孫志強

(北票市水資源辦公室,遼寧 北票 122100)

在推進沈陽經(jīng)濟區(qū)、沿海經(jīng)濟帶以及振興老工業(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)化進程。隨著人口的增長、城鎮(zhèn)化進程的加快和經(jīng)濟的發(fā)展,資源要素流動理論認為人類活動對資源的需求將持續(xù)增長,從而導致更加嚴重的生態(tài)環(huán)境污染、資源緊張等問題[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)擴大、城鎮(zhèn)化進程的加快和水資源的短缺,導致城市用水需求急劇增大,城鎮(zhèn)和其它用水面臨著嚴峻的形勢。在促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的情況下,科學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題。

近年來,國內(nèi)外科學家越來越關注水資源與城市化相關問題的研究,如Suriya等認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程;聶春霞等利用SD預測模型分析了城市化進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)展有利于促進城市化發(fā)展[2-4]?，F(xiàn)有研究主要集中于城鎮(zhèn)化進程受生態(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)性評價分析還鮮有報道。根據(jù)新增長理論,水資源是城鎮(zhèn)化進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)化的雙向作用機制,只是簡要分析了兩者的單方面關系。文章利用模糊層次分析法(FAHP法)構建協(xié)調(diào)度評價模型,評價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過程及其系統(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3.2%、增長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)計人口4351.7萬人,其中城鎮(zhèn)人口占68%,農(nóng)村人口占32%,人口自然增長率低和城鎮(zhèn)化率相對偏低,人均可支配收入低于全國平均水平,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)性評價

2.1 構建評價指標體系

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

圖1 水資源與城鎮(zhèn)化的關聯(lián)圖

結合遼寧地區(qū)生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟、社會和水資源狀況,遵循區(qū)域差異性、目標性、可獲取性和系統(tǒng)性等原則,選擇水資源評價分析使用頻率較高的28個指標。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)、水庫蓄水量7個指標;社會系統(tǒng)層包括人口密度、人口自然增長率、城鎮(zhèn)化率、城鎮(zhèn)生活污水處理率、生活用水定額、專業(yè)技術人員數(shù)、單位水資源量產(chǎn)出效率7個指標;經(jīng)濟系統(tǒng)包括人均GDP、GDP增長率、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個指標;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)廢水排放達標率、生物多樣性指數(shù)7個指標。

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。從構成要素上,可選用環(huán)境、生活、經(jīng)濟、社會城鎮(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)性和科學性原則,從多個不同方面選擇代表性的20個指標。其中,社會城鎮(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)村勞動力文化程度、萬人擁有床位數(shù)、萬人擁有民用車輛數(shù)5個指標;經(jīng)濟城鎮(zhèn)化包括人均地方財政一般預算收入、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個指標;生活城鎮(zhèn)化包括農(nóng)村居民人均生活燃料支出、萬人擁有醫(yī)護人員數(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支出5個指標;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個指標。

2.2 數(shù)據(jù)來源

水資源承載力和城鎮(zhèn)化質(zhì)量評價體系中的指標數(shù)據(jù)來源于遼寧省各年份《水資源公報》、《國民經(jīng)濟發(fā)展統(tǒng)計公報》、《統(tǒng)計年鑒》、《調(diào)查年鑒》等相關資料,通過計算整理可以獲取大部分數(shù)據(jù),只有少部分數(shù)據(jù)直接從統(tǒng)計資料中提取。

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)性越高則相對離差系數(shù)越小,利用下式計算協(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為權重,結合實際條件設定CW與UI權重相同。依據(jù)UWH衡量標準(表1)和模型計算結果,可確定系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)程度。

表1 協(xié)調(diào)發(fā)展度衡量標準

2.3.2 綜合指數(shù)CW

根據(jù)水資源承載力評價體系(表1)計算水資源承載力綜合指數(shù)CW,計算公式如下:

(2)

式中:α、β、χ為權重,利用模糊層次分析法(FAHP法)計算社會、經(jīng)濟、生態(tài)權重依次為0.2418、0.1934、0.2743。結合CW衡量標準(表2)和模型計算結果,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衡量標準

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

(3)

(4)

2)復合承載力指數(shù)。為了反映水資源承載的壓力與本身支持力之間的相對關系,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)學表達式為:

CCI=CCP/CCS

(5)

式中:CCP為水資源承載的社會、經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境壓力指數(shù)之和;CCS為支持力指數(shù),通過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系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的壓力作用,選擇壓力影響因素,考慮到不同指標的單位和量綱不同,利用下式計算水資源承載的壓力指數(shù)FiP,即:

(6)

式中:Xij、Wi為標準化處理后的壓力指標值和權重值;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,鑒于不同指標的單位和量綱不同,利用下式計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)量評價體系(表2)計算城鎮(zhèn)化質(zhì)量綜合指數(shù)UI,其計算公式如下:

(8)

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

(9)

3 實證分析

3.1 參評指標權重

文章利用模糊層次分析法(FAHP法)計算各項指標權重,詳細運算流程參考董雯等的研究成果,計算確定各層指標權重值。

結果表明,水資源系統(tǒng)權重最大0.2905,其次為生態(tài)系統(tǒng)的0.2743,說明遼寧地區(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,水資源環(huán)境與生態(tài)環(huán)境關系密切,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給程度和可利用程度;對生態(tài)、經(jīng)濟與社會系統(tǒng),影響水資源壓力的關鍵因子有生物多樣性指數(shù)、工業(yè)廢水處理達標率、農(nóng)業(yè)與工業(yè)用水、生活用水定額和人口自然增長率。結合排序結果,權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)廢水排放達標率的權重較高,說明生態(tài)系統(tǒng)、水資源系統(tǒng)與水資源承載力大小的關聯(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給程度等[6]。

對于城鎮(zhèn)化水平,權重最高的是生活城鎮(zhèn)化的0.2716,其次是社會城鎮(zhèn)化的0.2572,說明城鎮(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、生活消費情況對城鎮(zhèn)化質(zhì)量影響較大,對城鎮(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、基礎設施建設水平等事業(yè)發(fā)展狀況,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)情況與勞動力教育情況。Ⅲ層中權重最高的是農(nóng)村居民生活消費支出的0.0623,工業(yè)化率、農(nóng)村勞動力文化程度、城鎮(zhèn)居民人均教育支出的權重較高,說明遼寧地區(qū)的工業(yè)化水平、勞動力文化程度、教育支出、居民生活消費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年相關統(tǒng)計數(shù)據(jù),經(jīng)標準化處理,采用文中所述公式計算確定各項指數(shù)值,結果見表3。

表3 水資源承載力與城鎮(zhèn)化質(zhì)量綜合評價值

結果表明,水資源社會(F2P)、經(jīng)濟(F3P)、生態(tài)壓力指數(shù)(F4P)呈波動下降的變化趨勢,說明遼寧省的水資源壓力波動較大,但總體呈減小趨勢,究其原因可能是生態(tài)、經(jīng)濟、社會對水資源產(chǎn)生的壓力滯后效應。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(U1I)、經(jīng)濟(U2I)、生活(U3I)、生態(tài)(U4I)城鎮(zhèn)化指數(shù)均表現(xiàn)出波動上升趨勢,這說明遼寧省的城鎮(zhèn)化質(zhì)量逐漸提升。具體而言,增長幅度最高的是經(jīng)濟城鎮(zhèn)化指數(shù)(U2I),其次為生活城鎮(zhèn)化指數(shù)(U3I),這說明經(jīng)濟發(fā)展對促進城鎮(zhèn)化具有明顯作用;生活與經(jīng)濟城鎮(zhèn)化不同步,說明在保障經(jīng)濟快速發(fā)展的情況下,今后的城鎮(zhèn)化進程應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,這說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)化帶來的社會經(jīng)濟效益等積極效應大于負面效應,從而使得協(xié)調(diào)發(fā)展度逐漸轉向輕微協(xié)調(diào)狀態(tài)。

4 結 論

1)遼寧省生活與經(jīng)濟城鎮(zhèn)化不同步,即人均GDP增長與經(jīng)濟發(fā)展、總GDP增長速度具有一定差距,逐漸成為制約水資源承載力與城鎮(zhèn)化協(xié)調(diào)發(fā)展的關鍵因素,在保障經(jīng)濟快速發(fā)展的情況下,今后城鎮(zhèn)化進程應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、規(guī)模和集聚效應改變著水資源的消耗量。在初期發(fā)展階段,主要通過投入大量的要素提高城鎮(zhèn)化質(zhì)量,這必然會導致水資源消耗量的明顯增加;當發(fā)展到一定階段后,隨著技術的進步與成熟、產(chǎn)業(yè)結構的優(yōu)化以及經(jīng)濟發(fā)展的轉變,在一定程度上緩解了水資源壓力,水資源狀況好轉,水資源與城鎮(zhèn)化進程開始趨于協(xié)調(diào)。