基于空间异质性的新疆城镇化与水资源利用效益的协调度分析

(塔里木大学经济与管理学院， 新疆 阿拉尔 843300)

1 前言

丝绸之路经济带(以下简称“一带一路”)战略是习近平总书记提出的关于推动我国对外交流、现代化建设、经济全球化可持续发展的战略举措。“一带一路”经济社会发展战略的贯彻落实，势必为我国沿线省份及周边城镇的社会及经济发展带来新的挑战和机遇，尤其是作为重要枢纽的新疆维吾尔自治区，应当充分发挥与周边8 个国家相邻的地理位置优势和重要枢纽作用。但是与其它一带一路途经省份相比，新疆位于我国西北内陆，毗邻沙漠，炎热干燥，降水量少，因此在新疆城镇化建设中，提高各类自然资源利用效益以求实现经济社会的可持续发展尤为重要，尤其是受总量限制但又需求量大的水资源。

国际学者普遍关注城市化与生态环境交互作用关系,研究城镇化与水资源之间存在着某种复杂的耦合协调作用。国外学者Ruth Meinzen-Dick[1]认为由于农村人口大量向城市转移及外来人口的涌入，使总量既定的水资源逐渐由丰富转向短缺，从而分析了不同产业的水资源利用效益，来研究水资源对城市发展的控制及束缚作用。Katerina Donevska[2]从农业用水、市政用水、能源用水、工业用水等角度系统地计算了水资源供需矛盾与城市化发展之间的矛盾，从而分析马其顿王国农业和非农产业的发展状况并提出结论及建议。国内学者主要对干旱区水资源紧张及生态恶化原因,城市化与生态环境交互胁迫机理,城市化与生态环境之间EKC模型、双指数模型和耦合度模型等定量分析手段,城市化发展模式等进行了研究[3]。黄德春[4]运用综合赋权的方法建立了新疆水贫困和城市化指标评价体系，从空间的角度分析了新疆水资源匮乏与城市化进程的耦合协调发展水平。牛凤瑞[5]认为在西北干旱地区的城镇化发展进程中，水资源总量的短缺和不合理的用水结构给城镇化进程带来了严重的双层制约。杨宇等[6]考察了塔里木河流域的水土资源和城市化的空间格局及其相互作用,研究发现城镇化和水土资源效益空间格局受绿洲分布、气候条件及城镇发展基础等因素的影响,表现出不同的状态。张胜武等[7]定量分析干旱区流域城镇化与水资源环境系统交互耦合的主要因素,并揭示了耦合度的时空变化规律。

综上所述，大部分学者都把水资源总量约束作为制约城镇化发展的关键因素，而鲜有学者研究水资源利用效益与城镇化系统之间时空差异的耦合协调关系。本文在分析城镇化与水资源利用现状的基础上，建立城镇化水平与水资源利用效益的耦合协调度测算模型，分析两者的耦合程度及相互联动影响，以求进一步探寻城镇化与水资源效益之间的关系，为推动“一带一路”战略下新疆经济社会可持续发展提供借鉴。

2 新疆城镇化与水资源概况

2.1 新疆城镇化发展现状

2000年以来新疆城镇化各方面都保持着不断增长的良好趋势。至2015年，新疆总人口达2 359. 73万人，人口密度104 1 人/平方公里，其中城镇人口1 114. 50万人，人口城镇化率达47. 23%，相比1978年人口城镇化率年均增长0. 57个百分点。2000年新疆人口城镇化率(33. 75%)与全国人口城镇化率(36. 22%)差值达2. 47个百分点，到2015年新疆人口城镇化率达47. 23%，但与全国人口城镇化率(56. 10%)相比较，差距仍然较大，且增加至8. 87个百分点。2015 年人均GDP(9 325元)较2000年(5 437元)增加了3 888元；2010～2015 年供气总量增加了1. 21个百分点，由216 080万m3增加至476 869万m3；供热总面积也增加了43. 5%，由19 162万km2增加至27 499万km2；文化教育事业也快速发展，五年间在校中学生人数增加了12. 8万人；城市建设方面：建成区面积、公园面积、城市园林绿地面积、道路长度、环卫专用车辆设备数年增长率分别达6. 19%、11. 02%、14. 27%、7. 9%、37%。

2.2 新疆城镇化进程中的水资源现状

2.2.1 水资源情况

除河流经流量外，降水也是新疆水资源是非常重要的一部分。新疆各地区降水主要集中于夏季6～8月。2015 年新疆降水总量为 2 273. 5 mm，且降水区域分布非常不均匀，自西北向东南方向递减。2015年哈密、巴州、吐鲁番、和田等地区的年降水量不足 50 mm，乌鲁木齐、昌吉、伊犁、塔城等地区的年均降水量超过 200 mm。其中靠近伊犁河谷的伊犁降水量最为丰富，达365. 5 mm。2015年新疆水资源总量为930. 4亿 m3，地表水总量为 690. 67亿 m3，地下水总量为 450. 23亿 m3。用水总量达587. 06亿 m3，其中农业用水占546. 43亿 m3，占94. 67%，生态用水仅有5. 8亿 m3，仅占1%左右；污水排放量由2014年的10. 27万吨减少至2015年9. 99万吨，有所下降，但污水处理能力提升不明显。

2.2.2 城镇化进程中的用水量变化

为了探究城镇化水平与水资源利用情况在客观上是否具有一定相关关系，根据城镇化进程中城市水资源用途的不同，将水资源划分为工业用水、居民生活用水，生态用水。将新疆2000～2015 年城镇用水量变化趋势与城镇化率数据进行趋势分析，结果如图1 所示：

图1 新疆2001～2015年用水量与城镇化率变动情况

从图1可以看出，近15 年，随着全疆城镇化水平的快速提高，不管是用水总量还是工业用水量、居民生活用水量总体上均有上升。2015年全疆供用总水量为587. 06 亿m3，比 2001年增长20. 5%；工业用水总量为15. 01亿m3，比 2001年增长7. 01亿m3，年均增长率为5. 8%。从2001～2015 年的工业用水量变化趋势来看，随着全疆城镇化的推进、工业经济总量的增加，工业用水量也逐渐在增加，2001～2015年工业用水增长速度达到88. 75%，并且在2013年呈现波动上升趋势，由13. 8亿m3上升至15. 1亿m3，由此可见，“一带一路”战略的实施带动了新疆工业的发展，但由于新疆工业经济的发展水平较低，工业节水能力和污水处理能力较弱，导致工业用水量不仅没有随着工业的发展而减少，反而呈现上升趋势。

城镇化建设的推进使城市建设用地，包括公园、体育设施建设、绿化带等社会公共设施用地面积大幅度增加，进而促使生态用水量成为了城市用水量的重要组成部分。从近 15 年的生态用水量变化趋势来看，2003～2007 年生态用水量呈上升趋势，但此后呈下降趋势，可见在新型城镇化建设的推动下，工业用水和居民生活用水的增加及水资源低效率利用现状挤占了用于生态建设及环境保护的水资源量，生态环境破坏严重，保护力度不足，与城市经济社会建设可持续发展的目标不符。因此，在城镇化发展中，不仅要重视经济城镇化，更要重视生态城镇化，合理配置自然资源，实现城市建设的健康可持续发展。

3 基于时空差异的城镇化水平指数与水资源利用效益指数

3.1 研究方法介绍

3.1.1 熵值法

熵是衡量信息不确定性的一种手段。信息量越大，不可靠性越小，熵越小；反之亦然。依据熵的这个特点，能够经过计算熵值以判断事件的无序性和随机性，也可以用熵值来判别某个指标的分散指数和离散程度，指标的分散指数越大，则对综合评价的影响也就越大。根据熵值法计算城镇化水平指数的计算方法如下所示：

(1)指标标准化

由于各指标之间量纲的差异，有必要对城市化水平各指标进行数据标准化处理，以消除不同量纲对计算结果的影响。步骤如下：

其中，Sij第j项指标下第i区域指标值的比重；X'ij是数据的标准化值，正向指标：X'ij=Xij/Xmax，逆向指标：X'ij=Xmin/Xij。

(2)信息熵的计算

式中：eij为信息熵，m为评判城镇数。

(3)使用熵值法确定各指标权重系数

熵值法是一种客观的加权方法,可以根据每个指标观测值所提供的信息的大小来确定指标权重系数，有助于规避极值对综合评价的影响[8]。设Wij为第j项指标的权重系数，则：

(4)城镇化水平指数确定

利用权重及各指标数据标准化值确定新疆的城镇化水平指数U(L)。

3.1.2 TOPSIS 法

TOPSIS是一种有限分析方案的多目标决策分析法，其基本原理：首先，由指标的标准化值与熵值法确定的权重构成规范化矩阵并确定指标的正、负理想解；然后建立二维数据空间,用于评价指标综合向量与正、负理想解之间的距离，在这之中找到一个距离正理想解最近，距离负理想解最远的方案作为方案集的满意解。运用TOPSIS法进行水资源利用效益评价方法如下：

(1)对指标进行极性处理，求得极性一致化矩阵x。

各指标中有正效应指标，也有负效应指标，这就要求将指标转化为相同的趋势，即将负效应指标转化为正效应指标，转化方法：

倒数法：X=1/x；

(2)转化后原始数据矩阵则转化为决策矩阵。

设原始数据有m个参评样本，n项指标。

(3)对极性一致化矩阵进行标准化处理。

水资源效益评价指标体系中各指标皆属于效益型指标，因此采用效益型指标无量纲化方法，对水资源效益指标数据进行标准化处理，标准化公式为：

(4)标准化后的得到规范化决策矩阵Z。

(5)根据各评价指标的权重，计算规范化加权决策矩阵Y。

其中：Yij=WijXZij(i=1,2…m；j=1，2^n)。

(6)确定正理想解Y+、负理想解Y-。

(7)计算各指标值与整理想解的相对距离，即得到各地区水资源利用效益指数W(L)，0≤W(L)≤1，越接近1表示水资源效益水平越高。

3.2 指标选取

为了准确评价新疆城镇化、水资源效益，按照指标代表意义的科学性、指标所属的系统性、数据可获得性及可比性等原则，构建了新疆城镇化水平评价指标系统和水资源效益评价指标系统，指标数据来源于2006～2016 年《新疆统计年鉴》、各地州市《统计年鉴》、《水资源公报》。

城镇化水平选取了：城镇人口比重，非农业人口数，人均生产总值，人均社会消费品零售额，工业产值占工农业产值比重，第三产业产值占GDP比重，城市居民自来水普及率，建成区面积比重，燃气普及率，万人拥有医疗床位数，万人中学生人数共11个评价指标。

水资源利用效益选取了：单方水产出，工业用水定额，农业用水定额，水资源开发利用率，人口密度，生活用水定额，人口自然增长率，人均GDP，生态用水率，污水排放量，单位耕地面积水资源占有量共11个评价指标。

3.3 城镇化进程及水资源利用效益水平空间异质性分析

3.3.1 指标权重确定

运用熵值法计算了城镇化水平系统及水资源效益系统的各指标权重，为了减少不同年份之间权重的差异对综合评价造成影响，以2005～2015各年指标权重的均值作为统一的指标权重见表1。

表1 城镇化水平与水资源利用效益的指标方向及权重

续上表

通过表1中各指标权重可以看出，非农业人口总数指标所占权重最高，对城镇化水平影响也最大，说明现有城镇化水平的提高主要依赖于非农业人口的不断增加，而不是城市的健康、绿色发展。城镇的非农业人口规模对城镇化水平有很大的影响，随着非农人口的增加，城市化发展的各方面，如公共卫生、社会福利、文化教育等也会因为人口激增而压力增大，要在这个基础上促进城镇化水平进一步提高，就必须在改进户籍制度，建立健全社会保障制度的同时调整产业结构，促进权重较低的工业、第三产业迅速发展，提高居民收入，提高中小学生入学率，增强居民科学文化素质，共同促进城市健康发展。从水资源利用效益的各项指标看来，排在前三位权重的是：人均GDP、人口密度、污水排放量，说明在水资源总量既定的条件下，城市经济的高速发展带动了工业产业的发展，工业废水的不合理排放也加重了水环境污染，对此，必须要在发展经济的同时兼顾生态环境保护，不断提高污水净化能力，促进城市健康、绿色、和谐发展。

3.3.2 城镇化水平与水资源利用效益指数空间异质性分析

利用熵值法和TOPSIS法，通过以上计算求得2005、2010、2015 年新疆北、东、南疆15个地、州、市城镇化水平指数U(L)和水资源利用效益指数W(L)，见图2与图3。

图2 新疆2005年、2010年、2015年北、东、南疆城镇化水平指数

从图2可以看出：2005～2015年，新疆北、东、南疆15个地、州、市的城镇化水平指数总体呈现波动上升趋势，但2010～2015年个别地区城镇化水平出现持平(如北疆的克拉玛依市、博州)和轻度回落(如北疆的伊犁州、阿勒泰地区，南疆的巴州、阿克苏地区)现象，这可能是由于此类地区早期借助资源及产业优势吸引了大量人口和资金涌入，使得地区城镇化迅速发展，但随着资源的大幅度消耗，产业产品在市场上供给冗余，其地区优势不再凸显，甚至成为了制约地区发展的劣势，其城镇化出现了停滞不前和回落现象，但是波动程度较低，基本趋于平缓。2015年，城镇化水平指数>0. 2的为北疆的乌鲁木齐市、克拉玛依市、石河子市、昌吉州以及东疆的哈密地区、南疆的巴州；城镇化水平指数<0. 15的为南疆的克州、喀什地区、和田地区与北疆的阿勒泰地区。通过以上分析可以看出，总体来看，新疆北、东、南疆的城镇化水平呈现明显的空间异质性，北疆地区城镇化水平较高(除个别地区较低)，东疆城镇化水平居中，南疆城镇化水平较低。北疆应在经济发展的同时保护生态环境，防止城市污染加重，建设绿色城市，提高城镇化质量；南疆与东疆各地区应该抓住“一带一路”战略带来的机遇，调整产业结构，推动二、三产业迅速发展，利用现有资源进行产品深加工，回拢资金，用于城市其他落后方面建设，提高地区整体城镇化水平。

图3 新疆2005年、2010年、2015年北、东、南疆水资源利用效益指数

从图3可以看出：2005～2015年新疆各地、州、市水资源利用效益指数呈波动上升趋势。水资源效益平均值达到0. 150以上的均在北疆(乌鲁木齐市、克拉玛依市、昌吉州)，这些城市化水平高的地区，与其他地区相比拥有较多的资金可以用于技术开发及推广，因此其城市节水技术、污水处理能力、水资源循环利用能力相对较强，水资源利用效率更高；水资源利用效益指数在0. 10以下的有南疆的克州、喀什地区，东疆的吐鲁番地区以及北疆的博州、石河子市，在0. 05以下的仅有南疆的和田地区，南疆及东疆临近沙漠，水资源总量少，降水量也相对少，水资源总量的制约及城镇化过程中不合理的用水方式使这些地区的水资源利用效益还处于偏低状态，而北疆的石河子市、博州其水资源总量较丰富，但其快速的城镇化进程使得工业用水量大幅度增加，工业废水再利用率较低，导致水资源利用效益下降；其余地州市水资源利用指数在0. 10～0. 15，与水资源利用效益指数较高的地区相比，这些地区的城镇化水平还处于缓慢发展阶段，推动城镇化建设很大程度上还需要依赖当地的资源、环境等，且没有过多的资金可以投入到水资源利用效益相关的技术研究和生态环境的保护中。

4 新疆城镇化与水资源利用效益耦合协调度计算分析

4.1 计算方法

设城镇化水平和水土资源利用效益的协调度系数的计算公式如下：

式中 f(x)表示城镇化指数，g(x)表示水资源利用效益指数。C表示镇化与水资源利用效益的耦合协调度，D为修正之后的耦合协调度系数，其中0≤D≤1，D的值越接近于1，则城镇化水平与水资源利用效益的协调度就越高，协调等级越高；反之协调度越接近0，则协调等级越低。其协调度程度见表2。

表2 协调度等级及其划分标准

4.2 结果分析

根据上述理论，运用耦合协调度的公式计算得到2005、2010、2015 年城镇化与水资源利用效益耦合协调发展系数D如表3所示。

表3 新疆各地州、市 2005、2010、2015 年城镇化与水资源利用效益耦合协调发展状况

续上表

从表3可以看出，2005～2015年，新疆北、东、南疆各地区城镇化与水资源利用效益协调度呈上升趋势，但2010～2015年，大部分城市却呈现下降态势(如克拉玛依市、哈密地区、阿勒泰地区等)，由水资源分布及用水结构分析可以发现，新疆北、东、南疆水资源及降水情况分布不均，水资源总量不足且用水结构不合理，随着城镇化水平的提高，非农人口大量涌入城市，城镇化与水资源利用效益协调度却出现下降趋势。这可能是由于近年来“一带一路”战略实施及国家大力扶持和自身资源支持下，城市人口和经济发展迅速，但其他各方面发展较缓慢，水资源利用效益的提升幅度偏小，跟不上城市化发展速度。根据2005、2010、2015年新疆北、东、南疆15个地、州、市的城镇化与水资源利用效益耦合协调度评价指数可知：2005年，耦合协调度最高的是克拉玛依市(D=0. 36)，处于城镇化与水资源利用效益的勉强耦合协调阶段，到2015年其排名还保持位列第一，不过并未发生等级上的变动，只是耦合协调度水平略有上升的波动。从2005～2015年在全疆范围内，南疆三地州的城镇化与水资源利用效益耦合协调度排名靠后，一直排名靠后的是克州与喀什地区，和田地区的协调度呈明显下降趋势且2015年其耦合协调度低于克州与喀什地区。说明城镇化与水资源利用效益耦合协调度与当地的经济状况、人均收入水平、基础设施建设和自然资源条件等息息相关。

5 结论与建议

5.1 结论

(1)“一带一路”战略实施以来，随着新疆城镇化发展速度逐渐下降并趋于平稳，水资源利用效益呈缓慢上升趋势，而水资源利用效益与城镇化的耦合协调度却开始出现了下降态势。由耦合协调度表分析可得，新疆水资源与城镇化发展总体处于勉强协调关系，但是在“一带一路”建设带来的机遇之下，新型城镇化建设进程的加快，工业企业得到迅速发展，工业用水量和污水排放量也随之大幅增加，但水资源的污染处理及节水技术和生态保护意识却没有太大提升，水资源总量不变，水资源利用效率虽有所提高，但远远无法跟上城镇化的发展速度，导致新疆水资源利用效益与城镇化之间的协调程度呈下降态势，如果未来不加以重视与保护水资源，新疆城镇化发展终将会受到水资源短缺带来的限制。

(2)新疆北、东、南疆的城镇化水平和水资源利用效益存在明显的空间异质性，且新疆城镇化和经济发展过程中，水资源按产业分配利用结构不合理，农业生产用水比例过大。受经济发展和干旱区特殊地理环境等因素的影响，至2015年新疆用水总量达530亿m3，远远超出国家确定的三条红线中用水总量控制红线，其中农业用水量占用水总量的95%以上，工业用水仅占12亿m3，生态用水呈现下降趋势，水资源无法得到合理的循环利用。

(3)新疆城镇化与水资源利用效益耦合协调度呈现明显的空间异质性。从北疆、东疆、南疆来看：北疆的克拉玛依市、乌鲁木齐市一直保持排名第一、第二，昌吉州、石河子市排名靠前；东疆的哈密地区排名靠前，吐鲁番市属于中等水平；南疆五地州整体排名靠后，特别是属于国家深度贫困区的南疆三地州(克州、喀什地区、和田地区)排名倒数三位，巴州与阿克苏地区属于中等水平。

5.2 建议

(1)加大资金投入，积极开发引进先进节水技术，提高节约意识，从而提升水资源利用效率。新疆的水资源短缺严重制约了新疆区域经济发展。政府资金和技术支持是重大水利工程顺利进行的保障，所以地方政府要在本地经济发展的基础上，积极争取中央专项资金和技术支持，在“一带一路”带来的机遇下引进国内外资金，发展经济，加强重大水利工程建设，积极改善区域水资源条件。调整工业用水、生活用水价格，倡导节约意识，水资源循环利用，一水多用，提高水资源利用效益。

(2)利用一带一路区域优势，积极发展经济。新疆城镇化水平与内地相比偏低，经济发展缓慢，所以要依托“一带一路”战略优势，利用本身的优势资源，发展城市特色产业，重点发展第三产业，培育城市增长点，带动区域经济发展，进而拥有更多资金与技术，提高水资源利用率，不断良性循环促进城市和谐发展。

(3)改变传统农业漫灌为滴灌，调整产业结构，减少灌溉用水，谋求城市节水型发展。新疆工、农、服务产业用水结构相当不合理，农业用水比重大，效率低，二、三产业缺乏资源支撑，政府应当积极倡导农民调整就业结构，闲时种地，忙时打工。同时投入资金，引进、推广适合本地区的节水灌溉技术，建立健全节水灌溉制度，同时应当适当调整产业结构，大力发展二、三产业，提高经济发展水平，从根源上解决低效率的水资源利用与快速的城镇化发展不协调的问题。