区域城市化及工业化进程与农业用水相关性研究

2020-10-24韩亚静

水资源开发与管理 2020年9期

韩亚静

(郑州大学水利科学与工程学院，河南郑州 450001)

近年来，随着社会经济的发展，水资源供需矛盾日益显著，水资源短缺已经成为制约国家经济发展的主要因素[1]。在以农业生产为主、水资源严重短缺的河南省尤为明显。鉴于此，本文对河南省典型区域的用水结构变化、城市化和工业化进程以及二者与农业用水之间的关系进行具体分析，从中找出农业用水随经济发展的变化规律，对河南省各市合理配置和调度水资源、保障粮食安全以及新型城市化、新型工业化、农业现代化的和谐发展等方面具有一定的研究意义。

1 研究区概况和数据来源

1.1 研究区概况

河南省位于我国中部，地跨淮河、长江、黄河、海河四大流域，全省多年水资源总量为413.71亿m3，全国排名第19位[2]，属于重度缺水地区，地区人口分布差异悬殊，不同地区工业化发展水平不一。同时，河南省又是我国的粮食生产大省，2019年粮食产量为6695.40万t，位于全国第二。近10年来全省农业年平均用水量227.18亿m3,占用水总量的71.2%，工业用水38.12亿m3, 占16.8%；生活用水27.27亿m3, 占12.0%[3]。河南省以占全国1.23%的水资源与1.74%的耕地支撑了全国10.09%的粮食产量，产粮任务繁重，农业用水面临的形势日渐严峻。

1.2 典型研究区的选择

考虑到河南省各城市工业化和城市化发展水平以及水资源禀赋与用水结构的差异性，选择郑州、周口两座城市作为典型研究区进行研究。郑州市人口规模较大，经济水平以及工业化水平较高，工业门类齐全，水资源需求大但总量少。周口市为河南省的重要粮食产地，经济发展较落后，工业化水平较低。因此选择郑州市与周口市作为本文主要研究对象。

1.3 数据来源

采用郑州市、周口市两个典型研究区2001—2017年的统计数据，农业用水量、工业用水量、城乡生活环境用水量、用水总量、降水量来自2001—2017年《河南省水资源公报》，城市化率、第二和第三产业增加值以及国民经济生产总值来自2002—2018年《河南省统计年鉴》和2002—2004年《郑州市统计年鉴》。

2 典型区用水结构变化

2.1 指标选取

由于用水量能够直接反映水资源不同利用方式下用水的变化情况，且用水量占总用水量的比重更能直观反映出城镇扩张、产业结构变化对农业用水的影响，本文选择计算农业用水量及其占总用水量的比重来综合分析研究区农业用水的结构变化特点。农业用水比重采用下式计算：

(1)

2.2 农业用水结构变化

近年来，郑州市与周口市的农业用水量变化不尽相同，变化情况见图1。郑州市的农业用水量变化趋势总体较为平缓，呈下降趋势，由2001年的8.12亿m3减少到2017年的4.90亿m3，17年间减少了3.22亿m3，减幅为39.66%。周口市的农业用水量起伏明显，其中2001—2003年由13.18亿m3急剧减少到5.52亿m3，此后又呈波动上升，2009—2013年间保持在12.66亿m3以上，2012年达到最大值13.52亿m3，此后呈波动变化，至2017年变至11.34亿m3，17年间减少了1.84亿m3，减幅为13.96%。郑州市的农业用水量减小的幅度相较周口市更大。

图1 两市历年农业用水结构变化

由两市近17年来农业用水比重的变化趋势分析可知，在2001—2017年间，郑州市的农业用水量占用水总量的比重呈现出较为明显的下降趋势，由2001年的53.59%减小到2017年的24.28%，17年间减少了29.31%，年均下降1.83%，其中2011年较上年骤减10.94%，此后又缓慢回升并保持稳定。周口市的农业用水比重除了在2001—2004年间下降较为明显，由73.90%下降到55.00%，其余各年份都在66.27%附近波动，总体较为稳定，起伏变化不大。

综上分析，郑州市农业用水量与农业用水比重之间变化紧密，二者相关系数为0.97，说明农业用水受非农业用水和水资源总量的影响明显。周口市两指标之间相关系数为0.85，非农业用水需求的变化对农业用水的影响不明显，水资源相对能够满足需求。

2.3 非农业用水结构变化

两市2001—2017年工业用水结构变化情况见图2。由图2可以看出，两市近17年来的工业用水量总体呈微弱上升的变化趋势。郑州市的工业用水量与用水比重明显高于周口市，年平均高出2.79亿m3。郑州市工业用水量2004—2008年增幅最大，由3.82亿m3增加至5.76亿m3，4年间增加了1.94亿m3。周口市工业用水量总体较低，最低为1.39亿m3，最高为2.88亿m3，变化趋势相对平缓，起伏不大。郑州市工业用水比重由2001年的26.05%增至2007年的32.75%，变化明显；2007—2012年在波动中下降；2013年之后为稳定下降的状态，该变化反映了郑州市处于工业化中后期且正在向后期过渡的特性。周口市工业用水占比2002—2004年间有较大起伏，其他年份总体微弱上涨，由2001年的10.01%增至2017年的15.70%，增速缓慢且较稳定。

图2 两市历年工业用水结构变化

由图3两市城乡生活环境用水结构对比可知，郑州市城乡生活环境用水量与用水比重增幅显著，年平均用水量比周口市多3.02亿m3，其城乡生活环境用水量由2001年的3.09亿m3增至2017年的9.83亿m3，在波动中上升，除2010—2013年间起伏较大之外总体变化稳定。周口市城乡生活环境用水量在波动中微弱增长，由2001年的2.87亿m3增至2017年的3.50亿m3，波动起伏变化不明显。郑州市的城乡生活环境用水比重变化较为明显，由2001年的20.35%增长至2017年的48.74%，增幅为28.39%。总体趋势与城乡生活环境用水量变化趋势相似，可见随着城市化、工业化的发展，郑州市非农业用水所占比重日益增加，从而导致农业用水比重逐步减少。对于经济发展程度较低的周口市，城乡生活环境用水比重自2003年起有所减少，并有微弱的波动，对农业用水无太大影响。

图3 两市历年城乡生活环境用水结构变化

3 典型区城市化及工业化发展变化特点

3.1 指标选取

为更准确地反映河南省城市化、工业化的发展状况，本文选择城市化率来表示河南省城市化发展程度，采用第二、第三产业增加值占国内生产总值的百分比表示工业化发展程度，其计算公式如下：

(2)

其中人口数据均用常住人口而非户籍人口。

第二、第三产业增加值占GDP比重=

(3)

由于郑州市正处于从工业化中期向后期过渡的阶段[4]，工业化率不能较好地反映工业化进程与农业用水之间的关系，而第二、第三产业与工业、生活和环境用水有着较为紧密的关系，因而将第二、第三产业增加值占GDP比重作为反映工业化程度的指标，能够较好地反映城市化、工业化与农业用水的关系[4]。

3.2 城市化及工业化发展变化情况

郑州市2001—2017年、周口市2004—2017年城市化与工业化的发展变化情况见图4。郑州市的城市化率在17年间变化稳定且上升明显，由2001年的55.5%上升至2017年的72.2%，17年间增长了16.7%，年平均增长1.04%。周口市近14年间的城市化率也呈现出较为稳定的增长态势，由2004年的16.6%增长至2017年的41.2%，14年增长了24.6%，年平均增长1.89%。这种差异来自郑州市之前城市化发展水平较高，近年来发展速度相对较为缓慢，而周口市之前城市化程度相对滞后，近年来一直处于较快发展的状态。郑州市近17年的第二、第三产业占比增长十分缓慢，且历年平均水平为96.72%，2001年为94.53%，2017年为98.35%，17年间增长了3.82%，年均增加0.24%。周口市第二、第三产业占比由2001年的62.05%增至2017年的81.84%，17年间增长了19.79%，年增长率为1.24%。郑州市经济发展水平始终处于较发达的状态，近年来变化不明显，而周口市的经济进程相对落后，近年来发展较为迅速，导致了两市的第二、第三产业占比的差异。

图4 两市历年城市化率和第二、第三产业增加值占GDP比重变化

4 典型区城市化及工业化进程与农业用水相关性分析

4.1 典型区城市化及工业化进程与农业用水量的相关性

回归分析是研究变量之间作用关系的一种统计分析方法，多用于探讨自变量对因变量的影响，即原因对结果的影响程度。高明娟等[5]分析得出城市经济发展与用水量之间为对数曲线模型，即

y=λ+μlnx

(4)

式中：y为城市化率,%；x为用水量，亿m3。

本文将经济发展指标与农业用水关系通过对数函数拟合进行分析，两市城市化和工业化水平与农业用水量的相关性见图5。郑州市的城市化率与农业用水量的相关系数为-0.826，表现出较为显著的负相关关系，且城市化率每提高1%，农业用水量减少0.21亿m3。第二、第三产业增加值占GDP比重与农业用水量的相关系数达-0.880，同样存在较好的相关关系，农业用水量随着社会发展而减小，由于城市化进程加快以及人们生活水平不断提高，各行业竞争激烈，城市用水需求增加，水资源配置中农业用水的优先权重低，使得有限的水资源配置给农业生产的量减少，农业用水向非农业用水转移。有效灌溉面积为某区域当年能进行正常灌溉的农田面积，能够反映地区的水利化程度以及农业生产稳定程度。郑州市农业用水量虽呈减少的趋势，但有效灌溉面积不断增加，由2007年的185.06×103hm2增长至2017年的202.47×103hm2，分析郑州市的有效灌溉面积与农业用水量的相关性，得到二者之间的相关系数为-0.709，为较好的负相关关系，且有效灌溉面积每增加1×103hm2，农业用水量减少0.082亿m3。由此可见灌溉效率表现出逐步提高的态势。

图5显示周口市随着城市化率与第二、第三产业增加值占GDP比值的不断提高，农业用水量看似呈现出增加的趋势，但二者相关性并不紧密，造成这种现象的主要原因是周口市为国家粮食主产区，工业基础相对薄弱，城市化水平远低于郑州市，属于后发农业地区[2]。将农业长期作为基础产业才能促进周口市经济的稳定发展，从而推进城市化的进程。又由于其经济水平相对落后，城市化进程缓慢，此过程中非农业用水变化不明显，水资源的供应基本上可以满足非农业用水的需求，因而社会经济的发展对农业用水的影响并不显著。且分析周口市近17年来的降水量与农业用水量之间的相关性，发现二者呈现出显著的负相关关系，相关系数达-0.819，年降水量每减少100mm，农业用水量增加0.588亿m3，可见周口市的农业用水量很大程度取决于当地的年降水量。

图5 城市化率和第二、第三产业增加值占GDP比重与农业用水量的关系

4.2 典型区城市化及工业化进程与农业用水比重的相关性

由图6可以看出，郑州市城市化、工业化的发展对农业用水比重的影响非常大，相关系数达-0.882，表现为城市化率每升高1%，农业用水所占比重相应降低1.8%，郑州市第二、第三产业增加值占GDP比重与农业用水比重之间也呈现极显著相关关系。随着第二、第三产业增加值占GDP比重的不断升高，农业用水所占比重不断下降，二者相关系数达到-0.927。由此可见，郑州市的水资源供需矛盾十分突出。随着郑州市城市化、工业化的快速发展，农村人口不断向城镇迁移，第一产业逐渐向第二、第三产业转变，产业结构发生变化。第二、第三产业规模日益壮大，非农业用水与农业用水之间的矛盾加剧，在一定程度上非农用水能够带来更大的经济效益，使得配置给非农业用水的水资源量不断增加，致使农业用水所占比重不断下降。同时由于农村劳动力也不断向城镇转移，农业规模逐渐减小，农业用水相应减少，这也是导致农业用水所占比重不断减小的一个重要原因。

图6 城市化率和第二、第三产业增加值占GDP比重与农业用水比重的关系

通过对周口市的城市化率和第二、第三产业增加值占GDP比重与农业用水比重之间的相关性进行分析，发现其相关关系并不显著，相关系数仅为0.325、-0.144。这是由于周口市的城市化进程较为落后，工业基础薄弱且水资源相对充沛。由于城市化水平较低，城镇人口占比较少，第二、第三产业发展落后，第一产业为主导产业，非农业用水对农业用水的挤占并不明显。并且水资源量较充沛，基本上能够满足城市用水的需求，在水资源配置中分配给农业用水的水量能够满足需求。因此周口市农业用水量相对稳定，农业用水比重与城市化、工业化进程之间的相关性并不明显，农业用水量与年降水量呈负相关关系。