類指標對沈陽市水生態環境系統演變指數進行分析，分析結果見表4。

表4 水生態環境系統演變指數

從表4中可以看出，三類水生態環境系統演變指數均呈現上升變化趨勢，其中水生態環境壓力指數上升明顯度偏高，這主要是受城市化發展，造成區域水生態環境壓力的不斷增加，其年均增幅達到0.03，而從2010年以后水生態環境壓力指數增幅明顯。相對于水生態環境壓力指數的增加，其水生態環境保護指數也不斷增加，從2010年以后，沈陽市加大區域水生態環境的保護，對區域的渾河加大生態環境整治力度，其水生態環境保護指數也在2010年出現明顯增幅，水生態環境保護指數的增加也使得區域水生態環境狀態指數得到明顯增加，水生態環境得到很大程度的改善。

2.4 城市化與水生態環境耦合演變分析

基于協調發展度綜合模型，對城市化與水生態環境耦合演變進行系統分析，定量分析了不同年份沈陽市城市化與水生態環境耦合演變的的協調發展度，并分析了協調發展的類型，此外繪制了區域城市化與水生態環境耦合演變的變化曲線。分析結果見表5、如圖2所示。

表5 城市化與水生態環境耦合演變變化曲線

從表5中可以看出，2010年以后，沈陽市城市化與水生態環境的協調發展度增加到0.8以上，區域城市化與水生態環境的協調發展類型達到良好協調以上程度。這主要是因為2010年以后，沈陽市加大了區域水生態環境保護的力度，出臺了一系列的區域生態環境保護措施，使得水生態環境壓力指數有所下降，水生態環境狀態及水生態保護指數穩步上升。從圖2中也可以看出，區域城市化與水生態環境耦合演變曲線呈現穩步上升的變化趨勢，其綜合協調度逐步增加。從各指數協調度回歸方程可以看出，城市化與水生態環境耦合演變綜合指數和協調發展度呈現指數變化關系。

3 結語

(1)2000—2019年沈陽市城市化與水生態環境耦合演變的指數呈現穩步上升趨勢，在變化系統內部，社會城市化是城市化變化較為薄弱的因素，水生態環境系統狀態指數的演變趨勢更為復雜。

(2)城市化發展與水生態環境演變曲線呈現指數變化關系，城市化與水生態環境協調發展主要依靠于兩者的共同發展，使得城市化對水生態環境的促進作用大于破壞作用是城市化發展主要研究的課題。

圖2 沈陽市城市化與水生態環境耦合演變曲線

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