許長(zhǎng)新 吳驍遠(yuǎn)

摘要 城鎮(zhèn)化發(fā)展在促進(jìn)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)也導(dǎo)致水環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)峻。基于區(qū)域水環(huán)境承載力探討了城鎮(zhèn)化發(fā)展合理速度的計(jì)量方法：①構(gòu)建城鎮(zhèn)化進(jìn)程中水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)系統(tǒng)，分析城鎮(zhèn)化子系統(tǒng)及水環(huán)境承載力子系統(tǒng)的基本要素，建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系;基于評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用向量模法測(cè)算水環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)值。②構(gòu)建水環(huán)境承載力約束下的區(qū)域城鎮(zhèn)化發(fā)展合理速度分析模型。③根據(jù)不同城鎮(zhèn)化發(fā)展速度、政府不同管制力度設(shè)置9種組合情境，在對(duì)相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，分別測(cè)算不同情境下的水環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)值;通過(guò)“閾值”門檻篩選出合理情境，確定區(qū)域城鎮(zhèn)化發(fā)展速度的合理范圍。以經(jīng)濟(jì)實(shí)力強(qiáng)、城鎮(zhèn)化水平高、水環(huán)境壓力大、制度相對(duì)健全的江蘇省作為研究區(qū)域進(jìn)行實(shí)證分析，測(cè)算了2006—2017年江蘇省水環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)值，以及2030年9種組合情境下的江蘇省水環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)值。獲得如下研究結(jié)論：①2006—2017年間江蘇省水環(huán)境承載力雖呈現(xiàn)一定的波動(dòng)，但2013年以后隨著政府管制力度的加強(qiáng)，總體上呈現(xiàn)良好的上升態(tài)勢(shì)，但水環(huán)境承載力下滑的壓力已開(kāi)始顯現(xiàn)。②2030年9種組合情境中，只有“中/強(qiáng)”“低/強(qiáng)”“低/保持”滿足水環(huán)境承載力閾值標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果表明：到2030年，政府對(duì)水環(huán)境管制力度“強(qiáng)”的情形下，江蘇省城鎮(zhèn)化發(fā)展可以維持1.0%～1.2%的年增長(zhǎng)率;政府對(duì)水環(huán)境管制力度“保持”的情形下，江蘇省城鎮(zhèn)化發(fā)展只能維持1.0%的年增長(zhǎng)率，并據(jù)此提出了政策建議。

關(guān)鍵詞 水環(huán)境承載力;向量模法;城鎮(zhèn)化發(fā)展;合理速度

中國(guó)改革開(kāi)放以后城鎮(zhèn)化進(jìn)入快速發(fā)展階段。我國(guó)城鎮(zhèn)化的推進(jìn)在擴(kuò)大城鎮(zhèn)發(fā)展規(guī)模、增加城鎮(zhèn)人口數(shù)量、擴(kuò)張城鎮(zhèn)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的同時(shí)，水資源消耗數(shù)量也不斷增加，廢污水的排放量急劇增多，造成區(qū)域水環(huán)境承載壓力明顯增大。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，1978年我國(guó)的城鎮(zhèn)化率尚不到15%，而2018年達(dá)到59.58%;2018年全國(guó)的耗水總量達(dá)到3 207.6億m3，廢污水排放量達(dá)到750億t。十九大報(bào)告明確指出，必須堅(jiān)持推動(dòng)新型工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化同步發(fā)展，不斷壯大國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和綜合國(guó)力。區(qū)域水體的水環(huán)境納污能力總是有限的，過(guò)高的城鎮(zhèn)化發(fā)展速度極有可能突破區(qū)域水環(huán)境承載能力，影響甚至破壞區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng);過(guò)低的城鎮(zhèn)化發(fā)展速度可能使區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)難以達(dá)到應(yīng)有的發(fā)展水平。因此，探索城鎮(zhèn)化發(fā)展過(guò)程中，既能保證區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)健康持續(xù)發(fā)展，又不對(duì)區(qū)域水環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重威脅的“城鎮(zhèn)化發(fā)展合理速度”具有重要意義。

1 文獻(xiàn)綜述

如何協(xié)調(diào)城鎮(zhèn)化發(fā)展與水環(huán)境承載力關(guān)系的問(wèn)題一直是學(xué)界研究的熱點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)城鎮(zhèn)化與水環(huán)境承載力之間的研究主要集中在：①城鎮(zhèn)化與水環(huán)境污染及水安全的關(guān)系研究。Brennan[1]證明了城鎮(zhèn)化進(jìn)程和水環(huán)境污染之間的相互影響關(guān)系;陳玉山[2]基于環(huán)境庫(kù)茲涅茨（EKC）模型，研究了中國(guó)東部11個(gè)?。ㄊ?、區(qū)）2006—2015年污水排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化率之間的關(guān)系;Pirages[3]分析了水環(huán)境、城鎮(zhèn)化進(jìn)程與水安全之間的關(guān)系;藍(lán)希等[4]從水資源環(huán)境、水污染控制和社會(huì)經(jīng)濟(jì)承載三個(gè)子系統(tǒng)分析了武漢市“長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶”背景之下的水環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)。②城鎮(zhèn)化和水環(huán)境質(zhì)量及生態(tài)文明的關(guān)系研究。Reilly、Boons等[5-6]就城鎮(zhèn)化帶來(lái)的水環(huán)境的承載壓力和可承載量進(jìn)行了探討;Freeman等[7]探討了城市化的快速發(fā)展對(duì)河口生態(tài)系統(tǒng)和水質(zhì)的影響;史安娜等[8]運(yùn)用DPSIR框架模型，預(yù)測(cè)了長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶11個(gè)省市的水資源綜合保護(hù)水平;徐一劍等[9]以DPSIR概念設(shè)計(jì)四種模塊，對(duì)城市水環(huán)境系統(tǒng)各環(huán)節(jié)進(jìn)行定量模擬計(jì)算以規(guī)劃未來(lái)城市水環(huán)境系統(tǒng)的發(fā)展;張鵬等[10]從生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)和系統(tǒng)工程學(xué)跨學(xué)科的視角出發(fā)，構(gòu)建了一個(gè)基于適度人口容量，人口流動(dòng)和城鄉(xiāng)均衡發(fā)展的生態(tài)文明城市建設(shè)路徑的理論分析框架;辛波等[11]運(yùn)用山東省17地市2003—2012年相關(guān)數(shù)據(jù)，采用固定效應(yīng)系數(shù)模型、城市環(huán)境熵模型分別對(duì)城鎮(zhèn)化的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境溢出效應(yīng)進(jìn)行分析。③城鎮(zhèn)化與地表地下水環(huán)境之間關(guān)系的研究。周海麗等[12]認(rèn)為地表水環(huán)境的惡化主要是由城市土地利用與擴(kuò)張引起;Thanh等[13]利用WetSpa和MODFLOW代碼對(duì)水文降雨徑流和地下水流動(dòng)進(jìn)行了耦合模擬，認(rèn)為城市地下水位下降的主要原因是地下水的大量抽取;Minnig等[14]采用蒙特卡羅方法通過(guò)對(duì)瑞士北部的一個(gè)城市研究地點(diǎn)的四個(gè)不同時(shí)期的水資源預(yù)算計(jì)算，深入了解城市地下水的補(bǔ)給情況;Franco等[15]對(duì)氣候變化和城鎮(zhèn)化對(duì)接收水體水質(zhì)的綜合和相對(duì)影響進(jìn)行評(píng)估。④城鎮(zhèn)化進(jìn)程中的水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)研究。耿雅妮[16]根據(jù)影響水環(huán)境承載力因素的特點(diǎn)，結(jié)合層次分析法和向量模法對(duì)西安市水環(huán)境承載力現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià);沈珍瑤等[17]在動(dòng)態(tài)模擬遞推算法的基礎(chǔ)上，加入向量模方法來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)水環(huán)境的承載力的變化趨勢(shì);陳浩等[18]分析了“海綿城市”試點(diǎn)城市青島市城市化與水環(huán)境兩個(gè)系統(tǒng)間的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系和關(guān)聯(lián)度;Wu X Y等[19]構(gòu)造了城鎮(zhèn)化發(fā)展速度和水資源沖突風(fēng)險(xiǎn)壓力的耦合協(xié)調(diào)度函數(shù)，測(cè)算了城鎮(zhèn)化發(fā)展速度引起的水資源沖突的閾值;蘇賢保等[20]在水資源與水環(huán)境雙重約束下的水資源系統(tǒng)承載力視角下，基于水環(huán)境容量閾值構(gòu)建水資源系統(tǒng)承載力模型。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者在城鎮(zhèn)化與水環(huán)境承載力間的研究產(chǎn)生了豐碩的成果。但是如何基于水環(huán)境承載力分析城鎮(zhèn)化如何適度發(fā)展的研究仍顯欠缺：①?gòu)南到y(tǒng)分析角度對(duì)水環(huán)境承載力子系統(tǒng)和城鎮(zhèn)化子系統(tǒng)相結(jié)合進(jìn)行的相關(guān)研究仍然不足。②如何從城鎮(zhèn)化的視角，分析城鎮(zhèn)化可能導(dǎo)致人口結(jié)構(gòu)的變化、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化以及對(duì)耗水、污水排放等的影響，現(xiàn)有研究尚顯不足。③在保證水環(huán)境承載力的前提下，如何制定城鎮(zhèn)化發(fā)展的合理速度問(wèn)題尚未見(jiàn)詳細(xì)報(bào)道。④面向水環(huán)境壓力大、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)域的城鎮(zhèn)化與水環(huán)境承載力的關(guān)系問(wèn)題值得進(jìn)一步研究。

2 研究思路

著重研究如何基于區(qū)域水環(huán)境承載力確定城鎮(zhèn)化發(fā)展合理速度問(wèn)題。具體研究思路如下：

第一步：構(gòu)建指標(biāo)體系。在分析城鎮(zhèn)化進(jìn)程中水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)子系統(tǒng)基本要素的基礎(chǔ)上構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

第二步：指標(biāo)預(yù)處理。對(duì)正向和負(fù)向指標(biāo)分別進(jìn)行規(guī)范化處理;分別確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的主觀權(quán)重和客觀權(quán)重，再將主客觀權(quán)重組合確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

第三步：模型構(gòu)建。模型1，基于向量模法構(gòu)建水環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)模型;模型2，構(gòu)建水環(huán)境承載力約束下的區(qū)域城鎮(zhèn)化發(fā)展合理速度分析模型。其中模型2根據(jù)不同城鎮(zhèn)化發(fā)展速度、政府不同管制力度設(shè)置9種組合情境;在對(duì)相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，測(cè)算9種情境下水環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)值;通過(guò)設(shè)置的“閾值”門檻篩選出合理情境，確定區(qū)域城鎮(zhèn)化發(fā)展速度的合理范圍。

第四步：實(shí)證研究。結(jié)合水環(huán)境壓力大、經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)的典型區(qū)域——江蘇省進(jìn)行實(shí)證研究，并提出政策建議。

3 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

3.1 子系統(tǒng)構(gòu)建及其要素分析

構(gòu)建兩個(gè)子系統(tǒng)，其中“城鎮(zhèn)化”子系統(tǒng)用于描述社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中城鎮(zhèn)人口比重不斷增加、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化升級(jí)、城鎮(zhèn)文明不斷發(fā)展的過(guò)程;“水環(huán)境承載力”子系統(tǒng)用于描述某一時(shí)期、某一區(qū)域范圍內(nèi)，水環(huán)境條件對(duì)該區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活需求的支撐能力。針對(duì)兩個(gè)子系統(tǒng)提出其基本要素如表1所示。

3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

城鎮(zhèn)化進(jìn)程中的水環(huán)境承載力研究涉及到城鎮(zhèn)化的發(fā)展和水環(huán)境之間的復(fù)雜關(guān)系，人口、人均生產(chǎn)總值等社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素是反映城鎮(zhèn)化發(fā)展水平的重要指標(biāo)，水環(huán)境承載力主要體現(xiàn)在供水、廢水排放、生態(tài)狀況等環(huán)境和管理要素上。結(jié)合表1的要素分析，構(gòu)建城鎮(zhèn)化子系統(tǒng)和水環(huán)境承載力子系統(tǒng)發(fā)展水平評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如表2所示。

4 模型研究

4.1 基于向量模法的水環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)模型

4.1.1 對(duì)指標(biāo)進(jìn)行無(wú)量綱化處理

由于各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)存在量綱間的差異，采用公式（1）和（2）對(duì)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行規(guī)范化處理。

4.1.2 確定綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重

鑒于水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)過(guò)程具有兼具主觀性和客觀性的特點(diǎn)，采用組合權(quán)重的確定方法測(cè)算不同指標(biāo)的權(quán)重。

4.1.3 測(cè)算區(qū)域水環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)值

利用向量模法，計(jì)算區(qū)域第i水平年的水環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)值，計(jì)算公式如下：

4.2 基于不同情境的區(qū)域城鎮(zhèn)化發(fā)展速度決策模型

4.2.1 不同情境設(shè)定

針對(duì)“城鎮(zhèn)化發(fā)展速度”設(shè)定“高、中、低”3種不同情形，針對(duì)“政府對(duì)水環(huán)境的管制力度”設(shè)定“強(qiáng)、保持、弱”3種不同情形，組合形成9種情境，如表3所示。

4.2.2 區(qū)域城鎮(zhèn)化發(fā)展合理速度決策模型

（1）評(píng)價(jià)指標(biāo)預(yù)測(cè)。首先需要對(duì)區(qū)域目標(biāo)年的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)。針對(duì)資料的可得性將評(píng)價(jià)指標(biāo)分為兩類。其中，A類指標(biāo)通常不會(huì)隨組合情境的不同而改變，一般可通過(guò)國(guó)家或地方相關(guān)規(guī)劃報(bào)告直接獲取指標(biāo)信息;B類指標(biāo)可能隨組合情境的不同而動(dòng)態(tài)改變，一般無(wú)法直接獲取預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，需要通過(guò)采用合理的方法進(jìn)行預(yù)測(cè)。兩類指標(biāo)具體劃分如表4所示。

（2）不同情境下的區(qū)域水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)。根據(jù)預(yù)測(cè)的評(píng)價(jià)指標(biāo)值，利用公式（1）～（7）測(cè)算9種情境組合下的區(qū)域水環(huán)境承載力，記為分別代表9種不同情境組合。

（3）設(shè)置區(qū)域水環(huán)境承載力健康閾值?；趪?guó)家、地區(qū)對(duì)水環(huán)境質(zhì)量的客觀要求，采用專家咨詢法設(shè)置區(qū)域水

（4）分析理想情境組合并提出城鎮(zhèn)化發(fā)展速度的合理范圍。以區(qū)域水環(huán)境承載力閾值YZ為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)9種不同情境下的區(qū)域水環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)值進(jìn)行篩選，依據(jù)篩選出的情境確定區(qū)域城鎮(zhèn)化發(fā)展速度的合理范圍?！俺擎?zhèn)化發(fā)展合理速度”判別規(guī)則如下：

5 實(shí)證分析：以江蘇省為例

以江蘇省作為研究區(qū)域進(jìn)行實(shí)證分析，主要基于以下特點(diǎn)：江蘇省區(qū)位優(yōu)勢(shì)好，經(jīng)濟(jì)實(shí)力強(qiáng);人口密度大，城鎮(zhèn)化水平高;全省用水量多，水環(huán)境壓力大;制度相對(duì)健全，社會(huì)關(guān)注度高。計(jì)算時(shí)以2030年為目標(biāo)年。

5.1 數(shù)據(jù)的收集及處理

選取2006—2017年作為分析樣本時(shí)段，這一時(shí)段江蘇省的城鎮(zhèn)化率呈逐年快速上升態(tài)勢(shì)，且水資源總量存在一定幅度的變化，水污染物排放壓力明顯。采集的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如表5所示。5.2 計(jì)算江蘇省水環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)值

對(duì)指標(biāo)進(jìn)行規(guī)范化處理，計(jì)算指標(biāo)權(quán)重。鑒于篇幅，列出權(quán)重向量見(jiàn)表6?；谙蛄磕７y(cè)算水環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)值。運(yùn)用向量模法測(cè)算2006—2017年江蘇省城鎮(zhèn)化進(jìn)程中的水環(huán)境承載力的狀況，具體計(jì)算結(jié)果如表7所示。

結(jié)果表明：2006—2017年的12年間，江蘇省水環(huán)境承載力總體雖呈上升趨勢(shì)，但近年來(lái)略有波動(dòng)。

（1）2006—2012年間，盡管江蘇省萬(wàn)元GDP用水量、水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率、集中式飲用水源地水質(zhì)達(dá)標(biāo)率、工業(yè)用水重復(fù)利用率、污水集中處理率均有所改善，但由于城鎮(zhèn)化處于高速推進(jìn)階段（年均增長(zhǎng)率達(dá)2%），區(qū)域城鎮(zhèn)人口占比逐年攀升，加之區(qū)域水資源總量波動(dòng)幅度明顯且有所下降，使得水環(huán)境承載力呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。

（2）2013—2016年，盡管江蘇省城鎮(zhèn)化率仍處于中高速推進(jìn)階段（年均增長(zhǎng)率為1.2%左右），但由于政府加強(qiáng)了管制力度，萬(wàn)元GDP用水量、水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率、污水集中處理率等指標(biāo)均明顯改善，使得水環(huán)境承載力呈現(xiàn)良好的上升態(tài)勢(shì)。

（3）2017年相對(duì)2016年的江蘇省水環(huán)境承載力呈現(xiàn)一定的下降，究其原因主要是區(qū)域水資源總量的波動(dòng)造成的，但同時(shí)必須意識(shí)到由于集中式飲用水源地水質(zhì)達(dá)標(biāo)率、工業(yè)用水重復(fù)利用率等指標(biāo)改善的空間逐步變小，水環(huán)境承載力下滑的壓力開(kāi)始顯現(xiàn)。? ? ? 5.3 確定江蘇省城鎮(zhèn)化合理發(fā)展速度

5.3.1 情境設(shè)置

針對(duì)“城鎮(zhèn)化發(fā)展速度”設(shè)定為如下“高、中、低”3種不同情形：分別取“高于”“等于”“低于”近十年江蘇省城鎮(zhèn)化平均增長(zhǎng)率0.2個(gè)百分點(diǎn)，高、中、低城鎮(zhèn)化增長(zhǎng)率分別為1.4%、1.2%、1.0%。

針對(duì)“政府對(duì)水環(huán)境的管制力度”設(shè)定“強(qiáng)、保持、弱”3種不同情形，分別為：加強(qiáng)管制標(biāo)準(zhǔn)、保持現(xiàn)有管制標(biāo)準(zhǔn)、降低管制標(biāo)準(zhǔn)。

按照“城鎮(zhèn)化發(fā)展速度”和“政府對(duì)水環(huán)境的管制力度”的不同情形組合形成9種情境。

5.3.2? 9種情境下的B類評(píng)價(jià)指標(biāo)預(yù)測(cè)

結(jié)合設(shè)定的不同情境，提出表4中B類指標(biāo)的預(yù)測(cè)思路。以2030年為目標(biāo)年，基于相關(guān)規(guī)劃資料，利用公式（9）～（15）對(duì)B類指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)，具體見(jiàn)表8。

5.3.3 不同情境下的區(qū)域水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)計(jì)算

按照9種不同情境組合，利用公式（1）～（7）分別測(cè)算2030年9種情境組合下的區(qū)域水環(huán)境承載力，見(jiàn)表9。

6 建 議

目前江蘇省城鎮(zhèn)化仍處于中高速發(fā)展階段，城鎮(zhèn)化帶來(lái)的水污染、水環(huán)境問(wèn)題也日益嚴(yán)峻，應(yīng)當(dāng)采取有效的措施保證水環(huán)境承載力處于健康穩(wěn)定的狀態(tài)?；趯?shí)證分析結(jié)論，提出建議如下。

（1）要維持城鎮(zhèn)化發(fā)展達(dá)到“中”速水平，必須進(jìn)一步加強(qiáng)政府對(duì)水環(huán)境的管制力度。需制定加大治污力度的政策和管理措施及法律法規(guī)，嚴(yán)格控制廢水排放總量，加大對(duì)違規(guī)排放的處罰力度。提高污水集中處理率，加大對(duì)江蘇省水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率和集中式飲用水源地的水質(zhì)達(dá)標(biāo)率的監(jiān)測(cè)，提高水污染應(yīng)急處理能力。

（2）在維持現(xiàn)有政府水環(huán)境管制力度的情形下，必須將城鎮(zhèn)化發(fā)展速度控制在“低”速水平上。需適度控制城鎮(zhèn)人口的增長(zhǎng)規(guī)模，同時(shí)通過(guò)加強(qiáng)節(jié)水宣傳教育以改善城鎮(zhèn)居民的用水習(xí)慣，減少水資源浪費(fèi)和生活污水隨意排放的現(xiàn)象，加大對(duì)水資源的循環(huán)利用力度，控制萬(wàn)元GDP用水量和萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量，提高水資源的利用效率。

（編輯：李 琪）

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