干旱区城镇化发展与水资源开发利用协调性分析<br/>——以新疆为例

干旱区城镇化发展与水资源开发利用协调性分析
——以新疆为例

2018-03-15底阳阳张鹏程b喻晓玲

资源开发与市场 2018年3期

底阳阳,张鹏程b,喻晓玲

(塔里木大学 a.经济与管理学院;b.信息工程学院,新疆阿拉尔 843300)

1 引言

随着城镇化进程的不断推进,对资源环境开发利用强度加大,生态环境问题尤其是水资源大量消耗和短缺问题日益突出,水资源是干旱区城镇化发展最基本的约束条件。新疆属于典型的内陆干旱区,生态环境脆弱,水资源是制约城镇化推进的主要因素,分析新疆城镇化发展与水资源开发利用的协

调性,有助于缓解水资源对城镇化发展的制约,推进城镇化发展。

水资源是不可替代的重要自然资源,人口集聚程度严重影响着一个地区水资源的开发利用水平。Suriya、Chao Bao等研究发现，城镇化发展使人口集聚引起用水量快速增长从而加重缺水量[1,2];Stephen Merrett对欧洲大部分地区的调研发现,在城镇化发展的不同阶段对水资源的需求程度不一样[3];Wayne B发现美国工业取水量也遵循相同的规律[4];Ruth等研究发现,水资源对城镇化发展的制约作用可通过调整产业结构、改良用水工艺、提高用水效率等措施来促进城镇化良性发展[5]。

国内学者刘洁、李静芝等研究了丰水区城镇化发展质量和水资源利用的关系中发现,水资源利用水平会随着城镇化推进而稳步提高,但同时水资源污染程度也在加深[6,7];尹风雨等指出,北上广等特大城市城市化和水资源环境协调性相对较高[8],南京城市化和水资源环境也处于均衡发展态势[9,10],皖江城市带各地级市城市化与水资源的耦合协调度差异较大[11];马海良、李珊珊研究发现,水资源承载力给津京冀城镇化速度和规模带来了约束效应[12];王吉苹、薛雄志发现,厦门在城市化进程中也存在一定的水资源约束力[13],并预测了厦门城市化水平达到高级发展阶段时通过节约能效、革新技术可以在水资源红线约束下实现经济可持续发展[14];于强发现造成河北水资源生态赤字扩大的主要原因是城镇化发展和水污染程度之间的正相关关系[15];马海良、徐佳等预测,2020年当我国城镇化率超过60%时,用水量将突破红线控制,水资源作为战略性经济资源的约束作用会越来越突出[16];吴杰强调将水系与城市功能相结合,实现以水系为载体的城市复兴与繁荣[17]。目前国内外相关研究主要集中在我国中东部地区,对干旱区尤其是新疆地区水资源和城镇化的协调关系研究较少。本文以熵权法为基础,构建城镇化与水资源开发利用的评价指标体系,分析两者协调发展度,为缓解干旱区水资源紧张,制定水资源发展战略提供参考。

2 研究区域概况

新疆维吾尔自治区(简称“新疆”)位于我国西北边陲(73°40′—96°18′E、34°25′—48°10′N),远离海洋,深居内陆,降水量少、气候干燥,属于典型的干旱地区。2015年水资源总量为930.40亿m3,人均水资源量为3943m3/人,供水总量为577.17亿m3；第一产业用水量占94.67%,第二、三产业用水量偏少；居民生活用水和生态环境用水分别为10.02亿m3和5.80亿m3,水资源开发利用率为62.04%,比2010年增加了14.44%。截至2015年末,新疆总人口数达到了2359.73万人,其中城镇人口占47.23%,比上年增加了56万人。

3 指标构建与模型选取

3.1 构建评价指标体系

城镇化和水资源均是一个独立的复合系统工程,不能只采用单一指标研究两者之间复杂的协调性。结合新疆发展特性和地方区域的不同特点,本文从人口、经济、社会、空间这四个方面构建评价城镇化综合发展水平的指标体系;从水资源开发利用负荷、水资源本底条件、水资源利用效率和水资源开发与管理这四个方面构建衡量水资源开发利用水平的评价指标体系;从《新疆统计年鉴》、《新疆国民经济和社会发展统计公报》、《新疆水资源公报》等获取数据并进行再次整理和计算。按照熵权法确定各个指标所占权重,新疆城镇化综合发展水平、水资源开发利用水平评价指标和权重见表1。

表1 城镇化发展和水资源开发利用水平评价指标体系和权重

3.2 耦合协调度模型

由于城镇化系统与水资源系统各指标原始数据选取单位不同,各指标数据差异较大,所以需要对各指标原始数据进行标准化处理,使各指标原始数据同质化。然后,运用熵权法对标准化后的数据进行计算处理,得到各级指标的权重系数Wj,采用线性加权法来计算城镇化系统、水资源系统综合指数。计算公式为:

(1)

(2)

式中,S1表示城镇化综合发展指数;S2表示水资源开发利用综合指数;Wj为权重。

耦合是指由两个或两个以上系统相互作用产生影响从而结合在一起使效果增强的征象。城镇化与水资源系统的互动效应用耦合度来度量,耦合度越大,两者相互影响程度越大,关系就越密切,但只靠耦合度来分析会出现结果偏离实际的情况。为了使评价结果更具普遍性,真实反映两者关系,进一步采用耦合协调度模型[18],本文将耦合度和协调度联合起来,模型函数为:

(3)

式中,C表示耦合度;k表示调节系数,一般2≤k≤5;T表示城镇化与水资源系统测算后的综合协调指数;D表示耦合协调度;α、β分别表示S1、S2的系数。由于水资源是驱动城镇化进步的主要动力,但不是影响城镇化前进的唯一要素,因此在计算中取α=0.6、β=0.4。为了将两系统协同发展关系更加明确的表达出来,将耦合协调度分为10个评价层次(表2)。

表2 耦合协调度等级划分评价表

4 研究结果与分析

4.1 新疆城镇化综合发展水平

运用熵权法测算得到新疆城镇化综合发展指数来衡量新疆城镇化综合发展水平见表3。标准层指标对城镇化综合发展水平的作用通过权重的高低来判别,权重越小,对其影响越小。整体上，标准层综合指数呈上升趋势,说明新疆的城镇化水准在逐步上升,但不同时段城镇化发展的影响因素不同。标准层指标对城镇化综合发展水平的作用从小到大依次是:经济城镇化(0.1478)、空间城镇化(0.1651)、人口城镇化(0.2916)、社会城镇化(0.3956)。人口城镇化和社会城镇化的权重累计大于68%,说明近20年来新疆城镇化的发展主要依赖于人口和社会城镇化建设,城镇基建设施逐步完善,人民生活水平普遍提高,人均城乡居民储蓄存款余额在20年间从3408.49元/人增加到29158元/人,增长率达到755.45%。尤其是从2006年开始,外来人口的大量涌入，使人口规模进一步扩张,如城市人口密度在1996—2014年从25人/km2上升至4280人/km2。而经济城镇化和空间城镇化发展相对较缓,说明新疆城镇化建设的持续扩张还不能跟上经济社会发展的脚步,城乡结构不协调,三大产业的比例协调有待提高,城镇领头作用有待进一步加强。空间城镇化的提高,还需要大量引进外来人口,以满足人口城镇化的需求,使两者之间达到相对平衡。

表3 城镇化综合发展水平标准层综合指数变化

4.2 水资源开发利用水平

运用熵权法测算得到新疆水资源开发利用综合指数来衡量水资源开发利用水平,见表4。按权重作用的影响,影响水资源开发利用水平的标准层从小到大依次是水资源本底条件(0.1864)、水资源利用效率(0.2021)、水资源开发利用负荷(0.3056)、水资源开发与管理(0.3059)。不同时期影响水资源开发利用的主要因素是在变化的,整体上水资源利用效率的综合指数在逐步攀升,2012年新疆对水资源开发利用水平的作用已经超过水资源开发利用负荷和水资源本底条件,其综合评价指数从1996—2015年上升了0.0071,说明在这20年新疆水资源利用效率稳步提高,水资源浪费情况相对较少;整体上水资源开发利用负荷呈下降趋势,这是因为农业、工业和生活用水需求量增大,尤其是农业、工业方面耗水量比较大,节水工作刻不容缓;水资源本底条件整体上升但有微小波动,这是因为每年的降雨量不同造成的;水资源开发与管理呈上下波动趋向,说明水资源开发管理处在一个调节期,提高新疆在水资源开发和管理方面的潜力比较大,万元工业增加值废水排放量需要降低,城镇污水日处理能力需要提高。水资源合理分配和有效使用有利于水利科学发展,为了达到水资源的可持续发展目的,水资源管理水平应跟上城镇化发展的步伐。

表4 水资源开发利用水平标准层综合指数变化

4.3 城镇化发展与水资源开发利用相互作用

本文运用熵权法得到新疆城镇化综合发展指数S1和水资源开发利用综合指数S2,以此衡量新疆的城镇化综合发展水平和水资源的开发利用水平(图1)。新疆城镇化发展以政府主导为主要动力,整体上城镇化综合指数呈上升趋势，表示新疆的城镇化综合发展水平越来越好,20年间从0.089648上升到0.868858。随着新疆城镇化的推动与发展,水资源开发利用水平在波动中上升。2007年之前,新疆水资源系统综合指数比城镇化综合指数大,城镇化发展水平滞后于水资源开发利用水平。城镇化综合发展指数在2006年增加趋势明显，主要是因为国家广泛推行西部大开发,入疆人流量增大引起城镇人口密度增大导致的。

图1 新疆城镇化发展与水资源开发利用水平

2007年之后,新疆城镇化系统比水资源系统综合指数高,水资源开发利用水平滞后于城镇化发展。伴随着城镇化的快速发展,新疆水资源开发利用水平起伏变大,在一定程度上呈现负相关性。2000—2006年新疆水资源开发利用综合指数上升是因为工业控水节水工作开展效果明显,工业用水量没有明显增加。2008年高效节水自动化控制系统试点建设工作在新疆全面推行,农业用水逐步向工业用水结构方向调整,这一举措使2008—2010年水资源开发利用综合指数上升。2011年新疆水资源开发利用综合指数下降和2015年上升主要是因为年均降水量少这一自然原因造成的。

目前新疆城镇化发展初具雏形,但存在城镇建设基础相对薄弱、人口集聚较为分散、水资源开发和管理需要提高等问题。1996—2000年新疆水资源开发利用综合指数和城镇化发展综合指数呈现反向关系。2001—2006年两者呈正向关系,2007—2008年两者呈反向关系,这样一直循环往复。城镇化综合发展水平和水资源开发利用水平反复出现这样的“反—正—反”趋势,说明新疆城镇化发展与水资源开发利用水平两者具有一定的互相影响的作用,即耦合协调作用[18]。

4.4 耦合协调性分析

依据耦合协调度模型计算得出新疆城镇化综合发展水平与水资源开发利用水平的耦合度C、综合协调指数T、耦合协调度D,然后参照耦合协调度的等级划分表,得到两者的耦合协调关系见表5。由表5可知,新疆的耦合度C在20年间虽然在缓慢增加,但整体均比较低,单纯依靠耦合度来分析判别是远远不够的。综合协调指数T在波动中上升,说明新疆城镇化发展和水资源开发利用水平的协调性在稳步提高,两者相互影响相互关联,水资源可以推动城镇化发展,但当水资源开发利用到达一定界限时,也会阻碍城镇化发展。结合表1可见,新疆的社会城镇化、人口城镇化和水资源开发利用水平的关联度较高,经济高速发展、城镇人口的不断壮大是城镇化不断前进的源泉,水资源使用规模也在持续提升,使两者之间存在高度关联。水资源开发利用水平对城镇化综合发展水平的作用和约束主要体现在水资源开发利用负荷和水资源开发与管理上。其中,农业用水是关键,由于新疆年均降水量较小,可使用的水资源十分有限,所以恰当分配农业用水量、增加农业用水效率是十分重要的,该两者之间具有较大的关联度。

表5 城镇化发展与水资源开发利用水平耦合度及耦合协调度

耦合协调度D显示,整体上1996—2015年新疆在向勉强协调—初级协调—中级协调—良好协调的方向发展,期间虽有轻微波动,但目前新疆城镇化进程正处在相对稳定的上升时期。其中,2000年新疆的水资源濒临失衡和2011年的中级协调均属于在过渡阶段出现波动的正常情况。1996—2004年是新疆新型城镇化发展的初期阶段,城镇化建设中存在很多问题,如环境污染、资源浪费等,城镇化建设质量不高,水资源开发利用水平处于勉强协调发展阶段;2006—2009年,新疆城镇化发展与水资源开发利用的均衡程度加强,两者处于中级协调发展阶段;2010—2015年,新疆开始成为丝绸之路经济带的重点发展地区,城镇基础设施趋于完善,与1996年相比,2015年城市人口密度增加了近100倍,城镇居民人均可支配收入增加了5倍以上。农业、工业用水效率提高,水资源开发利用率提高了9%,有效灌溉面积从284.14万hm2增加到494.49万hm2,万元GDP用水量减低了82.41%,万元工业增加值废水排放量由77.67m3/万元降到36.47m3/万元,说明新疆城镇化在高速、有质量的推进过程中,水资源的开发、保护与管理工作也在优化,两者呈现良好协调发展状态。总之,新疆城镇化发展与水资源系统的响应关系整体上表现为城镇化和水资源开发利用水平之间的优化与约束作用,新疆城镇化发展质量的变化在一方面会增加用水规模,加剧了水体污染;另一方面也能促进地区用水布局的调整,水资源使用效率提升和水资源利用水平的进步,城镇化发展在某种程度上也受水资源的推动和制约,因此要继续加强水资源综合管理,才能使新疆城镇化发展与水资源开发利用协调发展共同进步。

5 结论

本文为检测新疆城镇化发展与水资源开发利用的协调性,建立了城镇化发展与水资源开发利用水平的评价指标体系。运用熵权法和耦合协调度模型进行分析发现:1996—2015年新疆城镇化综合发展水平与水资源开发利用水平的协调度整体呈现由勉强协调向良好协调的轨迹发展。其中,社会城镇化、水资源开发与管理分别在城镇化综合发展水平和水资源开发利用水平中起主导作用,新疆城镇化发展不再仅仅依靠GDP的增长,也需要资源的大量投入,水资源开发利用加大是必然结果。在城镇化起步阶段,水资源基本能够负担其发展所需资源,有助于城镇化的推进,城镇化发展优化了水资源开发利用水平。伴随着城镇化进程中产业结构的不断优化、经济发展方式的转变,水资源承载压力减小,使城镇化与水资源的发展趋于良性协调。

整体上，虽然城镇化综合发展水平和水资源开发利用水平的协调性越来越好,但是两者之间存在双向作用关系。2007年之前新疆城镇化发展略滞后于水资源开发利用水平,城镇化发展主要依靠经济发展和政府推动;2007年之后,水资源发展略滞后于城镇化发展,干旱区城镇化发展对水资源开发利用的胁制作用开始凸显。今后干旱区城镇化发展与水资源开发利用应重点解决以下问题:①调整产业结构,重点发展非农产业,提高非农产业从业人员比重和非农产业产值,完善城镇建设中的基础设施,降低用水规模。②全面推广农业节水,提升工业用水效率和重复利用率,使之成为城镇化发展的重要支柱。③大力引进人才,提升人口整体教育水平,加强水资源的环保意识,减少浪费。

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