辽宁省水资源承载力与城镇化的协调发展度研究

孙志强

(北票市水资源办公室,辽宁 北票 122100)

在推进沈阳经济区、沿海经济带以及振兴老工业基地战略的大背景下,辽宁省提出加快农业现代化、新型工业化和新型城镇化进程。随着人口的增长、城镇化进程的加快和经济的发展,资源要素流动理论认为人类活动对资源的需求将持续增长,从而导致更加严重的生态环境污染、资源紧张等问题[1]。2020年相比于2014年,辽宁省整体工业化率、城镇化率和人均GDP明显提高,同时工业用水量、城镇公共用水量以及工业废水、SO2排放量也不断增加,特别是人口规模的持续扩大、城镇化进程的加快和水资源的短缺,导致城市用水需求急剧增大,城镇和其它用水面临着严峻的形势。在促进区域经济发展的情况下,科学处理好水资源与城镇化之间的管理逐渐成为水资源利用管理亟待解决的问题。

近年来,国内外科学家越来越关注水资源与城市化相关问题的研究,如Suriya等认为土地利用格局的变化和城市化的快速发展,在一定程度上改变了流域水文过程;聂春霞等利用SD预测模型分析了城市化进程受水资源的约束作用;李迎春等从农业、工业、人口等方面探讨了城市化对水资源承载力所造成的压力,提出城市化与水资源的协调发展有利于促进城市化发展[2-4]。现有研究主要集中于城镇化进程受生态、水、土等资源环境的影响或约束,其中城镇化与水资源研究涉及水资源配制、供求、利用、效益、承载力等方面,涉及水资源承载力与城市化质量的协调性评价分析还鲜有报道。根据新增长理论,水资源是城镇化进程中必要的基本要素,但水资源总量有限,下一阶段的使用量必然受限于初始阶段的消耗[5]。然而,现有大多数研究并未考虑水资源与城镇化的双向作用机制,只是简要分析了两者的单方面关系。文章利用模糊层次分析法(FAHP法)构建协调度评价模型,评价分析辽宁省水资源承载力与城镇化质量提升的协调程度,揭示水资源要素的流动过程及其系统影响特征,为区域水资源可持续发展战略的合理制定、水资源利用效率的提高及缓解水资源供需矛盾提供一定参考。

1 区域概况

2020年,辽宁地区生产总值25115.0亿元,其中第一、二、三产业增加值2284.6亿元、9400.9亿元和13429.4亿元,比上年增长3.2%、增长1.8%及下降0.7%。该地区总用水量中农业用水量占比较高,第二、三产业用水量偏低。2020年全省降水量748.0mm,折合降水总量1088.34亿m3,地表水和地下水资源量357.71亿m3、115.21亿m3,水资源总量397.11亿m3。2020年,全省总供水量与总用水量129.34亿m3,其中城镇与农村居民生活用水量13.73亿m3、4.69亿m3,耕地灌溉、林牧渔畜第一产业用水量71.17亿m3和8.45亿m3,工业、建筑业第三产业用水量16.93亿m3和1.32亿m3,第三产业用水量5.65亿m3。

2020年,全省统计人口4351.7万人,其中城镇人口占68%,农村人口占32%,人口自然增长率低和城镇化率相对偏低,人均可支配收入低于全国平均水平,城镇恩格尔系数较高。2020年相比于2014年,辽宁地区城镇人口和工业、城镇以及生活用水量增加,并以农村生活用水、林牧渔畜用水和工业用水增加最为明显。

2 水资源承载力与城镇化的协调性评价

2.1 构建评价指标体系

水资源与城镇化之间有其内在关联,将这两个复杂的系统相耦合组成一个复合系统,其关联特性如图1所示。

图1 水资源与城镇化的关联图

结合辽宁地区生态环境、经济、社会和水资源状况,遵循区域差异性、目标性、可获取性和系统性等原则,选择水资源评价分析使用频率较高的28个指标。其中,水资源系统层包括年均降水渗、单位面积水资源利用量、水资源开发利用程度、供水模数、人均水资源量、渠系水利用系数、水库蓄水量7个指标;社会系统层包括人口密度、人口自然增长率、城镇化率、城镇生活污水处理率、生活用水定额、专业技术人员数、单位水资源量产出效率7个指标;经济系统包括人均GDP、GDP增长率、工业用水定额、农业用水定额、有效灌溉面积覆盖率、单位GDP用水量、水分生产率7个指标;生态系统包括生态环境用水率、耕地水利化程度、人均耕地面积、水土保持面积比率、化肥施用程度、工业废水排放达标率、生物多样性指数7个指标。

一般地,广义的城镇化质量与城镇化水平具有相同的内涵。从构成要素上,可选用环境、生活、经济、社会城镇化等要素反映城镇化质量。文章遵循可操作性、系统性和科学性原则,从多个不同方面选择代表性的20个指标。其中,社会城镇化包括农村恩格尔系数、城镇失业人员数、农村劳动力文化程度、万人拥有床位数、万人拥有民用车辆数5个指标;经济城镇化包括人均地方财政一般预算收入、城镇居民人均可支配收入、非农产业比重、工业化率、单位固定资产投资占GDP比重5个指标;生活城镇化包括农村居民人均生活燃料支出、万人拥有医护人员数、城镇居民人均教育支出、农村居民人均用电支出、农村居民人均生活消费支出5个指标;环境城镇化包括建成区绿化覆盖面积、空气质量二级以上天数、生活垃圾除害处理率、工业烟尘处理率、工业SO2排放量5个指标。

2.2 数据来源

水资源承载力和城镇化质量评价体系中的指标数据来源于辽宁省各年份《水资源公报》、《国民经济发展统计公报》、《统计年鉴》、《调查年鉴》等相关资料,通过计算整理可以获取大部分数据,只有少部分数据直接从统计资料中提取。

2.3 建立协调发展度模型

2.3.1 协调度模型

协调发展度可以反映水资源承载力与城镇化系统的同步性,其指数值能够体现系统之间的协同作用和有序度,系统之间的协调性越高则相对离差系数越小,利用下式计算协调度:

(1)

式中:UWH为水资源承载力与城镇化的协调发展度;a、b为权重,结合实际条件设定CW与UI权重相同。依据UWH衡量标准(表1)和模型计算结果,可确定系统之间的协调程度。

表1 协调发展度衡量标准

2.3.2 综合指数CW

根据水资源承载力评价体系(表1)计算水资源承载力综合指数CW,计算公式如下:

(2)

式中:α、β、χ为权重,利用模糊层次分析法(FAHP法)计算社会、经济、生态权重依次为0.2418、0.1934、0.2743。结合CW衡量标准(表2)和模型计算结果,可明确不同年份的具体状态。

表2 水资源承载力综合指数CW衡量标准

1)复合协调指数。定义各指标的多年平均值为水—社会—经济——生态各子系统的有序度,利用下式计算复合协调指数CHI,即:

(3)

(4)

2)复合承载力指数。为了反映水资源承载的压力与本身支持力之间的相对关系,引入水资源压力指数与承载力指数之比即承载力指数CCI,其数学表达式为:

CCI=CCP/CCS

(5)

式中:CCP为水资源承载的社会、经济、生态环境压力指数之和;CCS为支持力指数,通过CCI可以反映区域水资源的承载状态。

3)压力指数与支持力指数。为反映水资源承载力受社会系统、经济系统、生态环境系统的压力作用,选择压力影响因素,考虑到不同指标的单位和量纲不同,利用下式计算水资源承载的压力指数FiP,即:

(6)

式中:Xij、Wi为标准化处理后的压力指标值和权重值;FiP值越大则水资源承载的系统压力越大,反之则越小。文章选择水资源支持力影响因素,鉴于不同指标的单位和量纲不同,利用下式计算水资源支持力指数CCS,即:

(7)

式中:CCS为水资源支持力,CCS数值越大则水资源承载的支持力越大,反之则越小。

2.3.3 综合指数UI

根据城镇化质量评价体系(表2)计算城镇化质量综合指数UI,其计算公式如下:

(8)

式中:UiI、Wi为社会、经济、生活和环境城镇化指数和权重,相应的i=1、2、3、4。考虑到不同指标的单位和量纲不同,利用下式计算城镇化指数值,即:

(9)

3 实证分析

3.1 参评指标权重

文章利用模糊层次分析法(FAHP法)计算各项指标权重,详细运算流程参考董雯等的研究成果,计算确定各层指标权重值。

结果表明,水资源系统权重最大0.2905,其次为生态系统的0.2743,说明辽宁地区的水资源承载力状况与水资源系统的自身丰裕程度密切相关,水资源环境与生态环境关系密切,水资源承载力大小在直接取决于生态环境的优劣程度。对水资源系统,影响水资源承载力的重要因子有水资源的自然补给程度和可利用程度;对生态、经济与社会系统,影响水资源压力的关键因子有生物多样性指数、工业废水处理达标率、农业与工业用水、生活用水定额和人口自然增长率。结合排序结果,权重最高的是单位面积水资源利用量的0.505,另外生物多样性指数、年均降水深、工业废水排放达标率的权重较高,说明生态系统、水资源系统与水资源承载力大小的关联度最高,影响水资源承载力高低的重要因素包括用地的生物多样性、水资源处理情况、丰裕程度以及自然补给程度等[6]。

对于城镇化水平,权重最高的是生活城镇化的0.2716,其次是社会城镇化的0.2572,说明城镇和农村居民的医疗卫生及教育支出情况、天然气使用及用水用电情况、生活消费情况对城镇化质量影响较大,对城镇化质量影响最大的是居民生活质量状况;另外,科教卫生、失业情况、居民贫困程度、基础设施建设水平等事业发展状况,也在很大程度上影响着城镇化质量。总体而言,城镇化系统中的关键因素主要有空气质量与工业SO2排放量、居民的教育支出与生活消费情况、非农产业比重与工业化水平、事业情况与劳动力教育情况。Ⅲ层中权重最高的是农村居民生活消费支出的0.0623,工业化率、农村劳动力文化程度、城镇居民人均教育支出的权重较高,说明辽宁地区的工业化水平、劳动力文化程度、教育支出、居民生活消费在一定程度上决定着其城镇化质量的高低。

3.2 协调发展度

根据辽宁省2014年、2016年、2018年、2020年相关统计数据,经标准化处理,采用文中所述公式计算确定各项指数值,结果见表3。

表3 水资源承载力与城镇化质量综合评价值

结果表明,水资源社会(F2P)、经济(F3P)、生态压力指数(F4P)呈波动下降的变化趋势,说明辽宁省的水资源压力波动较大,但总体呈减小趋势,究其原因可能是生态、经济、社会对水资源产生的压力滞后效应。2020年相比于2014年,辽宁地区单位水资源量产出效率、城镇居民污水处理率、渠系利用系数、单位水资源量均明显提高,而农业和工业用水定额也大幅减少。随着经济的不断发展水资源利用效率和协调度不断提高,协调指数CHI总体位于0.34～0.42范围。从水资源承载力综合指数CW可知,辽宁省水资源处于轻度超载和濒临超载之间,水资源始终处于短缺或紧张状态。

研究期间城镇化综合指数(UI)以及社会(U1I)、经济(U2I)、生活(U3I)、生态(U4I)城镇化指数均表现出波动上升趋势,这说明辽宁省的城镇化质量逐渐提升。具体而言,增长幅度最高的是经济城镇化指数(U2I),其次为生活城镇化指数(U3I),这说明经济发展对促进城镇化具有明显作用;生活与经济城镇化不同步,说明在保障经济快速发展的情况下,今后的城镇化进程应更加注重居民生活质量与水平的提升。

水资源承载力与城镇化的协调发展度UWH呈逐渐增大的变化趋势,这说明虽然水资源承受着废水排放量、工业用水和人口增加的压力,但城市绿化覆盖率增大、城镇化带来的社会经济效益等积极效应大于负面效应,从而使得协调发展度逐渐转向轻微协调状态。

4 结 论

1)辽宁省生活与经济城镇化不同步,即人均GDP增长与经济发展、总GDP增长速度具有一定差距,逐渐成为制约水资源承载力与城镇化协调发展的关键因素,在保障经济快速发展的情况下,今后城镇化进程应更加注重居民生活质量与水平的提升。

2)水资源承载力与城镇化质量之间具有双向作用,城镇化的技术、规模和集聚效应改变着水资源的消耗量。在初期发展阶段,主要通过投入大量的要素提高城镇化质量,这必然会导致水资源消耗量的明显增加;当发展到一定阶段后,随着技术的进步与成熟、产业结构的优化以及经济发展的转变,在一定程度上缓解了水资源压力,水资源状况好转,水资源与城镇化进程开始趋于协调。