武汉市城市化与水资源协调发展研究

侯雷

摘要：

武汉市是长江经济带的核心城市之一，其城市发展与水资源之间存在相互作用。为明晰武汉市2010～2020年城市化与水资源的关系及协调发展特征，建立了城市化与水资源综合评价指标体系，在此基础上构建耦合协调模型，探究城市化与水资源的耦合协调度，并结合脱钩模型进一步分析城市化与水资源各指标间的关系。结果表明：武汉市2010～2020年城市化和水资源系统的主要影响因素分别为经济城市化和水资源水平。在城市化进程中，人口城市化和社会城市化综合指数平稳增长，分别增加0.14和0.20，经济城市化和空间城市化综合指数则表现为缓慢增长和快速增长两个阶段。在水资源系统的各项指标中，水资源利用指数在2010～2015年增长较快，2016～2020年在0.22～0.24范围内呈波动变化；水资源水平则在2016年和2020年较高，主要受年内降雨量较大的影响；水资源管理指数平稳增长，由0.02增加到0.28。2011年武汉市城市化与水资源的协调发展处于磨合阶段，2013～2020年属于高水平耦合阶段；根据耦合协调度可将武汉市2010～2020年城市化与水资源系统协调发展等级划分为7级，其中2013～2020年为协调发展阶段。武汉市城市化水平與水资源的脱钩类型主要为增长负脱钩和强负脱钩，占比分别为36.67%和25.00%。

关 键 词：

水资源； 城市化； 耦合协调模型； 脱钩模型； 武汉市

中图法分类号： TV213

文献标志码： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.017

0 引 言

随着城市化进程的加快，城市人口不断增长、基础设施逐渐完善、产业结构优化升级、经济发展速度不断增长［1］。水资源作为重要的自然资源和经济资源，既为城市发展和建设提供物质基础和必要支撑，同时也对城市发展路径和目标产生深刻影响［2-4］。然而在城市化进程中，经济社会发展与水资源之间的矛盾日益彰显，主要表现为人口增加、产业发展、污水排放与治理等对水资源的需求量及水环境的影响不断增大。与此同时，水资源的数量和质量也会制约城市的发展，水资源约束力成为导致城市化进程缓慢的重要因素之一，城市化与水资源系统间存在复杂的耦合作用［5-7］。目前已有较多研究对城市化与水资源的关系进行了探究［8-10］，例如吕素冰等［11］分析了中原城市群城市化与用水量、用水效益和用水水平的相关性，并建立回归关系；蒋元勇等［12］利用耦合协调度模型探究了南昌市城市化与水资源环境交互耦合作用关系；王飞等［13］构建了皖江城市带城市化与水资源之间的耦合协调度模型，并对两者的耦合关系进行时空分析。虽然目前较多研究针对城市化与水资源变化的总体特征及耦合关系进行了分析，但缺乏对城市化与水资源交互作用的探究。

长江经济带是中国经济发展的重要支撑，但在发展过程中面临着较大的水资源压力［14］。作为长江经济带的核心城市，武汉市近年来经济发展快速，城市规模逐步扩大，其水资源水平与开发利用程度也在不断发生改变。明晰城市化与水资源的关系及协调发展特征，已然成为解决城市发展与水资源矛盾的重要前提。

鉴于此，本文通过构建城市化与水资源综合评价体系，并利用耦合协调度模型，探究2010～2020年武汉市城市化与水资源的协调程度，同时结合脱钩模型更加全面地分析城市化与水资源系统相互影响的复杂关系，从而促进武汉市水资源的高效合理利用，并进一步为长江经济带的可持续发展提供科学参考。

1 研究区域及方法

1.1 研究区概况

武汉市地处长江中游地区，江汉平原东部，位于东经113°41′～115°05′，北纬29°58′～31°22′，是湖北省省会，长江经济带核心城市，区位优势显著。气候属于亚热带湿润性季风气候，日照充足，四季分明，雨量充沛。全市江河纵横，湖泊众多，长江和汉江交汇于此，水资源较丰富。近年来，随着武汉市城市化的快速发展，水资源的保护和利用面临着较大的挑战。

1.2 数据来源

本文所采用各项指标数据主要来源于《武汉市统计年鉴》，部分数据来源于《武汉市水资源公报》《湖北省水资源公报》。

2 结果分析

2.1 城市化水平和水资源分析

由表3中各指标的权重计算结果可知，经济增长对城市化进程具有明显的推动作用（0.2887），其中第三产业的发展对经济增长的促进作用较大；人口城市化对城市化的影响则相对较弱（0.2224）。从水资源来看，水资源水平的权重值最高（0.3974），表明水资源的基础条件对水资源系统的影响较大。水资源利用（0.3040）和水资源管理（0.2986）因素对水资源系统的影响则主要表现在人均用水量和污水处理总量两个方面。

图1为城市化指数和水资源指数的变化情况，可以看出，4项反映城市化水平的指标总体呈现上升的趋势，表明武汉市的城市化进程在不断向前推进，其中人口城市化和社会城市化综合指数平稳增长，2010～2020年分别增长了0.14和0.20。而经济城市化和空间城市化综合指数变化过程可分为两个阶段，第一个阶段是2010～2014年的缓慢增长阶段，该时期经济城市化和空间城市化指数分别增长了0.02和0.06；第二个阶段是2015～2020年的快速增长阶段，经济城市化和空间城市化指数分别增长了0.09和0.15。从水资源系统各指标值的变化来看，水资源利用指数在2010～2015年增长较快，表明该时期武汉市城市化过程中对水资源的利用效率越来越高，2016～2020年水资源利用指数则保持在相对较高的水平，主要在0.22～0.24范围内波动。水资源水平综合指数在2016年和2020年较高，主要因为其年内降雨量与往年相比较为充沛，分别为多年平均年降水量的1.40倍和1.48倍。水资源管理指数呈现平稳上升趋势，由0.02增加到0.28，由此可以看出近年来武汉市水资源重复利用与污水处理技术在不断地改进和提升。

从图2可以看出，城市化综合指数呈现平稳增长的趋势，2010～2020年综合指数增长0.69；水资源综合指数整体呈增长态势，2011～2020年由0.09增加到0.90。水资源综合指数在2016年和2020年的增长较为明显，结合图1的结果可知，主要与该年份水资源水平较高有关。从城市化综合指数与水资源综合指数的对比来看，水资源系统在2011～2015年及2017～2019年滞后于城市化的发展，而在其余年份则表现为城市化滞后于水资源系统发展的特征。

2.2 城市化与水资源耦合协调度分析

武汉市城市化与水资源系统高水平耦合年份占比为90.91%，2010年城市化与水资源系统具有较高的耦合度，主要由于该年份内降雨量丰富，虽然水资源利用效率相对较低，但水资源基础条件较好。2011年武汉市城市化与水资源系统的发展处于磨合阶段，主要由于该时期城市化水平相对较低，经济社会发展与水资源利用仍存在一定矛盾。2013～2020年为高水平耦合阶段，并呈现不断向有序发展阶段过渡的趋势，表明城市发展与水资源综合利用与保护更加趋于同步发展。武汉市城市化与水资源的耦合协调度从2011年开始总体呈现逐年上升趋势，同样反映出城市化发展与水资源系统发展之间存在相互作用关系（见图3）。

根据2010～2020年武汉市城市化与水资源耦合协调度进行分类，可划分为7个协调发展等级（见表4）。2010～2011年的耦合协调度较低，为低度失调等级，主要是由于该阶段经济增长较慢，产业结构仍处于转型和升级时期，同时水资源的利用效率相对较低。随着耦合协调度的不断提高，从2013年开始城市化与水资源系统初步实现协调发展，2020年武汉市城市化与水资源系统耦合协调等级达到最优，协调发展等级年份占比为72.73%。这表明城市化对水资源的压力逐渐减小，同时水资源对城市发展的制约作用逐渐减弱，主要原因是城市化与水资源系统发展具有较强依赖性。随着经济社会的发展，人们的节水意识不断增强，技术的快速发展和节水设施进一步普及等促使水资源的利用率提高，污水治理能力也显著提升，与此同时，水资源整体条件的改善又为城市的生产、生活用水提供更好的保障，对经济社会发展起到了支撑和推动作用。

2.3 武汉市城市化与水资源脱钩分析

在明确城市化与水资源耦合协调等级的基础上，可进一步探究城市化各指标对水资源的影响及作用。由表5可知，城市化水平与水资源的脱钩类型主要为增长负脱钩和强负脱钩两种类型，分别占比36.67%和25.00%。从城市化的不同表现来看，人口城市化与水资源水平的脱钩类型主要表现为弱脱钩，该类型占66.67%，表明2010～2020年城镇人口比重、第三产业人口比重与水资源水平均呈现增长态势，水资源水平的提升速度大于城市化增长的速度。从空间城市化及经济城市化与水资源水平的关系来看，其脱钩类型主要表现为增长负脱钩，主要包括道路面积、城镇居民人均消费支出和人均可支配收入指标，即这3项指标均与水资源水平呈现增长态势，但水资源水平的提升速度小于城市化水平的增长速度。城市化与水资源利用的脱钩类型主要表现为强负脱钩，该类型占比62.50%，除第二产业人口比重和第二产业总产值比重对水资源利用的影响外，城市化各指标对万元地区生产总值、万元工业增加值用水量和人均用水量的脱钩类型均为强负脱钩，即随着城市化水平的提升，这3项反映水资源利用的指标呈下降趋势，这也反映出城市化的发展带动了科技水平的提升，单方水可以创造出更多的价值，同时随着居民节水意识的增强及水资源高效利用技术的发展，人均用水量有所降低。从城市化对水资源管理的脱钩分析来看，第二产业人口比重及产值对水资源管理各指标的脱钩分析类型表现为强脱钩，虽然这两项指标值下降，但水资源管理水平仍呈现上升的趋势。其余城市化指标与污水处理集中率及工业用水重复利用率的脱钩类型均表现为增长负脱钩，进一步表明了城市化对提高城市污水处理能力及工业用水重复利用率具有显著作用。

3 讨 论

城市化与水资源之间存在相互依赖和相互制约的作用，因此为更加全面地认识城市化与水资源的耦合关系，需从两个方面对城市化与水资源的关系进行探讨。一方面，城市化过程是一个综合发展过程，人口增长、产业结构改变、城市用地扩张等均会对水资源产生影响。人口增长是城市化过程中的一项明显特征，人口城乡结构和人口就业结构的改变均会对居民生活用水量、产业用水量产生影响［28］。从经济发展与水资源的关系来看，武汉市万元地区生产总值用水量和万元工业增加值用水量呈现下降趋势，随着地区经济发展水平的提高，产业结构进一步优化升级，研究表明产业结构与用水量的关系表现为用水效率低的产业向用水效率高的产业转变［29］。技术的进步也使得生产设备不断改进，供水和节水技术更新且设施投入增大，单位水资源量所创造的经济价值更高，水资源利用效率显著增加［30］。从城市空间发展来看，随着城市用地的扩张，不透水路面面积增加，使得产汇流速度增加，同时蒸散发效应增强，进而影响水循环过程［31-32］。

另一方面，水资源对城市化发展具有约束作用，水资源数量和质量会影响城市化的进程，研究表明，长江经济带城镇化进程的速度比没有水资源约束时下降0.6%［33］。從水资源水平的变化来看，年内降水量是其重要的影响因素，而水资源水平的高低则会影响城市发展过程中水资源开发和利用的潜力。因此，在城市化过程中，通过不断改进水资源管理方式、提升污水处理技术，引进先进的节水设施等方法，可更好地实现城市水资源的高效合理利用，从而促进城市化与水资源的协调发展。

4 结 论

（1） 2010～2020年武汉市城市化水平主要受到经济增长的影响，水资源系统的主要影响因素为水资源水平。

（2） 在城市化进程中，人口城市化和社会城市化综合指数呈现平稳增长趋势，经济城市化和空间城市化综合指数则表现为缓慢增长和快速增长两个阶段。水资源利用指数在2010～2015年增长较快，2016～2020年则在0.22～0.24之间呈波动变化。水资源水平在2016年和2020年较高，主要与年内降雨量较大有关；水资源管理指数增长较平稳。

（3） 2011年武汉市城市化与水资源的协调发展处于磨合阶段，其余年份均属于高水平耦合阶段，占比为90.91%；武汉市城市化与水资源的协调发展可划分为7个等级，达到协调发展等级的年份占比为72.73%。

（4） 城市化水平与水资源的脱钩类型主要为增长负脱钩和强负脱钩两种类型，分别占比36.67%和25.00%。

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（编辑：江 文）

Abstract：

Wuhan City is one of the core cites of Yangtze River Economic Belt.It shows an interaction between the city development and water resource.In order to explore the interaction and coordinated development characteristics of urbanization and water resources in Wuhan city between 2010 and 2020，this paper established a comprehensive evaluation index system of urbanization and water resources.On this basis，a model was constructed for exploring the coupling and coordination degree between urbanization and water resources，and the decoupling model was applied to further analyze relationship between urbanization and various indicators of water resources.The results showed that the main influencing factors of urbanization and water resources were economic urbanization and water resource level in Wuhan city between 2010～2020.Comprehensive index of population urbanization and social urbanization showed a steady growth trend which increased 014 and 020，and comprehensive index of economic urbanization and spatial urbanization showed slow growth and rapid growth.Among the indicators of the water resource system，water resource utilization index increased rapidly in 2010-2015，and fluctuated in the range of 022～024 between 2016 and 2020.The water resource indexes were higher in 2016 and 2020 which was mainly affected by rainfall within a year，and the water resource management index increased steadily from 002 to 028.In 2011，the coordinated development of urbanization and water resources in Wuhan was in a grinding-in stage，while from 2013 to 2020 it was in a high level of coupling stage.According to the degree of coupling coordination，the degree of coordinated development of urbanization and water resources in Wuhan from 2010 to 2020 was divided into seven levels，of which the period from 2013 to 2020 was the coordinated development stage.The types of decoupling between urbanization level and water resources in Wuhan were mainly growth-type negative decoupling and strong negative decoupling，accounting for 3667% and 2500% respectively.

Key words：

water resources；urbanization；coupling and coordination model；decoupling model；Wuhan City