江蘇省水資源環境和城鎮化發展的協調性

馬海良,施陳玲,王若梅

(1.河海大學低碳經濟研究所,江蘇常州 213022;

2.江蘇省“世界水谷”與水生態文明協同創新中心,江蘇南京 210098)

江蘇省水資源環境和城鎮化發展的協調性

馬海良1,2,施陳玲1,王若梅1

(1.河海大學低碳經濟研究所,江蘇常州 213022;

2.江蘇省“世界水谷”與水生態文明協同創新中心,江蘇南京 210098)

在構建水資源環境和城鎮化發展綜合評價指標體系的基礎上,借助耦合協調度模型,對2002—2013年間江蘇省的水資源環境和城鎮化發展的交互作用關系進行了實證分析。結果顯示,水資源和城鎮化的變化過程并不具有一致性。水資源環境水平波動上升,而城鎮化發展水平始終保持上升的態勢。這決定了兩者的耦合關系呈現出獨有的特征:2004年之前處于波動的較低水平耦合階段(拮抗或磨合階段),2004年起迅速進入高水平耦合階段并隨后一直保持在此水平。據此提出加強對水資源的管理和保護,推動產業優化升級,提高水災風險防范能力等建議。

水資源;城鎮化;耦合;協調發展;江蘇省

水資源作為人類賴以生存的重要環境資源之一,對社會的發展、人類文明的進步等起著至關重要的作用。然而,隨著我國城鎮化的快速發展,水資源短缺、水資源污染等問題日益突出,城鎮化發展與水資源保護之間的矛盾也逐漸凸顯出來。因此,如何實現兩者的平衡是當前急需解決的問題之一。研究水資源環境與城鎮化發展的相互協調關系有助于更好地了解城鎮化與水資源生態環境的發展現狀及趨勢,為水生態文明建設提供理論支持,為相關政策和條例的科學制定提供借鑒,進而探索出一條對社會、環境都長期有益的可持續發展之路。

在這方面,國內外學者已開展了較深入的研究,如Paul等[1]對城鎮化和水資源之間的競爭研究; Nagy等[2]針對佛羅里達海灣沿岸地區城市化對河流水文和水質的影響分析[2];方創琳等[3]對于西北干旱區水資源約束下城市化過程及生態效應研究的理論探討;高翔等[4]所做的西北地區水資源環境與城市化系統耦合的時空分異分析。梳理后發現,大部分學者都是圍繞一個典型水文特征的區域展開研究,并沒有對特定的一個省份展開分析,而我國水環境管理主要以屬地原則為主導,特定省份的環境規制強度對其水污染治理特別關鍵。江蘇省是我國東南沿海省份之一,水資源環境具有其獨特的特點:本地水資源不足,過境水資源豐沛;降水量大,產水率低;降水時空分布不均,水的利用效率不高[5]。此外,江蘇省相對突出的“經濟二元結構”(蘇南、蘇北地區經濟總量差異較大)造成水污染也呈現不同特點,蘇南地區水污染主要以工業廢水和生活污染為主,而蘇北地區呈現出以農業面源污染為主,工業廢水污染補充的局面,因此對該區域的研究具有特殊意義。筆者借助水資源環境和城鎮化發展的耦合度模型,著重分析水資源環境和城鎮化發展相互協調的關系和發展規律,并據此預測和掌握兩者關系的未來發展趨勢,以期實現水資源環境和城鎮化發展之間的良性、有序、可持續發展。

1 研究區概況

江蘇省是長江三角洲的重要組成部分,位于東經116°18′～121°57′,北緯30°45′～35°20′之間,全省年平均氣溫在13～16℃之間,年降水量多年均在994.5mm左右。其不僅瀕臨黃海、占領長江下游,而且境內河湖眾多,淮河、太湖、洪澤湖等一系列重要河湖流經于此。可以說,江蘇省擁有較為豐裕的水資源總量。然而,特殊的地理位置加上溫帶向亞熱帶的過渡性氣候又使得其水資源環境具有過境水資源豐富,降水量大但時空分布不均,實際降水所產徑流低于全國和長江、淮河區域的平均水平等特點[6]。此外,在傲人的經濟發展成果和城鎮化快速發展的背后,隱藏著對水資源環境的巨大壓力。水資源需求量的與日俱增,以及城鎮化進程中帶來的水污染問題,使江蘇省的水資源狀況不容樂觀。由此可見,江蘇省面臨著水資源的結構性短缺問題。因此,協調、處理好水資源環境與城鎮化發展的關系是江蘇省甚至于長江三角洲地區實現可持續發展的關鍵之一。

2 水資源環境和城鎮化發展的模型構建及數據處理與分析

2.1 評價指標體系的構建

水資源環境系統與城鎮化系統是由多個影響因素組成的復合系統,需要從不同層面對其進行評估。水資源環境可從水資源水平、水資源壓力和水資源治理3個方面來衡量。而城鎮化發展狀況并不是單純的經濟發展和城鎮化率的提高,還應包括人民生活水平的提高、環境的改善等方面,是經濟、人口、社會、環境發展4個方面的集合體。

為了多層次、全方面地反映該地區水資源環境現狀和城鎮化發展水平從而研究兩者的協調性,筆者構建了一級指標、二級指標和三級指標3個層次。綜合考慮數據的代表性和易獲性,從水資源水平、水資源壓力、水資源治理3個方面選取6項指標構建了水資源環境評價體系;從經濟發展、人口發展、社會發展和環境發展4個方面選取8項指標構建了城鎮化發展的評價體系,見圖1。

2.2 模型構建和數據處理

2.2.1 數據標準化處理

由于在具有多個指標的指標評價體系中指標的性質不一致,其量綱和數量級也存在差異。為了消除這種差異的影響,本文采用min-max標準化方法對原始數據進行標準化處理。其公式如下:

式中:Xij為第i年第j個指標的初始觀測值;Mij為其對應的標準化后的數據。

對于指標值越大效果越差的逆向指標需要對其進行正向化處理。其公式如下:

圖1 水資源環境和城鎮化發展評價指標體系

由此可知,經過標準化處理后的數據值分布在(0～1)區間內。

2.2.2 評價指標權重和綜合水平指數的確定

在選取的14個指標中,由于指標間的相對重要性并不相同,必須進行權重分配。層次分析(AHP)法作為一種定性與定量分析相結合的方法,在安全和環境領域具有較好的實適用性[7]。同時,層次分析法以系統的觀點對體系中的指標對象逐一進行相互比較,以量化的形式確定指標之間的相對重要性,綜合考慮每一種因素對結果的影響,具有系統、清晰、明確等優點,適用于具有多個層次和目標的系統評價。鑒于水資源環境和城鎮化發展評價指標中多級指標之間的不可分割性,筆者采用了層次分析法對指標進行了權重確定,如表1所示。

表1 水資源環境和城鎮化發展評價指標權重分配

采用線性加權法,分別對水資源環境和城鎮化發展標準化處理后的各項指標數值和確定的權重進行加權求和,得到兩者的綜合水平指數。

2.2.3 水資源環境與城鎮化發展的耦合模型

耦合是指2個或2個以上的系統或事物之間相互影響、相互作用的關系,其大小用耦合度來表示。許多學者借鑒耦合的概念構建耦合模型,并將其運用到經濟和資源系統之間的關系研究,被證明能較好地反映2個系統的協調發展態勢。現階段的耦合協調模型多種多樣,其中廖重斌所構建的運用于珠江三角洲城市群的環境與經濟發展的協調度模型[8]被其他學者多次借鑒運用,具有較廣泛的適用性。因此,筆者將采用此耦合模型對江蘇省水資源環境與城鎮化發展的協調性進行研究,具體模型如下所示。

式中:k為調節系數,且k≥2。本文取k=2。可見,耦合度C∈(0,1)。

水資源環境與城鎮化發展的耦合關系可分為如下幾個階段:

a.當C=0時,水資源環境與城鎮化發展之間幾乎無影響,兩者處于無序發展階段。

b.當0＜C≤0.3時,水資源環境與城鎮化發展處于低水平耦合階段。在這個階段,城鎮化發展對水資源環境所帶來的不良影響較小,水資源環境的自凈、自我恢復能力較強,因此城鎮化發展仍具有較大的發展空間。

c.當0.3＜C≤0.5時,水資源環境與城鎮化發展處于拮抗階段。此時,水資源環境已經無法承載城鎮化快速發展帶來的不良影響。

d.0.5＜C≤0.8,水資源環境與城鎮化發展處于磨合階段。在城鎮化發展的同時,開始注重對水資源環境的保護,兩者的矛盾趨于緩和,向良性耦合發展。

e.當0.8＜C＜1時,水資源環境與城鎮化發展處于高水平耦合階段,兩者都處在較高的水平。

f.當C∝1時,水資源環境與城鎮化發展的耦合度趨向最大值,兩者達到良性共振耦合。此時為兩者協調的最佳階段,也是人們理想中能夠到達的最佳狀態。

2.3 數據處理及江蘇省水資源環境和城鎮化發展的耦合狀況分析

2.3.1 水資源環境和城鎮化發展數據的處理及評估

通過查詢2002—2013年《江蘇統計年鑒》和《江蘇水資源公告》中的相關數據,并對其進行處理,分別得到2002—2013年江蘇省水資源環境和城鎮化發展的綜合水平指數,如表2所示。

表2 2002—2012年江蘇省水資源環境和城鎮化發展綜合水平指數

從表2中可見,在2002—2013年間,江蘇省的水資源環境水平呈現出波動上升的趨勢,尤其是2002—2004年和2008—2010年期間波動較大。這一現象可能與該期間災情、疫情頻發,水利政策變動較大有關,如淮北大旱,淮南大水對水資源環境的正面沖突,“非典”疫情的爆發對整體生態環境產生不利影響,造成了水資源質量的下降,并且在一定程度上可能會影響對水利工作的投入力度等,這些都會對水資源環境造成直接或間接的影響。而從江蘇省的城鎮化發展水平來看,自2002年起一直呈現出持續上升的趨勢。由此可知,在這段時期內,江蘇省的經濟經歷了良好的發展階段,城鎮化發展水平隨著經濟的快速發展不斷提高。

結合得到的水資源環境和城鎮化發展綜合水平指數,運用耦合關系模型得到水資源環境和城鎮化發展的耦合度,見表3。

表3 2002—2013年江蘇省水資源環境和城鎮化發展的協調耦合度

從表3中可以發現:2002年江蘇省的水資源環境與城鎮化發展處于磨合階段;2003年則惡化至拮抗階段;而從2004年起又迅速上升至高水平耦合階段。總而言之,即2002年和2003年處于較低水平的耦合階段而2004年之后維持在高水平的耦合。

2.3.2 水資源環境和城鎮化發展的耦合狀況分析

根據2002—2013年江蘇省水資源環境和城鎮化發展的綜合水平指數和協調耦合度,將其轉化為動態發展態勢折線圖(圖2),以便更直觀、清晰地反映兩者之間的耦合狀況以及掌握其發展趨勢。從圖2中可以清楚地發現,2003—2004年可以作為兩者耦合狀況的轉折階段。雖然未能得到2002年之前的相關數據,但是根據圖中曲線的形狀可以推測,在2003年之前,城鎮化發展水平不斷上升,而水資源環境水平上下波動較大,因此,水資源環境和城鎮化發展的協調耦合度緩慢波動上升,并且相對于2004年之后處于較低的水平。此時,兩者處于拮抗或磨合期,在跌宕中朝著高水平的協調發展邁進,但并未達到水資源與城鎮化有序、協調共生的發展。而2004年,耦合度由 2003年的 0.477激增至0.936,其原因一方面為淮河災情流域的逐漸恢復;另一方面得益于江蘇省水利工作在2004年取得重大進展,具體表現為:江蘇省水利廳在這個過程中先后編制了《江蘇省水利“十一五”發展規劃》、《江蘇省近期防洪規劃》、《全省水資源綜合規劃》、《江蘇省水利現代化建設總體規劃》、《湖泊保護規劃》等多部水利規劃方案;重點加大了對農村水資源的管理以及協調農村水利與城市水利的關系;水利工程建設進入又一個高峰期,2004年重點水利工程建設投資完成38.65億元,較2003年凈增約2億[9]。2004年之后,水資源環境水平開始波動上升,城鎮化發展水平依舊保持著持續上升的態勢,兩者的耦合狀況一直保持在輕微波動的高水平耦合階段。可以說,2004年之后,江蘇省步入了水資源環境和城鎮化協調發展的新時期。2004—2013年,在城鎮化不斷發展的同時,對水資源的壓力逐步減小,如萬元GDP耗水量由332.0m3降至84.3m3,萬元GDP污水排放量由2004年的9.92 t下降至2012年的3.89 t等。一方面,這反映了隨著經濟的發展,相關技術如生產技術、污水處理技術等得以進步,在一定程度上降低了對水資源的壓力,緩解了水資源和城鎮化發展的矛盾;另一方面,這也體現了政府及民眾環保及節能減排意識的提高,并積極主動地參與水資源保護,有意識地協調水資源與城鎮化發展。從圖中曲線的走勢可以發現,盡管未來江蘇省水資源環境和城鎮化發展的耦合關系仍可能保持在高水平耦合階段,但耦合度在2013年已呈現出一定的下降趨勢,此外由于水資源環境與城鎮化發展都是動態的發展過程,隨著江蘇省城鎮化的深入,必然對水環境提出更高的要求。因此,環保部門需要對耦合度出現下降的趨勢引起高度重視,以防惡化情況發生。

圖2 2002—2013年江蘇省水資源環境和城鎮化發展的協調耦合度發展態勢

3 結論及建議

3.1 結論

在構建水資源環境和城鎮化發展綜合評價指標體系的基礎上,借助耦合協調度模型,對2002—2013年間江蘇省水資源環境和城鎮化發展的交互作用關系進行了實證分析。從中發現,兩者的變化過程并不具有一致性。總體而言,水資源環境水平波動上升,但在2002—2004年和2008—2010年間出現大幅波動。而城鎮化發展水平始終保持上升的態勢。這決定了兩者的耦合關系呈現出獨有的特征:2004年之前處于波動的較低水平耦合階段(拮抗或磨合階段),2004年起迅速進入高水平耦合階段并隨后一直保持在此水平(小幅波動)。

3.2 建議

為確保江蘇省順利完成水生態文明城市的試點工作,通過率先、帶頭、先行等創新行為,將生態文明建設落實到實處,并成為全國學習的一個標桿,從江蘇省的水資源管理情況、經濟發展模式等方面提出以下3條建議:

a.加強對水資源的管理和保護。嚴格把握用水總量、用水效率、水功能區限制納污“三條紅線”,改進和明確各項水資源控制指標、標準,建立健全水資源管理規章和制度體系,實行更為嚴格的管理和監督制度;加大對河、湖、海以及地下水等水體的污染治理和保護,及時掌握水資源環境的動態情況,防止水資源環境出現惡化;落實水生態文明城市試點的工作,以此為契機推動創建水資源節約型社會在江蘇省內的廣泛開展。

b.推動產業優化升級。大力推進產業結構向更為生態、節水的第三產業發展,優化產業結構;以科技創新為根本推動力,通過技術革新,促使落后的、高能耗的工業向高效、節水、環保型工業轉型升級,利用生態新興產業的發展勢頭,帶動原有產業與之相融,提升整個工業生產水平;促進傳統的農業生產方式向綠色、可循環的生產方式發展,完善對農業生產廢棄物的無害化處理機制,推進農業生產廢棄物資源化[8]。

c.提高風險防范能力。綜合運用各項現代科技技術,建立健全自然災情監控和預警系統,密切關注氣候變化、上游來水、地質情況等,制定切實可行的防范措施,減小自然災害對水資源環境帶來的沖擊,重視對災后的重建和生態系統的恢復;嚴格控制重金屬、化學藥劑、有機污染物等污染源,定期對水體進行風險評估,做好充分的應急準備措施,提高緊急處理能力。

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TV213.4

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1003 -9511(2015)03 -0001 -05

2015-03 -27 編輯:方宇彤)

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國家自然科學基金(41301620);江蘇省高校哲學社會科學基金(2012SJD790023);河海大學中央高校基金(2013B09414)

馬海良(1979—),男,江蘇武進人,副教授,博士,從事水資源經濟與環境規劃。E-mail:hilima@vip.sina.com