天山北坡城市群水资源与城镇化的交互胁迫作用

聂春霞 田加源

摘要：天山北坡城市群面临着水资源约束瓶颈。为研究其城镇化与水资源的交互胁迫作用，利用2005～2016年的面板数据，分析了城镇化水平与三次产业用水量的对数关系，并对其交互胁迫强度进行了计算。通过计算发现：① 空气质量与一产用水量呈正向对数关系，三产水平与一产、二产用水量呈负向对数关系，三产水平与三产用水量呈正向对数关系。② 城镇化率与一产用水量呈负向对数关系。③ 城镇化率与一产用水量为较强-较强胁迫，空气质量与一产、三产用水量为弱-弱胁迫，三产水平、城镇化率与三产用水量为弱-弱胁迫，城镇化率与二产用水量为弱-弱胁迫，空气质量与二产用水量为较强-弱胁迫，三产水平与一产、二产用水量为较强-弱胁迫。计算结果表明：一产用水量胁迫着城镇化进程和三产的发展，城镇化率胁迫着一产用水量的增加;二产的用水量胁迫着空气质量提高和三产的发展。研究成果对于保障天山北坡城市群的可持续发展具有重要的意义。

关 键 词：水资源; 城镇化; 对数关系; 交互胁迫强度; 天山北坡城市群

中图法分类号： TV213 文献标志码： ADOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2019.01.019

1 研究背景

天山北坡城市群是国家培育的西部地区城市群之一 ，该城市群处于典型的干旱区绿洲、荒漠生态环境交错带，目前面临着水资源约束的瓶颈。艾比湖、玛纳斯河等流域已无水资源开采潜力，乌鲁木齐市重要的水源一号冰川在加速萎缩，乌鲁木齐河来水量日渐减少、水资源已经严重超载;石河子市、克拉玛依市、吐鲁番市等区域地下水的开发利用率均超过了100%，引发了地下水位持续下降、土地沙化、荒漠化加剧以及草原品质下降等生态问题。同时，石化、煤电煤化工等重工业的发展，也造成了乌鲁木齐、阜康和奎屯等地的空气污染严重。对天山北坡城市群城镇化与水资源的交互胁迫作用开展分析研究，便于采取有效措施，对于保障天山北坡城市群的可持续发展显得尤为迫切。

2 城镇化与水资源交互胁迫研究的进展评述

“胁迫”一词起源于生理学，指不利于生物生长的一切生态环境的总称。之后，“胁迫”一词被广泛用于其他学科领域。城镇化与水资源交互胁迫一方面是指城镇化所带来的人口、经济规模的变化所引起的供水和用水难度的增加以及水资源压力的增大;另一方面是指水资源压力增大反过来又会胁迫城镇化发展的速度。

针对城镇化与水资源交互胁迫作用的研究，主要是集中在城镇化对水资源的影响及评价、水资源对城镇化的约束作用以及城镇化与水资源的定量关系等3个方面。宋晓猛和朱奎针对城镇化过程对城市地表水文、水质和水量的影响开展了分析，并根据分析结论提出了缓解水环境恶化的建议及措施[1];匡文慧等定量分析了京津唐城市群不透水地表对海河流域地表水环境的影响[2];梁艳芹定性分析了城镇化对水文要素的影响，并提出了减少城镇化不利影响的措施[3];翁士创等评价了城镇化进程中河流水文情势的变化状况，改进了河流压力指数（FSR），并对某河流的健康状况进行了评价[4]。鲍超和方创琳提出了水资源约束力的内涵、研究意义及研究框架[5];方创琳等还把水资源作为西北干旱区的先决约束条件，提出了其水资源变化对城镇化过程的胁迫机制与规律[6];周念清等构建了压力驱动DPSIR（驱动力——压力——状态——影响——反应）模型，用于评价长株潭城市群城镇化引起的水资源系统的脆弱性[7];方创琳和乔标计算了水资源约束下的西北干旱区城市经济发展与城镇化阈值[8];沈叶琴等研究发现了水环境和城市化之间满足三次多项式回归方程[9]。刘金萍等研究发现，重庆市城市化与水环境之间满足双对数函数的关系[10];鲍超和方创琳探讨了城镇化进程与水资源开发利用之间响应与反馈的机理，并提出了调控模式与建议[11];陈彤等采用灰色关联度法，计算了我国西北干旱地区水资源约束力以及城市化与水资源的耦合度[12];蔡振饶等构建了经济发展和水资源环境综合指标体系，并对贵阳市2001～2015年间的经济发展与水资源环境交互耦合作用的定量关系进行了分析[13]。

针对城市群水资源与城镇化关系的相关研究较少，现有文献主要集中在城市群的水资源优化配置、水环境效应及其评价两个方面，鲜有城市群水资源与城镇化间交互胁迫作用方面的文献。谭乐彦等对济宁都市区城市群在复杂水源系统下的多目标供水情况进行了分析，根据分析结果，提出了水资源配置方案[14];邓铭江等预测了天山北麓水资源供需发展趋势，并结合外流域可调入的水量和社会经济发展布局，提出了区域水资源合理配置的思路[15]。穆艾塔尔.赛地等利用水文统计模型，对乌鲁木齐河、玛纳斯河和奎屯河流域近50 a来的流域水文综合特征进行了分析，并对径流的年内/年际变化特征及变化趋势进行了判断[16];周念清等采用所构建的压力驱动DPSIR（驱动力——压力——状态——影响——反应）模型，并借助于层次分析法和熵权法，对长株潭城市群水资源系统的脆弱性进行了评价分析。

上述前人的研究成果为本文研究奠定了基础。然而，关于城市群城镇化与水资源交互胁迫方面的研究刚刚起步，成果较少。城市群是人口和经济高度密集的区域，其城镇化与水资源交互协迫的关系应更为强烈。关键问题是：天山北坡城市群城镇化与水资源交互胁迫强度如何，对此人类应采取何种行动。其中，估算其城镇化与水资源交互胁迫强度是研究的第一步。在此，运用2005～2016年天山北坡城市群面板数据，对其城镇化与水资源交互胁迫强度进行估算，以判断水资源是否胁迫天山北坡城市群的城镇化进程，以及城镇化进程是否胁迫着水资源，在此基础中，再提出具有针对性的控制措施。

3 研究区域的选择及交互胁迫强度模型

3.1 研究区域的选择

在天山北坡城市群规划（2016～2020年）中，天山北坡城市群包括乌鲁木齐、克拉玛依、昌吉、吐鲁番、阜康、石河子、五家渠、奎屯以及乌苏等9座城市。其中，五家渠市有關城镇化和水资源方面的数据缺失严重，难以获取。基于此，以乌鲁木齐、克拉玛依、昌吉、吐鲁番、阜康、石河子、奎屯、乌苏8座城市为研究对象，利用2005～2016年新疆水资源公报及各地州（市）水资源公报、新疆统计年鉴中的相关数据，对天山北坡城市群城镇化与水资源交互胁迫作用强度进行了计算和分析。

3.2 城镇化与水资源间关系的推导

我国学者鲍超和方创琳于2007年经过研究，推导出了城镇化水平与水资源之间存在着以下对数关系。

Y=a+blnX （1）

式中， Y 为城镇化水平，%; X 为用水总量，亿m3; a，b为拟合参数，b>0 ，即城镇化水平与用水量之间呈正相关关系。

现将（1）式中的城镇化水平 Y扩展为环境城镇化水平，用空气质量好于二级及以上天数占全年的比重（Y1 ，%）来衡量，简称空气质量;经济城镇化水平，用第三产业增加值占GDP的比重（ Y2 ，%）来衡量，简称三产水平;人口城镇化水平，用城镇化率（ Y3 ，%）来衡量。将用水总量 X 扩展为第一产业的用水量（ X1 ，亿m3）、第二产业用水量（ X2 ，亿m3），第三产业用水量（ X3 ，亿m3），分别简称为：一产用水量、二产用水量、三产用水量。假定城镇化水平 Yi与用水量Xi 之间存在对数关系：

Yi=a+blnXi （2）

式中， i =1，2，3。

当把用水量作为被解释变量，把城镇化水平作为解释变量时，（2）式可转变为

lnXi=c+dYi （3）

式中， c，d 为拟合参数。

3.3 城镇化与水资源交互胁迫关系分析

利用关系式（2）可计算一定用水量下的城镇化水平，利用关系式（3）可计算一定城镇化水平下的用水量。因区域水资源的有限性，当用水量达到或超过水资源利用极限时，城镇化进程将受到限制。城镇化引起经济社会规模的扩大和城镇居民生活质量的提高，引起缺水，对农业用水、生态用水和水环境产生胁迫，加大了供水保障难度。鲍超和方创琳研究认为，在此情景下，如果要推进城镇化进程，就必须转变水资源的利用方式和城镇化发展的方式，以使用水量呈零增长或负增长，而一旦出现零增长或负增长，城镇化水平与用水量间的对数关系逐渐削弱，相关系数 R 就会逐渐减小。当需水量出现零增长或负增长时，城镇化水平与用水量就不能满足对数关系。此时，可利用城镇化水平与用水量间的相关系数 R 来测度水资源对城镇化的胁迫强度，以及城镇化对水资源的胁迫强度，测度出的相关系数越小，表明胁迫强度越大;相关系数越大，表明胁迫强度越小。

R2表示回归方程的拟合系数，1-R2表示实际值与拟合值间的偏离程度。当胁迫强度接近零时，说明城镇化水平与用水量符合对数关系;当胁迫强度增大时，说明城镇化水平与用水量的变化将逐渐偏离理想状态下的对数关系。本文用偏离程度1-R2来测量水资源对城镇化的胁迫强度以及城镇化对水资源的胁迫强度 。

P=1-R2

P表示胁迫强度，0≤P≤1。P越接近1，表明胁迫强度越大。

借鉴方创琳等学者的相关研究成果，按照以下标准来确定胁迫强度：① 当0≤P<0.4时，胁迫强度为弱胁迫;② 当0.4≤P<0.6时，胁迫强度为较强胁迫;③ 当0.6≤P<0.8時，胁迫强度为强胁迫;④ 当0.8≤P≤1.0时，胁迫强度为极强胁迫 。

按以下标准确定交互胁迫强度：

当水资源对城镇化的胁迫强度以及城镇化对水资源的胁迫强度同为弱胁迫时，则城镇化与水资源的交互胁迫强度为弱-弱胁迫。

当水资源对城镇化的胁迫为较强胁迫，而城镇化对水资源的胁迫为弱胁迫时，则城镇化与水资源的交互胁迫强度为较强-弱胁迫，其他情况依次类推。

4 实证结果及分析

根据2005～2016年天山北坡城市群的面板数据，借助于Eviews6.0软件，在对数据进行平稳性检验、协整检验、格兰杰因果检验的基础上，判断天山北坡城市群城镇化水平与用水量间的对数关系，并计算城镇化与水资源间的交互胁迫强度[17-18]。

4.1 平稳性检验

采用ADF- Fisher测试方法，对一产用水量（亿m3）、二产用水量（亿m3）、三产用水量（亿m3）三组序列取对数。对该三组序列及用水量各项指标序列的一阶差分数列进行单位根检验，得出所有数列均通过了平稳性的显著性检验（见表1）。

4.2 协整检验

对城镇化水平与用水量各指标间的协整关系进行了检验，检验结果见表2。

（1） 空气质量（ Y1）与一产用水量的对数（lnX1 ）通过了显著度10%的Kao检验和Pedroni检验，说明两者间存在着协整关系;

（2） 空气质量（ Y1）、二产用水量的对数（lnX2）和三产用水量的对数（lnX3 ）间没有通过Kao检验和Pedroni检验，说明其相互之间不存在协整关系;

（3） 三产水平（ Y2）与一产用水量的对数（lnX1）、二产用水量的对数（lnX2）和三产用水量的对数（lnX3 ）间均通过了Kao检验、Pedroni检验，说明其存在着协整关系;

（4） 城镇化率（ Y3）与一产用水量的对数（lnX1） 间通过了Kao检验和Pedroni检验，说明其存在协整关系;

（5） 城镇化率（ Y3 ）与二产用水量的对数（lnX2）、三产用水量的对数（lnX3） 没有通过Kao检验和Pedroni检验，说明其不存在着协整关系。

4.3 格兰杰因果检验

对存在协整关系的空气质量（ Y1）与一产用水量的对数（lnX1），三产水平（Y2）与一产用水量的对数（lnX1）、二产用水量的对数（lnX2）、三产用水量的对数（lnX3），城镇化率（Y3）与一产用水量的对数（lnX1） 进行了格兰杰因果关系检验。检验结果表明（见图1），上述变量相互间的关系通过了显著度1%的格兰杰因果检验。

4.4 城镇化与水资源的对数关系分析

对于城镇化水平与用水量之间具有格兰杰因果关系的两个变量，进行了异方差稳健的固定效应回归分析，并给出了回归关系式、回归方程的拟合系数 R2。方程回归的显著性检验（F检验的概率度p ）结果如表3所示。

（1） 天山北坡城市群空气质量与一产用水量的对数关系通过了1%的显著性检验，说明其相互存在着正向对数关系。

（2） 空气质量与二产用水量、三产用水量的对数关系没有通过显著性检验，因此，空气质量与二产用水量、三产用水量不存在对数关系。究其原因，除了乌鲁木齐和昌吉的二产用水量略有增长外，其余城镇的二产用水量下降或零增长，致使空气质量与二产用水量间不存在对数关系。

（3） 三产用水量增加不明显，三产用水量与空气质量也不存在对数关系。

三产水平与一产用水量、二产用水量、三產用水量的对数关系均通过了1%的显著性检验，由于一产用水量、二产用水量的增加，挤占了三产的用水量，影响到了三产的发展，因此，三产水平与一产用水量、二产用水量间存在着负向对数关系。三产发展快，其用水量随之增加，三产水平与三产用水量存在着正向对数关系。

城镇化率与一产用水量的对数关系通过了1%的显著性检验。由于一产用水量的增加，挤占了二产和三产的用水量，进而影响到了工业化和城镇化的过程。因此，城镇化率与一产用水量存在着负向对数关系。城镇化率与二产用水量、三产用水量的对数关系没有通过显著性检验，城镇化率与二产用水量、三产用水量不存在对数关系。

4.5 城镇化与水资源间的胁迫关系分析

表4为城镇化对水资源的胁迫强度。通过分析表4不难看出：

（1） 从水资源对城镇化的胁迫关系方面来看，天山北坡城市群的一产用水量、三产用水量对空气质量的胁迫强度分别为0.11，0.36，属于弱胁迫;二产用水量对空气质量的胁迫强度为0.41，为较强胁迫。一产用水量、二产用水量对三产水平的胁迫强度分别为 0.50 ，0.51，均属于较强胁迫;三产用水量对三产水平的胁迫强度为0.25，为弱胁迫。一产用水量对城镇化率的胁迫强度为0.45，属于较强胁迫;二产用水量、三产用水量对城镇化率的胁迫强度分别为0.24，0.34，均属于弱胁迫。

（2） 从城镇化对水资源的胁迫关系来看，天山北坡城市群的空气质量、三产水平对一产的用水量的胁迫强度分别为0.31，0.11，属于弱胁迫;城镇化率对一产用水量的胁迫强度为0.49，属于较强胁迫。空气质量、三产水平、城镇化率对二产用水量的胁迫强度分别为0.10，0.12，0.22，均属于弱胁迫。空气质量、三产水平、城镇化率对三产用水量的胁迫强度分别为 0.30 ，0.33，0.32，均属于弱胁迫。

从以上分析可以得出：① 天山北坡城市群的城镇化率与一产用水量间的交互胁迫强度为较强-较强胁迫，空气质量与二产用水量间的交互胁迫强度为较强-弱胁迫，三产水平与一产用水量、三产水平与二产用水量间的交互胁迫强度为较强-弱胁迫。② 空气质量与一产用水量、空气质量与三产用水量、三产水平与三产用水量、城镇化率与二产用水量、城镇化率与三产用水量间的交互胁迫强度均属于弱-弱胁迫。5 结论及建议

5.1 结 论

本文以天山北坡城市群为研究对象，选择实际值与拟合值间的偏离程度 1-R2 作为胁迫强度，划分胁迫强度的等级，并确定了交互胁迫强度的分类;同时，利用2005～2016年天山北坡城市群8座城市的面板数据，对水资源与城镇化的胁迫强度、交互胁迫强度进行了计算。根据计算结果，可以得出以下结论。

（1） 从城镇化与水资源的对数关系来看，天山北坡城市群空气质量与一产用水量存在着正向对数关系，三产水平与一产用水量、二产用水量存在着负向的对数关系，三产水平与三产用水量存在着正向的对数关系，城镇化率与一产用水量存在着负向的对数关系。因此，在干旱年份水资源短缺的情况下，如果天山北坡城市群的一产用水量、二产用水量仍然按照对数模式继续增长，那么随着城镇化率的提高，水资源开发率将达到极限，反过来会制约三产发展和城镇化率的提高。

（2） 从水资源与城镇化的胁迫程度来看，天山北坡城市群的一产用水量对城镇化率和三产水平产生了较强胁迫。二产用水量对空气质量的提高和三产水平产生了较强的胁迫。一产和三产的用水量对空气质量提高的胁迫强度为弱胁迫，二产用水量和三产用水量对城镇化率的胁迫强度为弱胁迫。因此，加快调整天山北坡城市群的用水结构，加强节水型科技的应用和推广，实现一产和二产用水量的零增长或负增长，才能降低一产和二产用水量对城镇化的胁迫强度。

（3） 从城镇化对水资源的胁迫强度来看，天山北坡城市群城的镇化率对一产用水量产生了较强胁迫。空气质量、三产发展对一产用水量的胁迫强度为弱胁迫，空气质量、三产发展、城镇化率对二产用水量的胁迫强度为弱胁迫，空气质量、三产发展、城镇化率对三产用水量的胁迫强度为弱胁迫。说明城镇化率的提高制约着一产用水量的继续提高。因此，实现一产用水量的零增长或负增长迫在眉睫。

（4） 从城镇化与水资源的交互胁迫强度来看，值得关注的是天山北坡城市群的城镇化率与一产用水量间的交互胁迫强度为较强-较强胁迫，空气质量与二产用水量间的交互胁迫强度为较强-弱胁迫，三产水平与一产用水量、三产水平与二产用水量间的交互胁迫强度为较强-弱胁迫。因此，天山北坡城市群的一产用水量过大，已经胁迫着城镇化率的提高和三产的发展，受到一产用水量胁迫的城镇化率，反过来又会胁迫着一产用水量的增加;二产用水量胁迫着空气质量的提高和三产的发展。提高用水效率，减少一产、二产的用水量，降低一产和二产用水量对城镇化进程的胁迫，是天山北坡城市群首要解决的问题。

5.2 建 议

（1） 继续实施退地减水，大力发展节水灌溉技术。如果不持续实施退地减水政策，天山北坡城市群的城镇化进程将无水可用，同时，生态用水还会继续被大量挤占。通过退地压减农业灌溉用水，一方面给艾比湖、玛纳斯河等流域增加生态流量，保护河流及周边脆弱的生态，另一方面将退地节省出来的水转移给城镇化进程中的人口、产业和环境用水。继续推广农业高效节水灌溉技术，完善滴灌等节水设施，实施渠系节水与田间节水相结合，工程措施和管理措施相结合，把一产用水量降到最低。

（2） 以水定产，提高二产的用水效率。目前，虽然天山北坡城市群的二产用水量持续减少，但是仍胁迫着城镇化进程。因此，需要建立严格的工业项目准入条件，严防高耗水、重污染行业转入天山北坡城市群，限制阜康、奎屯、吐鲁番等地的煤电、煤化工和电解铝等重工业项目的实施;支持工业企业以高效用水技术改造传统的用水工艺，鼓励工业重复用水，提高水资源的重复利用率，以此来缓解二产用水量对城镇化的胁迫强度。

（3） 强化城镇节水、治污和生态保护。加快节水型社会建设，推进乌鲁木齐、昌吉等城镇的海绵城市建设，建立与当地水资源相一致的城市绿化和景观，控制耗水量大的绿地植物，限制高耗水服务业用水量。天山北坡城市群降水量稀少，生态环境脆弱，其流域是内陆河流域，污染物基本都留在当地，因此，亟须加大治污和生态保护力度;加快推进天山北坡城市群石化、煤电、煤化工等企业清洁生产，强化污水处理，推进零排放;加强生态监测，保障生态需水，完善生态补偿制度。

参考文献：

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引用本文：聂春霞，田加源.天山北坡城市群水资源与城镇化的交互胁迫作用[J].人民长江，2019，50（1）：102-107.

Study on mutual-stress between urbanization andwater resource of northern Tianshan urban cluster

NIE Chunxia， TIAN Jiayuan

（Economic Research Institute ， Xinjiang Uygur Autonomous Region Development and Reform Commission， Urumqi 830002， China）

Abstract：Northern Tianshan urban cluster is facing water resource constraint. In order to study the mutual-stress between urbanization and water resources， this paper analyzes the logarithmic relationship between urbanization level and water consumption of three industries by using panel data from 2005 to 2016. It is found that the air quality has a positive logarithmic relationship with the water consumption of primary industry. There are negative logarithmic relationship between tertiary industry and the amount of water consumption of primary and secondary industries. The tertiary industry and the water consumption of tertiary industry showed a positive logarithmic relationship. There was a negative logarithmic relationship between urbanization rate and water consumption of primary industry. In addition， the urbanization rate and the water consumption of primary industry showed strong-strong mutual-stress. The air quality and water consumption of the primary and tertiary industries showed weak-weak mutual-stress. The tertiary industry， the urbanization rate and water consumption of tertiary industry showed weak-weak mutual-stress. Urbanization rate and water consumption of secondary industry showed weak-weak mutual-stress. Air quality and secondary industry showed strong-weak mutual-stress. The tertiary industry and water consumption of primary and secondary industries showed strong-weak mutual-stress. Therefore， water consumption of primary industry stressed the process of urbanization and the development of tertiary industry. Urbanization rate stressed the water consumption of primary industry. Water consumption of secondary industry stressed air quality improvement and the development of tertiary industry.

Key words： water resource; urbanization; logarithmic relationship; inter-stress intensity; northern Tianshan urban cluster