許長新 吳驍遠

摘要 城鎮(zhèn)化發(fā)展在促進區(qū)域社會經(jīng)濟快速發(fā)展的同時也導致水環(huán)境問題日益嚴峻?；趨^(qū)域水環(huán)境承載力探討了城鎮(zhèn)化發(fā)展合理速度的計量方法：①構(gòu)建城鎮(zhèn)化進程中水環(huán)境承載力評價系統(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，建立評價指標體系;基于評價指標，利用向量模法測算水環(huán)境承載力綜合評價值。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置9種組合情境，在對相關(guān)評價指標進行預測的基礎(chǔ)上，分別測算不同情境下的水環(huán)境承載力綜合評價值;通過“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)濟實力強、城鎮(zhèn)化水平高、水環(huán)境壓力大、制度相對健全的江蘇省作為研究區(qū)域進行實證分析，測算了2006—2017年江蘇省水環(huán)境承載力綜合評價值，以及2030年9種組合情境下的江蘇省水環(huán)境承載力綜合評價值。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，但2013年以后隨著政府管制力度的加強，總體上呈現(xiàn)良好的上升態(tài)勢，但水環(huán)境承載力下滑的壓力已開始顯現(xiàn)。②2030年9種組合情境中，只有“中/強”“低/強”“低/保持”滿足水環(huán)境承載力閾值標準。結(jié)果表明：到2030年，政府對水環(huán)境管制力度“強”的情形下，江蘇省城鎮(zhèn)化發(fā)展可以維持1.0%～1.2%的年增長率;政府對水環(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

中國改革開放以后城鎮(zhèn)化進入快速發(fā)展階段。我國城鎮(zhèn)化的推進在擴大城鎮(zhèn)發(fā)展規(guī)模、增加城鎮(zhèn)人口數(shù)量、擴張城鎮(zhèn)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的同時，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。國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示，1978年我國的城鎮(zhèn)化率尚不到15%，而2018年達到59.58%;2018年全國的耗水總量達到3 207.6億m3，廢污水排放量達到750億t。十九大報告明確指出，必須堅持推動新型工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化同步發(fā)展，不斷壯大國家經(jīng)濟實力和綜合國力。區(qū)域水體的水環(huán)境納污能力總是有限的，過高的城鎮(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);過低的城鎮(zhèn)化發(fā)展速度可能使區(qū)域的社會經(jīng)濟難以達到應有的發(fā)展水平。因此，探索城鎮(zhèn)化發(fā)展過程中，既能保證區(qū)域社會經(jīng)濟健康持續(xù)發(fā)展，又不對區(qū)域水環(huán)境構(gòu)成嚴重威脅的“城鎮(zhèn)化發(fā)展合理速度”具有重要意義。

1 文獻綜述

如何協(xié)調(diào)城鎮(zhèn)化發(fā)展與水環(huán)境承載力關(guān)系的問題一直是學界研究的熱點。國內(nèi)外學者針對城鎮(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)境庫茲涅茨（EKC）模型，研究了中國東部11個省（市、區(qū)）2006—2015年污水排放與經(jīng)濟發(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)化進程與水安全之間的關(guān)系;藍希等[4]從水資源環(huán)境、水污染控制和社會經(jīng)濟承載三個子系統(tǒng)分析了武漢市“長江經(jīng)濟帶”背景之下的水環(huán)境承載力綜合評價。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)化帶來的水環(huán)境的承載壓力和可承載量進行了探討;Freeman等[7]探討了城市化的快速發(fā)展對河口生態(tài)系統(tǒng)和水質(zhì)的影響;史安娜等[8]運用DPSIR框架模型，預測了長江經(jīng)濟帶11個省市的水資源綜合保護水平;徐一劍等[9]以DPSIR概念設計四種模塊，對城市水環(huán)境系統(tǒng)各環(huán)節(jié)進行定量模擬計算以規(guī)劃未來城市水環(huán)境系統(tǒng)的發(fā)展;張鵬等[10]從生態(tài)經(jīng)濟學和系統(tǒng)工程學跨學科的視角出發(fā)，構(gòu)建了一個基于適度人口容量，人口流動和城鄉(xiāng)均衡發(fā)展的生態(tài)文明城市建設路徑的理論分析框架;辛波等[11]運用山東省17地市2003—2012年相關(guān)數(shù)據(jù)，采用固定效應系數(shù)模型、城市環(huán)境熵模型分別對城鎮(zhèn)化的經(jīng)濟與環(huán)境溢出效應進行分析。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]認為地表水環(huán)境的惡化主要是由城市土地利用與擴張引起;Thanh等[13]利用WetSpa和MODFLOW代碼對水文降雨徑流和地下水流動進行了耦合模擬，認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對瑞士北部的一個城市研究地點的四個不同時期的水資源預算計算，深入了解城市地下水的補給情況;Franco等[15]對氣候變化和城鎮(zhèn)化對接收水體水質(zhì)的綜合和相對影響進行評估。④城鎮(zhèn)化進程中的水環(huán)境承載力評價研究。耿雅妮[16]根據(jù)影響水環(huán)境承載力因素的特點，結(jié)合層次分析法和向量模法對西安市水環(huán)境承載力現(xiàn)狀進行評價;沈珍瑤等[17]在動態(tài)模擬遞推算法的基礎(chǔ)上，加入向量模方法來預測未來水環(huán)境的承載力的變化趨勢;陳浩等[18]分析了“海綿城市”試點城市青島市城市化與水環(huán)境兩個系統(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險壓力的耦合協(xié)調(diào)度函數(shù)，測算了城鎮(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。

國內(nèi)外學者在城鎮(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從系統(tǒng)分析角度對水環(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)化可能導致人口結(jié)構(gòu)的變化、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化以及對耗水、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)展的合理速度問題尚未見詳細報道。④面向水環(huán)境壓力大、經(jīng)濟發(fā)達區(qū)域的城鎮(zhèn)化與水環(huán)境承載力的關(guān)系問題值得進一步研究。

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)展合理速度問題。具體研究思路如下：

第一步：構(gòu)建指標體系。在分析城鎮(zhèn)化進程中水環(huán)境承載力評價子系統(tǒng)基本要素的基礎(chǔ)上構(gòu)建評價指標體系。

第二步：指標預處理。對正向和負向指標分別進行規(guī)范化處理;分別確定各評價指標的主觀權(quán)重和客觀權(quán)重，再將主客觀權(quán)重組合確定評價指標的權(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)境承載力綜合評價模型;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置9種組合情境;在對相關(guān)評價指標進行預測的基礎(chǔ)上，測算9種情境下水環(huán)境承載力綜合評價值;通過設置的“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：實證研究。結(jié)合水環(huán)境壓力大、經(jīng)濟相對發(fā)達的典型區(qū)域——江蘇省進行實證研究，并提出政策建議。

3 評價指標體系構(gòu)建

3.1 子系統(tǒng)構(gòu)建及其要素分析

構(gòu)建兩個子系統(tǒng)，其中“城鎮(zhèn)化”子系統(tǒng)用于描述社會經(jīng)濟發(fā)展過程中城鎮(zhèn)人口比重不斷增加、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化升級、城鎮(zhèn)文明不斷發(fā)展的過程;“水環(huán)境承載力”子系統(tǒng)用于描述某一時期、某一區(qū)域范圍內(nèi)，水環(huán)境條件對該區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展和生活需求的支撐能力。針對兩個子系統(tǒng)提出其基本要素如表1所示。

3.2 評價指標體系構(gòu)建

城鎮(zhèn)化進程中的水環(huán)境承載力研究涉及到城鎮(zhèn)化的發(fā)展和水環(huán)境之間的復雜關(guān)系，人口、人均生產(chǎn)總值等社會經(jīng)濟因素是反映城鎮(zhèn)化發(fā)展水平的重要指標，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)展水平評價指標體系，如表2所示。

4 模型研究

4.1 基于向量模法的水環(huán)境承載力綜合評價模型

4.1.1 對指標進行無量綱化處理

由于各個評價指標存在量綱間的差異，采用公式（1）和（2）對綜合評價指標進行規(guī)范化處理。

4.1.2 確定綜合評價指標的權(quán)重

鑒于水環(huán)境承載力評價過程具有兼具主觀性和客觀性的特點，采用組合權(quán)重的確定方法測算不同指標的權(quán)重。

4.1.3 測算區(qū)域水環(huán)境承載力綜合評價值

利用向量模法，計算區(qū)域第i水平年的水環(huán)境承載力綜合評價值，計算公式如下：

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 不同情境設定

針對“城鎮(zhèn)化發(fā)展速度”設定“高、中、低”3種不同情形，針對“政府對水環(huán)境的管制力度”設定“強、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）評價指標預測。首先需要對區(qū)域目標年的評價指標進行預測。針對資料的可得性將評價指標分為兩類。其中，A類指標通常不會隨組合情境的不同而改變，一般可通過國家或地方相關(guān)規(guī)劃報告直接獲取指標信息;B類指標可能隨組合情境的不同而動態(tài)改變，一般無法直接獲取預測數(shù)據(jù)，需要通過采用合理的方法進行預測。兩類指標具體劃分如表4所示。

（2）不同情境下的區(qū)域水環(huán)境承載力評價。根據(jù)預測的評價指標值，利用公式（1）～（7）測算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）設置區(qū)域水環(huán)境承載力健康閾值?；趪摇⒌貐^(qū)對水環(huán)境質(zhì)量的客觀要求，采用專家咨詢法設置區(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為標準，對9種不同情境下的區(qū)域水環(huán)境承載力綜合評價值進行篩選，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 實證分析：以江蘇省為例

以江蘇省作為研究區(qū)域進行實證分析，主要基于以下特點：江蘇省區(qū)位優(yōu)勢好，經(jīng)濟實力強;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;制度相對健全，社會關(guān)注度高。計算時以2030年為目標年。

5.1 數(shù)據(jù)的收集及處理

選取2006—2017年作為分析樣本時段，這一時段江蘇省的城鎮(zhèn)化率呈逐年快速上升態(tài)勢，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 計算江蘇省水環(huán)境承載力綜合評價值

對指標進行規(guī)范化處理，計算指標權(quán)重。鑒于篇幅，列出權(quán)重向量見表6?；谙蛄磕７y算水環(huán)境承載力綜合評價值。運用向量模法測算2006—2017年江蘇省城鎮(zhèn)化進程中的水環(huán)境承載力的狀況，具體計算結(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，但近年來略有波動。

（1）2006—2012年間，盡管江蘇省萬元GDP用水量、水功能區(qū)水質(zhì)達標率、集中式飲用水源地水質(zhì)達標率、工業(yè)用水重復利用率、污水集中處理率均有所改善，但由于城鎮(zhèn)化處于高速推進階段（年均增長率達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。

（2）2013—2016年，盡管江蘇省城鎮(zhèn)化率仍處于中高速推進階段（年均增長率為1.2%左右），但由于政府加強了管制力度，萬元GDP用水量、水功能區(qū)水質(zhì)達標率、污水集中處理率等指標均明顯改善，使得水環(huán)境承載力呈現(xiàn)良好的上升態(tài)勢。

（3）2017年相對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造成的，但同時必須意識到由于集中式飲用水源地水質(zhì)達標率、工業(yè)用水重復利用率等指標改善的空間逐步變小，水環(huán)境承載力下滑的壓力開始顯現(xiàn)。? ? ? 5.3 確定江蘇省城鎮(zhèn)化合理發(fā)展速度

5.3.1 情境設置

針對“城鎮(zhèn)化發(fā)展速度”設定為如下“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)化平均增長率0.2個百分點，高、中、低城鎮(zhèn)化增長率分別為1.4%、1.2%、1.0%。

針對“政府對水環(huán)境的管制力度”設定“強、保持、弱”3種不同情形，分別為：加強管制標準、保持現(xiàn)有管制標準、降低管制標準。

按照“城鎮(zhèn)化發(fā)展速度”和“政府對水環(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類評價指標預測

結(jié)合設定的不同情境，提出表4中B類指標的預測思路。以2030年為目標年，基于相關(guān)規(guī)劃資料，利用公式（9）～（15）對B類指標進行預測，具體見表8。

5.3.3 不同情境下的區(qū)域水環(huán)境承載力評價計算

按照9種不同情境組合，利用公式（1）～（7）分別測算2030年9種情境組合下的區(qū)域水環(huán)境承載力，見表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)化帶來的水污染、水環(huán)境問題也日益嚴峻，應當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)?；趯嵶C分析結(jié)論，提出建議如下。

（1）要維持城鎮(zhèn)化發(fā)展達到“中”速水平，必須進一步加強政府對水環(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)，嚴格控制廢水排放總量，加大對違規(guī)排放的處罰力度。提高污水集中處理率，加大對江蘇省水功能區(qū)水質(zhì)達標率和集中式飲用水源地的水質(zhì)達標率的監(jiān)測，提高水污染應急處理能力。

（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)人口的增長規(guī)模，同時通過加強節(jié)水宣傳教育以改善城鎮(zhèn)居民的用水習慣，減少水資源浪費和生活污水隨意排放的現(xiàn)象，加大對水資源的循環(huán)利用力度，控制萬元GDP用水量和萬元工業(yè)增加值用水量，提高水資源的利用效率。

（編輯：李 琪）

參考文獻

[1]BRENNAN E M. Population urbanization environment and security： a summary of the issues[J]. Environmental change and security project report， 1999（1）：102.

[2]陳玉山.基于EKC的城市化和污水排放實證研究——以中國東部省際面板數(shù)據(jù)為例[J].河海大學學報（哲學社會科學版），2018，20（4）：67-74，93.

[3]PIRAGES D. Demographic change and ecological security[J].Environmental change and security project report， 1997（3）： 37-46.

[4]藍希，劉小瓊，郭炎，等.“長江經(jīng)濟帶”戰(zhàn)略背景下武漢城市水環(huán)境承載力綜合評價[J].長江流域資源與環(huán)境，2018，27（7）：1433-1443.

[5]REILLY J， PALTSEV S， FELZER B， et al. Global economic effects of changes in crops， pasture， and forests due to changing climate， carbon dioxide， and ozone[J].Energy policy， 2007， 35（11）：5370-5383.

[6]BOONS F， WAGNER M. Assessing the relationship between economic and ecological performance：distinguishing system levels and the role of innovation[J].Ecological economics， 2009， 68（7）：1908-1914.

[7]FREEMAN L A， CORBETT D R， FITZGERALD A M， et al. Impacts of urbanization and development on estuarine ecosystems and water quality[J].Estuaries and coasts， 2019， 42（7）： 1821-1838.

[8]史安娜，陸添添，馮楚建.長江經(jīng)濟帶社會經(jīng)濟發(fā)展與水資源保護水平研究[J].河海大學學報（哲學社會科學版），2017，19（1）：24-28，89.

[9]徐一劍，孔彥鴻.城市水環(huán)境系統(tǒng)規(guī)劃調(diào)控模型與技術(shù)[J].城市發(fā)展研究，2016，23（6）：21-27.

[10]張鵬，李萍，李文輝.基于適度人口容量的生態(tài)文明城市建設研究——以廣東省惠州市為例[J].中國人口·資源與環(huán)境，2017，27（8）：159-166.

[11]辛波，高彬，劉浩.城鎮(zhèn)化的經(jīng)濟與環(huán)境溢出效應分析及新型城鎮(zhèn)化的路徑選擇——以山東省為例[J].經(jīng)濟與管理評論，2015，31（6）：141-148.

[12]周海麗，史培軍，徐小黎.深圳城市化過程與水環(huán)境質(zhì)量變化研究[J].北京師范大學學報（自然科學版），2003，39（2）：273-279.

[13]THANH T V， VIET N T T. Assessment of urbanization impact on groundwater resources in Hanoi， Vietnam[J]. Journal of environmental management， 2018， 227：107-116.

[14]MINNIG M， MOECK C， RADNY D， et al. Impact of urbanization on groundwater recharge rates in Dübendorf， Switzerland[J]. Journal of hydrology， 2018， 563： 1135-1146.

[15]FRANCO S， GAETANO V， GIANNI T. Urbanization and climate change impacts on surface water quality： enhancing the resilience by reducing impervious surfaces[J]. Water research， 2018， 144： 491-502.

[16]耿雅妮.基于向量模法的西安市水環(huán)境承載力研究[J].中國農(nóng)學通報，2013，29（11）：168-172.

[17]沈珍瑤，祝瑩欣，賈超，等.基于動態(tài)模擬遞推算法和向量模法的水環(huán)境承載力計算方法[J].水資源保護，2015，31（6）：32-39.

[18]陳浩，黃綿松，劉建.青島市城市化與水環(huán)境耦合協(xié)調(diào)關(guān)系評估[J].人民黃河，2019，41（7）：97-102.

[19]WU X Y， XU C X， PANG Q H. Analysis on driving effect of the urbanization development speed on water resources conflict[J]. Mathematical problems in engineering， 2017， 2017：1-11.

[20]蘇賢保，李勛貴，趙軍峰.水資源-水環(huán)境閾值耦合下的水資源系統(tǒng)承載力研究[J].資源科學，2018， 40（5）：1016-1025.