江蘇省水資源環(huán)境和城鎮(zhèn)化發(fā)展的協(xié)調(diào)性

馬海良,施陳玲,王若梅

(1.河海大學低碳經(jīng)濟研究所,江蘇常州 213022;

2.江蘇省“世界水谷”與水生態(tài)文明協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇南京 210098)

江蘇省水資源環(huán)境和城鎮(zhèn)化發(fā)展的協(xié)調(diào)性

馬海良1,2,施陳玲1,王若梅1

(1.河海大學低碳經(jīng)濟研究所,江蘇常州 213022;

2.江蘇省“世界水谷”與水生態(tài)文明協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇南京 210098)

在構(gòu)建水資源環(huán)境和城鎮(zhèn)化發(fā)展綜合評價指標體系的基礎(chǔ)上,借助耦合協(xié)調(diào)度模型,對2002—2013年間江蘇省的水資源環(huán)境和城鎮(zhèn)化發(fā)展的交互作用關(guān)系進行了實證分析。結(jié)果顯示,水資源和城鎮(zhèn)化的變化過程并不具有一致性。水資源環(huán)境水平波動上升,而城鎮(zhèn)化發(fā)展水平始終保持上升的態(tài)勢。這決定了兩者的耦合關(guān)系呈現(xiàn)出獨有的特征:2004年之前處于波動的較低水平耦合階段(拮抗或磨合階段),2004年起迅速進入高水平耦合階段并隨后一直保持在此水平。據(jù)此提出加強對水資源的管理和保護,推動產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級,提高水災(zāi)風險防范能力等建議。

水資源;城鎮(zhèn)化;耦合;協(xié)調(diào)發(fā)展;江蘇省

水資源作為人類賴以生存的重要環(huán)境資源之一,對社會的發(fā)展、人類文明的進步等起著至關(guān)重要的作用。然而,隨著我國城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展,水資源短缺、水資源污染等問題日益突出,城鎮(zhèn)化發(fā)展與水資源保護之間的矛盾也逐漸凸顯出來。因此,如何實現(xiàn)兩者的平衡是當前急需解決的問題之一。研究水資源環(huán)境與城鎮(zhèn)化發(fā)展的相互協(xié)調(diào)關(guān)系有助于更好地了解城鎮(zhèn)化與水資源生態(tài)環(huán)境的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢,為水生態(tài)文明建設(shè)提供理論支持,為相關(guān)政策和條例的科學制定提供借鑒,進而探索出一條對社會、環(huán)境都長期有益的可持續(xù)發(fā)展之路。

在這方面,國內(nèi)外學者已開展了較深入的研究,如Paul等[1]對城鎮(zhèn)化和水資源之間的競爭研究; Nagy等[2]針對佛羅里達海灣沿岸地區(qū)城市化對河流水文和水質(zhì)的影響分析[2];方創(chuàng)琳等[3]對于西北干旱區(qū)水資源約束下城市化過程及生態(tài)效應(yīng)研究的理論探討;高翔等[4]所做的西北地區(qū)水資源環(huán)境與城市化系統(tǒng)耦合的時空分異分析。梳理后發(fā)現(xiàn),大部分學者都是圍繞一個典型水文特征的區(qū)域展開研究,并沒有對特定的一個省份展開分析,而我國水環(huán)境管理主要以屬地原則為主導,特定省份的環(huán)境規(guī)制強度對其水污染治理特別關(guān)鍵。江蘇省是我國東南沿海省份之一,水資源環(huán)境具有其獨特的特點:本地水資源不足,過境水資源豐沛;降水量大,產(chǎn)水率低;降水時空分布不均,水的利用效率不高[5]。此外,江蘇省相對突出的“經(jīng)濟二元結(jié)構(gòu)”(蘇南、蘇北地區(qū)經(jīng)濟總量差異較大)造成水污染也呈現(xiàn)不同特點,蘇南地區(qū)水污染主要以工業(yè)廢水和生活污染為主,而蘇北地區(qū)呈現(xiàn)出以農(nóng)業(yè)面源污染為主,工業(yè)廢水污染補充的局面,因此對該區(qū)域的研究具有特殊意義。筆者借助水資源環(huán)境和城鎮(zhèn)化發(fā)展的耦合度模型,著重分析水資源環(huán)境和城鎮(zhèn)化發(fā)展相互協(xié)調(diào)的關(guān)系和發(fā)展規(guī)律,并據(jù)此預(yù)測和掌握兩者關(guān)系的未來發(fā)展趨勢,以期實現(xiàn)水資源環(huán)境和城鎮(zhèn)化發(fā)展之間的良性、有序、可持續(xù)發(fā)展。

1 研究區(qū)概況

江蘇省是長江三角洲的重要組成部分,位于東經(jīng)116°18′～121°57′,北緯30°45′～35°20′之間,全省年平均氣溫在13～16℃之間,年降水量多年均在994.5mm左右。其不僅瀕臨黃海、占領(lǐng)長江下游,而且境內(nèi)河湖眾多,淮河、太湖、洪澤湖等一系列重要河湖流經(jīng)于此?？梢哉f,江蘇省擁有較為豐裕的水資源總量。然而,特殊的地理位置加上溫帶向亞熱帶的過渡性氣候又使得其水資源環(huán)境具有過境水資源豐富,降水量大但時空分布不均,實際降水所產(chǎn)徑流低于全國和長江、淮河區(qū)域的平均水平等特點[6]。此外,在傲人的經(jīng)濟發(fā)展成果和城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的背后,隱藏著對水資源環(huán)境的巨大壓力。水資源需求量的與日俱增,以及城鎮(zhèn)化進程中帶來的水污染問題,使江蘇省的水資源狀況不容樂觀。由此可見,江蘇省面臨著水資源的結(jié)構(gòu)性短缺問題。因此,協(xié)調(diào)、處理好水資源環(huán)境與城鎮(zhèn)化發(fā)展的關(guān)系是江蘇省甚至于長江三角洲地區(qū)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵之一。

2 水資源環(huán)境和城鎮(zhèn)化發(fā)展的模型構(gòu)建及數(shù)據(jù)處理與分析

2.1 評價指標體系的構(gòu)建

水資源環(huán)境系統(tǒng)與城鎮(zhèn)化系統(tǒng)是由多個影響因素組成的復合系統(tǒng),需要從不同層面對其進行評估。水資源環(huán)境可從水資源水平、水資源壓力和水資源治理3個方面來衡量。而城鎮(zhèn)化發(fā)展狀況并不是單純的經(jīng)濟發(fā)展和城鎮(zhèn)化率的提高,還應(yīng)包括人民生活水平的提高、環(huán)境的改善等方面,是經(jīng)濟、人口、社會、環(huán)境發(fā)展4個方面的集合體。

為了多層次、全方面地反映該地區(qū)水資源環(huán)境現(xiàn)狀和城鎮(zhèn)化發(fā)展水平從而研究兩者的協(xié)調(diào)性,筆者構(gòu)建了一級指標、二級指標和三級指標3個層次。綜合考慮數(shù)據(jù)的代表性和易獲性,從水資源水平、水資源壓力、水資源治理3個方面選取6項指標構(gòu)建了水資源環(huán)境評價體系;從經(jīng)濟發(fā)展、人口發(fā)展、社會發(fā)展和環(huán)境發(fā)展4個方面選取8項指標構(gòu)建了城鎮(zhèn)化發(fā)展的評價體系,見圖1。

2.2 模型構(gòu)建和數(shù)據(jù)處理

2.2.1 數(shù)據(jù)標準化處理

由于在具有多個指標的指標評價體系中指標的性質(zhì)不一致,其量綱和數(shù)量級也存在差異。為了消除這種差異的影響,本文采用min-max標準化方法對原始數(shù)據(jù)進行標準化處理。其公式如下:

式中:Xij為第i年第j個指標的初始觀測值;Mij為其對應(yīng)的標準化后的數(shù)據(jù)。

對于指標值越大效果越差的逆向指標需要對其進行正向化處理。其公式如下:

圖1 水資源環(huán)境和城鎮(zhèn)化發(fā)展評價指標體系

由此可知,經(jīng)過標準化處理后的數(shù)據(jù)值分布在(0～1)區(qū)間內(nèi)。

2.2.2 評價指標權(quán)重和綜合水平指數(shù)的確定

在選取的14個指標中,由于指標間的相對重要性并不相同,必須進行權(quán)重分配。層次分析(AHP)法作為一種定性與定量分析相結(jié)合的方法,在安全和環(huán)境領(lǐng)域具有較好的實適用性[7]。同時,層次分析法以系統(tǒng)的觀點對體系中的指標對象逐一進行相互比較,以量化的形式確定指標之間的相對重要性,綜合考慮每一種因素對結(jié)果的影響,具有系統(tǒng)、清晰、明確等優(yōu)點,適用于具有多個層次和目標的系統(tǒng)評價。鑒于水資源環(huán)境和城鎮(zhèn)化發(fā)展評價指標中多級指標之間的不可分割性,筆者采用了層次分析法對指標進行了權(quán)重確定,如表1所示。

表1 水資源環(huán)境和城鎮(zhèn)化發(fā)展評價指標權(quán)重分配

采用線性加權(quán)法,分別對水資源環(huán)境和城鎮(zhèn)化發(fā)展標準化處理后的各項指標數(shù)值和確定的權(quán)重進行加權(quán)求和,得到兩者的綜合水平指數(shù)。

2.2.3 水資源環(huán)境與城鎮(zhèn)化發(fā)展的耦合模型

耦合是指2個或2個以上的系統(tǒng)或事物之間相互影響、相互作用的關(guān)系,其大小用耦合度來表示。許多學者借鑒耦合的概念構(gòu)建耦合模型,并將其運用到經(jīng)濟和資源系統(tǒng)之間的關(guān)系研究,被證明能較好地反映2個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展態(tài)勢?，F(xiàn)階段的耦合協(xié)調(diào)模型多種多樣,其中廖重斌所構(gòu)建的運用于珠江三角洲城市群的環(huán)境與經(jīng)濟發(fā)展的協(xié)調(diào)度模型[8]被其他學者多次借鑒運用,具有較廣泛的適用性。因此,筆者將采用此耦合模型對江蘇省水資源環(huán)境與城鎮(zhèn)化發(fā)展的協(xié)調(diào)性進行研究,具體模型如下所示。

式中:k為調(diào)節(jié)系數(shù),且k≥2。本文取k=2?？梢?耦合度C∈(0,1)。

水資源環(huán)境與城鎮(zhèn)化發(fā)展的耦合關(guān)系可分為如下幾個階段:

a.當C=0時,水資源環(huán)境與城鎮(zhèn)化發(fā)展之間幾乎無影響,兩者處于無序發(fā)展階段。

b.當0＜C≤0.3時,水資源環(huán)境與城鎮(zhèn)化發(fā)展處于低水平耦合階段。在這個階段,城鎮(zhèn)化發(fā)展對水資源環(huán)境所帶來的不良影響較小,水資源環(huán)境的自凈、自我恢復能力較強,因此城鎮(zhèn)化發(fā)展仍具有較大的發(fā)展空間。

c.當0.3＜C≤0.5時,水資源環(huán)境與城鎮(zhèn)化發(fā)展處于拮抗階段。此時,水資源環(huán)境已經(jīng)無法承載城鎮(zhèn)化快速發(fā)展帶來的不良影響。

d.0.5＜C≤0.8,水資源環(huán)境與城鎮(zhèn)化發(fā)展處于磨合階段。在城鎮(zhèn)化發(fā)展的同時,開始注重對水資源環(huán)境的保護,兩者的矛盾趨于緩和,向良性耦合發(fā)展。

e.當0.8＜C＜1時,水資源環(huán)境與城鎮(zhèn)化發(fā)展處于高水平耦合階段,兩者都處在較高的水平。

f.當C∝1時,水資源環(huán)境與城鎮(zhèn)化發(fā)展的耦合度趨向最大值,兩者達到良性共振耦合。此時為兩者協(xié)調(diào)的最佳階段,也是人們理想中能夠到達的最佳狀態(tài)。

2.3 數(shù)據(jù)處理及江蘇省水資源環(huán)境和城鎮(zhèn)化發(fā)展的耦合狀況分析

2.3.1 水資源環(huán)境和城鎮(zhèn)化發(fā)展數(shù)據(jù)的處理及評估

通過查詢2002—2013年《江蘇統(tǒng)計年鑒》和《江蘇水資源公告》中的相關(guān)數(shù)據(jù),并對其進行處理,分別得到2002—2013年江蘇省水資源環(huán)境和城鎮(zhèn)化發(fā)展的綜合水平指數(shù),如表2所示。

表2 2002—2012年江蘇省水資源環(huán)境和城鎮(zhèn)化發(fā)展綜合水平指數(shù)

從表2中可見,在2002—2013年間,江蘇省的水資源環(huán)境水平呈現(xiàn)出波動上升的趨勢,尤其是2002—2004年和2008—2010年期間波動較大。這一現(xiàn)象可能與該期間災(zāi)情、疫情頻發(fā),水利政策變動較大有關(guān),如淮北大旱,淮南大水對水資源環(huán)境的正面沖突,“非典”疫情的爆發(fā)對整體生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利影響,造成了水資源質(zhì)量的下降,并且在一定程度上可能會影響對水利工作的投入力度等,這些都會對水資源環(huán)境造成直接或間接的影響。而從江蘇省的城鎮(zhèn)化發(fā)展水平來看,自2002年起一直呈現(xiàn)出持續(xù)上升的趨勢。由此可知,在這段時期內(nèi),江蘇省的經(jīng)濟經(jīng)歷了良好的發(fā)展階段,城鎮(zhèn)化發(fā)展水平隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展不斷提高。

結(jié)合得到的水資源環(huán)境和城鎮(zhèn)化發(fā)展綜合水平指數(shù),運用耦合關(guān)系模型得到水資源環(huán)境和城鎮(zhèn)化發(fā)展的耦合度,見表3。

表3 2002—2013年江蘇省水資源環(huán)境和城鎮(zhèn)化發(fā)展的協(xié)調(diào)耦合度

從表3中可以發(fā)現(xiàn):2002年江蘇省的水資源環(huán)境與城鎮(zhèn)化發(fā)展處于磨合階段;2003年則惡化至拮抗階段;而從2004年起又迅速上升至高水平耦合階段?？偠灾?即2002年和2003年處于較低水平的耦合階段而2004年之后維持在高水平的耦合。

2.3.2 水資源環(huán)境和城鎮(zhèn)化發(fā)展的耦合狀況分析

根據(jù)2002—2013年江蘇省水資源環(huán)境和城鎮(zhèn)化發(fā)展的綜合水平指數(shù)和協(xié)調(diào)耦合度,將其轉(zhuǎn)化為動態(tài)發(fā)展態(tài)勢折線圖(圖2),以便更直觀、清晰地反映兩者之間的耦合狀況以及掌握其發(fā)展趨勢。從圖2中可以清楚地發(fā)現(xiàn),2003—2004年可以作為兩者耦合狀況的轉(zhuǎn)折階段。雖然未能得到2002年之前的相關(guān)數(shù)據(jù),但是根據(jù)圖中曲線的形狀可以推測,在2003年之前,城鎮(zhèn)化發(fā)展水平不斷上升,而水資源環(huán)境水平上下波動較大,因此,水資源環(huán)境和城鎮(zhèn)化發(fā)展的協(xié)調(diào)耦合度緩慢波動上升,并且相對于2004年之后處于較低的水平。此時,兩者處于拮抗或磨合期,在跌宕中朝著高水平的協(xié)調(diào)發(fā)展邁進,但并未達到水資源與城鎮(zhèn)化有序、協(xié)調(diào)共生的發(fā)展。而2004年,耦合度由 2003年的 0.477激增至0.936,其原因一方面為淮河災(zāi)情流域的逐漸恢復;另一方面得益于江蘇省水利工作在2004年取得重大進展,具體表現(xiàn)為:江蘇省水利廳在這個過程中先后編制了《江蘇省水利“十一五”發(fā)展規(guī)劃》、《江蘇省近期防洪規(guī)劃》、《全省水資源綜合規(guī)劃》、《江蘇省水利現(xiàn)代化建設(shè)總體規(guī)劃》、《湖泊保護規(guī)劃》等多部水利規(guī)劃方案;重點加大了對農(nóng)村水資源的管理以及協(xié)調(diào)農(nóng)村水利與城市水利的關(guān)系;水利工程建設(shè)進入又一個高峰期,2004年重點水利工程建設(shè)投資完成38.65億元,較2003年凈增約2億[9]。2004年之后,水資源環(huán)境水平開始波動上升,城鎮(zhèn)化發(fā)展水平依舊保持著持續(xù)上升的態(tài)勢,兩者的耦合狀況一直保持在輕微波動的高水平耦合階段?？梢哉f,2004年之后,江蘇省步入了水資源環(huán)境和城鎮(zhèn)化協(xié)調(diào)發(fā)展的新時期。2004—2013年,在城鎮(zhèn)化不斷發(fā)展的同時,對水資源的壓力逐步減小,如萬元GDP耗水量由332.0m3降至84.3m3,萬元GDP污水排放量由2004年的9.92 t下降至2012年的3.89 t等。一方面,這反映了隨著經(jīng)濟的發(fā)展,相關(guān)技術(shù)如生產(chǎn)技術(shù)、污水處理技術(shù)等得以進步,在一定程度上降低了對水資源的壓力,緩解了水資源和城鎮(zhèn)化發(fā)展的矛盾;另一方面,這也體現(xiàn)了政府及民眾環(huán)保及節(jié)能減排意識的提高,并積極主動地參與水資源保護,有意識地協(xié)調(diào)水資源與城鎮(zhèn)化發(fā)展。從圖中曲線的走勢可以發(fā)現(xiàn),盡管未來江蘇省水資源環(huán)境和城鎮(zhèn)化發(fā)展的耦合關(guān)系仍可能保持在高水平耦合階段,但耦合度在2013年已呈現(xiàn)出一定的下降趨勢,此外由于水資源環(huán)境與城鎮(zhèn)化發(fā)展都是動態(tài)的發(fā)展過程,隨著江蘇省城鎮(zhèn)化的深入,必然對水環(huán)境提出更高的要求。因此,環(huán)保部門需要對耦合度出現(xiàn)下降的趨勢引起高度重視,以防惡化情況發(fā)生。

圖2 2002—2013年江蘇省水資源環(huán)境和城鎮(zhèn)化發(fā)展的協(xié)調(diào)耦合度發(fā)展態(tài)勢

3 結(jié)論及建議

3.1 結(jié)論

在構(gòu)建水資源環(huán)境和城鎮(zhèn)化發(fā)展綜合評價指標體系的基礎(chǔ)上,借助耦合協(xié)調(diào)度模型,對2002—2013年間江蘇省水資源環(huán)境和城鎮(zhèn)化發(fā)展的交互作用關(guān)系進行了實證分析。從中發(fā)現(xiàn),兩者的變化過程并不具有一致性?？傮w而言,水資源環(huán)境水平波動上升,但在2002—2004年和2008—2010年間出現(xiàn)大幅波動。而城鎮(zhèn)化發(fā)展水平始終保持上升的態(tài)勢。這決定了兩者的耦合關(guān)系呈現(xiàn)出獨有的特征:2004年之前處于波動的較低水平耦合階段(拮抗或磨合階段),2004年起迅速進入高水平耦合階段并隨后一直保持在此水平(小幅波動)。

3.2 建議

為確保江蘇省順利完成水生態(tài)文明城市的試點工作,通過率先、帶頭、先行等創(chuàng)新行為,將生態(tài)文明建設(shè)落實到實處,并成為全國學習的一個標桿,從江蘇省的水資源管理情況、經(jīng)濟發(fā)展模式等方面提出以下3條建議:

a.加強對水資源的管理和保護。嚴格把握用水總量、用水效率、水功能區(qū)限制納污“三條紅線”,改進和明確各項水資源控制指標、標準,建立健全水資源管理規(guī)章和制度體系,實行更為嚴格的管理和監(jiān)督制度;加大對河、湖、海以及地下水等水體的污染治理和保護,及時掌握水資源環(huán)境的動態(tài)情況,防止水資源環(huán)境出現(xiàn)惡化;落實水生態(tài)文明城市試點的工作,以此為契機推動創(chuàng)建水資源節(jié)約型社會在江蘇省內(nèi)的廣泛開展。

b.推動產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級。大力推進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)向更為生態(tài)、節(jié)水的第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展,優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu);以科技創(chuàng)新為根本推動力,通過技術(shù)革新,促使落后的、高能耗的工業(yè)向高效、節(jié)水、環(huán)保型工業(yè)轉(zhuǎn)型升級,利用生態(tài)新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展勢頭,帶動原有產(chǎn)業(yè)與之相融,提升整個工業(yè)生產(chǎn)水平;促進傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式向綠色、可循環(huán)的生產(chǎn)方式發(fā)展,完善對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物的無害化處理機制,推進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物資源化[8]。

c.提高風險防范能力。綜合運用各項現(xiàn)代科技技術(shù),建立健全自然災(zāi)情監(jiān)控和預(yù)警系統(tǒng),密切關(guān)注氣候變化、上游來水、地質(zhì)情況等,制定切實可行的防范措施,減小自然災(zāi)害對水資源環(huán)境帶來的沖擊,重視對災(zāi)后的重建和生態(tài)系統(tǒng)的恢復;嚴格控制重金屬、化學藥劑、有機污染物等污染源,定期對水體進行風險評估,做好充分的應(yīng)急準備措施,提高緊急處理能力。

[1]PAUL P,RUTH M D.Urbanization and intersectoral competition for water[J].Urbanization and Water.2001,27(1): 1-7.

[2]NAGY R C,LOCKABY B G.Effects of urbanization on stream hydrology and water quality:the florida gulf coast [J].Hydrological processes,2012,26(13):2019-2030.

[3]方創(chuàng)琳,黃金川,步偉娜.西北干旱區(qū)水資源約束下城市化過程及生態(tài)效應(yīng)研究的理論探討[J].干旱區(qū)地理, 2004,27(1):1-6.

[4]高翔,魚騰飛,程慧波.西北地區(qū)水資源環(huán)境與城市化系統(tǒng)耦合的時空分異:以西隴海蘭新經(jīng)濟帶甘肅段為例[J].干旱區(qū)地理,2010,33(6):1010-1018.

[5]呂振霖.江蘇水資源管理與保護的對策思考[J].水資源保護.2008,24(4):78-82.

[6]郭金玉,張忠彬,孫慶云.層次分析法的研究與應(yīng)用[J].中國安全科學學報,2008,18(5):148-153.

[7]廖重斌.環(huán)境與經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展的定量評判及其分類體系:以珠江三角洲城市群為例[J].熱帶地理,1999,19 (2):171-177.

[8]李瓊芳,任黎,夏自強,等.蘇沿海圍墾區(qū)水資源開發(fā)利用潛力研究[J].水利經(jīng)濟,2012,30(3):47-50.

[9]呂振霖.牢固樹立科學發(fā)展觀,努力開創(chuàng)江蘇水利工作新局面[J].江蘇水利,2004(1):2-3.

TV213.4

A

1003 -9511(2015)03 -0001 -05

2015-03 -27 編輯:方宇彤)

10.3880/j.issn.1003 -9511.2015.03.001

國家自然科學基金(41301620);江蘇省高校哲學社會科學基金(2012SJD790023);河海大學中央高校基金(2013B09414)

馬海良(1979—),男,江蘇武進人,副教授,博士,從事水資源經(jīng)濟與環(huán)境規(guī)劃。E-mail:hilima@vip.sina.com