河南省城鎮(zhèn)化進(jìn)程與水資源利用響應(yīng)關(guān)系

焦士興, 崔思靜, 王安周, 趙榮欽, 尹義星, 張建偉, 李中軒

(1.安陽(yáng)師范學(xué)院 資源環(huán)境與旅游學(xué)院, 河南 安陽(yáng) 455002; 2.洛陽(yáng)市第十九中學(xué),河南 洛陽(yáng) 471000; 3.華北水利水電大學(xué) 測(cè)繪與地理信息學(xué)院, 鄭州 450046; 4.南京信息工程大學(xué)水文與水資源工程學(xué)院, 南京 210044; 5.許昌學(xué)院 城鄉(xiāng)規(guī)劃與園林學(xué)院, 河南 許昌 461000)

伴隨著河南省城鎮(zhèn)化和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水資源短缺、水環(huán)境污染等問(wèn)題日益突出[1]。城鎮(zhèn)化是區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必經(jīng)之路，城鎮(zhèn)化發(fā)展與水資源利用的研究顯得尤為重要。從國(guó)際上來(lái)看，主要涉及城市化進(jìn)程中對(duì)于水資源的響應(yīng)、需求、管理等方面。Anthony等1979年首次提出了壓力、狀態(tài)、響應(yīng)模型，對(duì)水資源與城市化響應(yīng)關(guān)系展開了系統(tǒng)研究[2]；Phimme等研究了城市化地區(qū)經(jīng)濟(jì)需水量的增長(zhǎng)對(duì)不同經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的影響[3]；Al-Kharabsheh等[4]研究了城鎮(zhèn)化過(guò)程中水質(zhì)量管理問(wèn)題，認(rèn)為地下水污染與城市管道鋪設(shè)、人口增長(zhǎng)密切相關(guān)。從國(guó)內(nèi)來(lái)看，主要研究了城鎮(zhèn)化與水資源的發(fā)展歷程、耦合關(guān)系、供求分析、地下水演變等方面。高云福[5]認(rèn)為城鎮(zhèn)化與水資源關(guān)系經(jīng)歷了依賴、索取、限制、協(xié)調(diào)的發(fā)展歷程；方創(chuàng)琳[6]、張勝武[7]等對(duì)干旱地區(qū)城鎮(zhèn)化與水資源的耦合關(guān)系及生態(tài)效應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，證實(shí)了水約束城市化進(jìn)程的定量辨識(shí)；劉鴻明[8]對(duì)我國(guó)城鎮(zhèn)化過(guò)程中的水資源供求關(guān)系進(jìn)行了分析研究；譚雪清[9]、雷琨[10]分別對(duì)南昌市和貴陽(yáng)市城鎮(zhèn)化對(duì)地下水影響進(jìn)行數(shù)值模擬。從響應(yīng)關(guān)系來(lái)看，我國(guó)關(guān)于城鎮(zhèn)化響應(yīng)的研究集中于生態(tài)環(huán)境[11]、水環(huán)境效益[2]等方面，而探索水資源利用對(duì)不同地區(qū)城鎮(zhèn)化進(jìn)程響應(yīng)關(guān)系的研究相對(duì)較少。

綜上，我國(guó)對(duì)城鎮(zhèn)化與水資源關(guān)系的研究，大多集中在耦合協(xié)調(diào)、供求變化、地下水演變等，對(duì)于兩者響應(yīng)關(guān)系研究處于起步階段，且主要集中在降水豐富區(qū)域的城市群[12]或者水資源相對(duì)短缺的西部地區(qū)[13]，對(duì)中部省份研究不足。河南省地處中國(guó)腹地，土地面積16.7萬(wàn)km2，2018年城鎮(zhèn)化率為51.71%，增幅位居全國(guó)第一，是我國(guó)城鎮(zhèn)化發(fā)展?jié)摿^大的地區(qū)之一。河南省水系發(fā)達(dá)，地跨長(zhǎng)江、淮河、黃河、海河4大流域，全省多年平均水資源總量403.5億m3，居全國(guó)第19位。從河南省水資源與城鎮(zhèn)化的研究現(xiàn)狀來(lái)看，王延輝等[14]認(rèn)為南水北調(diào)只能改善河南省的用水狀況，遠(yuǎn)不能滿足城鎮(zhèn)化需水狀況；張焱[15]則認(rèn)為地下水開采將會(huì)造成大面積的漏斗區(qū)，對(duì)河南省城鎮(zhèn)化發(fā)展造成隱患；張朝陽(yáng)[16]通過(guò)對(duì)河南省城鎮(zhèn)化率和水資源、水污染生態(tài)足跡進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)城鎮(zhèn)化率對(duì)水污染足跡影響較大。

基于此，結(jié)合河南省實(shí)際情況，構(gòu)建城鎮(zhèn)化與水資源利用的綜合評(píng)價(jià)體系，利用響應(yīng)關(guān)系模型，定量分析城鎮(zhèn)化發(fā)展與水資源利用潛力的響應(yīng)特征、相互作用機(jī)制，以期為促進(jìn)河南省水資源的優(yōu)化配置、城鎮(zhèn)化質(zhì)量型發(fā)展提供決策參考；同時(shí)從省域視角完善和豐富城鎮(zhèn)化與水資源的響應(yīng)理論體系。

1 研究方法和數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

在參考城鎮(zhèn)化與水資源關(guān)系[2,6-9]、城鎮(zhèn)化研究[10,16]、響應(yīng)研究[11-13]等相關(guān)成果基礎(chǔ)上，遵循系統(tǒng)性、層次性、科學(xué)性和可操作性等原則，基于數(shù)據(jù)的完整性和可獲得性，構(gòu)建城鎮(zhèn)化和水資源兩個(gè)系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。從人口狀況等4方面評(píng)價(jià)河南省城鎮(zhèn)化綜合發(fā)展水平[7,12,17]，從水資源自然稟賦等5方面評(píng)價(jià)河南省水資源綜合利用潛力[12]。為精簡(jiǎn)初選指標(biāo)，運(yùn)用SPSS進(jìn)行相關(guān)分析，將相關(guān)系數(shù)較高的指標(biāo)合并或刪除，保留經(jīng)定量評(píng)價(jià)后對(duì)評(píng)價(jià)目標(biāo)影響較大的指標(biāo)；再采用因子分析法將累計(jì)貢獻(xiàn)率超過(guò)85%的指標(biāo)提取出來(lái)，從而構(gòu)建了城鎮(zhèn)化綜合發(fā)展水平和水資源綜合利用潛力評(píng)價(jià)體系(表1)。

1.2 評(píng)價(jià)模型

1.2.1 指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化 指標(biāo)數(shù)值經(jīng)極差標(biāo)準(zhǔn)化后均可限定在[0,1]范圍內(nèi)，以消除量綱、量級(jí)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果影響，其中城鎮(zhèn)化的各項(xiàng)指標(biāo)、水資源稟賦和管理質(zhì)量等均為正向指標(biāo)，用水負(fù)荷、利用程度、利用效率等均為負(fù)向指標(biāo)。

正向指標(biāo)的計(jì)算公式：

(1)

負(fù)向指標(biāo)的計(jì)算公式：

(2)

式中：zij為標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)值；xij為指標(biāo)體系中第i年第j項(xiàng)指標(biāo)的原始數(shù)值；xjmax，xjmin為評(píng)價(jià)指標(biāo)在研究年內(nèi)最大值和最小值。

1.2.2 熵權(quán)法確定權(quán)重 熵權(quán)法是一種較為客觀、全面、準(zhǔn)確的綜合評(píng)價(jià)方法[18]。權(quán)重反映指標(biāo)所含信息量的大小，由熵值體現(xiàn)，且呈現(xiàn)反向關(guān)系，即指標(biāo)熵值越小，其所含信息量越大，所賦權(quán)重也越大。

(3)

(4)

式中：ei為第i項(xiàng)指標(biāo)的熵值；pij為第j項(xiàng)指標(biāo)在第i年所占的比重，i=1,2,…,m，j=1,2,…,n；wi為第i項(xiàng)指標(biāo)的熵權(quán)；規(guī)定當(dāng)Pij=0時(shí)，lnPij=0。

1.2.3 綜合指數(shù)計(jì)算

(5)

(6)

式中：Fi，Si分別為城鎮(zhèn)化綜合發(fā)展水平和水資源綜合利用潛力第i年的指數(shù)值，即城鎮(zhèn)化綜合指數(shù)和水資源綜合指數(shù)；wij，kij分別為城鎮(zhèn)化和水資源的綜合指數(shù)第j個(gè)指標(biāo)的熵化權(quán)重；zij為標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)值。

1.2.4 響應(yīng)度模型構(gòu)建

(7)

(8)

式中：u為M時(shí)期內(nèi)水資源綜合指數(shù)q分量對(duì)城鎮(zhèn)化的綜合響應(yīng)度；φq(t)為第t年水資源綜合指數(shù)q分量對(duì)城鎮(zhèn)化的響應(yīng)系數(shù)；dτt/dγt為第t年的水資源綜合指數(shù)q分量對(duì)第t年的城鎮(zhèn)化綜合指數(shù)的導(dǎo)數(shù)；t=1,2,…,m。

1.3 數(shù)據(jù)來(lái)源

數(shù)據(jù)包括：城鎮(zhèn)人口比重、人均水資源量等28類(表1)。其中城鎮(zhèn)人口比重、人均GDP、每萬(wàn)人擁有在校大學(xué)生數(shù)、建成區(qū)綠化覆蓋率等社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來(lái)自《河南統(tǒng)計(jì)年鑒》(2005—2016年)和《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》(2005—2016年)；農(nóng)業(yè)用水量、工業(yè)用水量、萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量、萬(wàn)元GDP用水量、農(nóng)田灌溉畝均用水等水資源數(shù)據(jù)來(lái)自《河南省水資源公報(bào)》(2005—2016年)，城市人口密度等其他社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來(lái)自“國(guó)家數(shù)據(jù)”官網(wǎng)(中華人民共和國(guó)統(tǒng)計(jì)局)，或依據(jù)有關(guān)資料整理計(jì)算獲得。

表1 河南省城鎮(zhèn)化與水資源協(xié)調(diào)發(fā)展綜合評(píng)價(jià)體系

注：城鎮(zhèn)化的4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層分別對(duì)應(yīng)人口城鎮(zhèn)化、經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化、社會(huì)城鎮(zhèn)化和空間城鎮(zhèn)化[7,12,17]。

2 結(jié)果與分析

2.1 河南省城鎮(zhèn)化綜合發(fā)展水平測(cè)度

2.1.1 河南省城鎮(zhèn)化發(fā)展影響因素分析 河南省城鎮(zhèn)化影響因素對(duì)其綜合發(fā)展水平的作用程度存在差異。通過(guò)公式(1)—(4)，計(jì)算獲得河南省城鎮(zhèn)化綜合發(fā)展水平各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重(表1)，權(quán)重從大到小依次是：城鎮(zhèn)社會(huì)效益(0.311)>城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展(0.239)>城鎮(zhèn)空間布局(0.233)>城鎮(zhèn)人口狀況(0.217)，這說(shuō)明相較于其他指標(biāo)，城鎮(zhèn)社會(huì)效益對(duì)河南省城鎮(zhèn)化綜合發(fā)展水平影響較大。在選取的15個(gè)指標(biāo)中，影響河南省城鎮(zhèn)化主要因素有：城鎮(zhèn)人口密度(10%)、人均固定資產(chǎn)投資額(9%)、城鎮(zhèn)密度(9%)、人均GDP(8%)、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入(8%)、經(jīng)濟(jì)密度(7%)、每萬(wàn)人擁有在校大學(xué)生數(shù)(7%)、每萬(wàn)人擁有公共交通車輛(7%)、人均建成區(qū)面積(7%)、城鎮(zhèn)人口比重(6%)，這10項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重之和占比78.1%，其他5項(xiàng)指標(biāo)(非農(nóng)從業(yè)人員比重、工業(yè)增加值占GDP比重、非農(nóng)產(chǎn)業(yè)占生產(chǎn)總值比重、建成區(qū)綠化覆蓋率、人均公路里程)權(quán)重之和占比21.9%，且每個(gè)指標(biāo)均不超過(guò)6%，總體影響較小。

2.1.2 河南省城鎮(zhèn)化發(fā)展特征分析 通過(guò)公式(5)，計(jì)算獲得河南省城鎮(zhèn)化綜合發(fā)展水平指數(shù)和城鎮(zhèn)人口狀況、城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城鎮(zhèn)社會(huì)效益和城鎮(zhèn)空間布局的指數(shù)值，分析得到2005—2016年河南省城鎮(zhèn)化發(fā)展特征(圖1)。

圖1 河南省城鎮(zhèn)化綜合指數(shù)的變化

河南省城鎮(zhèn)化綜合發(fā)展水平不斷提高。城鎮(zhèn)化綜合發(fā)展水平指數(shù)呈上升趨勢(shì)，從2005年的0.023上升到2016年的0.223，尤其2010—2016年城鎮(zhèn)化綜合發(fā)展水平指數(shù)年均增長(zhǎng)1.72%，表明城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快發(fā)展，主要原因是2010年以來(lái)河南省推進(jìn)中原經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)，區(qū)位優(yōu)越、交通通達(dá)、市場(chǎng)活躍、政策優(yōu)惠等，加快了資金、技術(shù)流入，加速河南省城鎮(zhèn)化發(fā)展。其中人口、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和空間等城鎮(zhèn)化指標(biāo)指數(shù)均呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)，2005—2011年經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化水平穩(wěn)定增長(zhǎng)且居優(yōu)勢(shì)地位，但2012年以來(lái)空間和社會(huì)城鎮(zhèn)化指標(biāo)指數(shù)發(fā)展迅速，而經(jīng)濟(jì)和人口城鎮(zhèn)化相對(duì)滯后，表明城鎮(zhèn)化子系統(tǒng)發(fā)展速度存在差異。

河南省社會(huì)城鎮(zhèn)化和空間城鎮(zhèn)化逐年改善。城鎮(zhèn)社會(huì)效益指數(shù)、空間布局指數(shù)持續(xù)上升，2010年以后增速加大。2005—2016年河南省人均固定資產(chǎn)投資年均增長(zhǎng)3 159元，城鎮(zhèn)居民人均收入提高了2.14倍，每萬(wàn)人擁有在校大學(xué)生數(shù)和每萬(wàn)人擁有公交公共交通車輛，分別增長(zhǎng)了1.63，0.40倍，表明河南省社會(huì)城鎮(zhèn)化持續(xù)提升，城鎮(zhèn)提供的各種基礎(chǔ)設(shè)施、社會(huì)服務(wù)、城市文明等，吸引更多資本、勞動(dòng)力向城市集聚，社會(huì)效益明顯增強(qiáng)，城鄉(xiāng)差距逐步縮小，從而推進(jìn)城鎮(zhèn)化發(fā)展[19-20]?？臻g城鎮(zhèn)化是指城市空間擴(kuò)張，即土地由農(nóng)業(yè)用地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)變過(guò)程[21]，研究期間建成區(qū)綠化覆蓋率、人均公路里程和城鎮(zhèn)密度分別增長(zhǎng)了0.22，2.31，0.26倍，人均建成區(qū)面積從0.17 km2提高到0.27 km2，增幅達(dá)60%，表明河南省空間城鎮(zhèn)化的持續(xù)發(fā)展。尤其2010年以來(lái)，河南省社會(huì)城鎮(zhèn)化和空間城鎮(zhèn)化加速發(fā)展，得益于以河南省會(huì)鄭州市的輻射帶動(dòng)作用以及中原經(jīng)濟(jì)區(qū)的建立，完善了城鄉(xiāng)公共就業(yè)服務(wù)體系，提高了城鄉(xiāng)居民可支配收入，提升了地區(qū)交通通達(dá)度，拓寬了城鎮(zhèn)空間格局。

河南省經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化持續(xù)增長(zhǎng)。2005—2013年城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展指數(shù)持續(xù)上升且高于其他分量，因此該時(shí)期經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化是城鎮(zhèn)化發(fā)展主要驅(qū)動(dòng)力；2014—2016年經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化低于社會(huì)、空間城鎮(zhèn)化指數(shù)，表明經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化增速減緩。2005—2013年經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化快速發(fā)展，河南省人均GDP、經(jīng)濟(jì)密度、工業(yè)增加值占GDP比重持續(xù)增加，分別增加了2.02，2.04，0.07倍；2014—2016年河南省經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化增長(zhǎng)緩慢，這是由于2012年河南省進(jìn)入“調(diào)結(jié)構(gòu)、穩(wěn)增長(zhǎng)”經(jīng)濟(jì)新常態(tài)時(shí)期，實(shí)施綠色發(fā)展戰(zhàn)略，逐步追求經(jīng)濟(jì)發(fā)展質(zhì)量提升；但受產(chǎn)能過(guò)剩、比較優(yōu)勢(shì)逐步弱化等因素影響，能源、化工、有色、建材等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)速度減緩[22]，河南省不斷優(yōu)化調(diào)整工業(yè)結(jié)構(gòu)，因此該時(shí)期經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化增長(zhǎng)緩慢。

河南省人口城鎮(zhèn)化增長(zhǎng)緩慢。河南省城鎮(zhèn)人口狀況指數(shù)呈橫向拉長(zhǎng)“N”形緩慢上升，由0.049增至0.127，年均增長(zhǎng)14.29%。2005—2016年河南省城鎮(zhèn)人口比重由30.7%升至48.5%，增幅為58%。人口城鎮(zhèn)化作為新型城鎮(zhèn)化發(fā)展核心，重點(diǎn)在于農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)移人口市民化[23]，表現(xiàn)為非農(nóng)從業(yè)人員比重增長(zhǎng)了0.38倍。而河南省人口城鎮(zhèn)化發(fā)展緩慢，一方面與城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快、城市面積擴(kuò)張遠(yuǎn)快于城市人口增速[24]有關(guān)，表現(xiàn)為城市人口密度減少了6%，城市多呈外延式擴(kuò)展，導(dǎo)致人口城鎮(zhèn)化增長(zhǎng)緩慢；另一方面由于河南省作為人口和農(nóng)業(yè)大省，從事農(nóng)業(yè)活動(dòng)的人口相對(duì)較多，且受城鄉(xiāng)二元結(jié)構(gòu)、戶籍政策約束、高房?jī)r(jià)壁壘等因素影響，因此人口城鎮(zhèn)化是一個(gè)長(zhǎng)期緩慢的過(guò)程。

2.2 河南省水資源綜合利用潛力測(cè)度

2.2.1 水資源綜合利用潛力影響因素分析 河南省水資源影響因素對(duì)其綜合利用潛力的作用程度存在差異。通過(guò)公式(1)—(4)，計(jì)算河南省水資源綜合利用潛力各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重(表1)，從小到大排列依次是：水資源管理質(zhì)量(0.127)、水資源利用程度(0.152)、水資源利用效率(0.163)、水資源自然稟賦(0.223)、水資源用水負(fù)荷(0.331)，表明自然稟賦和用水負(fù)荷是主導(dǎo)因子，兩者權(quán)重合計(jì)55%。從各分量來(lái)看，地表徑流深(0.127)、人均水資源量(0.096)、城鎮(zhèn)居民人均生活綜合用水量(0.096)、農(nóng)業(yè)用水量(0.091)、人均用水量(0.083)、工業(yè)用水量(0.075)、水資源開發(fā)利用率(0.069)、農(nóng)民人均生活綜合用水量(0.068)、城市污水日處理能力(0.067)9個(gè)指標(biāo)的權(quán)重均大于6%，權(quán)重合計(jì)為77.3%。其他4個(gè)指標(biāo)為萬(wàn)元GDP用水量(0.049)、萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量(0.056)、城市用水普及率(0.060)、農(nóng)田灌溉畝均用水(0.061)，權(quán)重合計(jì)僅22.6%。

2.2.2 水資源綜合利用特征分析 利用公式(6)，計(jì)算獲得河南省水資源用水負(fù)荷、利用程度、利用效率、自然稟賦、管理質(zhì)量和綜合利用潛力等指數(shù)，分析得到2005—2016年河南省水資源綜合利用特征詳見圖2。

圖2 河南省水資源綜合指數(shù)的變化

河南省水資源綜合利用潛力波動(dòng)上升。水資源綜合利用潛力指數(shù)由2005年的0.193增至2016年的0.332，呈現(xiàn)波動(dòng)增長(zhǎng)趨勢(shì)，反映了水資源利用呈現(xiàn)良性發(fā)展?fàn)顟B(tài)；其中2013年最低值為0.062，表明水資源利用狀況不佳，2016年最高值為0.332，表明水資源利用狀態(tài)良好。2013年河南省用水狀況不良，由于用水負(fù)擔(dān)加重、降水較少、用水效率降低和單位經(jīng)濟(jì)用水量增加等因素影響，導(dǎo)致水資源開發(fā)利用潛力下降；2016年用水狀況良好，則與用水負(fù)擔(dān)緩解、自然水量狀況好轉(zhuǎn)、用水效率提高、單位活動(dòng)用水減少和用水治水能力提升等因素有關(guān)，即水資源的5個(gè)分量指數(shù)均呈上升趨勢(shì)。

河南省水資源負(fù)荷呈緩慢減少趨勢(shì)。水資源利用負(fù)荷指數(shù)呈先下降后上升的“V”型變化，其變化分為兩個(gè)階段：2005—2012年呈下降趨勢(shì)，2013—2016年呈緩慢上升趨勢(shì)，表明河南省用水壓力呈現(xiàn)先加重后逐步改善的過(guò)程。2005—2012年，隨著城鎮(zhèn)化快速發(fā)展，生產(chǎn)、生活用水量不斷增加，用水壓力不斷增加；賈紹鳳等[25]認(rèn)為水價(jià)提高會(huì)促使水資源需求降低，但河南省供水價(jià)格近10年卻沒有變化[26]，不利于減輕水資源壓力。2013—2016年，城鎮(zhèn)化的推進(jìn)促使了用水、節(jié)水意識(shí)提升，全面推行階梯水價(jià)、污水達(dá)標(biāo)排放、灌溉水價(jià)提高等措施實(shí)施，一定程度上減輕了用水壓力。

河南省水資源利用效率與水資源管理水平快速提高。水資源利用效率指數(shù)呈不斷增長(zhǎng)趨勢(shì)，表明單位用水效率不斷提升，2005—2016年河南省萬(wàn)元GDP和萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量，分別由2005年的91.7，187 m3減少至2016年的29，45 m3；農(nóng)業(yè)灌溉畝均用水量由2005年的177 m3減少到2016年的166 m3，工業(yè)和農(nóng)業(yè)用水效率得到提升。水資源管理水平指數(shù)逐年增加，表明用水治水能力不斷提高，城鎮(zhèn)用水普及率和城市污水日處理能力，分別由2005年的91.9%，267.4 m3提高到2016年的93.42%，679.7 m3，水資源管理與治理水平逐漸改善。

河南省水資源自然稟賦和水資源利用程度呈現(xiàn)波動(dòng)減少趨勢(shì)。水資源自然稟賦指數(shù)和利用程度指數(shù)的相關(guān)性為0.909，兩者變化趨勢(shì)一致，均受區(qū)域降水影響顯著，2005年為最高值，水資源供應(yīng)安全得到保障，2013年為最低值，水資源供應(yīng)安全受到威脅。河南省地表水資源受降水年際變化影響較大，地下水資源供給相對(duì)穩(wěn)定，但地下水長(zhǎng)期高強(qiáng)度開發(fā)利用，已造成嚴(yán)重地面沉降，2016年河南省淺層地下水漏斗區(qū)面積達(dá)到8 460 km2。2005年出現(xiàn)高值，由于2005年降水量0.91 m，屬于豐水年，水資源開發(fā)利用率僅35%，保障了水資源安全供應(yīng)；2013年出現(xiàn)低值，由于2013年降水量0.58 m，屬于枯水年、2013年僅為2005年的64%，水資源開發(fā)利用率112%，水資源安全供應(yīng)受到威脅。因此，河南省屬于缺水嚴(yán)峻且水資源利用程度較大地區(qū)，水資源供需壓力較大，水資源安全形勢(shì)不容樂(lè)觀。

2.3 河南省水資源利用對(duì)城鎮(zhèn)化發(fā)展的響應(yīng)度

2.3.1 河南省水資源對(duì)城鎮(zhèn)化發(fā)展的響應(yīng)函數(shù) 利用SPSS軟件，選取冪函數(shù)模型、指數(shù)模型、對(duì)數(shù)模型、二次模型、三次模型5種常用模型，對(duì)河南省水資源綜合利用潛力及其分量指數(shù)與城鎮(zhèn)化綜合指數(shù)進(jìn)行曲線擬合，選取擬合度較高的函數(shù)建立響應(yīng)方程。比較擬合優(yōu)度之后，選擇三次模型，建立河南省水資源綜合利用潛力指數(shù)及其分量水資源利用效率、管理質(zhì)量、自然稟賦和利用程度指數(shù)對(duì)城鎮(zhèn)化綜合指數(shù)的響應(yīng)方程，選擇二次模型建立水資源用水負(fù)荷指數(shù)對(duì)城鎮(zhèn)化綜合指數(shù)的響應(yīng)方程，利用公式(7)—(8)，由擬合得到的響應(yīng)方程計(jì)算水資源綜合指數(shù)及各分量指數(shù)的綜合響應(yīng)度(表2)。響應(yīng)方程的擬合度由可決系數(shù)R2決定，R2越大擬合效果越好。

表2 2005-2016年河南省水資源對(duì)城鎮(zhèn)化的綜合響應(yīng)度

河南省水資源綜合利用潛力各指數(shù)對(duì)城鎮(zhèn)化的影響程度不同。河南省水資源綜合利用潛力、利用效率、管理質(zhì)量等指數(shù)對(duì)城鎮(zhèn)化綜合指數(shù)的R2分別為0.692，0.873，0.894，擬合程度較好，表明水資源利用效率及管理質(zhì)量較其他分量易受河南省城鎮(zhèn)化發(fā)展影響，關(guān)聯(lián)性較大；而水資源自然稟賦、利用程度、用水負(fù)荷R2分別為0.454，0.563，0.368，擬合效果較前者差，說(shuō)明河南省城鎮(zhèn)化發(fā)展對(duì)其影響較小。

2.3.2 河南省水資源對(duì)城鎮(zhèn)化發(fā)展的響應(yīng)關(guān)系 河南省水資源系統(tǒng)各分量對(duì)城鎮(zhèn)化發(fā)展的響應(yīng)關(guān)系存在明顯差異。由表2可知，水資源綜合指數(shù)對(duì)城鎮(zhèn)化綜合指數(shù)響應(yīng)度為2.683 2，各分量按響應(yīng)度從大到小排列為：自然稟賦(1.054 8)>利用程度(1.034 4)>管理質(zhì)量(0.798 6)>利用效率(0.766 5)>用水負(fù)荷(0.462 7)，響應(yīng)度表示水資源及各分量指數(shù)對(duì)城鎮(zhèn)化作出反映的程度，相較其他指標(biāo)，水資源自然稟賦、利用程度指數(shù)對(duì)城鎮(zhèn)化綜合指數(shù)的響應(yīng)明顯，有較強(qiáng)的敏感度；另外，水文狀況對(duì)其響應(yīng)關(guān)系具有干擾，例如：2010—2013年城鎮(zhèn)化指數(shù)不斷上升，水資源自然稟賦和利用程度指數(shù)不斷下降(圖2)，至枯水年2013年出現(xiàn)0值，二者呈現(xiàn)出完全不同的發(fā)展趨勢(shì)。水資源管理質(zhì)量和利用效率指數(shù)與城鎮(zhèn)化綜合指數(shù)的響應(yīng)較明顯，水資源管理水平和利用效率的提高有利于緩解城鎮(zhèn)用水緊張狀態(tài)；在用水需求不斷增加的條件下，若城鎮(zhèn)化發(fā)展不能促進(jìn)水資源利用效率和管理質(zhì)量的提高，則對(duì)減輕用水壓力不利。張曉曉等[27]研究表明，城鎮(zhèn)化發(fā)展能有效提升用水效率和緩解用水壓力，在一定程度上保障了城市化發(fā)展對(duì)水資源的需求。水資源用水負(fù)荷指數(shù)與城鎮(zhèn)化綜合指數(shù)的響應(yīng)不太明顯，受其影響不大。

河南省水資源綜合利用潛力指數(shù)對(duì)城鎮(zhèn)化綜合指數(shù)響應(yīng)度較高。如圖3所示，2006年、2008年、2009年、2013年、2015年水資源綜合利用潛力值均處于擬合曲線下方，此時(shí)水資源成為制約城鎮(zhèn)化發(fā)展的因素。水資源綜合利用潛力降低，反映相應(yīng)年份城鎮(zhèn)化過(guò)程中的水質(zhì)下降、水量短缺等問(wèn)題較為嚴(yán)重，不利于城鎮(zhèn)化的空間演進(jìn)、經(jīng)濟(jì)和人口集聚。2005年、2007年、2010年、2011年、2012年、2014年、2016年均位于擬合曲線上或上方，說(shuō)明水資源綜合利用與區(qū)域城鎮(zhèn)化的發(fā)展大致處于同一水平，反映這些年份城鎮(zhèn)化發(fā)展不受水資源的限制，水資源積極響應(yīng)城鎮(zhèn)化發(fā)展，反過(guò)來(lái)城鎮(zhèn)化也對(duì)水資源綜合利用潛力的挖掘起到了積極的促進(jìn)作用，逐漸喚醒用水保水意識(shí)、促進(jìn)水資源利用效率提高和節(jié)水工藝的發(fā)展。

圖3 河南省水資源與城鎮(zhèn)化綜合發(fā)展水平關(guān)系變化

2.3.3 河南省水資源分量與城鎮(zhèn)化分量的響應(yīng)關(guān)系采用SPSS軟件，分析河南省水資源綜合利用潛力分量指標(biāo)及城鎮(zhèn)化綜合發(fā)展分量指標(biāo)的相關(guān)性(表3)，構(gòu)成一個(gè)5×4的矩陣反映其響應(yīng)關(guān)系。

河南省用水負(fù)荷指數(shù)與城鎮(zhèn)化各分量指數(shù)均不相關(guān)。河南省用水壓力與用水意識(shí)、節(jié)水技術(shù)、利用效率和人口總數(shù)等因素密切相關(guān)，是多方面綜合作用的結(jié)果，而不僅僅受到城鎮(zhèn)化的影響。水資源利用程度指數(shù)與經(jīng)濟(jì)、空間城鎮(zhèn)化指數(shù)呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)，r分別為-0.762，-0.659，說(shuō)明了河南省城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和空間擴(kuò)張會(huì)導(dǎo)致用水量增加和水污染加劇，增大了河南省水環(huán)境壓力，不利于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市延展空間。水資源利用效率指數(shù)與人口、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、空間城鎮(zhèn)化指數(shù)均為正相關(guān)，r分別為0.649，0.887，0.836，0.886，說(shuō)明河南省城鎮(zhèn)化尤其是經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化的發(fā)展，能夠促進(jìn)單位經(jīng)濟(jì)用水量的減少；而用水效率的提升，可以緩解河南省城鎮(zhèn)的用水壓力，滿足城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的用水需要。

表3 河南省水資源與城鎮(zhèn)化各分量指數(shù)的相關(guān)關(guān)系

注：*表示在0.05級(jí)別(雙尾)，相關(guān)性顯著；**表示在0.01級(jí)別(雙尾)，相關(guān)性顯著；r為相關(guān)系數(shù)，絕對(duì)值越接近1，相關(guān)性越大；p為事件發(fā)生的可能性，當(dāng)p>0.05時(shí)，兩事件不可能存在相關(guān)性。

河南省水資源自然稟賦、管理質(zhì)量指數(shù)與經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、空間城鎮(zhèn)化指數(shù)相關(guān)性存在較大差異。自然稟賦指數(shù)與其負(fù)相關(guān)，r分別為-0.687，-0.580，-0.624，說(shuō)明了河南省城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和空間不斷擴(kuò)展，尤其是經(jīng)濟(jì)加速發(fā)展，易形成城鎮(zhèn)局部小氣候，影響降水的自然分布并減少雨水下滲；水資源擁有量的不斷減少，必將阻礙經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和空間城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展。管理質(zhì)量指數(shù)與其呈顯著的正相關(guān)，r分別為0.853，0.939，0.932，表明水資源管理水平隨城鎮(zhèn)化發(fā)展不斷增強(qiáng)，而水資源管理質(zhì)量提升能有效改善用水環(huán)境、保障城鎮(zhèn)化發(fā)展對(duì)用水需求，其中社會(huì)城鎮(zhèn)化、空間城鎮(zhèn)化對(duì)其影響較大。2013年以來(lái)河南省實(shí)行嚴(yán)格高效水資源管理，圍繞水資源配置、節(jié)約和保護(hù)等方面，嚴(yán)格落實(shí)三條紅線與四項(xiàng)制度，努力改善水質(zhì)，提高用水效率，確保用水安全[28]。因此加強(qiáng)水資源管理，利于發(fā)展城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)、完善基礎(chǔ)設(shè)施、延展城鎮(zhèn)空間。

3 結(jié)論與政策建議

3.1 結(jié) 論

(1) 河南省城鎮(zhèn)化綜合發(fā)展水平不斷提高，整體上呈現(xiàn)社會(huì)城鎮(zhèn)化>空間城鎮(zhèn)化>經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化>人口城鎮(zhèn)化的特點(diǎn)；人口城鎮(zhèn)化波動(dòng)增長(zhǎng)，眾多農(nóng)村人口轉(zhuǎn)為城鎮(zhèn)人口是一個(gè)長(zhǎng)期緩慢的過(guò)程；經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化占據(jù)主導(dǎo)地位，由于能源、化工、有色等傳統(tǒng)行業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)速度增長(zhǎng)減緩[22]，2014年、2015年經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化有所下滑；社會(huì)城鎮(zhèn)化和空間城鎮(zhèn)化逐年提升，2010年后加速發(fā)展，得益于中原城市群的支撐以及中原經(jīng)濟(jì)區(qū)的建立，促進(jìn)城鎮(zhèn)居民收入增加，拓寬了城鎮(zhèn)空間格局。

(2) 河南省水資源綜合開發(fā)利用狀態(tài)不斷改善，由于2016年用水負(fù)擔(dān)減輕、自然水量狀況好轉(zhuǎn)、水資源開發(fā)利用率提高、單位活動(dòng)用水量減少和用水治水能力的提升，水資源開發(fā)利用狀態(tài)較好；水資源自然稟賦與水資源利用程度的變化呈現(xiàn)出一致性，主要受降水等自然因素的影響；水資源負(fù)荷有所減輕，但還將長(zhǎng)期處于較高水平，城鎮(zhèn)化的推進(jìn)促使了用水、節(jié)水意識(shí)提升，迫使水資源利用方式改變；水資源利用效率和管理水平不斷提高，表現(xiàn)為單位用水量的減少和用水治水能力的改善。

(3) 河南省水資源綜合利用潛力指數(shù)對(duì)城鎮(zhèn)化綜合指數(shù)響應(yīng)度較高，在2006年、2008年、2009年、2013年、2015年城鎮(zhèn)化發(fā)展受到水資源的限制，在2005年、2007年、2010年、2011年、2012年、2014年、2016年不受水資源的限制；水資源分量指數(shù)按響應(yīng)度從大到小排列為：自然稟賦>利用程度>管理質(zhì)量>利用效率>用水負(fù)荷；水資源自然稟賦、管理質(zhì)量指數(shù)與經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、空間城鎮(zhèn)化指數(shù)分別呈負(fù)相關(guān)和正相關(guān)，水資源利用程度指數(shù)與經(jīng)濟(jì)、空間指數(shù)呈顯著的負(fù)相關(guān)，水資源利用效率指數(shù)與城鎮(zhèn)化指數(shù)呈正相關(guān)，用水負(fù)荷指數(shù)與城鎮(zhèn)化各分量指數(shù)均不相關(guān)。

3.2 政策建議

(1) 河南省應(yīng)加快推進(jìn)人口城鎮(zhèn)化和經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化發(fā)展，抓住短板，促進(jìn)城鎮(zhèn)化協(xié)調(diào)發(fā)展；提升城鎮(zhèn)化的質(zhì)量、內(nèi)涵，不應(yīng)只關(guān)注城鎮(zhèn)化的速度、數(shù)量，應(yīng)注重人地和諧的持續(xù)發(fā)展；城鎮(zhèn)空間的延伸，應(yīng)當(dāng)與城鎮(zhèn)人口相適應(yīng)，不要盲目開發(fā)建設(shè)；積極進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，不因畏懼經(jīng)濟(jì)短期回落終止調(diào)整；大力推進(jìn)資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、文化、社會(huì)和城鄉(xiāng)關(guān)系均衡發(fā)展的新型城鎮(zhèn)化[29]。

(2) 河南省應(yīng)加強(qiáng)政策、資金和人才支持，提高廢水排放達(dá)標(biāo)率，加大對(duì)節(jié)水工藝的支持力度，堅(jiān)持污水達(dá)標(biāo)排放，引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)走生態(tài)化道路[30]，避免水污染后被動(dòng)治理，造成人力、物力的浪費(fèi)，阻礙城鎮(zhèn)化進(jìn)程；河南省應(yīng)采取提高水價(jià)等措施控制用水量，迫使用水方式改變；加強(qiáng)節(jié)水保水教育，提高節(jié)水意識(shí)，減少水資源的浪費(fèi)；嚴(yán)格控制灌溉用水量，改進(jìn)農(nóng)業(yè)灌溉方式；優(yōu)化水資源管控方式，通過(guò)管理政策，促進(jìn)水資源合理利用。

(3) 河南省城鎮(zhèn)化過(guò)程中，應(yīng)預(yù)防水資源成為城鎮(zhèn)化發(fā)展的限制性因素：應(yīng)注重提升水資源管理質(zhì)量，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、空間城鎮(zhèn)化發(fā)展；在城市化進(jìn)程中推進(jìn)生態(tài)城市建設(shè)，以減少地面硬化、空間擴(kuò)展等帶來(lái)的負(fù)面影響；在城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，發(fā)展節(jié)水工藝，控制單位經(jīng)濟(jì)用水量，減少城鎮(zhèn)空間延展導(dǎo)致的水量損失，提高水資源利用率；城鎮(zhèn)化進(jìn)程中注重從節(jié)水意識(shí)、節(jié)水技術(shù)等方面減輕用水緊張狀態(tài)，逐步緩解用水負(fù)荷。