朝陽市水資源社會適應(yīng)能力與脆弱性耦合關(guān)系分析

全占東

(遼寧省遼陽水文局，遼寧 遼陽 111000)

0 引 言

水資源脆弱性是指受自然災(zāi)害、人類活動等因素影響，水資源系統(tǒng)受損后其功能和初始狀態(tài)難以恢復(fù)的性質(zhì)，這是反映水資源的可持續(xù)發(fā)展能力和基本情況的重要指標(biāo)。社會適應(yīng)自然資源短缺的能力就是社會適應(yīng)能力，社會適應(yīng)能力與水資源脆弱性之間存在耦合途徑與內(nèi)部關(guān)系，即系統(tǒng)內(nèi)部具備耦合條件[1]。近年來，隨著社會經(jīng)濟發(fā)展與水資源短缺矛盾的不斷加劇，水資源社會適應(yīng)能力與脆弱性的關(guān)系逐漸成為水文水資源領(lǐng)域研究的熱點。

水資源與人類活動的匹配程度以水資源脆弱性評價為主要依據(jù)，通過設(shè)立約束條件以及增強社會適應(yīng)能力降低社會經(jīng)濟發(fā)展受水資源制約的壓力，而消極下降或積極提高社會適應(yīng)能力又能對水資源供需不足緩解或加劇造成影響。人類活動與水資源脆弱性的相互作用關(guān)系引起大多數(shù)研究者的廣泛關(guān)注，如Smit等從系統(tǒng)理論的角度分析了適應(yīng)能力與適應(yīng)性、脆弱性間的內(nèi)在聯(lián)系：適應(yīng)性是減少脆弱性的有效途徑以及適應(yīng)能力的具體表現(xiàn)，社會經(jīng)濟系統(tǒng)的適應(yīng)能力越強則脆弱性越低[2]。劉瑜潔等綜合考慮管理壓力、污染壓力、發(fā)展壓力、水資源壓力等因素構(gòu)建脆弱性評價體系，科學(xué)分析了京津翼水資源系統(tǒng)受人類管理活動影響下的脆弱性，通過適應(yīng)性管理有利于改善水資源的脆弱性；職璐爽等從流域和行政區(qū)域的層次上提出有效降低水資源脆弱性的策略，如利用科技提高用水效率、建設(shè)智慧水務(wù)系統(tǒng)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)改革等社會適應(yīng)性對策。劉曉敏等篩選出人均用水量、人均水資源量、人口密度和萬元GDP用水量等社會經(jīng)濟脆弱性指標(biāo)，產(chǎn)水模數(shù)和降水量等自然環(huán)境脆弱性指標(biāo)，并經(jīng)濟發(fā)展與水資源利用主要取決于水資源脆弱性程度[2-5]。總體而言，社會適應(yīng)能力與水資源脆弱性之間存在密切聯(lián)系。因此，研究朝陽市社會適應(yīng)能力與水資源脆弱性之間的耦合關(guān)系，對緩解經(jīng)濟、社會與資源間的矛盾具有重要意義。

1 區(qū)域概況

朝陽市地處遼寧西部，屬于北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，具有降水偏少、光照充足、雨熱同季等特點。境內(nèi)丘陵、山川、平原交錯分布，主要有青龍河、小凌河、老哈河、大凌河4大水系，其中流域面積>100km2的河流69條，總長度2560km，地表徑流量13.22億m3，集水面積19777km2。朝陽市年均降水量450-580mm，受地形條件和自然環(huán)境等因素限制，降水時空分布差異較大，主要分布在6-8月，部分河流易發(fā)生洪澇災(zāi)害，而其他時段持續(xù)晴熱少雨，各地又面臨著一定程度的干旱，特別是近幾年，全市遭受少有的干旱災(zāi)害，持續(xù)時間長，災(zāi)情強度大，作物受災(zāi)減產(chǎn)，經(jīng)濟損失慘重。

2 耦合協(xié)調(diào)度模型

系統(tǒng)耦合是指在特定條件和介質(zhì)作用下兩個或多個系統(tǒng)耦合形成新系統(tǒng)的演化過程，而耦合是指多要素或系統(tǒng)之間的良性循環(huán)、恰當(dāng)配合關(guān)系[6-7]。常玉苗等從水環(huán)境治理、城市生態(tài)經(jīng)濟和水資源3個方面構(gòu)建耦合協(xié)調(diào)度模型，通過評價城市生態(tài)與水資源環(huán)境的耦合度，為優(yōu)化兩者的相互關(guān)系提供決策依據(jù)；喻笑勇等構(gòu)建適用于水資源充沛地區(qū)的協(xié)調(diào)發(fā)展度模型，并定義經(jīng)濟社會與水資源耦合度為經(jīng)濟社會水平和水資源綜合水平各要素的相互影響程度，對其完成耦合分析和定量計算。所以，文章利用耦合協(xié)調(diào)度模型計算分析了朝陽市社會適應(yīng)能力與水資源脆弱性的耦合作用關(guān)系[8-9]。

2.1 指標(biāo)體系

文章綜合考慮現(xiàn)有研究成果，遵循評價結(jié)果可比性、數(shù)據(jù)可獲取性和代表性等原則構(gòu)建朝陽市社會適應(yīng)能力和水資源脆弱性評價體系，如表1所示。其中，社會適應(yīng)能力主要考慮資源環(huán)境、經(jīng)濟、社會等因素，水資源脆弱性注重考慮社會、人為、自然等影響因素[10]。

表1 社會適應(yīng)能力和水資源脆弱性評價體系

2.2 數(shù)據(jù)來源

以2013-2020年國家統(tǒng)計局地區(qū)年度數(shù)據(jù)、《水資源公報》和《統(tǒng)計年鑒》等資料提取各指標(biāo)數(shù)據(jù)，采用公式計算難以直接獲取的有關(guān)數(shù)據(jù)。

2.3 計算方法

針對各項評價指標(biāo)權(quán)重利用改進熵權(quán)法計算，該方法能夠有效避免和減少主觀判斷引起的誤差，因具有較強的客觀性保證了評價結(jié)果的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。參評指標(biāo)綜合指數(shù)、耦合度及其協(xié)調(diào)度計算步驟如下：

步驟1：標(biāo)準(zhǔn)化處理。將所有參評指標(biāo)初始數(shù)據(jù)利用極差標(biāo)準(zhǔn)化法進行預(yù)處理，正向和負向指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化公式為：

(1)

(2)

式中：xij、rij為標(biāo)準(zhǔn)化處理前、后評價對象i關(guān)于參評指標(biāo)j的數(shù)值；ximax、ximin為評價指標(biāo)j的最大和最下數(shù)值。

步驟2：權(quán)重與綜合指數(shù)計算。采用下式計算各參評指標(biāo)權(quán)重以及水資源脆弱性、社會適應(yīng)能力值，即：

(3)

(4)

(5)

步驟3：協(xié)調(diào)度計算。結(jié)合上述計算結(jié)果，利用下式計算耦合度，即：

(6)

T=αf(x)+βg(y)

(7)

(8)

式中：C、D、T為協(xié)調(diào)度、耦合協(xié)調(diào)度、社會適應(yīng)能力與水資源脆弱性協(xié)調(diào)發(fā)展水平；k為調(diào)節(jié)系數(shù)，其取值區(qū)間為2-5，文中取2；α、β為待定系數(shù)，文中α=β=0.5。

耦合協(xié)調(diào)度D值越大則社會適應(yīng)能力與水資源脆弱性的協(xié)調(diào)性越好，結(jié)合朝陽市社會適應(yīng)能力和水資源脆弱性實際情況按表2劃分耦合協(xié)調(diào)等級。

3 結(jié)果與分析

3.1 耦合協(xié)調(diào)度

根據(jù)公式(1)-(3)計算所有參評指標(biāo)權(quán)重如表3所示，然后利用公式(4)-(8)計算社會適應(yīng)能力綜合指數(shù)g(y)、水資源脆弱性綜合指數(shù)f(x)、協(xié)調(diào)度C、耦合協(xié)調(diào)度D、社會適應(yīng)能力與水資源脆弱性協(xié)調(diào)發(fā)展水平T，將2013-2020年朝陽市社會適應(yīng)能力與水資源脆弱性綜合評價值按照耦合協(xié)調(diào)等級排序，如表4所示。

表2 耦合協(xié)調(diào)等級

表3 研究期間各項評指標(biāo)權(quán)重

表4 協(xié)調(diào)度與耦合協(xié)調(diào)度評價結(jié)果

3.2 結(jié)果分析

1)綜合評價值。結(jié)合社會適應(yīng)能力與水資源脆弱性耦合協(xié)調(diào)度計算結(jié)果繪制綜合評價值的時間變化曲線，如圖1所示。

圖1 綜合評價值隨時間變化曲線

從圖1可以看出，2019年朝陽市水資源脆弱性綜合評價值f(x)最高，2017年達到最小，其中地下水資源量和降水量是影響區(qū)域水資源脆弱性的主要因素。結(jié)合相關(guān)資料，與其他年份相比2019年朝陽市地下水資源最小，其降水量較2017年減少16.25%，因此水資源脆弱性較高，而2017年降水量明顯高于其他年份，使得脆弱性評價值較低。在水資源脆弱性評價體系中地下水資源量和降水量權(quán)重較大，這表明干旱地區(qū)水資源脆弱性主要取決于當(dāng)?shù)厮Y源稟賦條件和降雨條件。

2020年朝陽市社會適應(yīng)能力綜合評價值g(x)最大，2015年達到最小。2013-2020年朝陽市城鎮(zhèn)化率從最初的51.48%快速增長到69.72%，上升幅度達到35.43%，同期人口規(guī)模也呈增加趨勢，在很大程度上促進了社會集中治理能力和資源集聚程度的提升，這兩個因素的明顯增加也是導(dǎo)致2020年社會適應(yīng)能力評價值較高的重要原因。2015年朝陽市極端天氣頻繁，氣候環(huán)境異常，短歷時暴雨、強降雨頻發(fā)，降雨時空分布不均引起局部洪澇災(zāi)害，造成巨大經(jīng)濟損失，在2014-2015年人均GDP值下降幅度最大，這是導(dǎo)致2015年社會適應(yīng)能力評價值較小的主要原因。此外，在社會適應(yīng)能力方面人均GDP、城鎮(zhèn)化率和人口密度權(quán)重相對較大。

2)協(xié)調(diào)度。社會適應(yīng)能力與水資源脆弱性的綜合水平具有支撐兩者協(xié)調(diào)發(fā)展的功能，即兩者的協(xié)調(diào)發(fā)展度取決于兩個系統(tǒng)的綜合水平。從表4可以看出，研究期間朝陽市社會適應(yīng)能力與水資源脆弱性協(xié)調(diào)度總體達到初級、中級、良好、優(yōu)質(zhì)4個耦合階段，其中2014年、2016年、2018年、2020年達到優(yōu)質(zhì)耦合，耦合度值處于0.9-1.0范圍，說明該時段的社會適應(yīng)能力與水資源脆弱性具有較好的耦合關(guān)系，兩者彼此協(xié)調(diào)。2015年達到初級耦合，表明當(dāng)年社會適應(yīng)能力發(fā)展程度與水資源脆弱性具有較大差別，2014-2016年社會適應(yīng)能力綜合值存在較大的變化區(qū)間，最小值出現(xiàn)在2015年，表明社會適應(yīng)能力與水資源脆弱性的協(xié)調(diào)關(guān)系出現(xiàn)明顯改變，并且2015年人均GDP最小在一定程度上抑制了兩者的協(xié)調(diào)發(fā)展，所以社會適應(yīng)能力促進協(xié)調(diào)發(fā)展的作用有限。

2018年和2020年總體達到雙優(yōu)極度耦合，雖然這兩年的地下水資源量偏少、年降水量較低等水資源條件較差，但單位面積農(nóng)田灌溉用水量、萬元GDP和萬元工業(yè)增加值用水量均呈顯著下降趨勢，即水資源利用效率的提高在很大程度上緩解了水資源脆弱程度。同時，2018年和2020年的社會社會適應(yīng)能力綜合值較高，社會經(jīng)濟發(fā)展以及社會適應(yīng)能力增強，兩者相互促進、相互協(xié)調(diào)，共同發(fā)揮積極作用，促進用水效率的不斷提高。

3)耦合協(xié)調(diào)度。從表4可以看出，2013-2020年朝陽市社會適應(yīng)能力與水資源脆弱性耦合協(xié)調(diào)度處于瀕臨失調(diào)衰退、勉強耦合、初級耦合、中級耦合、良好耦合、優(yōu)質(zhì)耦合等6個發(fā)展階段。2015年，朝陽市洪澇災(zāi)害頻發(fā)，氣候條件異常，自然環(huán)境在一定程度上限制了社會資源的積極作用的發(fā)揮，加之當(dāng)年萬元GDP用水量較大對進一步提升社會適應(yīng)能力造成影響，水資源利用效率下降以及水資源供需矛盾急劇，兩者耦合協(xié)調(diào)度較低，從而導(dǎo)致社會適應(yīng)能力與水資源脆弱性出現(xiàn)瀕臨失調(diào)衰退的情況。2018-2020年耦合協(xié)調(diào)度處于優(yōu)質(zhì)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，這三年的水資源較不脆弱，綜合指數(shù)較高，而人均GDP、人口密度、自然增長率和城鎮(zhèn)化率權(quán)重也較大，加之經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，為制定節(jié)水技術(shù)創(chuàng)造了有利條件，兩者發(fā)揮促進作用共同推動社會經(jīng)濟與水資源的協(xié)調(diào)發(fā)展[11-12]。

4 結(jié) 論

1)2013-2020年朝陽市水資源脆弱性總體呈下降趨勢，2020年朝陽市社會適應(yīng)能力綜合評價值最大，2015年達到最小；研究期間朝陽市社會適應(yīng)能力與水資源脆弱性協(xié)調(diào)度總體達到初級、中級、良好、優(yōu)質(zhì)4個耦合階段，隨著配水措施的制定以及節(jié)水技術(shù)的發(fā)展，在相互適應(yīng)實現(xiàn)耦合上朝陽市水資源利用與經(jīng)濟社會發(fā)展水平有進步改善的空間。

2)2013-2020年朝陽市社會適應(yīng)能力與水資源脆弱性耦合協(xié)調(diào)度處于瀕臨失調(diào)衰退、勉強耦合、初級耦合、中級耦合、良好耦合、優(yōu)質(zhì)耦合等6個發(fā)展階段，表明區(qū)域社會適應(yīng)能力與水資源利用之間舉報不協(xié)調(diào)關(guān)系，為了降低水資源脆弱性應(yīng)重視提高節(jié)水意識、實行合理管理政策，最大程度的實現(xiàn)社會適應(yīng)能力與水資源脆弱性的優(yōu)質(zhì)耦合，未來仍需進一步加強兩者的相互協(xié)調(diào)發(fā)展。