遼寧省水資源承載力與城鎮(zhèn)化的協(xié)調(diào)發(fā)展度研究

孫志強(qiáng)

(北票市水資源辦公室,遼寧 北票 122100)

在推進(jìn)沈陽(yáng)經(jīng)濟(jì)區(qū)、沿海經(jīng)濟(jì)帶以及振興老工業(yè)基地戰(zhàn)略的大背景下,遼寧省提出加快農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、新型工業(yè)化和新型城鎮(zhèn)化進(jìn)程。隨著人口的增長(zhǎng)、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,資源要素流動(dòng)理論認(rèn)為人類活動(dòng)對(duì)資源的需求將持續(xù)增長(zhǎng),從而導(dǎo)致更加嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境污染、資源緊張等問(wèn)題[1]。2020年相比于2014年,遼寧省整體工業(yè)化率、城鎮(zhèn)化率和人均GDP明顯提高,同時(shí)工業(yè)用水量、城鎮(zhèn)公共用水量以及工業(yè)廢水、SO2排放量也不斷增加,特別是人口規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快和水資源的短缺,導(dǎo)致城市用水需求急劇增大,城鎮(zhèn)和其它用水面臨著嚴(yán)峻的形勢(shì)。在促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的情況下,科學(xué)處理好水資源與城鎮(zhèn)化之間的管理逐漸成為水資源利用管理亟待解決的問(wèn)題。

近年來(lái),國(guó)內(nèi)外科學(xué)家越來(lái)越關(guān)注水資源與城市化相關(guān)問(wèn)題的研究,如Suriya等認(rèn)為土地利用格局的變化和城市化的快速發(fā)展,在一定程度上改變了流域水文過(guò)程;聶春霞等利用SD預(yù)測(cè)模型分析了城市化進(jìn)程受水資源的約束作用;李迎春等從農(nóng)業(yè)、工業(yè)、人口等方面探討了城市化對(duì)水資源承載力所造成的壓力,提出城市化與水資源的協(xié)調(diào)發(fā)展有利于促進(jìn)城市化發(fā)展[2-4]?，F(xiàn)有研究主要集中于城鎮(zhèn)化進(jìn)程受生態(tài)、水、土等資源環(huán)境的影響或約束,其中城鎮(zhèn)化與水資源研究涉及水資源配制、供求、利用、效益、承載力等方面,涉及水資源承載力與城市化質(zhì)量的協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)分析還鮮有報(bào)道。根據(jù)新增長(zhǎng)理論,水資源是城鎮(zhèn)化進(jìn)程中必要的基本要素,但水資源總量有限,下一階段的使用量必然受限于初始階段的消耗[5]。然而,現(xiàn)有大多數(shù)研究并未考慮水資源與城鎮(zhèn)化的雙向作用機(jī)制,只是簡(jiǎn)要分析了兩者的單方面關(guān)系。文章利用模糊層次分析法(FAHP法)構(gòu)建協(xié)調(diào)度評(píng)價(jià)模型,評(píng)價(jià)分析遼寧省水資源承載力與城鎮(zhèn)化質(zhì)量提升的協(xié)調(diào)程度,揭示水資源要素的流動(dòng)過(guò)程及其系統(tǒng)影響特征,為區(qū)域水資源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的合理制定、水資源利用效率的提高及緩解水資源供需矛盾提供一定參考。

1 區(qū)域概況

2020年,遼寧地區(qū)生產(chǎn)總值25115.0億元,其中第一、二、三產(chǎn)業(yè)增加值2284.6億元、9400.9億元和13429.4億元,比上年增長(zhǎng)3.2%、增長(zhǎng)1.8%及下降0.7%。該地區(qū)總用水量中農(nóng)業(yè)用水量占比較高,第二、三產(chǎn)業(yè)用水量偏低。2020年全省降水量748.0mm,折合降水總量1088.34億m3,地表水和地下水資源量357.71億m3、115.21億m3,水資源總量397.11億m3。2020年,全省總供水量與總用水量129.34億m3,其中城鎮(zhèn)與農(nóng)村居民生活用水量13.73億m3、4.69億m3,耕地灌溉、林牧漁畜第一產(chǎn)業(yè)用水量71.17億m3和8.45億m3,工業(yè)、建筑業(yè)第三產(chǎn)業(yè)用水量16.93億m3和1.32億m3,第三產(chǎn)業(yè)用水量5.65億m3。

2020年,全省統(tǒng)計(jì)人口4351.7萬(wàn)人,其中城鎮(zhèn)人口占68%,農(nóng)村人口占32%,人口自然增長(zhǎng)率低和城鎮(zhèn)化率相對(duì)偏低,人均可支配收入低于全國(guó)平均水平,城鎮(zhèn)恩格爾系數(shù)較高。2020年相比于2014年,遼寧地區(qū)城鎮(zhèn)人口和工業(yè)、城鎮(zhèn)以及生活用水量增加,并以農(nóng)村生活用水、林牧漁畜用水和工業(yè)用水增加最為明顯。

2 水資源承載力與城鎮(zhèn)化的協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)

2.1 構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

水資源與城鎮(zhèn)化之間有其內(nèi)在關(guān)聯(lián),將這兩個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)相耦合組成一個(gè)復(fù)合系統(tǒng),其關(guān)聯(lián)特性如圖1所示。

圖1 水資源與城鎮(zhèn)化的關(guān)聯(lián)圖

結(jié)合遼寧地區(qū)生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和水資源狀況,遵循區(qū)域差異性、目標(biāo)性、可獲取性和系統(tǒng)性等原則,選擇水資源評(píng)價(jià)分析使用頻率較高的28個(gè)指標(biāo)。其中,水資源系統(tǒng)層包括年均降水滲、單位面積水資源利用量、水資源開(kāi)發(fā)利用程度、供水模數(shù)、人均水資源量、渠系水利用系數(shù)、水庫(kù)蓄水量7個(gè)指標(biāo);社會(huì)系統(tǒng)層包括人口密度、人口自然增長(zhǎng)率、城鎮(zhèn)化率、城鎮(zhèn)生活污水處理率、生活用水定額、專業(yè)技術(shù)人員數(shù)、單位水資源量產(chǎn)出效率7個(gè)指標(biāo);經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)包括人均GDP、GDP增長(zhǎng)率、工業(yè)用水定額、農(nóng)業(yè)用水定額、有效灌溉面積覆蓋率、單位GDP用水量、水分生產(chǎn)率7個(gè)指標(biāo);生態(tài)系統(tǒng)包括生態(tài)環(huán)境用水率、耕地水利化程度、人均耕地面積、水土保持面積比率、化肥施用程度、工業(yè)廢水排放達(dá)標(biāo)率、生物多樣性指數(shù)7個(gè)指標(biāo)。

一般地,廣義的城鎮(zhèn)化質(zhì)量與城鎮(zhèn)化水平具有相同的內(nèi)涵。從構(gòu)成要素上,可選用環(huán)境、生活、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)城鎮(zhèn)化等要素反映城鎮(zhèn)化質(zhì)量。文章遵循可操作性、系統(tǒng)性和科學(xué)性原則,從多個(gè)不同方面選擇代表性的20個(gè)指標(biāo)。其中,社會(huì)城鎮(zhèn)化包括農(nóng)村恩格爾系數(shù)、城鎮(zhèn)失業(yè)人員數(shù)、農(nóng)村勞動(dòng)力文化程度、萬(wàn)人擁有床位數(shù)、萬(wàn)人擁有民用車輛數(shù)5個(gè)指標(biāo);經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化包括人均地方財(cái)政一般預(yù)算收入、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入、非農(nóng)產(chǎn)業(yè)比重、工業(yè)化率、單位固定資產(chǎn)投資占GDP比重5個(gè)指標(biāo);生活城鎮(zhèn)化包括農(nóng)村居民人均生活燃料支出、萬(wàn)人擁有醫(yī)護(hù)人員數(shù)、城鎮(zhèn)居民人均教育支出、農(nóng)村居民人均用電支出、農(nóng)村居民人均生活消費(fèi)支出5個(gè)指標(biāo);環(huán)境城鎮(zhèn)化包括建成區(qū)綠化覆蓋面積、空氣質(zhì)量二級(jí)以上天數(shù)、生活垃圾除害處理率、工業(yè)煙塵處理率、工業(yè)SO2排放量5個(gè)指標(biāo)。

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

水資源承載力和城鎮(zhèn)化質(zhì)量評(píng)價(jià)體系中的指標(biāo)數(shù)據(jù)來(lái)源于遼寧省各年份《水資源公報(bào)》、《國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》、《統(tǒng)計(jì)年鑒》、《調(diào)查年鑒》等相關(guān)資料,通過(guò)計(jì)算整理可以獲取大部分?jǐn)?shù)據(jù),只有少部分?jǐn)?shù)據(jù)直接從統(tǒng)計(jì)資料中提取。

2.3 建立協(xié)調(diào)發(fā)展度模型

2.3.1 協(xié)調(diào)度模型

協(xié)調(diào)發(fā)展度可以反映水資源承載力與城鎮(zhèn)化系統(tǒng)的同步性,其指數(shù)值能夠體現(xiàn)系統(tǒng)之間的協(xié)同作用和有序度,系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)性越高則相對(duì)離差系數(shù)越小,利用下式計(jì)算協(xié)調(diào)度:

(1)

式中:UWH為水資源承載力與城鎮(zhèn)化的協(xié)調(diào)發(fā)展度;a、b為權(quán)重,結(jié)合實(shí)際條件設(shè)定CW與UI權(quán)重相同。依據(jù)UWH衡量標(biāo)準(zhǔn)(表1)和模型計(jì)算結(jié)果,可確定系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)程度。

表1 協(xié)調(diào)發(fā)展度衡量標(biāo)準(zhǔn)

2.3.2 綜合指數(shù)CW

根據(jù)水資源承載力評(píng)價(jià)體系(表1)計(jì)算水資源承載力綜合指數(shù)CW,計(jì)算公式如下:

(2)

式中:α、β、χ為權(quán)重,利用模糊層次分析法(FAHP法)計(jì)算社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)權(quán)重依次為0.2418、0.1934、0.2743。結(jié)合CW衡量標(biāo)準(zhǔn)(表2)和模型計(jì)算結(jié)果,可明確不同年份的具體狀態(tài)。

表2 水資源承載力綜合指數(shù)CW衡量標(biāo)準(zhǔn)

1)復(fù)合協(xié)調(diào)指數(shù)。定義各指標(biāo)的多年平均值為水—社會(huì)—經(jīng)濟(jì)——生態(tài)各子系統(tǒng)的有序度,利用下式計(jì)算復(fù)合協(xié)調(diào)指數(shù)CHI,即:

(3)

(4)

2)復(fù)合承載力指數(shù)。為了反映水資源承載的壓力與本身支持力之間的相對(duì)關(guān)系,引入水資源壓力指數(shù)與承載力指數(shù)之比即承載力指數(shù)CCI,其數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

CCI=CCP/CCS

(5)

式中:CCP為水資源承載的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境壓力指數(shù)之和;CCS為支持力指數(shù),通過(guò)CCI可以反映區(qū)域水資源的承載狀態(tài)。

3)壓力指數(shù)與支持力指數(shù)。為反映水資源承載力受社會(huì)系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的壓力作用,選擇壓力影響因素,考慮到不同指標(biāo)的單位和量綱不同,利用下式計(jì)算水資源承載的壓力指數(shù)FiP,即:

(6)

式中:Xij、Wi為標(biāo)準(zhǔn)化處理后的壓力指標(biāo)值和權(quán)重值;FiP值越大則水資源承載的系統(tǒng)壓力越大,反之則越小。文章選擇水資源支持力影響因素,鑒于不同指標(biāo)的單位和量綱不同,利用下式計(jì)算水資源支持力指數(shù)CCS,即:

(7)

式中:CCS為水資源支持力,CCS數(shù)值越大則水資源承載的支持力越大,反之則越小。

2.3.3 綜合指數(shù)UI

根據(jù)城鎮(zhèn)化質(zhì)量評(píng)價(jià)體系(表2)計(jì)算城鎮(zhèn)化質(zhì)量綜合指數(shù)UI,其計(jì)算公式如下:

(8)

式中:UiI、Wi為社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生活和環(huán)境城鎮(zhèn)化指數(shù)和權(quán)重,相應(yīng)的i=1、2、3、4?？紤]到不同指標(biāo)的單位和量綱不同,利用下式計(jì)算城鎮(zhèn)化指數(shù)值,即:

(9)

3 實(shí)證分析

3.1 參評(píng)指標(biāo)權(quán)重

文章利用模糊層次分析法(FAHP法)計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重,詳細(xì)運(yùn)算流程參考董雯等的研究成果,計(jì)算確定各層指標(biāo)權(quán)重值。

結(jié)果表明,水資源系統(tǒng)權(quán)重最大0.2905,其次為生態(tài)系統(tǒng)的0.2743,說(shuō)明遼寧地區(qū)的水資源承載力狀況與水資源系統(tǒng)的自身豐裕程度密切相關(guān),水資源環(huán)境與生態(tài)環(huán)境關(guān)系密切,水資源承載力大小在直接取決于生態(tài)環(huán)境的優(yōu)劣程度。對(duì)水資源系統(tǒng),影響水資源承載力的重要因子有水資源的自然補(bǔ)給程度和可利用程度;對(duì)生態(tài)、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)系統(tǒng),影響水資源壓力的關(guān)鍵因子有生物多樣性指數(shù)、工業(yè)廢水處理達(dá)標(biāo)率、農(nóng)業(yè)與工業(yè)用水、生活用水定額和人口自然增長(zhǎng)率。結(jié)合排序結(jié)果,權(quán)重最高的是單位面積水資源利用量的0.505,另外生物多樣性指數(shù)、年均降水深、工業(yè)廢水排放達(dá)標(biāo)率的權(quán)重較高,說(shuō)明生態(tài)系統(tǒng)、水資源系統(tǒng)與水資源承載力大小的關(guān)聯(lián)度最高,影響水資源承載力高低的重要因素包括用地的生物多樣性、水資源處理情況、豐裕程度以及自然補(bǔ)給程度等[6]。

對(duì)于城鎮(zhèn)化水平,權(quán)重最高的是生活城鎮(zhèn)化的0.2716,其次是社會(huì)城鎮(zhèn)化的0.2572,說(shuō)明城鎮(zhèn)和農(nóng)村居民的醫(yī)療衛(wèi)生及教育支出情況、天然氣使用及用水用電情況、生活消費(fèi)情況對(duì)城鎮(zhèn)化質(zhì)量影響較大,對(duì)城鎮(zhèn)化質(zhì)量影響最大的是居民生活質(zhì)量狀況;另外,科教衛(wèi)生、失業(yè)情況、居民貧困程度、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平等事業(yè)發(fā)展?fàn)顩r,也在很大程度上影響著城鎮(zhèn)化質(zhì)量?？傮w而言,城鎮(zhèn)化系統(tǒng)中的關(guān)鍵因素主要有空氣質(zhì)量與工業(yè)SO2排放量、居民的教育支出與生活消費(fèi)情況、非農(nóng)產(chǎn)業(yè)比重與工業(yè)化水平、事業(yè)情況與勞動(dòng)力教育情況。Ⅲ層中權(quán)重最高的是農(nóng)村居民生活消費(fèi)支出的0.0623,工業(yè)化率、農(nóng)村勞動(dòng)力文化程度、城鎮(zhèn)居民人均教育支出的權(quán)重較高,說(shuō)明遼寧地區(qū)的工業(yè)化水平、勞動(dòng)力文化程度、教育支出、居民生活消費(fèi)在一定程度上決定著其城鎮(zhèn)化質(zhì)量的高低。

3.2 協(xié)調(diào)發(fā)展度

根據(jù)遼寧省2014年、2016年、2018年、2020年相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理,采用文中所述公式計(jì)算確定各項(xiàng)指數(shù)值,結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 水資源承載力與城鎮(zhèn)化質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)值

結(jié)果表明,水資源社會(huì)(F2P)、經(jīng)濟(jì)(F3P)、生態(tài)壓力指數(shù)(F4P)呈波動(dòng)下降的變化趨勢(shì),說(shuō)明遼寧省的水資源壓力波動(dòng)較大,但總體呈減小趨勢(shì),究其原因可能是生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)對(duì)水資源產(chǎn)生的壓力滯后效應(yīng)。2020年相比于2014年,遼寧地區(qū)單位水資源量產(chǎn)出效率、城鎮(zhèn)居民污水處理率、渠系利用系數(shù)、單位水資源量均明顯提高,而農(nóng)業(yè)和工業(yè)用水定額也大幅減少。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展水資源利用效率和協(xié)調(diào)度不斷提高,協(xié)調(diào)指數(shù)CHI總體位于0.34～0.42范圍。從水資源承載力綜合指數(shù)CW可知,遼寧省水資源處于輕度超載和瀕臨超載之間,水資源始終處于短缺或緊張狀態(tài)。

研究期間城鎮(zhèn)化綜合指數(shù)(UI)以及社會(huì)(U1I)、經(jīng)濟(jì)(U2I)、生活(U3I)、生態(tài)(U4I)城鎮(zhèn)化指數(shù)均表現(xiàn)出波動(dòng)上升趨勢(shì),這說(shuō)明遼寧省的城鎮(zhèn)化質(zhì)量逐漸提升。具體而言,增長(zhǎng)幅度最高的是經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化指數(shù)(U2I),其次為生活城鎮(zhèn)化指數(shù)(U3I),這說(shuō)明經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)促進(jìn)城鎮(zhèn)化具有明顯作用;生活與經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化不同步,說(shuō)明在保障經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的情況下,今后的城鎮(zhèn)化進(jìn)程應(yīng)更加注重居民生活質(zhì)量與水平的提升。

水資源承載力與城鎮(zhèn)化的協(xié)調(diào)發(fā)展度UWH呈逐漸增大的變化趨勢(shì),這說(shuō)明雖然水資源承受著廢水排放量、工業(yè)用水和人口增加的壓力,但城市綠化覆蓋率增大、城鎮(zhèn)化帶來(lái)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益等積極效應(yīng)大于負(fù)面效應(yīng),從而使得協(xié)調(diào)發(fā)展度逐漸轉(zhuǎn)向輕微協(xié)調(diào)狀態(tài)。

4 結(jié) 論

1)遼寧省生活與經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化不同步,即人均GDP增長(zhǎng)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、總GDP增長(zhǎng)速度具有一定差距,逐漸成為制約水資源承載力與城鎮(zhèn)化協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)鍵因素,在保障經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的情況下,今后城鎮(zhèn)化進(jìn)程應(yīng)更加注重居民生活質(zhì)量與水平的提升。

2)水資源承載力與城鎮(zhèn)化質(zhì)量之間具有雙向作用,城鎮(zhèn)化的技術(shù)、規(guī)模和集聚效應(yīng)改變著水資源的消耗量。在初期發(fā)展階段,主要通過(guò)投入大量的要素提高城鎮(zhèn)化質(zhì)量,這必然會(huì)導(dǎo)致水資源消耗量的明顯增加;當(dāng)發(fā)展到一定階段后,隨著技術(shù)的進(jìn)步與成熟、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的轉(zhuǎn)變,在一定程度上緩解了水資源壓力,水資源狀況好轉(zhuǎn),水資源與城鎮(zhèn)化進(jìn)程開(kāi)始趨于協(xié)調(diào)。