河流生態治理耦合珠海城市城鎮化協調發展研究

程曉航

(湖北省水利水電規劃勘測設計院,武漢 430064)

0 引 言

生態文明建設要求人與自然和諧共處,改善水生態環境是人與自然和諧相處的重要途徑［1］。隨著珠海市城鎮化發展規模擴大,人口和經濟快速增長,生態環境問題面臨新的挑戰。水資源和環境分配壓力、廢水處理壓力等問題越發凸顯,如何滿足人們的用水需求以及實現綠色經濟增長是目前研究的重點［2-3］。

本次研究以珠海市為研究對象,從社會效益和經濟效益角度構建城鎮化發展評價模型,并從水資源環境狀態以及水環境安全響應能力角度構建河流生態治理模型。耦合兩個分析模型之后,采用2013-2021年珠海市發展指標為樣本進行分析。本次研究的目的是探究河流生態治理與城鎮發展之間的關系,從而指導水資源可持續利用和珠海市的城鎮協調發展。

1 珠海市河流生態治理與城鎮化協調發展耦合評價模型

1.1 珠海市河流生態治理與城鎮化經濟發展聯系性研究

珠海市瀕臨南海,境內河流眾多,西江諸分流水道與當地河涌縱橫交織,水流相互貫通,最后經磨刀門、雞啼門和虎跳門等水道流入南海,入海年徑流量多年平均約1 200×108m3。圖1為珠海市及珠江口水系圖。

珠海市內設香洲區、斗門區和金灣區3個行政區,陸地面積1 701km2,常住人口約160萬人。主要水道磨刀門水道、雞啼門水道和虎跳門水道總年徑流量達1 320×108m3,三者水質均處于三類以上,是珠海市的主要水源［4-5］。過去幾年中,珠海河流生態治理在取得較大成果,不僅改善了水質,降低了引水工程成本,還在生態景觀上打造了一系列的綠道、護欄、草坡等工程［6］。現階段,珠海市河道生態治理主要存在兩個方面的問題,分別是排洪渠河道結構簡單和污水系統建設不健全,具體問題見圖2。

圖1 珠海市及珠江口水系圖

圖2 珠海市河道生態治理問題

排洪渠河道結構簡單,導致生態景觀建設受限。單一的梯形河渠斷面結構在部分地區難以與周邊環境集合,無法提供景觀植物生存所需的必要條件,因此造成河道生態綠化率不足［7-8］。人類的生產生活離不開水資源和水環境,因此河流生態環境對城鎮化的進程具有重要影響［9］。同時,經濟發展和城鎮化進程對河流的治理同樣具有影響。隨著城市經濟的發展,公共設施不斷完善,人口自然向經濟核心地區流動［10-11］。大量的人口聚集增加了資源環境的承受壓力,也變相增加了對于河流生態治理的資金投入和科技成本。河道生態治理和城鎮化發展的關系見圖3。

圖3 河流生態治理和城鎮化各項發展的聯系性

河流生態治理是一個城市水文狀態的重要影響因素。而在水文狀態中,人均水資源量、水土環境保持、水景建設以及廢水處理等都會在各方面對城市城鎮化產生影響。從經濟系統、社會系統和自然系統的交互層面上觀察,珠海市經濟系統中的勞動力資源和產品生產既依靠城鎮化社會系統之中的公共服務、公共措施等,又需要自然系統中的水體資源和能源交通支持［12］。而水體自然環境同樣需要城鎮化經濟系統中資金投入,同時也需要城鎮化社會系統中活動改造。合理的城鎮化發展過程,應該是經濟發展與生態資源環境保護協調進行。基于此,本次研究將耦合珠海城鎮化及河流生態治理評價模型,為兩者的協調發展提供有效的評價模型。

1.2 珠海市河流生態城鎮化協調發展評價耦合模型

珠海市河流生態治理進程始于2005年,但僅限于部分河流地區。更為整體的“水更清行動”從2013年提出到2021已經取得重要成果,完成了大部分地區的水環境改造目標。因此,本次研究構建的評價指標體系相關數據,也將在2013-2021年之間進行連續性的查閱收集。在指標選擇過程中,為了找出河流生態環境評價和珠海城鎮化發展評價這兩個非線性關聯系統之間的客觀聯系性,研究將統一目的性和學術性。從本次研究提出的問題出發,結合水環境變量和流域經濟學理論,從經濟效益和社會效益兩個大指標中確定城鎮化發展的評價指標。具體指標體系見表1。

表1 珠海市河道生態治理耦合城鎮化協調發展評價指標體系

由表1可知,城鎮化評價系統中,經濟效益和社會效益分別將經濟現狀中的各項重要變量選取為二級指標。經濟發展、城鎮化進程和人口聚集將給當地帶來生態環境上的問題,增加廢棄物的排放量。而水資源環境狀態評價以及安全響應能力分別從人均資源占有量、廢棄物處理能力和處理投入進行評價。

本次研究將耦合表1中的兩個評價系統,通過計算耦合度來量化分析兩個系統之間的相互影響作用。耦合度的計算公式如下:

(1)

式中:CD為珠海市城鎮化評價模型與河流生態治理評價模型的耦合度;eurb與erc分別為城鎮化綜合評價值與河流生態治理綜合評價值。

兩個模型的耦合協調度和綜合發展評價值的計算公式如下:

(2)

式中:coop為兩個評價模型之間的耦合協調度;dev為兩個系統耦合協調發展的綜合評價值。

在耦合模型中,原系統的綜合評價值根據熵值法進行計算,公式如下:

(3)

式中:n為指標i的樣本數量;w為指標i的權重;pij為指標i下第j個樣本在指標中的占比。

2 珠海市2013-2020年城鎮化與河流生態治理評價耦合模型實證分析

為了驗證協調發展評價耦合模型的應用效果,通過對珠海市進行耦合度和協調度的計算分析,探究珠海市城鎮化與河流生態治理的協調發展關系。本次研究將從《中國城市統計年鑒》中收集珠海市2013-2021年的經濟城鎮化和社會城鎮化發展指標數據。

在計算綜合評價值及兩個模型的耦合度之前,需要確定每個指標的權重。首先確定所有指標對于珠海市城鎮化和河流生態治理的影響均是正向的,然后通過熵權法計算每個指標的客觀權重值。通過利用珠海市各項指標的年均數據進行指標下的樣本比重計算,再通過比重計算得出指標的熵值以及信息熵的冗余度,從而得出指標權重。具體數據見表2。

表2 珠海市城鎮化與河流生態治理評價模型的指標權重

根據表2中的指標權重,可以計算得出珠海市經濟城鎮化和社會城鎮化以及河流生態治理各項評價指標在2013-2021年的評價值。為了更好展示近幾年來珠海市城鎮化和河流生態治理的發展評價趨勢,計算出每年的評價值,見圖4。

圖4 珠海市2013-2021年的城鎮化發展評價及河流生態治理發展評價

從圖4(a)可以看出,珠海市的城鎮化發展趨勢隨著時間評價值不斷上升,僅在2019-2020兩年期間部分指標受到影響而下降。在2013-2021年,人均GDP、人口密度以及勞動力資源3項二級指標一直處于上升趨勢,未受到疫情影響。發展評價值上升幅度最多的為人口密度,從2013年的0.1488上漲為2021年的0.8252;其次為勞動力資源數量,從2013年最低的0.3021上漲為2021年的0.868。人均GDP穩定發展,評價值從2013年的0.3086上漲為2021年的0.6555。社會城鎮化發展二級指標中,人均建成區面積同時受到疫情和人口流動的影響,因此在2020年下降幅度最小,2021年最高評價值為0.557。

從圖4(b)可以看出,水環境安全響應能力指標(A)下的3個二級指標均隨著時間而上升。而水文環境資源狀態(R)指標下,水土流失治理面積和植被覆蓋率發展評價值為顯著上升趨勢,而人均水資源量和人均水景建筑面積指標發展評價值則為下降趨勢。

通過圖4中的指標評價值和權重,得出珠海城鎮化發展以及河流生態治理的綜合評價值。見表3。

表3 珠海市2013-2021年的河流生態治理和城鎮化耦合協調度

從表3可以看出,從2013-2021年的趨勢來看,城鎮化綜合評價穩步上漲,而河流生態治理綜合評價則呈現迂回式上漲。2013-2021年兩個模型的耦合度均高于0.9,表明珠海市城鎮化與河流生態治理的協調發展關系密切。結合常規耦合模型的協調度,對珠海市2013-2021年河流生態治理和城鎮化耦合協調度進行評價:當協調度小于0.5時,表明兩個系統發展失調;協調度為0.5～0.7,表明生態治理和城鎮化發展初步協調;協調度為0.7～0.9,表明生態治理和城鎮化發展協調狀態良好;協調度大于0.9,表明兩個系統發展完全協調。從2013-2021年的整體性比較可以看出,2013-2017年處于初步協調狀態;2018-2021處于良好協調狀態。

3 結 論

本次研究同時構建了珠海市城鎮化發展評價模型及河流生態治理評價模型,并對兩個系統進行耦合計算分析。以珠海市2013-2021的發展指標為樣本進行分析,結果表明 2013-2021年兩個模型的耦合度均高于0.9。而2013-2021年耦合協調度從0.595增長為0.793,經歷了初步協調和良好協調狀態。通過增長趨勢可以預測,5年內珠海市城鎮化發展與河流生態治理協調步入完全協調狀態。實驗證明,珠海市河流生態治理與城市城鎮化發展之間存在相互影響、相互制約的關系,即河流生態治理促進城市城鎮化發展,而城市城鎮化發展又推動了河流生態治理。