江苏省水资源环境和城镇化发展的协调性

2015-06-09马海良施陈玲王若梅

水利经济 2015年3期

关键词：耦合度江苏省城镇化

马海良,施陈玲,王若梅

(1.河海大学低碳经济研究所,江苏常州 213022;

2.江苏省“世界水谷”与水生态文明协同创新中心,江苏南京 210098)

江苏省水资源环境和城镇化发展的协调性

马海良1,2,施陈玲1,王若梅1

(1.河海大学低碳经济研究所,江苏常州 213022;

2.江苏省“世界水谷”与水生态文明协同创新中心,江苏南京 210098)

在构建水资源环境和城镇化发展综合评价指标体系的基础上,借助耦合协调度模型,对2002—2013年间江苏省的水资源环境和城镇化发展的交互作用关系进行了实证分析。结果显示,水资源和城镇化的变化过程并不具有一致性。水资源环境水平波动上升,而城镇化发展水平始终保持上升的态势。这决定了两者的耦合关系呈现出独有的特征:2004年之前处于波动的较低水平耦合阶段(拮抗或磨合阶段),2004年起迅速进入高水平耦合阶段并随后一直保持在此水平。据此提出加强对水资源的管理和保护,推动产业优化升级,提高水灾风险防范能力等建议。

水资源;城镇化;耦合;协调发展;江苏省

水资源作为人类赖以生存的重要环境资源之一,对社会的发展、人类文明的进步等起着至关重要的作用。然而,随着我国城镇化的快速发展,水资源短缺、水资源污染等问题日益突出,城镇化发展与水资源保护之间的矛盾也逐渐凸显出来。因此,如何实现两者的平衡是当前急需解决的问题之一。研究水资源环境与城镇化发展的相互协调关系有助于更好地了解城镇化与水资源生态环境的发展现状及趋势,为水生态文明建设提供理论支持,为相关政策和条例的科学制定提供借鉴,进而探索出一条对社会、环境都长期有益的可持续发展之路。

在这方面,国内外学者已开展了较深入的研究,如Paul等[1]对城镇化和水资源之间的竞争研究; Nagy等[2]针对佛罗里达海湾沿岸地区城市化对河流水文和水质的影响分析[2];方创琳等[3]对于西北干旱区水资源约束下城市化过程及生态效应研究的理论探讨;高翔等[4]所做的西北地区水资源环境与城市化系统耦合的时空分异分析。梳理后发现,大部分学者都是围绕一个典型水文特征的区域展开研究,并没有对特定的一个省份展开分析,而我国水环境管理主要以属地原则为主导,特定省份的环境规制强度对其水污染治理特别关键。江苏省是我国东南沿海省份之一,水资源环境具有其独特的特点:本地水资源不足,过境水资源丰沛;降水量大,产水率低;降水时空分布不均,水的利用效率不高[5]。此外,江苏省相对突出的“经济二元结构”(苏南、苏北地区经济总量差异较大)造成水污染也呈现不同特点,苏南地区水污染主要以工业废水和生活污染为主,而苏北地区呈现出以农业面源污染为主,工业废水污染补充的局面,因此对该区域的研究具有特殊意义。笔者借助水资源环境和城镇化发展的耦合度模型,着重分析水资源环境和城镇化发展相互协调的关系和发展规律,并据此预测和掌握两者关系的未来发展趋势,以期实现水资源环境和城镇化发展之间的良性、有序、可持续发展。

1 研究区概况

江苏省是长江三角洲的重要组成部分,位于东经116°18′～121°57′,北纬30°45′～35°20′之间,全省年平均气温在13～16℃之间,年降水量多年均在994.5mm左右。其不仅濒临黄海、占领长江下游,而且境内河湖众多,淮河、太湖、洪泽湖等一系列重要河湖流经于此。可以说,江苏省拥有较为丰裕的水资源总量。然而,特殊的地理位置加上温带向亚热带的过渡性气候又使得其水资源环境具有过境水资源丰富,降水量大但时空分布不均,实际降水所产径流低于全国和长江、淮河区域的平均水平等特点[6]。此外,在傲人的经济发展成果和城镇化快速发展的背后,隐藏着对水资源环境的巨大压力。水资源需求量的与日俱增,以及城镇化进程中带来的水污染问题,使江苏省的水资源状况不容乐观。由此可见,江苏省面临着水资源的结构性短缺问题。因此,协调、处理好水资源环境与城镇化发展的关系是江苏省甚至于长江三角洲地区实现可持续发展的关键之一。

2 水资源环境和城镇化发展的模型构建及数据处理与分析

2.1 评价指标体系的构建

水资源环境系统与城镇化系统是由多个影响因素组成的复合系统,需要从不同层面对其进行评估。水资源环境可从水资源水平、水资源压力和水资源治理3个方面来衡量。而城镇化发展状况并不是单纯的经济发展和城镇化率的提高,还应包括人民生活水平的提高、环境的改善等方面,是经济、人口、社会、环境发展4个方面的集合体。

为了多层次、全方面地反映该地区水资源环境现状和城镇化发展水平从而研究两者的协调性,笔者构建了一级指标、二级指标和三级指标3个层次。综合考虑数据的代表性和易获性,从水资源水平、水资源压力、水资源治理3个方面选取6项指标构建了水资源环境评价体系;从经济发展、人口发展、社会发展和环境发展4个方面选取8项指标构建了城镇化发展的评价体系,见图1。

2.2 模型构建和数据处理

2.2.1 数据标准化处理

由于在具有多个指标的指标评价体系中指标的性质不一致,其量纲和数量级也存在差异。为了消除这种差异的影响,本文采用min-max标准化方法对原始数据进行标准化处理。其公式如下:

式中:Xij为第i年第j个指标的初始观测值;Mij为其对应的标准化后的数据。

对于指标值越大效果越差的逆向指标需要对其进行正向化处理。其公式如下:

图1 水资源环境和城镇化发展评价指标体系

由此可知,经过标准化处理后的数据值分布在(0～1)区间内。

2.2.2 评价指标权重和综合水平指数的确定

在选取的14个指标中,由于指标间的相对重要性并不相同,必须进行权重分配。层次分析(AHP)法作为一种定性与定量分析相结合的方法,在安全和环境领域具有较好的实适用性[7]。同时,层次分析法以系统的观点对体系中的指标对象逐一进行相互比较,以量化的形式确定指标之间的相对重要性,综合考虑每一种因素对结果的影响,具有系统、清晰、明确等优点,适用于具有多个层次和目标的系统评价。鉴于水资源环境和城镇化发展评价指标中多级指标之间的不可分割性,笔者采用了层次分析法对指标进行了权重确定,如表1所示。

表1 水资源环境和城镇化发展评价指标权重分配

采用线性加权法,分别对水资源环境和城镇化发展标准化处理后的各项指标数值和确定的权重进行加权求和,得到两者的综合水平指数。

2.2.3 水资源环境与城镇化发展的耦合模型

耦合是指2个或2个以上的系统或事物之间相互影响、相互作用的关系,其大小用耦合度来表示。许多学者借鉴耦合的概念构建耦合模型,并将其运用到经济和资源系统之间的关系研究,被证明能较好地反映2个系统的协调发展态势。现阶段的耦合协调模型多种多样,其中廖重斌所构建的运用于珠江三角洲城市群的环境与经济发展的协调度模型[8]被其他学者多次借鉴运用,具有较广泛的适用性。因此,笔者将采用此耦合模型对江苏省水资源环境与城镇化发展的协调性进行研究,具体模型如下所示。

式中:k为调节系数,且k≥2。本文取k=2。可见,耦合度C∈(0,1)。

水资源环境与城镇化发展的耦合关系可分为如下几个阶段:

a.当C=0时,水资源环境与城镇化发展之间几乎无影响,两者处于无序发展阶段。

b.当0＜C≤0.3时,水资源环境与城镇化发展处于低水平耦合阶段。在这个阶段,城镇化发展对水资源环境所带来的不良影响较小,水资源环境的自净、自我恢复能力较强,因此城镇化发展仍具有较大的发展空间。

c.当0.3＜C≤0.5时,水资源环境与城镇化发展处于拮抗阶段。此时,水资源环境已经无法承载城镇化快速发展带来的不良影响。

d.0.5＜C≤0.8,水资源环境与城镇化发展处于磨合阶段。在城镇化发展的同时,开始注重对水资源环境的保护,两者的矛盾趋于缓和,向良性耦合发展。

e.当0.8＜C＜1时,水资源环境与城镇化发展处于高水平耦合阶段,两者都处在较高的水平。

f.当C∝1时,水资源环境与城镇化发展的耦合度趋向最大值,两者达到良性共振耦合。此时为两者协调的最佳阶段,也是人们理想中能够到达的最佳状态。

2.3 数据处理及江苏省水资源环境和城镇化发展的耦合状况分析

2.3.1 水资源环境和城镇化发展数据的处理及评估

通过查询2002—2013年《江苏统计年鉴》和《江苏水资源公告》中的相关数据,并对其进行处理,分别得到2002—2013年江苏省水资源环境和城镇化发展的综合水平指数,如表2所示。

表2 2002—2012年江苏省水资源环境和城镇化发展综合水平指数

从表2中可见,在2002—2013年间,江苏省的水资源环境水平呈现出波动上升的趋势,尤其是2002—2004年和2008—2010年期间波动较大。这一现象可能与该期间灾情、疫情频发,水利政策变动较大有关,如淮北大旱,淮南大水对水资源环境的正面冲突,“非典”疫情的爆发对整体生态环境产生不利影响,造成了水资源质量的下降,并且在一定程度上可能会影响对水利工作的投入力度等,这些都会对水资源环境造成直接或间接的影响。而从江苏省的城镇化发展水平来看,自2002年起一直呈现出持续上升的趋势。由此可知,在这段时期内,江苏省的经济经历了良好的发展阶段,城镇化发展水平随着经济的快速发展不断提高。

结合得到的水资源环境和城镇化发展综合水平指数,运用耦合关系模型得到水资源环境和城镇化发展的耦合度,见表3。

表3 2002—2013年江苏省水资源环境和城镇化发展的协调耦合度

从表3中可以发现:2002年江苏省的水资源环境与城镇化发展处于磨合阶段;2003年则恶化至拮抗阶段;而从2004年起又迅速上升至高水平耦合阶段。总而言之,即2002年和2003年处于较低水平的耦合阶段而2004年之后维持在高水平的耦合。

2.3.2 水资源环境和城镇化发展的耦合状况分析

根据2002—2013年江苏省水资源环境和城镇化发展的综合水平指数和协调耦合度,将其转化为动态发展态势折线图(图2),以便更直观、清晰地反映两者之间的耦合状况以及掌握其发展趋势。从图2中可以清楚地发现,2003—2004年可以作为两者耦合状况的转折阶段。虽然未能得到2002年之前的相关数据,但是根据图中曲线的形状可以推测,在2003年之前,城镇化发展水平不断上升,而水资源环境水平上下波动较大,因此,水资源环境和城镇化发展的协调耦合度缓慢波动上升,并且相对于2004年之后处于较低的水平。此时,两者处于拮抗或磨合期,在跌宕中朝着高水平的协调发展迈进,但并未达到水资源与城镇化有序、协调共生的发展。而2004年,耦合度由 2003年的 0.477激增至0.936,其原因一方面为淮河灾情流域的逐渐恢复;另一方面得益于江苏省水利工作在2004年取得重大进展,具体表现为:江苏省水利厅在这个过程中先后编制了《江苏省水利“十一五”发展规划》、《江苏省近期防洪规划》、《全省水资源综合规划》、《江苏省水利现代化建设总体规划》、《湖泊保护规划》等多部水利规划方案;重点加大了对农村水资源的管理以及协调农村水利与城市水利的关系;水利工程建设进入又一个高峰期,2004年重点水利工程建设投资完成38.65亿元,较2003年净增约2亿[9]。2004年之后,水资源环境水平开始波动上升,城镇化发展水平依旧保持着持续上升的态势,两者的耦合状况一直保持在轻微波动的高水平耦合阶段。可以说,2004年之后,江苏省步入了水资源环境和城镇化协调发展的新时期。2004—2013年,在城镇化不断发展的同时,对水资源的压力逐步减小,如万元GDP耗水量由332.0m3降至84.3m3,万元GDP污水排放量由2004年的9.92 t下降至2012年的3.89 t等。一方面,这反映了随着经济的发展,相关技术如生产技术、污水处理技术等得以进步,在一定程度上降低了对水资源的压力,缓解了水资源和城镇化发展的矛盾;另一方面,这也体现了政府及民众环保及节能减排意识的提高,并积极主动地参与水资源保护,有意识地协调水资源与城镇化发展。从图中曲线的走势可以发现,尽管未来江苏省水资源环境和城镇化发展的耦合关系仍可能保持在高水平耦合阶段,但耦合度在2013年已呈现出一定的下降趋势,此外由于水资源环境与城镇化发展都是动态的发展过程,随着江苏省城镇化的深入,必然对水环境提出更高的要求。因此,环保部门需要对耦合度出现下降的趋势引起高度重视,以防恶化情况发生。

图2 2002—2013年江苏省水资源环境和城镇化发展的协调耦合度发展态势

3 结论及建议

3.1 结论

在构建水资源环境和城镇化发展综合评价指标体系的基础上,借助耦合协调度模型,对2002—2013年间江苏省水资源环境和城镇化发展的交互作用关系进行了实证分析。从中发现,两者的变化过程并不具有一致性。总体而言,水资源环境水平波动上升,但在2002—2004年和2008—2010年间出现大幅波动。而城镇化发展水平始终保持上升的态势。这决定了两者的耦合关系呈现出独有的特征:2004年之前处于波动的较低水平耦合阶段(拮抗或磨合阶段),2004年起迅速进入高水平耦合阶段并随后一直保持在此水平(小幅波动)。

3.2 建议

为确保江苏省顺利完成水生态文明城市的试点工作,通过率先、带头、先行等创新行为,将生态文明建设落实到实处,并成为全国学习的一个标杆,从江苏省的水资源管理情况、经济发展模式等方面提出以下3条建议:

a.加强对水资源的管理和保护。严格把握用水总量、用水效率、水功能区限制纳污“三条红线”,改进和明确各项水资源控制指标、标准,建立健全水资源管理规章和制度体系,实行更为严格的管理和监督制度;加大对河、湖、海以及地下水等水体的污染治理和保护,及时掌握水资源环境的动态情况,防止水资源环境出现恶化;落实水生态文明城市试点的工作,以此为契机推动创建水资源节约型社会在江苏省内的广泛开展。

b.推动产业优化升级。大力推进产业结构向更为生态、节水的第三产业发展,优化产业结构;以科技创新为根本推动力,通过技术革新,促使落后的、高能耗的工业向高效、节水、环保型工业转型升级,利用生态新兴产业的发展势头,带动原有产业与之相融,提升整个工业生产水平;促进传统的农业生产方式向绿色、可循环的生产方式发展,完善对农业生产废弃物的无害化处理机制,推进农业生产废弃物资源化[8]。

c.提高风险防范能力。综合运用各项现代科技技术,建立健全自然灾情监控和预警系统,密切关注气候变化、上游来水、地质情况等,制定切实可行的防范措施,减小自然灾害对水资源环境带来的冲击,重视对灾后的重建和生态系统的恢复;严格控制重金属、化学药剂、有机污染物等污染源,定期对水体进行风险评估,做好充分的应急准备措施,提高紧急处理能力。

[1]PAUL P,RUTH M D.Urbanization and intersectoral competition for water[J].Urbanization and Water.2001,27(1): 1-7.

[2]NAGY R C,LOCKABY B G.Effects of urbanization on stream hydrology and water quality:the florida gulf coast [J].Hydrological processes,2012,26(13):2019-2030.

[3]方创琳,黄金川,步伟娜.西北干旱区水资源约束下城市化过程及生态效应研究的理论探讨[J].干旱区地理, 2004,27(1):1-6.

[4]高翔,鱼腾飞,程慧波.西北地区水资源环境与城市化系统耦合的时空分异:以西陇海兰新经济带甘肃段为例[J].干旱区地理,2010,33(6):1010-1018.

[5]吕振霖.江苏水资源管理与保护的对策思考[J].水资源保护.2008,24(4):78-82.

[6]郭金玉,张忠彬,孙庆云.层次分析法的研究与应用[J].中国安全科学学报,2008,18(5):148-153.

[7]廖重斌.环境与经济协调发展的定量评判及其分类体系:以珠江三角洲城市群为例[J].热带地理,1999,19 (2):171-177.

[8]李琼芳,任黎,夏自强,等.苏沿海围垦区水资源开发利用潜力研究[J].水利经济,2012,30(3):47-50.

[9]吕振霖.牢固树立科学发展观,努力开创江苏水利工作新局面[J].江苏水利,2004(1):2-3.

TV213.4

1003 -9511(2015)03 -0001 -05

2015-03 -27 编辑:方宇彤)

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国家自然科学基金(41301620);江苏省高校哲学社会科学基金(2012SJD790023);河海大学中央高校基金(2013B09414)