長三角地區(qū)城市建設(shè)用地擴展的水資源約束

趙亞莉

摘要 基于資源約束理論，構(gòu)建城市建設(shè)用地擴展的水資源約束模型，并測算2002-2013年期間長三角地區(qū)地級及以上城市建設(shè)用地擴展中的水資源約束強度。結(jié)果顯示，研究時段內(nèi)長三角地區(qū)城市建設(shè)用地擴展受到水資源的明顯約束，區(qū)域建設(shè)用地擴展速度比沒有水資源約束時年均下降0.35%；水資源約束強度具有空間分異規(guī)律，形成了以“蘇州-杭州-寧波”、“南京-蘇州”為中心地區(qū)向江蘇北部和浙江南部區(qū)域逐步衰減的空間變化特征；水資源約束與城市經(jīng)濟總量和城市規(guī)模等級緊密相關(guān)，總體上城市經(jīng)濟總量大，規(guī)模等級高，建設(shè)用地擴展受水資源的約束越大。依據(jù)水資源約束強度大小將長三角地區(qū)城市歸為強約束、中約束、低約束和無約束四類，發(fā)現(xiàn)不同類型城市在勞動力增長率、水資源供給增長率、經(jīng)濟產(chǎn)出對建設(shè)用地擴展的彈性上存在明顯差異。研究還表明，即使在河網(wǎng)密布的長三角地區(qū)，城市用地擴展也受到水資源的約束，其他地區(qū)務(wù)必重視水資源重要性，嚴(yán)格遵循“以水定產(chǎn)、以水定城”的管理政策，提高水土資源利用效率，促進城市可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞 水資源；建設(shè)用地；城市擴展；資源約束；長三角地區(qū)

中圖分類號 X37；X24 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1002-2104（2016）05-0123-06 doi：10.3969/j.issn.1002-2104.2016.05.015

《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃的建議》強調(diào)，中國將“實行最嚴(yán)格的水資源管理制度，以水定產(chǎn)、以水定城”，凸顯水資源對城市擴張的重要性和約束作用?，F(xiàn)有文獻針對城市發(fā)展的水資源約束做了大量研究，一是分析了水資源與城市經(jīng)濟的關(guān)系，構(gòu)建了水資源約束下建設(shè)用地需求的系統(tǒng)動力學(xué)模型，以及基于水資源承載力的城市規(guī)模模型；二是探討了水資源約束下的城市化水平、城市擴張?zhí)卣髋c變動趨勢和擴張幅度以及城鎮(zhèn)建設(shè)用地擴張預(yù)警?，F(xiàn)有研究成果為分析水資源與城市用地的關(guān)系提供了堅實基礎(chǔ)，但也顯示直接針對水資源約束下城市建設(shè)用地擴展的專門研究相對較少，有待深化?；诖?，本文試圖構(gòu)建水資源約束城市建設(shè)用地擴展的數(shù)學(xué)模型，測度長三角地區(qū)水資源對城市建設(shè)用地擴展的約束程度，為提出城市水土協(xié)調(diào)相關(guān)政策提供依據(jù)。

1 研究模型、方法及數(shù)據(jù)

1.1 研究模型與方法

水資源通過影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)生產(chǎn)、居民生活和環(huán)境質(zhì)量，影響城市社會經(jīng)濟水平。據(jù)此，以經(jīng)濟產(chǎn)出為中間變量，構(gòu)建水資源供給對城市建設(shè)用地擴展的約束模型，測算“不存在水資源約束”的城市建設(shè)用地擴展與“存在水資源約束”的城市建設(shè)用地擴展差額。由于水資源約束下的建設(shè)用地增長與Romer提出的資源約束下的經(jīng)濟增長模型具有相似性，因此從Romer的模型出發(fā)構(gòu)建水資源與建設(shè)用地增長的關(guān)系。Romer提出資源約束下的經(jīng)濟增長模型，考慮了資源和土地的限制，具體如下：（1）

其中：Y表示經(jīng)濟產(chǎn)出；K表示資本存量；R表示生產(chǎn)中可利用的資源；T表示土地面積；A表示“知識”或“勞動”的有效性；L表示勞動的投入；α表示資本生產(chǎn)彈性；β表示資源生產(chǎn)彈性；γ表示土地生產(chǎn)彈性。A（t）L（t）以乘積的方式引入，表示有效勞動。

Romer進一步假設(shè)，有自然資源和土地限制時，T（t）=0，R（t）=-mR（t），其中，m是自然資源降低率且大于0；沒有自然資源和土地限制時，資源和土地的使用量與人口同步增長，T（t）=nT（t），R（t）=nR（t），n為勞動力增長率。因此，只要存在資源約束，人均資源利用量就會隨著人口的增加而減少，資源就會降低人均產(chǎn)出的增長率，產(chǎn)生“阻力”，“阻力”在數(shù)值上等于沒有資源約束的增長與有資源約束的增長差額，即：（2）

按照Romer的阻力測算思路以及水資源約束的基本框架，將水資源供給量Q（t）引入到柯布道格拉斯生產(chǎn)函數(shù)，替代R（t），可得到有水資源約束情況下人均產(chǎn)出增長率g_Y/L^*，以及沒有水資源約束下的人均產(chǎn)出增長率g'_Y/L^*，即（推導(dǎo)過程略，參見參考文獻[13]）：（3）（4）

式（3）、（4）中，g_Y、g_Q、g_A、g_L分別表示Y（t）、Q（t）、A（t）、L（t）的增長率，μ為水資源的產(chǎn)出彈性，α表示資本生產(chǎn)彈性。

然后，建立人均經(jīng)濟產(chǎn)出Y/L與建設(shè)用地D的數(shù)量關(guān)系，設(shè)6為人均經(jīng)濟產(chǎn)出對城市規(guī)模擴張的彈性值，通過求導(dǎo)變形，得到建設(shè)用地年均增長率與人均產(chǎn)出增長率的關(guān)系式：（5）

式（5）中，g_D表示建設(shè)用地年均增長率，g_Y/L（t）表示人均產(chǎn)出增長率。將式（5）帶入到式（3）、（4）中，得到有水資源約束情況下的建設(shè)用地年增長率g_D^*，以及沒有水資源約束下的建設(shè)用地年增長率g_D^*：（6）（7）

因此，城市建設(shè)用地擴展中水資源的“約束力”在數(shù)值上等于沒有水資源約束的增長與有水資源約束的增長差額，即（7）-（6）：（8）

公式（8）即為城市建設(shè)用地擴展受水資源約束強度的測度模型，表明水資源對城市建設(shè)用地擴展“約束強度”與水資源產(chǎn)出彈性μ、人均經(jīng)濟產(chǎn)出對城市建設(shè)用地擴展的彈性b呈正相關(guān)，并隨著勞動力增長率g_L和資本生產(chǎn)彈性α的增大而增大。

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

1.2.1 數(shù)據(jù)來源

本文以2002-2013年長三角地區(qū)25個地級及以上城市為研究對象，考慮數(shù)據(jù)可獲得性及樣本之間的可比性，選取以下數(shù)據(jù)進行分析：經(jīng)濟產(chǎn)出（Y）用城市建設(shè)用地產(chǎn)值（即二、三產(chǎn)業(yè)國內(nèi)生產(chǎn)總值）來表示，為保持與后文資本存量口徑的一致性，將GDP統(tǒng)一折算成2002年不變價格；有效勞動力（AL）用年末單位從業(yè)人數(shù)來表示；水資源供給量（Q）用供水總量來表示，所有數(shù)據(jù)均來自歷年《中國城市統(tǒng)計年鑒》（2003-2014年）。

資本（K）通常用資本存量來表示，但統(tǒng)計年鑒中沒有資本存量數(shù)據(jù)，需要測算。對于K值的測算，普遍采用的是永續(xù)盤存法。向娟用此方法分別對2000-2009年中國地級及以上城市市轄區(qū)的資本存量進行了估算，本文直接引用了該結(jié)果，并對2010-2013年長三角地區(qū)25個城市資本存量數(shù)據(jù)進行補充計算。

1.2.2 數(shù)據(jù)檢驗

根據(jù)上述測算方法，相關(guān)參數(shù)需要通過回歸分析得出。為了消除異方差，對所有變量進行對數(shù)變換；為避免“偽回歸”現(xiàn)象，在回歸前對數(shù)據(jù)平穩(wěn)性進行檢驗。為了增強檢驗結(jié)果可靠性，本文同時采用LLC檢驗、IPS檢驗、ADF Fisher，PP Fisher等多種方法進行平穩(wěn)性檢驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，lnY（t）、InK（t）、lnL（t）、lnQ（t）等所有水平變量在1%的顯著性水平上都拒絕了有單位根的原假設(shè)，可以認(rèn)為lnY（t）、InK（t）、lnL（t）、lnQ（t）是平穩(wěn)序列。

2 研究結(jié)果及分析

考慮到計量分析的方便，令A(yù)（t）L（t）作為一個整體，進行回歸分析，為避免自相關(guān)問題，采用廣義差分法，得到區(qū)域整體經(jīng)濟增長的最終方程為：

模型的擬合優(yōu)度系數(shù)R²=0.99，F(xiàn)=6410，D.W.=1.84，每個回歸變量都通過顯著性檢驗。根據(jù)該回歸結(jié)果可以得出資本生產(chǎn)彈性α為0.4875，水資源供給量的產(chǎn)出彈性μ為0.0966，然后利用公式（X_t/X₁）^1/（t-1）-1計算各城市勞動力增長率g_L和水資源供給增長率g_Q。進一步模擬2002-2013年長三角城市建設(shè)規(guī)模d與人均經(jīng)濟產(chǎn)出y之間數(shù)學(xué)關(guān)系，顯示兩者具有明顯的雙對數(shù)曲線關(guān)系，即：lnd（t）=α+blny（t），由此分別計算出各城市人均產(chǎn)出對建設(shè)用地擴展的彈性6，即人均產(chǎn)出增長1%，城市建設(shè)用地擴展b%。最后運用公式（8）計算得出各城市水資源對城市建設(shè)用地擴展的約束強度，結(jié)果見表1。

2.1 水資源約束總體特征

表1顯示，研究時段內(nèi)長三角地區(qū)水資源對城市建設(shè)用地擴展的年均總體約束強度為0.35%，說明該地區(qū)城市建設(shè)用地規(guī)模擴張速度比在沒有受到水資源限制的情況下年均降低0.35%，水資源約束明顯存在。如果沒有水資源約束，長三角地區(qū)城市建設(shè)用地擴展速度將更快。同時，城市勞動力增長率g_L（8.38%）也明顯大于水資源供給增長率g_Q（2.24%），可以預(yù)見今后隨著長三角地區(qū)經(jīng)濟進一步發(fā)展以及人口向大城市不斷集聚，城市水資源需求量越來越大，供需矛盾越發(fā)尖銳，水資源對城市發(fā)展的約束將越來越明顯。本研究也表明，盡管長三角地區(qū)水資源相對豐富，但是隨著工業(yè)化和城市化迅猛發(fā)展，以及城市工業(yè)污水和生活污染物的過度排放，水資源已成為長三角地區(qū)發(fā)展的又一瓶頸，既要引起當(dāng)?shù)刂匾暎渌貐^(qū)也要從中吸取經(jīng)驗教訓(xùn)。

2.2 水資源約束空間特征

根據(jù)表1結(jié)果制作長三角地區(qū)水資源對城市建設(shè)用地擴展的約束強度專題圖（圖1），可見“蘇州-杭州-寧波”沿線城市建設(shè)用地擴展受水資源約束較大，約束強度均超過0.55%；除此之外，“南京一蘇州”沿線城市受水資源的約束也相對較大；江蘇北部和浙江南部區(qū)域城市受水資源的約束較小。因此，形成了以“蘇州-杭州-寧波”、“南京-蘇州”為中心向江蘇北部和浙江南部逐步衰減的總體特征，空間分異明顯。

2.3 水資源約束與經(jīng)濟總量、城市規(guī)模等級的關(guān)系

繪制2013年長三角地區(qū)城市水資源約束強度與GDP曲線圖（圖2），可見水資源對該地區(qū)城市建設(shè)用地擴展的約束強度曲線與GDP曲線變化趨勢總體一致，說明研究時段內(nèi)城市建設(shè)用地擴展受到水資源約束的強度與城市經(jīng)濟總量正相關(guān)，即城市經(jīng)濟總量越大，建設(shè)用地擴展受水資源的約束強度也越大。究其原因在于，城市用地規(guī)模受到經(jīng)濟驅(qū)動，目前長三角地區(qū)各城市仍以耗水較多的第二產(chǎn)業(yè)為主，經(jīng)濟快速增長以水資源的快速消耗為代價，對于任何城市來說，水資源供給是有限的，因此經(jīng)濟總量越大，水資源就越稀缺，建設(shè)用地擴展受水資源的約束也就越大。

另外，水資源約束強度因城市規(guī)模不同而不同。依據(jù)2014年11月國務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于調(diào)整城市規(guī)模劃分標(biāo)準(zhǔn)的通知》，長三角地區(qū)九成以上的城市屬于大城市和中等城市。分別以大城市和中等城市為樣本計算建設(shè)用地擴展的水資源約束強度，結(jié)果顯示水資源對大城市和中等城市建設(shè)用地擴展的平均約束強度分別為3.85%和0.62%。除此之外，南京、杭州、蘇州等人口規(guī)模大的城市受到水資源約束的強度分別為0.56%、0.75%、0.73%（見表1）。由此可見，水資源約束強度與城市規(guī)模關(guān)系密切，總體上城市規(guī)模越大，建設(shè)用地擴展受水資源約束的強度也越大。這主要源于兩方面原因：一是計算表明大城市勞動力增長率（10.67%）明顯高于中等城市（9.04%），二是大城市人均產(chǎn)出對城市建設(shè)用地的彈性系數(shù)（0.20%）也遠遠大于中等城市（0.05%）。由于城市規(guī)模是由城市人口決定的，水資源約束與城市規(guī)模之間的關(guān)系一定程度上也反映了城市人口規(guī)模與水資源約束強度之間的關(guān)系，即人口規(guī)模越大，建設(shè)用地擴展受水資源的約束越大，當(dāng)然決定性因素還是城市勞動力增長率與水資源供給增長率之間的對比關(guān)系。

2.4 城市水資源約束分類及其原因和改善對策

結(jié)合表1、圖1，以0.5%（明顯高于其他城市的約束強度，實際最小為0.56%）、0.35%（區(qū)域平均約束強度）和0為界點，將約束強度大于0.5%的城市劃分為強約束類型，大于0.35%、小于0.5%的城市劃分為中約束類型，大于0、小于0.35%的城市劃分為低約束類型，小于0的城市歸為無約束類型。并且根據(jù)水資源約束強度公式（8），在資本生產(chǎn)彈性α和水資源產(chǎn)出彈性μ不變的情況下，水資源約束強度的影響因素包括勞動力增長率g_L、水資源供給增長率g_Q以及人均經(jīng)濟產(chǎn)出對城市建設(shè)用地擴展的彈性b。據(jù)此，長三角地區(qū)城市建設(shè)用地擴展的水資源約束強度劃分及其原因見表2。

由表2，長三角地區(qū)各城市建設(shè)用地擴展的水資源約束強度類型、原因和改善對策如下：

（1）強約束型城市受高勞動力增長率、低水資源增長率、經(jīng)濟對建設(shè)用地擴展高彈性的共同影響。蘇州、杭州、寧波、湖州勞動力增長率均在10%以上；杭州、寧波、蘇州經(jīng)濟對建設(shè)用地擴展的彈性均在0.3%以上，南京建設(shè)用地擴展的彈性高達0.3749%，僅次于上海；而湖州、衢州水資源供給增長率為負(fù)，除蘇州外其他城市水資源供給增長率均低于2%。該類城市建設(shè)用地擴展受到水資源強烈約束，今后應(yīng)在適度控制城市人口的增長率，加強水資源合理利用和保護，保障水資源供給能力，并且要轉(zhuǎn)變土地利用方式，減少經(jīng)濟發(fā)展對土地資源的依賴，提高水資源對城市發(fā)展的支撐能力。

（2）中約束型城市主要受高勞動力增長率、較低水資源增長率的影響。這類城市經(jīng)濟產(chǎn)出對建設(shè)用地擴展的彈性基本都處于0.25%-0.3%之間，低于長三角地區(qū)城市建設(shè)用地擴展彈性整體水平（0.3049%），并且多數(shù)城市彈性明顯低于高約束型城市；除常州外，勞動力增長率均高于長三角整體水平（8.38%），紹興、臺州、泰州勞動力增長率與高約束城市不相上下；鹽城、金華水資源供給增長率均在1%以下，常州則小于0。對這類城市，則應(yīng)有針對性地采取差別化措施，但總體上仍然需要控制城市人口規(guī)模，加強水資源的保護，改善水環(huán)境、提高水資源利用率，保障城市水資源的供給能力。

（3）低約束型城市主要受較低勞動力增長率和較高水資源增長率的影響。盡管這類城市經(jīng)濟產(chǎn)出對建設(shè)用地擴展的彈性與前兩類大致相當(dāng)，上海（0.4563%）甚至居于地區(qū)首位，但這類城市水資源供給增長率均在2%以上，且除宿遷外，其他城市勞動力增長率均在10%及以下，多數(shù)低于強約束和中約束城市增長率。上海市也因為勞動力增長率與水資源增長率差值較小而歸于此類，這可能與上海瀕臨海域有關(guān)，當(dāng)然海水利用也存在困難。盡管這類地區(qū)建設(shè)用地擴展受到水資源的約束較小，但需提高土地利用效率，嚴(yán)格控制經(jīng)濟增長對土地的過度依賴，盡早對水資源進行預(yù)防性保護，否則水資源利用形勢會很快轉(zhuǎn)變。

（4）無約束型城市當(dāng)前水資源增長率大于勞動力增長率，表明水資源尚未成為約束城市建設(shè)用地擴展的因素。不過，隨著城市化進程的深入，有限的水資源終將會影響城市建設(shè)。對于該類型城市，應(yīng)注重提高水資源的利用率，節(jié)約利用存量水資源，確保區(qū)域水資源不被浪費，實現(xiàn)長期可持續(xù)利用。

3 結(jié)論

基于資源約束理論，構(gòu)建城市建設(shè)用地擴展的水資源約束測度模型，并以2002年-2013年為研究時段，分析了長三角地區(qū)城市建設(shè)用地擴展的水資源約束特征，主要研究結(jié)論如下：

（1）長三角地區(qū)城市建設(shè)用地擴展受到水資源的明顯約束。測度結(jié)果表明，研究時段內(nèi)長三角地區(qū)城市建設(shè)用地擴展的年均水資源約束強度為0.35%，即年均建設(shè)用地擴展速度比不受水資源約束時降低了0.35%。同時，水資源約束強度具有空間分異規(guī)律，且與城市經(jīng)濟總量和城市規(guī)模等級具有緊密聯(lián)系。

（2）不同城市水資源約束成因存在差異，需因地制宜采取改善措施。依據(jù)水資源約束強度大小將長三角地區(qū)城市歸為強約束、中約束、低約束和無約束四類，發(fā)現(xiàn)不同類型城市在勞動力增長率、水資源供給率、經(jīng)濟產(chǎn)出對建設(shè)用地擴展的彈性上存在明顯差異。各城市需根據(jù)水資源約束的形成原因，以及自身水資源條件，采取差別化的人口管理、產(chǎn)業(yè)發(fā)展和土地供應(yīng)政策，適度控制城市人口規(guī)模，調(diào)整和優(yōu)化產(chǎn)業(yè)、土地結(jié)構(gòu)，改善城市水資源狀況，提升水資源對城市發(fā)展的支撐作用。

（3）本研究表明，即使在河網(wǎng)密布的長三角地區(qū)，城市用地擴展也受到水資源的約束。可以預(yù)見，隨著中國經(jīng)濟進一步發(fā)展和資源環(huán)境約束強化，今后水資源會更加稀缺。人們必須客觀認(rèn)識水資源重要性，高效利用水資源，嚴(yán)格遵循“以水定產(chǎn)、以水定城”的管理政策，重視城市水資源保護，這也是其他地區(qū)城市發(fā)展中應(yīng)加以注意的問題。

（編輯：徐天祥）