浅谈绿洲城市综合规模与水资源的相互作用关系

孙倩 安瓦尔?买买提明教授

摘要：本文选取绿洲城市喀什为研究对象，基于喀什城市经济数据和水资源数据，运用灰色关联法和SPSS软件，定量研究绿洲城市综合规模与城市用水相互作用关系。提出了适度提高城市综合规模、提高水资源利用效率、调整产业结构和污水处理与利用等途径促进城市综合规模发展与水资源协调发展。

关键词：城市综合规模；用水结构；灰色关联；喀什市

绿洲是干旱地区有稳定的水源可以对土地进行灌溉适于植物生长[1]，明显区别荒漠景观的地方。新疆的经济活动主要集中在面积仅占新疆的4.3%[2]左右，500多个大小不等的绿洲上，绿洲呈“岛屿”状存在于荒漠之中或被荒漠包围[3]，使得绿洲经济空间分布具有离散性、封闭性、局限性与不平衡性等特征[4]。

1 研究区概况

喀什市是祖国最西部的一座边陲城市，古称疏勒，为喀什地区的首府，地处亚欧大陆中部，位于35°28′—40°16′N，71°39′—79°52′E之间，全区总面积16.2万km2，约占新疆土地总面积的8.3%。属暖温带大陆性干旱气候，四季分明，夏无酷热，冬无严寒，年平均氣温11.7℃；年降水量仅67㎜，而年蒸发量达2173㎜。喀什市水资源总量平均为0.043亿m?，最大为0.091亿m?，最小为0.0051亿m?，其中地下水资源量平均为0.9944亿m?。在国家西部大开发背景下，喀什市城市规模进入快速发展阶段，2008年，喀什市人口总数为45.06万人，其中非农人口为26.44万人；建成区面积41.55平方公里；地区生产总值为58.5亿元。喀什市是喀什地区的中心城市，也是祖国向西开放的重要门户，战略地位十分突出，随着喀什市的发展，水资源紧缺的矛盾成为城市进一步发展的重要因素。

2 方法与数据

灰色系统理论是20世纪80年代初由中国学者邓聚龙[5]首先提出来的，灰色关联分析依据序列曲线几何形状的相似程度来判断比较序列与参考序列的关系是否紧密，通过关联度计算找出影响目标值的主要因素，非常适合动态历程分析。本文运用灰色关联理论计算喀什市综合城市水平组成因素的权重值以及城市综合规模与用水结构的关联度。

2.1研究方法

2.1.1城市综合规模模型

城市规模一般用城镇人口表述，有人也用建成区面积来表示[6]，本文结合绿洲城市社会经济“离散性”以及绿洲可利用土地面积稀缺性特点和前人研究成果，从3个方面，8个指标建立城市综合规模指标体系（表1）。

特点，采用城市综合规模，其计算公式如下：

（1）

其中， =1，2…n（n为因素指标个数），Z为城市综合规模， 、 分别为第 个指标的权重系数和标准化指标值。确定指标权重就是对各指标的重要性进行评价，指标越重要，其权重就越大。权重一般要进行归一化处理，使之介于0与1之间，各指标权重之和等于1。目前，确定指标权重的方法比较多，本文采用熵值法确定了指标权重。采用熵值法计算评价指标权重的主要步骤如下：

（1）原始数据标准化处理

我们选择的指标是反映城市化与生态环境和谐度的参数，但原始指标可能存在着量纲不同和原始数据大小差异悬殊等问题。因此，确定各指标权重之前，必须对指标进行标准化处理，使其具有无量纲性和可比性，并且能体现其本身对城市化与生态环境和谐的影响力。

有些指标呈正相关的关系，称为正向型指标；而有些指标呈负相关的关系，称为负向型指标。

（2）各指标权重的计算

首先，第 项指标下第 样本指标的比重 ：

2.1.2灰色关联度

为了能够完整、全面地反映喀什地区城市化与用水结构变化的关系，在影响城市化进程的诸多因素中，选取城市化水平（X1）、产业结构（X2）、经济发展水平（X3）、居民生活水平（X4）等具有代表性、以量化的指标反映城市化发展。城市化水平为城镇人口/总人口，反映农村人口转化为城市人口的过程；产业结构为第二、三产业生产总值/地区生产总值，反映生产方式的非农化转移过程；经济水平为人均GDP，反映经济发达程度；居民生活水平为城镇居民可支配收入，代表城镇居民生活质量和生活状况，反映居民生活方式的转变。采用全疆水资源综合规划规定用水分类口径，将水资源利用类型分为农业用水（Y1）、工业用水（Y2）、生活用水（Y3）和生态环境用水（Y4）共4个一级类型。根据上述指标，构建城市化与用水结构关联度指标体系。

城市综合规模与城市用水结构关系可以用灰色关联度较好的表示，参考有关文献[7]，在t=k时刻，ξ（k）记为比较序列与参考序列的关联系数：

（7）

式中：ζ为分辨系数，用来削弱极值的影响，提高关联系数间的差异显著性，通常取ζ=0.5。

（8）

关联度 越大，表示比较数列 对参考数列 的依赖性就越强，两者之间的关联程度就越大、关系越密切。当0< ≤0.35时，关联性弱；0.35< ≤0.65时，关联度中；当0.65< ≤0.85时，关联度较强；当0.85< ≤1时，关联度极强，表示两指标相互作用规律几乎一样。

2.2数据来源

主要数据来自于《喀什地区统计年鉴》（喀什地区统计主要数据来自于局，2003—2009年）；喀什地区历年统计年鉴和水资源公报（2002—2008）。鉴于资料的可得性，主要以喀什市为基本研究单元。

3结果分析

3.1城市综合规模

本文用喀什市城镇人口表示人口规模，用建成区面积表示空间规模，用GDP表示经济规模。根据喀什地区统计年鉴及相关数据，得出喀什市人口规模、城市空间规模和经济规模值。依据公式（2）-（6）求出城市综合规模体系中各指标的权重为（0.13，0.12，0.07，0.13，0.14，0.10，0.14，0.16），对喀什市城市规模发展影响最大的是经济规模（0.38），其次是人口规模（0.32），最后是空间规模（0.30）。把指标权重带入公式（1），求出2002—2008年喀什市城市综合规模（表2），喀什市城市综合发展规模在2004年、2007年出现加速发展阶段。

3.2水资源对城市综合规模发展的响应分析

利用SPSS求出喀什市综合规模（Z）与城市用水（Y）之间的相关表达式为：

Y=0.0000848Z2+0.411Z+1.873

R2=0.93，在sig=0.001，相关显著，为更好体现二者函数关系，作出示意图（图1）。

为便于研究城市综合规模与城市用水，根据相关数据，做出城市用水随着城市综合规模发展变化曲线（图2）。分析得出：

1）城市用水量与城市综合规模为二次方曲线关系。理论上说明随着城市综合规模（Z值）增加，城市用水量增加，当Z值增加到一个阈值时，城市用水量减少。求出该阈值300（万人·亿元·㎞2），城市综合规模超过该阈值时，促进城市用水减量化。

2）综合规模在100-208（万人·亿元·㎞2）时，城市用水由1.525亿m3增加大3.09亿m3；城市综合规模达到208（万人·亿元·㎞2）时，城市用水也增加到了3.09亿m3。当城市规模达到300（万人·亿元·㎞2）时，城市用水却降至2.82亿m3。2002-2006年，城市用水量随城市综合规模的增加而增大。2006-2008年，城市用水随城市综合规模的增加而有递减的趋势。

3.3水资源对城市综合规模发展的影响分析

3.3.1人均水资源对城市综合规模发展的影响

喀什市常年平均水资源为0.043亿m3。随着城市人口规模的增长，喀什市人均水资源量不断减少，2002年人均水资源436.97m3，2006年为723.34m3，2008年为647.2m3，2008年相对2006年人均水资源减少了10.5﹪。按照水利部水资源司制定的水资源紧缺指标体系（表3）

根据相关数据，利用SPSS求出城市人均水资源与城市综合规模回归方程为：

Z=0.390P-46.17（9）

式中： 为人均水资源量； 为城市综合规模。R2=0.445，sig=0.000，通过检验。

根据人均水资源紧缺指标，我们根据公式（9）求出中度缺水和重度缺水下对应的理论城市综合规模 ，与 年喀什市城市综合规模 比较，得出在该指标下，水资源对城市综合规模的影响值 ，公式如下：

（10）

为正值，说明城市实际规模尚未得到在该指标状态下的理论城市规模，水资源促进城市实际规模向理论规模发展。 为负值，表示城市实际规模已经超过在该指标状态下的理论规模，受到水资源短缺的影响。D的绝对值越大表示影响越强。把P1=1000m3、P2=500m3代入公式（9），得出Z1=343.83（万人·亿元·km2），Z2=148.83（万人·亿元·km2）.把上述值代入公式（10），得到2002-2008年的水资源对城市综合规模影响值（图3）

2002-2008年，喀什市在中度缺水的情况下，随着城市规模的发展，D为正值，但是D值在逐渐下降，城市的发展受水资源短缺的阻碍作用越来越大。同样，在重度缺水的情况下，水资源对城市综合规模影响值由正变负。在2002-2004年期间，D为正值，说明在重度缺水的情况下，水资源支持城市实际规模想理论规模发展，在2004年，喀什市实际发展规模几乎达到了理论规模；在2004-2008年，D为负值，说明水资源短缺对城市综合规模发展的阻碍作用逐渐加大。

3.3.2用水结构对城市综合规模发展的影响

总体而言，农业用水比重大，说明该城市以农业为主要产业且农业科技较为落后；工业用水比重大，说明工业化程度发达；生活用水所占比重大，说明第三产业发展水平较高，而且人口的素质文明程度较高；由此可见用水结构体现了城市经济水平、科技发展水平、素质文明程度，映射了城市发展水平和实力状况，从另外的视角反映了城市综合规模发展状况。喀什市城市用水结构在2002--2008年为农业用水、工业用水、生活用水和生态用水4大类。

以城市综合规模为参考序列，用农业用水、工业用水、生活用水和生态用水为比较序列，原始数据做均值化处理。代入公式（7）、（8），得出城市综合规模水平与农业用水r1、工业用水r2、生活用水r3和生态用水r4的灰色关联度为：

喀什市城市综合规模与农业用水关联度为0.79，属于较强关联，表明随着喀什市城市规模的不断扩大，喀什市对农产品的需求的增加，2002-2008年，农业平均用水占总用水量的47.3﹪，用水总量增加了1.78倍。因为喀什市农业基础设施和科技水平不高，例如农业灌溉技术设施水平落后，农业消耗大量的水资源，阻碍了城市用水结构的优化。因此，提高农业科技水平，增强农业基础设施的建设，提高农业灌溉技术，发展节水型和都市农业，从而有益于水资源的合理利用和城市综合规模的发展。

喀什市城市综合规模与工业用水关联度为0.65，属于中度关联。2002-2008年，工业用水随着城市综合规模的增加而增加。2008年，喀什市完成工业总产值21.97亿元，比上年增长35%，工业增加值16.8亿元，增长40%。因此，在未来喀什市城市综合规模发展的过程中，对水资源的需求量会不断增加。

喀什市城市综合规模和生活用水灰色关联度为0.65，属于中度关联，说明城市综合规模发展与生活用水发展规律基本保持一致。作为严重缺水地区，喀什地区目前城市用水普及率为89.11%，城市用水人口为109万，综合生产力（公共供水）为28.1万立方米/日，水源多为地下水。2002-2008年喀什市生活用水增加了，这与喀什市的经济发展、人口的增加、城乡生活方式的转变等因素有着极大的关系。

4结论

喀什作为中国西部边陲的绿洲城市，其城市综合规模发展深受水资源时空分布影响，通过灰色关联方法分析喀什城市综合规模与用水总量的关系及其与用水结构关联度，经研究发现：喀什市城市规模发展影响最大的是经济规模，其次是人口规模，最后是空间规模；喀什市城市综合规模与城市用水存在着二次曲线的关系；水资源的短缺阻碍城市综合规模的发展，在中度缺水和重度缺水的情况下，喀什市实际综合规模未得到理论规模阈值，水资源促进城市规模发展；在城市实际综合规模超过理论规模阈值时，水资源阻碍城市發展；喀什市城市综合规模与城市用水结构关联度密切。

参考文献：

[1]夏训诚.谈新疆绿洲的历史沿革[J].遥感信息，1992，3.

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[4]方创琳，孙心亮.基于水资源约束的西北干旱区城镇体系形成机制及空间组织———以河西走廊为例[J].中国沙漠，2006，26.

[5]邓聚龙.灰预测与灰预测[M].武汉：华中科技大学出版社，2002.

[6]王让会，张慧芝，卢新民.新疆绿洲空间结构特征分析[J].干旱地区农业研究，2002，20

[7]谢蕾，姜卉芳，王秀凤，等.乌鲁木齐市水资源合理开发利用的研究[J].石河子大学学报（自然科学版），2005，23.

作者简介：

孙倩（1988—），女，汉族，新疆奇台人，在读研究生，研究方向：区域经济与规划；

安瓦尔·买买提明（1973-），男，维吾尔族，新疆策勒人，教授，博士，主要从事城市化与区域发展方向的教学与研究。