寶雞市城市化與水土資源利用關(guān)系分析

李京文，汪 妮

(西安理工大學(xué)西北水資源與環(huán)境生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710048)

隨著城市化的快速發(fā)展，水土資源利用在時(shí)間上和空間上平衡與否直接影響地區(qū)的生態(tài)環(huán)境狀況與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?jié)摿Γ临Y源的數(shù)量、質(zhì)量和組合狀態(tài)對(duì)一個(gè)地區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展前景有較大影響。作為西部干旱半干旱地區(qū)重要城市的寶雞市，由于自然條件和經(jīng)濟(jì)條件的約束、日益膨脹的工業(yè)和城市用水，使寶雞市的城市化發(fā)展和資源與環(huán)境之間的不協(xié)調(diào)日益加劇，水土資源十分緊缺。要避免開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中產(chǎn)生嚴(yán)重的水土資源問(wèn)題，其關(guān)鍵是要認(rèn)清水土資源這一復(fù)合系統(tǒng)目前存在的問(wèn)題，揭示水土資源利用特征與城市發(fā)展的關(guān)系。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)水土資源開(kāi)展了大量的研究工作。外國(guó)學(xué)者Ducrot等［1］提出了城市邊緣水土資源管理的多agent模型。國(guó)內(nèi)學(xué)者在近年來(lái)初步嘗試展開(kāi)與水土資源相關(guān)的理論與實(shí)踐研究。鄭宇等［2］論述了城市化發(fā)展對(duì)水土資源利用的影響效應(yīng);姚士謀等［3］以長(zhǎng)江下游地區(qū)若干城市地區(qū)為例，研究了在城市化進(jìn)程中水土資源利用的特征和問(wèn)題。對(duì)于城市化研究，王建軍等［4］結(jié)合諾爾薩姆的“S”曲線理論對(duì)城鎮(zhèn)化發(fā)展階段進(jìn)行了劃分;劉亞臣等［5］也基于“諾瑟姆曲線”理論對(duì)我國(guó)城市化進(jìn)程做了分析。已有研究通常的作法是將水土資源分別研究，進(jìn)而結(jié)合在一起分析，但將水土資源視為一個(gè)整體，探討兩者之間的相互作用的研究較少;而且，已有研究成果多偏重于水資源的承載力、可持續(xù)利用、供需平衡、優(yōu)化配置研究，而有關(guān)土地資源的研究成果較少。

筆者在調(diào)查寶雞市水土資源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀及其特征的基礎(chǔ)上，建立了城市化發(fā)展階段與水土資源利用存在的對(duì)應(yīng)關(guān)系，分析了水土資源利用方式與城市化水平的匹配程度，揭示水土資源利用特征與城市發(fā)展的關(guān)系，以期為促進(jìn)我國(guó)城市化健康發(fā)展和水土資源可持續(xù)利用提供借鑒。

1 寶雞市城市化發(fā)展階段程度分析

1.1 概況

寶雞市地處陜西省關(guān)中平原西部，地處東經(jīng)106°18'21″～108°03'14″、北緯 33°34'50″～35°06'16″之間。轄金臺(tái)、渭濱、陳倉(cāng)三區(qū)及鳳翔、扶風(fēng)、岐山、眉縣、隴縣、千陽(yáng)、麟游、鳳縣和太白九個(gè)縣，總面積18172 km2，其中市轄區(qū)面積3574 km2，建成區(qū)面積61.02 km2。

1.2 城市化發(fā)展趨勢(shì)

城市化水平即區(qū)域城市化發(fā)展的程度，是反映一個(gè)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要指標(biāo)。基于中國(guó)傳統(tǒng)社會(huì)的農(nóng)業(yè)人口與非農(nóng)業(yè)人口結(jié)構(gòu)具有內(nèi)在的穩(wěn)定性，本文中寶雞市城市化發(fā)展水平衡量指標(biāo)的測(cè)算方法采用單指標(biāo)法，測(cè)算人口城市化指標(biāo)，計(jì)算非農(nóng)業(yè)人口在總?cè)丝谥械谋壤浪銓氹u市城市發(fā)展進(jìn)程的城市化率［6］。

依據(jù)寶雞市統(tǒng)計(jì)年鑒，寶雞市1949年至2010年的人口情況統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，通過(guò)計(jì)算得到寶雞市城市化率，其變化趨勢(shì)見(jiàn)圖1。由圖1可知，隨著中國(guó)的改革開(kāi)放及西部大開(kāi)發(fā)的政策實(shí)施，寶雞市城市化得到迅速發(fā)展。50多年來(lái)非農(nóng)業(yè)人口增幅為906%，同期總?cè)丝诘脑鲩L(zhǎng)幅度為171%。

表1 寶雞市人口情況統(tǒng)計(jì)

圖1 寶雞市城市化發(fā)展水平趨勢(shì)

寶雞市人口自然增長(zhǎng)率和城鎮(zhèn)化率以《寶雞市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展“十一五”規(guī)劃》為準(zhǔn)，各規(guī)劃水平年人口以已有人口作為預(yù)測(cè)的基本依據(jù)，2011—2015年和2016—2020年人口自然增長(zhǎng)率分別按0.55%和0.5%計(jì)算，城鎮(zhèn)化率2015年和2020年分別達(dá)到52%和62%，寶雞市域城鎮(zhèn)化水平年均增長(zhǎng)1.15個(gè)百分點(diǎn)。

按照寶雞城市化發(fā)展水平，城鎮(zhèn)化水平增長(zhǎng)趨勢(shì)呈現(xiàn)的“S”曲線，依據(jù)城市化率變化趨勢(shì)(圖1)，對(duì)寶雞市城市化發(fā)展階段進(jìn)行劃分，將寶雞市城市化進(jìn)程大致分為3個(gè)階段:第一個(gè)階段為城市化初期，即城市化速度比較緩慢，2006年(城市化率在30%)作為轉(zhuǎn)折點(diǎn);第二階段是城市化中期，即城市化加速發(fā)展，2007年之后(城市化率在30% ～70%);第三個(gè)階段是后期，城市化水平趨于飽和［2，5］。

從圖1可以看出，寶雞市城市化發(fā)展整體呈遞增。利用EXCEL曲線回歸模型對(duì)圖1的變化趨勢(shì)進(jìn)行曲線擬合，為了使曲線方程擬合的貼合實(shí)際，采取分段擬合方式，分別得到擬合曲線為2000—2005年:

式中:y為城市化率;T為時(shí)間變量，T=(t－1999);t為年份;R2為擬合結(jié)果，其值越趨近于1，表明擬合效果越好。

把時(shí)間數(shù)據(jù)代入以上擬合方程，從擬合結(jié)果R2值可以看出擬合效果較好，說(shuō)明該曲線方程表示城市化的發(fā)展較為合理。筆者利用此方程來(lái)預(yù)測(cè)t年份寶雞市的城市化程度。通過(guò)擬合曲線明顯看出來(lái)兩個(gè)時(shí)間區(qū)間的變化速率有很大差別，且變化速率的分段點(diǎn)剛好是城市化發(fā)展兩個(gè)階段的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

2 城市化發(fā)展與水土資源利用關(guān)系

2.1 城市化與水資源利用特征

2.1.1 水土資源情況

寶雞市境內(nèi)有渭河、嘉陵江等大小江河300條，水資源總量為55.5億m3，多年平均水資源總量為37.09億m3，人均水資源量990 m3，每公頃平均水資源量1.11萬(wàn)m3，均低于陜西省平均水平，不到全國(guó)平均水平的一半，全市水資源總的可利用量為22.29億m3。

寶雞市2008年，全市平均地表水開(kāi)發(fā)利用程度為22.1%，地下水開(kāi)發(fā)利用程度為64.7%，地下水開(kāi)發(fā)利用程度較高。全市水資源開(kāi)發(fā)利用率達(dá)58%，與陜西省平均水資源開(kāi)發(fā)利用程度30%相比，水資源開(kāi)發(fā)利用程度較高。根據(jù)《陜西省行業(yè)用水定額》，綜合考慮不同水平年的生活水平、節(jié)水水平等因素，預(yù)計(jì)得到寶雞市2015年、2020年城鎮(zhèn)居民生活用水量分別為10073.29萬(wàn)m3、12769.89萬(wàn)m3。隨著城市的擴(kuò)大和工業(yè)的快速發(fā)展，寶雞市逐漸步入了水資源短缺的窘境。另外，水資源污染、用水效率不高、浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重等，更加劇了水資源的供需矛盾［7-8］。

寶雞市是多山地區(qū)，各地自然條件和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件的不同，決定了土地類(lèi)型及其分布的不均衡性和區(qū)域性。該市山地面積占總土地面積80.5%，坡地占耕地總面積的50.7%，旱地占總耕地面積的67.7%，加上本區(qū)氣候特征，雨量多集中在7、8、9這3個(gè)月，造成水土流失嚴(yán)重，耕地總體質(zhì)量較差。全市已開(kāi)發(fā)利用的土地面積占土地總面積的90.57%，而未利用土地僅為9.43%，人均耕地約0.117 hm2，耕地復(fù)種指數(shù)136.6%，該市墾殖面積已超出了土地宜農(nóng)極限。大于25°的坡耕地占到總耕地面積的16.4%，據(jù)調(diào)查全市可復(fù)墾和開(kāi)墾耕地資源只有66667 hm2，因此耕地后備資源嚴(yán)重不足。

2.1.2 城市化與水資源利用變化

寶雞市歷年(1980—2008)用水量調(diào)查統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2，變化趨勢(shì)見(jiàn)圖2，從圖2中可以看出，寶雞市生活用水量及工業(yè)用水量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，其中農(nóng)田用水量占總用水量的絕大部分。結(jié)合城市化的發(fā)展趨勢(shì)分析，1980—2005年，處于城市化發(fā)展的初期，城市化率增長(zhǎng)了6%，城鎮(zhèn)及農(nóng)村生活用水量以每年近1000萬(wàn)m3的增加量呈遞增趨勢(shì)，工業(yè)用水量的增長(zhǎng)趨勢(shì)較為突出，1990年較1980年工業(yè)用水量增加了近8000萬(wàn)m3;2005—2008年，城市化率增長(zhǎng)了近20%，寶雞市處于城市化發(fā)展的快速發(fā)展階段，2005年生活用水量較2000年農(nóng)業(yè)用水大幅度增加了近2000萬(wàn)m3，之后呈微弱的遞減趨勢(shì)，其主要原因就是隨著城市化的快速發(fā)展，社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平和科學(xué)技術(shù)不斷提高，國(guó)家對(duì)用水量的控制制約，節(jié)水技術(shù)以及人們的節(jié)水意識(shí)也隨之提高，因此出現(xiàn)了生活用水量微弱的下降趨勢(shì)，但是隨著城市化發(fā)展的大幅度提高，城鄉(xiāng)居民飲用水對(duì)水質(zhì)和水量的要求將進(jìn)一步提高，雖然單位產(chǎn)品用水量在下降，但工業(yè)規(guī)模擴(kuò)大仍將推動(dòng)水資源需求的增長(zhǎng)，城市公共用水和服務(wù)業(yè)用水需求量也將激增，糧食生產(chǎn)用水的需求也應(yīng)予以保證，必然導(dǎo)致全市用水需求的不斷增長(zhǎng)。工業(yè)用水量依然呈明顯遞增趨勢(shì)，相比較城市化初期，增長(zhǎng)速度減慢，水資源的供需矛盾將隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展而愈顯突出，缺水將成為制約城市和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素。

擬合工業(yè)用水量曲線:

擬合生活用水總量曲線:

式中:T=(t－1979);y為用水量。

圖2 寶雞市歷年用水量調(diào)查統(tǒng)計(jì)變化趨勢(shì)

由擬合結(jié)果R2值可知擬合效果較好，由擬合曲線方程可以得到該年總用水量的大小也可以預(yù)測(cè)未來(lái)近幾年的總用水量。由圖2可以看出，用水量隨著城市化發(fā)展呈現(xiàn)出兩個(gè)階段的變化趨勢(shì)，即2005年之前，城市生活用水量隨城市化程度的快速增加;2006年之后城市化提高，城市生活用水量隨城市化程度的增加呈現(xiàn)緩慢增加的趨勢(shì)，其速率明顯減慢的原因主要是由于城市化進(jìn)程中水資源缺乏，城市供水能力不足，而且節(jié)水的規(guī)定和提倡對(duì)用水提出了高要求，限制了城市總用水量。這兩個(gè)階段也與寶雞市實(shí)際情況相符，說(shuō)明響應(yīng)模型的準(zhǔn)確性。

2.2 城市化與土地資源利用特征

將寶雞市土地利用結(jié)構(gòu)主要分了耕地、園林、林地、牧草地、建設(shè)用地以及未利用地共6類(lèi)。寶雞市2004—2010年土地利用現(xiàn)狀變化趨勢(shì)見(jiàn)表 3。2004—2010年是寶雞市城市化快速發(fā)展的階段，城市化率增長(zhǎng)幅度近20%，在城市化進(jìn)程中土地需求量很大。由圖3、圖4、圖5可知，農(nóng)用地面積呈下降趨勢(shì)，建設(shè)用地面積快速增加，未利用土地面積逐年減少。城市化的發(fā)展要占用大量的耕地，這就使得城鎮(zhèn)建設(shè)發(fā)展與基本農(nóng)田保障之間的矛盾顯得尤為突出。土地利用變化以各種類(lèi)型土地轉(zhuǎn)化為城鎮(zhèn)建設(shè)用地的趨勢(shì)最強(qiáng)，在一定程度上也顯示了寶雞正處于城市化的快速階段。

根據(jù)寶雞市土地利用變化趨勢(shì)，得出各土地利用與城市化發(fā)展水平的關(guān)系曲線(圖3、圖4、圖5)，可以看出隨著寶雞市城市化發(fā)展，耕地和建設(shè)用地的可利用面積遞減，城市規(guī)劃面積趨于飽和。利用EXCEL曲線回歸模型對(duì)圖3和圖5進(jìn)行分析，分別得出擬合曲線方程為

表2 寶雞市用水量調(diào)查統(tǒng)計(jì)

表3 寶雞市土地利用現(xiàn)狀

圖3 寶雞市耕地利用變化

圖4 寶雞市未利用土變化擬合曲線

圖3 寶雞市建設(shè)用地變化擬合曲線

式中:Y1為耕地利用面積，hm2;T=(t－2003);Y2為建設(shè)用地利用面積，hm2。

由擬合結(jié)果R2值可知擬合效果較好，根據(jù)擬合曲線(5)(6)的關(guān)系式，可得到現(xiàn)狀年土地利用狀況，也可以預(yù)測(cè)未來(lái)幾年的土地利用現(xiàn)狀。由圖3可以看出，耕地面積隨著城市化發(fā)展呈現(xiàn)出遞減趨勢(shì)且逐漸平緩，即2006年之前，耕地面積降低的速率較大;2006年之后，耕地利用面積略有增加總體呈平緩態(tài)勢(shì)，其主要原因是由于隨著城市化的發(fā)展城市更加重視耕地保護(hù)，寶雞市也作為了國(guó)家的退耕還林的重點(diǎn)區(qū)域。由圖5可知，建設(shè)用地隨著城市化的發(fā)展快速增加，寶雞市處于城市化、工業(yè)化快速發(fā)展階段，到2010年和2020年，全市生產(chǎn)總值將分別達(dá)到1000億元和3800億元，城市化率將分別達(dá)到45%和55%［9］，全市建設(shè)用地仍將保持強(qiáng)勁需求。2009年后增加趨勢(shì)有所平緩，這主要是由于耕地保護(hù)和生態(tài)建設(shè)的增大，而且寶雞市新建設(shè)用地的空間有限，隨著城市化程度的不斷增加不難預(yù)料建設(shè)用地和耕地用地以及其它用地的矛盾也日益突出［9］。

2.3 寶雞市城市化階段的水土資源利用特征

城市化發(fā)展在促進(jìn)城市人口、經(jīng)濟(jì)集聚，以及城市和城市體系的空間形態(tài)高級(jí)化進(jìn)程的同時(shí)，也促使有限的水土資源由粗放利用逐步轉(zhuǎn)向集約利用。隨著城市化水平提高，農(nóng)業(yè)人口向城鎮(zhèn)的集中布局，對(duì)城鄉(xiāng)土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)換、土地利用效率產(chǎn)生顯著的影響，而且為滿足城市正常的生活和生產(chǎn)，地表及地下水資源的開(kāi)采量大幅度提高。隨著城市化的進(jìn)程，水土資源利用呈現(xiàn)了相應(yīng)的特征變化。

在城市化發(fā)展初期，城市化發(fā)展速度與城市人口增長(zhǎng)速度相對(duì)緩慢，因此城市用地面積增長(zhǎng)也較為緩慢;工業(yè)發(fā)展也剛剛起步，人們以經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)為主，生產(chǎn)用水量迅速增加，水資源供給的限制作用較小，僅對(duì)某些高耗水、污染型工業(yè)布局有一定影響，水資源利用效率較低、浪費(fèi)比較嚴(yán)重［10］。

寶雞市在2005年后，非農(nóng)業(yè)人口迅速增多，城市建設(shè)用地不斷擴(kuò)大，城市集聚規(guī)模效應(yīng)顯現(xiàn)。城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)開(kāi)始向資金密集型產(chǎn)業(yè)方向發(fā)展，產(chǎn)業(yè)分工的細(xì)化與規(guī)模經(jīng)濟(jì)的擴(kuò)張，使城市內(nèi)部用地結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜和緊張。隨著時(shí)間的推移，土地資源的經(jīng)濟(jì)供給對(duì)城市化進(jìn)程的約束作用顯現(xiàn)出來(lái)，主要表現(xiàn)到了農(nóng)業(yè)用地和非農(nóng)業(yè)用地供求矛盾問(wèn)題。水資源的利用也具有相類(lèi)似的特征。隨著工業(yè)規(guī)模、人口集聚規(guī)模增大，特別是重工業(yè)(化工、冶金、電力等部門(mén))的高耗水性，以及城市人口增多和生活需水量的不斷上升，使城市用水需求量迅速增長(zhǎng)，就地供水已不能滿足需要，大型水源地開(kāi)始建設(shè)，用水成本增加，農(nóng)業(yè)、工業(yè)、居民生活等用水出現(xiàn)總量約束和協(xié)調(diào)配置的問(wèn)題。

3 結(jié)論

a.采用單指標(biāo)法的人口城市化指標(biāo)，根據(jù)寶雞市人口增長(zhǎng)的趨勢(shì)，分析城市化和水土資源的相關(guān)關(guān)系，將寶雞市城市化發(fā)展階段劃分為兩個(gè)發(fā)展階段，第一階段城市化程度不高，城市用地增長(zhǎng)緩慢，城市用水效率較低;第二階段城市化加速發(fā)展，城市用水量增加較快，且速率由快變慢，主要是由于水資源缺乏，城市供水能力不足，限制了城市生活用水量，并且城市建設(shè)用地不斷擴(kuò)大，面積增長(zhǎng)趨勢(shì)較為明顯。若寶雞市不提高水資源供給，按照目前的供水量，城市化得不到充分發(fā)展，對(duì)城市化的限制作用逐漸增強(qiáng)，限制率逐年增大。

b.寶雞市城市化發(fā)展過(guò)程中伴隨著城市化水平的不斷提高，寶雞市總用水量和建設(shè)用地面積也呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)，且存在一定的正相關(guān)關(guān)系。

c.城市化進(jìn)程中針對(duì)水土資源利用呈現(xiàn)的特征，在城市化快速發(fā)展的中后期，水土資源的承載能力會(huì)趨于緊張甚至達(dá)到極限狀態(tài)，有限的水土資源必將限制城市化的發(fā)展，因此應(yīng)協(xié)調(diào)城市化健康發(fā)展與水土資源可持續(xù)利用的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。

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