滁州市城市化與水環境協調發展研究

劉慶廣，劉 義，徐孝笑

(1.合肥學院 旅游與會展學院，安徽 合肥 230601；2.合肥學院 生物食品與環境學院，安徽 合肥 230601)

城市化與生態環境之間的關系研究是近年來國內外研究的熱點[1-5]。自改革開放以來，我國的城市化快速發展，城市化率由1978年的17.9%增長到2018年的58.59%，城市化水平不斷攀升。城市化是一把“雙刃劍”，一方面，城市化促進經濟發展，改善人民生活；另一方面，早期城市化過度側重于發展速度[6]，人類活動對周圍生態環境造成現實的破壞和潛在的威脅[7]。自然資源難以滿足城市發展需求，使得生態環境問題日益嚴重[8]，特別是城市用水需求增加、水質污染等問題突出[9]。水環境涉及人類生產和生活的各個領域，易被污染，但水環境治理一旦成功受益群面廣，受眾主體多[10]。近年來滁州市城市化建設快速，水資源缺乏重視，面臨威脅，特別是城市供水壓力大，污染防治不到位。諸多學者通過建立耦合模型來研究二者之間的關系，如Bhaskar,A.S.等基于城市增長模型和水文模型分析了巴爾的摩都市地區的城市發展和水資源之間的相互作用[11]。尹風雨等借助耦合模型分析發現我國城鎮化發展與水資源耦合協調水平逐年提升[12]。熊東旭等利用耦合協調度模型對南京市2000—2012年的城市化與水資源交互耦合進行分析[13]，發現其總體發展態勢良好。本文基于滁州市城市化發展及水環境質量建立耦合模型，研究其內在規律，分析和判斷二者協調發展關系，從而為城市規劃、水環境保護以及城市可持續化發展提供借鑒。

1 研究區概況

滁州市位于安徽省東部，處在30°51′N～33°13′N、117°10′E～119°13′E之間，面積約為1.35萬平方公里。地理位置優越，交通便利，緊鄰南京，是南京“一小時都市圈”主要成員、安徽省重點推進的工業發展和經濟建設的城市之一。滁州市地處江淮丘陵地帶，屬于亞熱帶濕潤性季風氣候，雨熱同期，全市年平均氣溫在15.0～15.7 ℃，多年平均降水量在980.0～1050.0 mm。地勢西高東低，最高處海拔為399.2米，地貌以山區、丘陵為主，兼有平原、圩區、湖泊。土壤類型主要為水稻土、黃褐土。以種植水稻、油菜和小麥為主，植物類型主要是亞熱帶常綠闊葉林植物。

滁州，三國時期稱“涂中”，源于“涂水”(滁河)，隋初正式設立“滁州”建制。現轄天長市、明光市、來安縣、全椒縣、定遠縣、鳳陽縣瑯琊區、南譙區等2市2區4縣，2018年末常住人口約411.4萬人。名勝古跡眾多，現有國家森林公園4座，市級以上文物保護單位59個，各類景區40多處。滁州市作為安徽省首家電子信息產業基地，經濟發展水平不斷提高，2018年實現GDP約1801.7億元，總量省內第5，增速省內第3；城鎮居民人均可支配收入31230元，城鎮居民恩格爾系數為30.8%。

圖1 滁州市區位圖

2 水環境和城市化協調發展評價方法

2.1 指標體系與數據來源

“協調發展”是多個因素、多個方面、多角度、多層次的綜合發展[14]，注重事物在發展過程中的協調統一和共同進步。城市化與水環境之間存在著耦合、互動的關系[15]，本文參考已有研究成果[16-18]，結合滁州市實際情況，從人口、經濟、社會及空間等方面觀察城市化發展水平。基于“壓力-狀態-響應”(P-R-S)模型，從水環境的壓力、狀態及響應情況觀察城市水環境。采用頻度分析法建立城市化與水環境綜合評價指標體系，優選指標，遵循可比性、整體性、層次性、可操作性和完備性等原則[19]，最終確定14項指標(表1)。數據來自于滁州市各年統計年鑒、國民經濟和發展公報、水資源公報等。

表1 評價指標體系

2.2 數據標準化處理

為了減少數據量綱、變異程度和數值大小對結果的影響，本文采用min-max標準化處理[20]。正向型指標變換公式為：

(1)

逆向型指標變換公式為：

(2)

公式中，Xij是指標數值；X′ij是Xij的標準化值；maxXj和minXj分別是數據的極大值和極小值。標準化處理后的數值在0～1內。

2.3 指標權重和綜合水平指數的確定

由于城市化、水資源各指標所代表意義不同，重要性(權重)不同，本研究基于AHP法確定每項指標權重(表1)[18，21]。采用線性加權法得到城市化綜合水平指數f(x)與水資源綜合水平指數g(y)。其公式為：

(3)

(4)

式中，ai，bj是所選取的指標權重；xi，yj為各指標值的標準化數值。

2.4 耦合度模型及耦合類型判斷

充分考慮城市化和水資源交互耦合的動態性、不平衡性的特征，并結合滁州市實際情況，參考劉耀彬[15]提出的協調發展度模型，構造了反映兩個子系統的整體“功效”與“協同”效應的耦合協調度模型[21]。

城市化與水環境耦合度C模型可衡量二者的耦合水平(表2)[21]，環境與經濟耦合計算模型公式為：

(5)

公式中C∈(0,1)，C值越大越協調；k為調節系數，且2≤k≤5。

2.5 協調度模型及等級劃分

城市化與水環境耦合協調度的判斷表達了二者的協調程度[21]。其判斷公式為：

(6)

T=αf(x)+βg(y)

(7)

公式中，D為協調度，C為耦合度，T為綜合評價指數；α、β為待定權數，本文取值均為0.5。T∈(0,1)，D∈(0,1)。

表2 耦合度判斷類型

表3 協調度劃分標準

3 城市化與水環境現狀分析

3.1 滁州市城市化發展

3.1.1 人口城市化

人口城市化是農村人口向城市地區遷移，農業人口轉變為非農業人口的過程。非農業人口比重、第三產業從業人數比重能夠反映一定人口城市化發展水平。2005—2017年，滁州市戶籍人口不斷增長，由435.6萬人增長到454.3萬人；非農業人口比重的變化存在波動性(圖2)，2015年之前保持穩定狀態，2015年比重加快增加，2017年達到30.54%，為最高水平；第三產業從業人數由53.1萬增長到98萬，平均每年增長3.74萬人，占就業總人數比重由22.5%增長到33.6%，曲折上升(圖3)。

圖2 2005—2017年非農業人口比重

圖3 2005—2017年第三產業從業人數比重

3.1.2 經濟城市化

經濟城市化是隨著社會生產力的發展、人類生活需求的提高，人類經濟活動不斷向城市集中、經濟發展結構不斷非農業化的過程。地區生產總值與第三產業比重可作為衡量經濟城市化水平的指標。2005—2017年，滁州市經濟實力得到較快發展，地區生產總值逐年增長，由317.35億元增長到1604.39億元，平均每年增長107.25億元；人均生產總值由7773元增長到39517元，增長了4倍；第三產業比重變化波動性較強，2007年比重開始滑坡，2013年開始回漲，呈現“U”字變化(圖4)。

圖4 2005—2017年地區生產總值與第三產業比重

3.1.3 空間城市化

空間城市化是指城市發展進程中隨之產生的農村、郊區等地域的土地、環境、空間等向城市變化的現象。空間城市化主要體現在建成區面積、人均公園綠地面積及人均擁有道路面積等方面。2005—2017年，滁州市城市建設快速發展，建成區面積(圖5)由37平方公里增長到252.42平方公里，平均每年增長17.95平方公里；城市宜居性不斷提高，人均公園綠地面積由3.4增長到13.9平方米，增長了約3倍；人均道路面積由13.1平方米增長到41.2平方米，增長了約2.15倍。

圖5 建成區面積變化

圖6 人均公園綠地面積/道路面積變化

3.1.4 社會城市化

人民生活水平包括收入水平、富裕程度等方面與城市化進程的匹配程度體現社會城市化的質量。2005—2017年，滁州市城鎮居民恩格爾系數由43%降至33.2%，由小康水平過渡到富裕水平；城鎮居民支配收入由8337元增長至28612元，表明居民生活水平得到提高(圖7)。

圖7 2005—2017年城鎮居民可支配手與恩格爾系數

3.2 滁州市水資源環境發展

3.2.1 水資源水平

滁州市水資源總量空間分布不均，2017年人均水資源量1243.7 m3，其中全椒縣2013.4 m3，全市最高；鳳陽縣744.6 m3，全市最低。全市已建成1192座水庫，總蓄水能力約28.64億m3。2005—2017年，滁州市水資源總量變在32.46～63.55億m3范圍內起伏變化；市區供水總量由3062萬噸增長到7261萬噸，增長了約1.27倍，2010—2014年增速較快(圖8)。

圖8 2005—2017年水資源總量與市區供水總量變化

3.2.2 水資源壓力

隨著城鎮人口增多、工業迅速發展，城市用水需求劇增，又因人為原因導致地表水污染嚴重，滁州市水資源供需矛盾明顯。大量生產生活污水排入池河、滁河等河流中，河流污染嚴重。水產養殖、農業種植中普遍使用飼料、化肥和農藥，地表環境惡化。2005—2017年，滁州市工業廢水排放量先增后減，2009年排放量最多，達到9145.21萬噸，2017年最低，為2360.47萬噸；年入河污水量有所增加，由1.51億噸增長到2.64億噸；城市人均生活用水量變化形似“W”，變化區間在118升至169升。

圖9 工業廢水排放總量

圖10 人均生活用水與入河污水量

3.2.3 水資源治理

滁州市多數水利工程使用期較長，常年失修，部分設施存在問題，規劃不合理、施工不規范，水利工程

圖11 排水管道密度與城市污水處理率

難以發揮作用。農業生產多采用傳統的種植和灌溉方式，耗水量大；工業生產中節水效率低，水資源利用率不足。2005—2017年，滁州市排水管道密度逐年增長，由每平方公里7.4公里增長至23.2公里，增長了約2.13倍；城市污水處理率先降后增，2010年后保持處理率90%以上的水平。

圖12 環境方面投資

4 結果分析

本文根據滁州市城市化、水資源相關數據，經數據標準化處理、公式3—7計算，分別得到城市化綜合水平指數、水環境綜合水平指數、耦合度C以及耦合協調度D等結果，并依據耦合度等級劃分、耦合協調度劃分標準劃分滁州市城市化與水環境的耦合度與耦合協調度(表4)。

表4 滁州市城市化和水環境耦合結果表

圖13 城市化與水環境耦合計算結果

4.1 滁州市城市化綜合水平指數分析

結果表明，2005—2017年滁州市城市化綜合水平指數逐年增長且取得較快增速，由2005年的0.0772增長到2017年的0.7612，13年間增長了約8.86倍。2013年指數為0.5467超過0.5，城市化開始較高水平發展。相鄰年份之間增速相近，2010年及以前增速較快，增速在20%以上，2008年增速最大，約64%，2011年之后增速放緩，特別是2016年指數超過0.7后維持水平。該結果表明滁州市過去13年城市化發展較快，人口、經濟、社會、空間城市化均有進步，經濟發展水平有所提升，基礎設施得到完善，產業結構、城鄉格局等方面得以優化。從城市化綜合水平視角來看，滁州市城市發展前期較好，可推動建設皖蘇中心城市。

4.2 滁州市水環境綜合水平指數分析

結果表明，2005—2017年滁州市水環境綜合水平指數變化波動性上升，數值波動范圍在0.4039～0.7429之間。2007—2010年、2012—2013年以及2017年水環境綜合水平下降，其可能與2007年淮河大水、2008年受熱帶低壓“鳳凰”影響，暴雨致災，2012、2013年屬偏枯年份，降水偏少，2017年遭遇特大暴雨，城市污水排放等因素有關，這反映了水環境綜合水平的極不穩定性，不僅受自然條件限制，還受人為因素影響。該結果表明城市水環境亟待優化，需提高城市污水處理水平；加大水環境修復力度；增強工農用水及生活用水供水能力。水環境不是與城市化同步變化，甚至會因城市化發展而變差，正確認識水環境的特殊性，提高水資源的水平，減輕水資源壓力，加強水資源治理。

4.3 滁州市城市化與水環境耦合度及耦合協調度分析

結果表明，2005—2017年滁州市城市化與水環境耦合度、耦合協調度均呈現增長趨勢。耦合度數值方面，2009年之前高速增加，由2005年的0.2688增長到2008年的0.7792；2009年之后保持0.96以上的高值。從耦合度類型來看，2005—2006年屬低水平耦合，2007年屬拮抗階段，2008年屬磨合階段，2009—2017年屬高水平耦合，2016年達到良性共振耦合，表明經過多年發展，自2009年開始，滁州市城市化與水環境的耦合不斷提高，已經達到高水平耦合。耦合協調度同樣增長較快，且經過階段較多，2005—2007年屬極度失調階段，2008—2009年屬中度失調階段，2010—2013年屬初級協調，2014年屬中度協調，2015—2017年屬良好協調。表明自2010年開始，滁州市城市化與水環境的關系已經處于協調發展。特別是2009年后滁州市城市化與水環境高水平耦合期間，經由中度失調、初級協調、中度協調逐步過渡到良好協調，2014年后處于較高水平的協調發展。水環境已經成為城市化的重要內容，城市化也成為水環境健康發展的契機與動力。

5 滁州城市化與水環境協調發展的建議

本文基于環境定量與耦合機制探討了2005—2017年滁州市城市化和水環境現狀及其協調發展程度，根據分析，結合現階段滁州市城市規劃背景，提出提高民眾節水意識、興修水利設施、調整產業結構、完善水環境法規體系，加強水污染管理等有益于城市化與水環境協調發展的建議。

5.1 加強節水宣傳，提高節水意識

通過講座、海報、網絡等形式加強節約用水的宣傳和教育，增強民眾對節約用水必要性的認識，提高節水意識。生活用水方面，提倡一水多用，從細節做起，培養節約用水的習慣；工業用水方面，引進先進生產技術，革新落后且高耗能設備，減少工業耗水量；農業用水方面，推廣節水農業，減少大面積澆灌，提供技術和資金支持，發展現代農業，采用噴灌或滴灌技術減少灌溉用水；城市居民生活方面，自來水供應部門定期檢查運輸管道，避免管道損耗浪費水資源。

5.2 興修水利，加強水利工程的修繕和建設

科學規劃、興建水利工程，提高水庫調蓄能力，保證供水工程的供水效率，同時開發新建水利工程的供水能力，保證城市用水供應。滁州市目前的水庫年代久遠，應盡早維修或重建，以發揮其應有的價值。加強城市水污染處理工程建設，不斷改進污水處理工藝，實現污水達標排放和再利用。結合現代化科技，發展現代農業，提高農業生產效率，引導農民使用高效環保的新型化肥，改變種植結構，發展綠色農業。

5.3 充分發揮政府的職能，加強水污染防治

加強水環境保護，防、治、護相結合，全方位、多方面監管。加強水環境質量監測，對排污企業實時監控和管制，在排污口布置監控點，從源頭上遏制污染；鼓勵污水處理等環保企業的發展，高耗能、重污染的企業應當革新污水處理工藝，達標排放；控制農業污染，規模養殖場的糞污水進行資源化處理；嚴格監管，爭取飲用水水源地“0”污染，保證居民用水安全。對滁河、白塔河、襄河、清流河等河流重點治理。

5.4 健全配套法規政策，加強水環境監管

完善當前滁州市水資源的法規體系，嚴格規范水資源開發建設，嚴格監督、管理正在建設或將要建設的水利工程；對企業實行嚴格的污水排放制度，打擊環境違法行為，懲處、取締非法排污企業；加強對企業的監管，發揮民眾的監督作用，獎勵舉報有功者，提高社會監督效力；實行水資源“三條紅線”管理；完善水資源的管理和執法人員隊伍建設；研究并建立水資源管理體制、水補償機制等，保證城市用水的供需平衡，促進水環境的健康發展。