陜西省城鎮化與水資源耦合協調與障礙分析

(陜西省環境科學研究院，陜西 西安 710061)

1 研究背景

水資源是人類存在和發展的重要基礎，也是制約一個地區城鎮化發展質量的重要因素。隨著城鎮化進程不斷深入，城市規模擴張、人口聚集、產業結構向非農產業傾斜導致城市水資源利用結構、利用效率和水資源管理方式發生改變。陜西省水資源自然稟賦不足，是全國典型的缺水地區，2019年全省人均水資源占有量僅為238.79m3，是世界平均水平的1/10、全國平均水平的1/2，而快速城鎮化帶來的人口聚集和經濟增長將進一步加劇水資源緊張的局面。

近年來，研究人員從國家、省級或地市級層面對城鎮化發展與水資源的關系進行了研究。闞大學等[1-2]、鄭德鳳等[3]以全國為研究對象，從城鎮化對水資源利用的影響和兩者協調性方面進行了深入分析。刁藝璇等[4]以黃河流域為研究對象，從時空分布上分析了城鎮化與水資源利用水平的耦合協調關系，識別了影響兩者耦合協調的主要障礙因素；張煒等[5]以西部地區8個省會城市為研究對象，分析了新型城鎮化對水資源利用效率的影響；李珊珊等[6-15]從省(自治區、直轄市)層面對城鎮化發展與水資源利用的關系進行了分析。目前，基于陜西省水資源方面的研究大多停留在水資源承載力分析上，對于水資源與社會經濟發展相關因素耦合關系的研究較少[16-18]。僅方蘭、汪旺等[19-20]通過模型研究了陜西省水資源與能源系統、經濟高質量發展之間的耦合關系。目前，我國正處于城鎮化發展由速度型向質量型轉變的重要時期，快速城鎮化導致的水資源矛盾愈發突出，為促進陜西省城鎮化向高質量高水平方向發展，本文通過構建城鎮化發展與水資源系統協調性評價指標體系及障礙度分析模型，探究陜西省城鎮化發展與水資源之間的關系，為城鎮化高質量發展提供建議參考。

2 指標體系建立與研究方法

2.1 指標體系

本文指標體系的選取遵循科學性、合理性與數據的可獲得性原則，結合相關研究成果，構建了城鎮化與水資源系統耦合關系綜合指標體系[6,9,11-13,15,21]。本體系包含城鎮化綜合發展水平和水資源系統綜合評價2個目標層指標體系，涉及8個標準層和25項指標。指標權重通過熵權法得到，指標體系中包括正向指標和負向指標，較高的正向指標有助于提高城鎮化與水資源系統的耦合水平，而較高的負向指標則會降低兩者的耦合水平。具體指標列于表1。

表1 城鎮化發展與水資源系統耦合關系綜合指標體系

續表

2.2 數據來源

本文所用數據主要來源于《陜西省統計年鑒》(2007—2019年)和《陜西省水資源公報》(2007—2019年)。為統一指標的特征和范圍，將對所選指標進行如下標準化處理：

(1)

(2)

式中：Xij為第i年第j項指標的原始值，當Xij為0時，取極小值替代，便于模型中取對數計算。

2.3 研究方法

基于前人的研究成果，本文構建了城鎮化與水資源綜合評價函數和城鎮化與水資源系統的協調關系模型來評價陜西省城鎮化發展與水資源系統協同發展情況。同時，通過構建障礙度模型，分析影響兩者耦合關系的障礙因素及其障礙度。

a.城鎮化與水資源綜合評價函數為

(3)

(4)

式中：U(1)、U(2)分別為城鎮化、水資源子系統綜合評價函數；Wj為城鎮化、水資源子系統評價指標的權重；Zij為標準化處理后的值；m、n分別為城鎮化、水資源子系統指標的個數。

b.城鎮化與水資源系統耦合關系模型為

(5)

式中：M為城鎮化與水資源系統的耦合度，[0,1]。

c.城鎮化與水資源系統的協調關系模型為

(6)

K=αU(1)+βU(2)

(7)

式中：D為城鎮化與水資源系統耦合協調度，取值范圍為[0,1]；K為城鎮化與水資源系統綜合評價指數；α、β分別為城鎮化和水資源系統的權重。

由于城鎮化與水資源系統相互影響，兩者對人類生活和社會發展同等重要，故取α=β=0.5。

d.障礙度模型。為分析各指標對陜西省城鎮化發展與水資源系統耦合關系的影響程度，本文引入障礙度模型[4,14,22,23]識別陜西省2007—2019年各年的城鎮化發展主要障礙因素，以便有針對性地采取措施提升陜西省城鎮化發展水平，具體計算公式為

(8)

Tij=WjRij

(9)

Eij=1-Zij

(10)

式中：Oij為指標障礙度，反映單指標對兩者耦合度障礙作用大小，Oij越大則表示該指標對兩者耦合度的影響越大；Eij為指標偏離度；Tij為指標貢獻度；Wj為第j個指標的權重；Rij為第j個指標第i年的權重；Zij為單項指標標準化之后的數值。

3 結果分析

3.1 城鎮化發展與水資源系統綜合指標及耦合關系研究

3.1.1 城鎮化發展與水資源系統綜合指標分析

由圖1可知，陜西省城鎮化發展水平呈直線上升趨勢，說明13年間陜西省城鎮化建設取得了顯著成果。截至2019年陜西省城鎮化綜合評價指數已達到0.982，城鎮化發展水平較高，這與城鎮人口快速增長、經濟迅速發展、社會資源配置及土地的合理性開發有著密切的關系，反映陜西省從“十五”到“十三五”期間城鎮化發展規劃合理、調控措施得當。受水資源稟賦、水資源利用效率等因素影響2007—2019年陜西省水資源系統呈現波動上升的狀態，截至2019年陜西省水資源綜合評價指數為0.716，處于中等水資源利用水平。

圖1 2007—2019年陜西省城鎮化評價指數、水資源綜合評價指數及兩者協調耦合性比較

3.1.2 城鎮化發展與水資源系統協調耦合性分析

如圖1所示，2007—2019年陜西省城鎮化發展與水資源系統協調耦合性主要經歷了兩個階段。第1個階段為2007—2011年，城鎮化發展滯后于水資源發展系統，在這一階段中城鎮化與水資源系統的耦合協調度處于系統發展的初期，總體為由中度失調過渡到低水平耦合，表現為水資源總體上能夠保證城鎮化的快速發展，并且為城鎮化發展提供有力的保障。第2階段為2012—2019年，水資源系統滯后于城鎮化發展水平，在這一階段中城鎮化與水資源系統總體由低水平耦合逐漸過渡到優質耦合協調階段，但從兩者的綜合評價曲線來看，差距逐年增大，說明水資源系統發展已逐步趨于飽和，對于城鎮化高質量發展的協同推進作用逐漸減弱。

3.2 障礙度分析

本文采用障礙度模型對影響陜西省城鎮化發展和水資源系統協調耦合度的主要障礙因素進行分析，各年度排名前5的障礙因素見表2。各因素出現的頻率及障礙度大小直接反映該因素對城鎮化發展和水資源系統協調耦合度的影響程度。從表2分析得出，2007—2019年對陜西省城鎮化發展和水資源系統協調耦合關系影響較大的因素是水資源總量、人均水資源占有量、生活用水、人均用水量和農業畝均用水量，屬于穩定的障礙因素。其中水資源總量在2007年、2017年、2018年和2019年分別達到27.09%、11.08%、14.34%和21.78%，這表明陜西省在城鎮化發展過程中深受水資源稟賦多寡的影響，水資源總量少是制約陜西省城鎮可持續發展的重要因素；人均用水量在2008年、2009年、2011年和2019年分別達到20.03%、12.24%、13.85%和21.07%，這表明在城鎮化推進進程中人口城鎮化導致的生活方式改變，促使人均用水矛盾更加凸顯，節水生活方式亟須形成；農業畝均用水量在2008年、2009年、2018年和2019年分別達到14.17%、9.56%、15.18%和25.58%，這表明城鎮化發展過程中由于生活水平的提高農產品種植種類發生變化，導致農業畝均用水量增大，種植結構和灌溉方式需要進一步改善和優化。

4 結論與建議

4.1 結論

本文通過構建城鎮化發展與水資源系統耦合協調

表2 2007—2019年陜西省城鎮化發展與水資源系統耦合度單指標主要障礙因子及其障礙度

模型和障礙度分析模型，實證分析了2007—2019年陜西省城鎮化發展與水資源利用水平的協調耦合程度，并分析了影響兩者協調耦合關系的主要障礙因素，得出以下主要結論：

a.陜西省城鎮化發展和水資源系統的耦合度和耦合協調度逐年遞增，二者的協調程度在經歷了初期的弱協調性，最終發展到優質協調的階段。

b.隨著陜西省城鎮化建設發展步入新常態，水資源對于城鎮化建設的重要性更加凸顯，其承載能力受到越來越大的挑戰。水資源總量少已成為制約陜西省城鎮化高質量發展的重大難題。

c.在新型城鎮化推進過程中，影響兩者耦合協調發展的穩定障礙因素主要為水資源總量、人均水資源占有量、生活用水、人均用水量和農業畝均用水量。

4.2 相關建議

“十四五”是我國邁入新發展階段，實現高質量發展的重要時期，針對城市的新發展階段要求全面推進城市重構，進一步深化以人為核心的新型城鎮化戰略，提升城鎮化發展質量。陜西省作為我國西北地區人口、經濟、文化、科技、教育中心，水資源總量不容樂觀，“十四五”時期城鎮人口將進一步聚集，預計城鎮化率將達到65%，水資源短缺導致的用水矛盾將更加突出。為深入貫徹習近平總書記來陜考察的重要講話精神，奮力譜寫陜西新時代追趕超越新篇章，基于本研究成果對陜西省“十四五”城鎮化發展與水資源保護提出以下建議：

a.結合當地水資源稟賦情況制定差別化的城鎮化發展戰略和布局結構。從研究結果來看，水資源已成為制約陜西省城鎮化發展的重要因素，受限于水資源自然稟賦不足，為確保城鎮化發展的質量，保障水資源系統安全，不宜過快推進城鎮化進程，將中速水平發展作為陜西省中長期的發展基調。積極踐行區域協調的城鎮化，從關中、陜北、陜南三個不同區域層面結合當地水資源稟賦情況制定差別化的城鎮化發展戰略和布局結構。

b.積極推動粗放型發展方式向內涵型發展道路轉變，引導產業結構不斷調整與優化。截至2019年陜西省三大產業結構比例為8∶46∶46，其中一、二產業作為用水大戶，占比高出全國平均水平8個百分點，“十四五”期間，陜西省應以提高農業用水效率和生活用水效率為重點，優化全省水資源利用效率及利用結構，同時將水資源作為最大的剛性約束，合理規劃城市規模、人口、產業發展。

c.持續加強水資源管理。陜西省作為一個典型的缺水省份，受季風氣候和地形地勢影響，水資源時空分布不均，在產業結構調整的大前提下應實施“節水優先”戰略，推進節水型社會的建設，借助稅收杠桿的調節作用，倒逼用水主體轉變用水方式，堅決抑制不合理用水需求。持續推動水污染物減排，減輕水環境壓力，以微增長的供水總量和高效的水資源利用，推動陜西新型城鎮化高質量發展。同時要進一步加強水資源保護宣傳，提高全民節水意識。