长三角地区城市建设用地扩展的水资源约束

赵亚莉

摘要 基于资源约束理论，构建城市建设用地扩展的水资源约束模型，并测算2002-2013年期间长三角地区地级及以上城市建设用地扩展中的水资源约束强度。结果显示，研究时段内长三角地区城市建设用地扩展受到水资源的明显约束，区域建设用地扩展速度比没有水资源约束时年均下降0.35%；水资源约束强度具有空间分异规律，形成了以“苏州-杭州-宁波”、“南京-苏州”为中心地区向江苏北部和浙江南部区域逐步衰减的空间变化特征；水资源约束与城市经济总量和城市规模等级紧密相关，总体上城市经济总量大，规模等级高，建设用地扩展受水资源的约束越大。依据水资源约束强度大小将长三角地区城市归为强约束、中约束、低约束和无约束四类，发现不同类型城市在劳动力增长率、水资源供给增长率、经济产出对建设用地扩展的弹性上存在明显差异。研究还表明，即使在河网密布的长三角地区，城市用地扩展也受到水资源的约束，其他地区务必重视水资源重要性，严格遵循“以水定产、以水定城”的管理政策，提高水土资源利用效率，促进城市可持续发展。

关键词 水资源；建设用地；城市扩展；资源约束；长三角地区

中图分类号 X37；X24 文献标识码 A 文章编号 1002-2104（2016）05-0123-06 doi：10.3969/j.issn.1002-2104.2016.05.015

《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十三个五年规划的建议》强调，中国将“实行最严格的水资源管理制度，以水定产、以水定城”，凸显水资源对城市扩张的重要性和约束作用。现有文献针对城市发展的水资源约束做了大量研究，一是分析了水资源与城市经济的关系，构建了水资源约束下建设用地需求的系统动力学模型，以及基于水资源承载力的城市规模模型；二是探讨了水资源约束下的城市化水平、城市扩张特征与变动趋势和扩张幅度以及城镇建设用地扩张预警。现有研究成果为分析水资源与城市用地的关系提供了坚实基础，但也显示直接针对水资源约束下城市建设用地扩展的专门研究相对较少，有待深化。基于此，本文试图构建水资源约束城市建设用地扩展的数学模型，测度长三角地区水资源对城市建设用地扩展的约束程度，为提出城市水土协调相关政策提供依据。

1 研究模型、方法及数据

1.1 研究模型与方法

水资源通过影响农业生产、工业生产、居民生活和环境质量，影响城市社会经济水平。据此，以经济产出为中间变量，构建水资源供给对城市建设用地扩展的约束模型，测算“不存在水资源约束”的城市建设用地扩展与“存在水资源约束”的城市建设用地扩展差额。由于水资源约束下的建设用地增长与Romer提出的资源约束下的经济增长模型具有相似性，因此从Romer的模型出发构建水资源与建设用地增长的关系。Romer提出资源约束下的经济增长模型，考虑了资源和土地的限制，具体如下：（1）

其中：Y表示经济产出；K表示资本存量；R表示生产中可利用的资源；T表示土地面积；A表示“知识”或“劳动”的有效性；L表示劳动的投入；α表示资本生产弹性；β表示资源生产弹性；γ表示土地生产弹性。A（t）L（t）以乘积的方式引入，表示有效劳动。

Romer进一步假设，有自然资源和土地限制时，T（t）=0，R（t）=-mR（t），其中，m是自然资源降低率且大于0；没有自然资源和土地限制时，资源和土地的使用量与人口同步增长，T（t）=nT（t），R（t）=nR（t），n为劳动力增长率。因此，只要存在资源约束，人均资源利用量就会随着人口的增加而减少，资源就会降低人均产出的增长率，产生“阻力”，“阻力”在数值上等于没有资源约束的增长与有资源约束的增长差额，即：（2）

按照Romer的阻力测算思路以及水资源约束的基本框架，将水资源供给量Q（t）引入到柯布道格拉斯生产函数，替代R（t），可得到有水资源约束情况下人均产出增长率g_Y/L^*，以及没有水资源约束下的人均产出增长率g'_Y/L^*，即（推导过程略，参见参考文献[13]）：（3）（4）

式（3）、（4）中，g_Y、g_Q、g_A、g_L分别表示Y（t）、Q（t）、A（t）、L（t）的增长率，μ为水资源的产出弹性，α表示资本生产弹性。

然后，建立人均经济产出Y/L与建设用地D的数量关系，设6为人均经济产出对城市规模扩张的弹性值，通过求导变形，得到建设用地年均增长率与人均产出增长率的关系式：（5）

式（5）中，g_D表示建设用地年均增长率，g_Y/L（t）表示人均产出增长率。将式（5）带入到式（3）、（4）中，得到有水资源约束情况下的建设用地年增长率g_D^*，以及没有水资源约束下的建设用地年增长率g_D^*：（6）（7）

因此，城市建设用地扩展中水资源的“约束力”在数值上等于没有水资源约束的增长与有水资源约束的增长差额，即（7）-（6）：（8）

公式（8）即为城市建设用地扩展受水资源约束强度的测度模型，表明水资源对城市建设用地扩展“约束强度”与水资源产出弹性μ、人均经济产出对城市建设用地扩展的弹性b呈正相关，并随着劳动力增长率g_L和资本生产弹性α的增大而增大。

1.2 数据来源及处理

1.2.1 数据来源

本文以2002-2013年长三角地区25个地级及以上城市为研究对象，考虑数据可获得性及样本之间的可比性，选取以下数据进行分析：经济产出（Y）用城市建设用地产值（即二、三产业国内生产总值）来表示，为保持与后文资本存量口径的一致性，将GDP统一折算成2002年不变价格；有效劳动力（AL）用年末单位从业人数来表示；水资源供给量（Q）用供水总量来表示，所有数据均来自历年《中国城市统计年鉴》（2003-2014年）。

资本（K）通常用资本存量来表示，但统计年鉴中没有资本存量数据，需要测算。对于K值的测算，普遍采用的是永续盘存法。向娟用此方法分别对2000-2009年中国地级及以上城市市辖区的资本存量进行了估算，本文直接引用了该结果，并对2010-2013年长三角地区25个城市资本存量数据进行补充计算。

1.2.2 数据检验

根据上述测算方法，相关参数需要通过回归分析得出。为了消除异方差，对所有变量进行对数变换；为避免“伪回归”现象，在回归前对数据平稳性进行检验。为了增强检验结果可靠性，本文同时采用LLC检验、IPS检验、ADF Fisher，PP Fisher等多种方法进行平稳性检验。结果发现，lnY（t）、InK（t）、lnL（t）、lnQ（t）等所有水平变量在1%的显著性水平上都拒绝了有单位根的原假设，可以认为lnY（t）、InK（t）、lnL（t）、lnQ（t）是平稳序列。

2 研究结果及分析

考虑到计量分析的方便，令A（t）L（t）作为一个整体，进行回归分析，为避免自相关问题，采用广义差分法，得到区域整体经济增长的最终方程为：

模型的拟合优度系数R²=0.99，F=6410，D.W.=1.84，每个回归变量都通过显著性检验。根据该回归结果可以得出资本生产弹性α为0.4875，水资源供给量的产出弹性μ为0.0966，然后利用公式（X_t/X₁）^1/（t-1）-1计算各城市劳动力增长率g_L和水资源供给增长率g_Q。进一步模拟2002-2013年长三角城市建设规模d与人均经济产出y之间数学关系，显示两者具有明显的双对数曲线关系，即：lnd（t）=α+blny（t），由此分别计算出各城市人均产出对建设用地扩展的弹性6，即人均产出增长1%，城市建设用地扩展b%。最后运用公式（8）计算得出各城市水资源对城市建设用地扩展的约束强度，结果见表1。

2.1 水资源约束总体特征

表1显示，研究时段内长三角地区水资源对城市建设用地扩展的年均总体约束强度为0.35%，说明该地区城市建设用地规模扩张速度比在没有受到水资源限制的情况下年均降低0.35%，水资源约束明显存在。如果没有水资源约束，长三角地区城市建设用地扩展速度将更快。同时，城市劳动力增长率g_L（8.38%）也明显大于水资源供给增长率g_Q（2.24%），可以预见今后随着长三角地区经济进一步发展以及人口向大城市不断集聚，城市水资源需求量越来越大，供需矛盾越发尖锐，水资源对城市发展的约束将越来越明显。本研究也表明，尽管长三角地区水资源相对丰富，但是随着工业化和城市化迅猛发展，以及城市工业污水和生活污染物的过度排放，水资源已成为长三角地区发展的又一瓶颈，既要引起当地重视，其他地区也要从中吸取经验教训。

2.2 水资源约束空间特征

根据表1结果制作长三角地区水资源对城市建设用地扩展的约束强度专题图（图1），可见“苏州-杭州-宁波”沿线城市建设用地扩展受水资源约束较大，约束强度均超过0.55%；除此之外，“南京一苏州”沿线城市受水资源的约束也相对较大；江苏北部和浙江南部区域城市受水资源的约束较小。因此，形成了以“苏州-杭州-宁波”、“南京-苏州”为中心向江苏北部和浙江南部逐步衰减的总体特征，空间分异明显。

2.3 水资源约束与经济总量、城市规模等级的关系

绘制2013年长三角地区城市水资源约束强度与GDP曲线图（图2），可见水资源对该地区城市建设用地扩展的约束强度曲线与GDP曲线变化趋势总体一致，说明研究时段内城市建设用地扩展受到水资源约束的强度与城市经济总量正相关，即城市经济总量越大，建设用地扩展受水资源的约束强度也越大。究其原因在于，城市用地规模受到经济驱动，目前长三角地区各城市仍以耗水较多的第二产业为主，经济快速增长以水资源的快速消耗为代价，对于任何城市来说，水资源供给是有限的，因此经济总量越大，水资源就越稀缺，建设用地扩展受水资源的约束也就越大。

另外，水资源约束强度因城市规模不同而不同。依据2014年11月国务院发布的《关于调整城市规模划分标准的通知》，长三角地区九成以上的城市属于大城市和中等城市。分别以大城市和中等城市为样本计算建设用地扩展的水资源约束强度，结果显示水资源对大城市和中等城市建设用地扩展的平均约束强度分别为3.85%和0.62%。除此之外，南京、杭州、苏州等人口规模大的城市受到水资源约束的强度分别为0.56%、0.75%、0.73%（见表1）。由此可见，水资源约束强度与城市规模关系密切，总体上城市规模越大，建设用地扩展受水资源约束的强度也越大。这主要源于两方面原因：一是计算表明大城市劳动力增长率（10.67%）明显高于中等城市（9.04%），二是大城市人均产出对城市建设用地的弹性系数（0.20%）也远远大于中等城市（0.05%）。由于城市规模是由城市人口决定的，水资源约束与城市规模之间的关系一定程度上也反映了城市人口规模与水资源约束强度之间的关系，即人口规模越大，建设用地扩展受水资源的约束越大，当然决定性因素还是城市劳动力增长率与水资源供给增长率之间的对比关系。

2.4 城市水资源约束分类及其原因和改善对策

结合表1、图1，以0.5%（明显高于其他城市的约束强度，实际最小为0.56%）、0.35%（区域平均约束强度）和0为界点，将约束强度大于0.5%的城市划分为强约束类型，大于0.35%、小于0.5%的城市划分为中约束类型，大于0、小于0.35%的城市划分为低约束类型，小于0的城市归为无约束类型。并且根据水资源约束强度公式（8），在资本生产弹性α和水资源产出弹性μ不变的情况下，水资源约束强度的影响因素包括劳动力增长率g_L、水资源供给增长率g_Q以及人均经济产出对城市建设用地扩展的弹性b。据此，长三角地区城市建设用地扩展的水资源约束强度划分及其原因见表2。

由表2，长三角地区各城市建设用地扩展的水资源约束强度类型、原因和改善对策如下：

（1）强约束型城市受高劳动力增长率、低水资源增长率、经济对建设用地扩展高弹性的共同影响。苏州、杭州、宁波、湖州劳动力增长率均在10%以上；杭州、宁波、苏州经济对建设用地扩展的弹性均在0.3%以上，南京建设用地扩展的弹性高达0.3749%，仅次于上海；而湖州、衢州水资源供给增长率为负，除苏州外其他城市水资源供给增长率均低于2%。该类城市建设用地扩展受到水资源强烈约束，今后应在适度控制城市人口的增长率，加强水资源合理利用和保护，保障水资源供给能力，并且要转变土地利用方式，减少经济发展对土地资源的依赖，提高水资源对城市发展的支撑能力。

（2）中约束型城市主要受高劳动力增长率、较低水资源增长率的影响。这类城市经济产出对建设用地扩展的弹性基本都处于0.25%-0.3%之间，低于长三角地区城市建设用地扩展弹性整体水平（0.3049%），并且多数城市弹性明显低于高约束型城市；除常州外，劳动力增长率均高于长三角整体水平（8.38%），绍兴、台州、泰州劳动力增长率与高约束城市不相上下；盐城、金华水资源供给增长率均在1%以下，常州则小于0。对这类城市，则应有针对性地采取差别化措施，但总体上仍然需要控制城市人口规模，加强水资源的保护，改善水环境、提高水资源利用率，保障城市水资源的供给能力。

（3）低约束型城市主要受较低劳动力增长率和较高水资源增长率的影响。尽管这类城市经济产出对建设用地扩展的弹性与前两类大致相当，上海（0.4563%）甚至居于地区首位，但这类城市水资源供给增长率均在2%以上，且除宿迁外，其他城市劳动力增长率均在10%及以下，多数低于强约束和中约束城市增长率。上海市也因为劳动力增长率与水资源增长率差值较小而归于此类，这可能与上海濒临海域有关，当然海水利用也存在困难。尽管这类地区建设用地扩展受到水资源的约束较小，但需提高土地利用效率，严格控制经济增长对土地的过度依赖，尽早对水资源进行预防性保护，否则水资源利用形势会很快转变。

（4）无约束型城市当前水资源增长率大于劳动力增长率，表明水资源尚未成为约束城市建设用地扩展的因素。不过，随着城市化进程的深入，有限的水资源终将会影响城市建设。对于该类型城市，应注重提高水资源的利用率，节约利用存量水资源，确保区域水资源不被浪费，实现长期可持续利用。

3 结论

基于资源约束理论，构建城市建设用地扩展的水资源约束测度模型，并以2002年-2013年为研究时段，分析了长三角地区城市建设用地扩展的水资源约束特征，主要研究结论如下：

（1）长三角地区城市建设用地扩展受到水资源的明显约束。测度结果表明，研究时段内长三角地区城市建设用地扩展的年均水资源约束强度为0.35%，即年均建设用地扩展速度比不受水资源约束时降低了0.35%。同时，水资源约束强度具有空间分异规律，且与城市经济总量和城市规模等级具有紧密联系。

（2）不同城市水资源约束成因存在差异，需因地制宜采取改善措施。依据水资源约束强度大小将长三角地区城市归为强约束、中约束、低约束和无约束四类，发现不同类型城市在劳动力增长率、水资源供给率、经济产出对建设用地扩展的弹性上存在明显差异。各城市需根据水资源约束的形成原因，以及自身水资源条件，采取差别化的人口管理、产业发展和土地供应政策，适度控制城市人口规模，调整和优化产业、土地结构，改善城市水资源状况，提升水资源对城市发展的支撑作用。

（3）本研究表明，即使在河网密布的长三角地区，城市用地扩展也受到水资源的约束。可以预见，随着中国经济进一步发展和资源环境约束强化，今后水资源会更加稀缺。人们必须客观认识水资源重要性，高效利用水资源，严格遵循“以水定产、以水定城”的管理政策，重视城市水资源保护，这也是其他地区城市发展中应加以注意的问题。

（编辑：徐天祥）