基于空間異質性的新疆城鎮化與水資源利用效益的協調度分析

(塔里木大學經濟與管理學院， 新疆 阿拉爾 843300)

1 前言

絲綢之路經濟帶(以下簡稱“一帶一路”)戰略是習近平總書記提出的關于推動我國對外交流、現代化建設、經濟全球化可持續發展的戰略舉措。“一帶一路”經濟社會發展戰略的貫徹落實，勢必為我國沿線省份及周邊城鎮的社會及經濟發展帶來新的挑戰和機遇，尤其是作為重要樞紐的新疆維吾爾自治區，應當充分發揮與周邊8 個國家相鄰的地理位置優勢和重要樞紐作用。但是與其它一帶一路途經省份相比，新疆位于我國西北內陸，毗鄰沙漠，炎熱干燥，降水量少，因此在新疆城鎮化建設中，提高各類自然資源利用效益以求實現經濟社會的可持續發展尤為重要，尤其是受總量限制但又需求量大的水資源。

國際學者普遍關注城市化與生態環境交互作用關系,研究城鎮化與水資源之間存在著某種復雜的耦合協調作用。國外學者Ruth Meinzen-Dick[1]認為由于農村人口大量向城市轉移及外來人口的涌入，使總量既定的水資源逐漸由豐富轉向短缺，從而分析了不同產業的水資源利用效益，來研究水資源對城市發展的控制及束縛作用。Katerina Donevska[2]從農業用水、市政用水、能源用水、工業用水等角度系統地計算了水資源供需矛盾與城市化發展之間的矛盾，從而分析馬其頓王國農業和非農產業的發展狀況并提出結論及建議。國內學者主要對干旱區水資源緊張及生態惡化原因,城市化與生態環境交互脅迫機理,城市化與生態環境之間EKC模型、雙指數模型和耦合度模型等定量分析手段,城市化發展模式等進行了研究[3]。黃德春[4]運用綜合賦權的方法建立了新疆水貧困和城市化指標評價體系，從空間的角度分析了新疆水資源匱乏與城市化進程的耦合協調發展水平。牛鳳瑞[5]認為在西北干旱地區的城鎮化發展進程中，水資源總量的短缺和不合理的用水結構給城鎮化進程帶來了嚴重的雙層制約。楊宇等[6]考察了塔里木河流域的水土資源和城市化的空間格局及其相互作用,研究發現城鎮化和水土資源效益空間格局受綠洲分布、氣候條件及城鎮發展基礎等因素的影響,表現出不同的狀態。張勝武等[7]定量分析干旱區流域城鎮化與水資源環境系統交互耦合的主要因素,并揭示了耦合度的時空變化規律。

綜上所述，大部分學者都把水資源總量約束作為制約城鎮化發展的關鍵因素，而鮮有學者研究水資源利用效益與城鎮化系統之間時空差異的耦合協調關系。本文在分析城鎮化與水資源利用現狀的基礎上，建立城鎮化水平與水資源利用效益的耦合協調度測算模型，分析兩者的耦合程度及相互聯動影響，以求進一步探尋城鎮化與水資源效益之間的關系，為推動“一帶一路”戰略下新疆經濟社會可持續發展提供借鑒。

2 新疆城鎮化與水資源概況

2.1 新疆城鎮化發展現狀

2000年以來新疆城鎮化各方面都保持著不斷增長的良好趨勢。至2015年，新疆總人口達2 359. 73萬人，人口密度104 1 人/平方公里，其中城鎮人口1 114. 50萬人，人口城鎮化率達47. 23%，相比1978年人口城鎮化率年均增長0. 57個百分點。2000年新疆人口城鎮化率(33. 75%)與全國人口城鎮化率(36. 22%)差值達2. 47個百分點，到2015年新疆人口城鎮化率達47. 23%，但與全國人口城鎮化率(56. 10%)相比較，差距仍然較大，且增加至8. 87個百分點。2015 年人均GDP(9 325元)較2000年(5 437元)增加了3 888元；2010～2015 年供氣總量增加了1. 21個百分點，由216 080萬m3增加至476 869萬m3；供熱總面積也增加了43. 5%，由19 162萬km2增加至27 499萬km2；文化教育事業也快速發展，五年間在校中學生人數增加了12. 8萬人；城市建設方面：建成區面積、公園面積、城市園林綠地面積、道路長度、環衛專用車輛設備數年增長率分別達6. 19%、11. 02%、14. 27%、7. 9%、37%。

2.2 新疆城鎮化進程中的水資源現狀

2.2.1 水資源情況

除河流經流量外，降水也是新疆水資源是非常重要的一部分。新疆各地區降水主要集中于夏季6～8月。2015 年新疆降水總量為 2 273. 5 mm，且降水區域分布非常不均勻，自西北向東南方向遞減。2015年哈密、巴州、吐魯番、和田等地區的年降水量不足 50 mm，烏魯木齊、昌吉、伊犁、塔城等地區的年均降水量超過 200 mm。其中靠近伊犁河谷的伊犁降水量最為豐富，達365. 5 mm。2015年新疆水資源總量為930. 4億 m3，地表水總量為 690. 67億 m3，地下水總量為 450. 23億 m3。用水總量達587. 06億 m3，其中農業用水占546. 43億 m3，占94. 67%，生態用水僅有5. 8億 m3，僅占1%左右；污水排放量由2014年的10. 27萬噸減少至2015年9. 99萬噸，有所下降，但污水處理能力提升不明顯。

2.2.2 城鎮化進程中的用水量變化

為了探究城鎮化水平與水資源利用情況在客觀上是否具有一定相關關系，根據城鎮化進程中城市水資源用途的不同，將水資源劃分為工業用水、居民生活用水，生態用水。將新疆2000～2015 年城鎮用水量變化趨勢與城鎮化率數據進行趨勢分析，結果如圖1 所示：

圖1 新疆2001～2015年用水量與城鎮化率變動情況

從圖1可以看出，近15 年，隨著全疆城鎮化水平的快速提高，不管是用水總量還是工業用水量、居民生活用水量總體上均有上升。2015年全疆供用總水量為587. 06 億m3，比 2001年增長20. 5%；工業用水總量為15. 01億m3，比 2001年增長7. 01億m3，年均增長率為5. 8%。從2001～2015 年的工業用水量變化趨勢來看，隨著全疆城鎮化的推進、工業經濟總量的增加，工業用水量也逐漸在增加，2001～2015年工業用水增長速度達到88. 75%，并且在2013年呈現波動上升趨勢，由13. 8億m3上升至15. 1億m3，由此可見，“一帶一路”戰略的實施帶動了新疆工業的發展，但由于新疆工業經濟的發展水平較低，工業節水能力和污水處理能力較弱，導致工業用水量不僅沒有隨著工業的發展而減少，反而呈現上升趨勢。

城鎮化建設的推進使城市建設用地，包括公園、體育設施建設、綠化帶等社會公共設施用地面積大幅度增加，進而促使生態用水量成為了城市用水量的重要組成部分。從近 15 年的生態用水量變化趨勢來看，2003～2007 年生態用水量呈上升趨勢，但此后呈下降趨勢，可見在新型城鎮化建設的推動下，工業用水和居民生活用水的增加及水資源低效率利用現狀擠占了用于生態建設及環境保護的水資源量，生態環境破壞嚴重，保護力度不足，與城市經濟社會建設可持續發展的目標不符。因此，在城鎮化發展中，不僅要重視經濟城鎮化，更要重視生態城鎮化，合理配置自然資源，實現城市建設的健康可持續發展。

3 基于時空差異的城鎮化水平指數與水資源利用效益指數

3.1 研究方法介紹

3.1.1 熵值法

熵是衡量信息不確定性的一種手段。信息量越大，不可靠性越小，熵越小；反之亦然。依據熵的這個特點，能夠經過計算熵值以判斷事件的無序性和隨機性，也可以用熵值來判別某個指標的分散指數和離散程度，指標的分散指數越大，則對綜合評價的影響也就越大。根據熵值法計算城鎮化水平指數的計算方法如下所示：

(1)指標標準化

由于各指標之間量綱的差異，有必要對城市化水平各指標進行數據標準化處理，以消除不同量綱對計算結果的影響。步驟如下：

其中，Sij第j項指標下第i區域指標值的比重；X'ij是數據的標準化值，正向指標：X'ij=Xij/Xmax，逆向指標：X'ij=Xmin/Xij。

(2)信息熵的計算

式中：eij為信息熵，m為評判城鎮數。

(3)使用熵值法確定各指標權重系數

熵值法是一種客觀的加權方法,可以根據每個指標觀測值所提供的信息的大小來確定指標權重系數，有助于規避極值對綜合評價的影響[8]。設Wij為第j項指標的權重系數，則：

(4)城鎮化水平指數確定

利用權重及各指標數據標準化值確定新疆的城鎮化水平指數U(L)。

3.1.2 TOPSIS 法

TOPSIS是一種有限分析方案的多目標決策分析法，其基本原理：首先，由指標的標準化值與熵值法確定的權重構成規范化矩陣并確定指標的正、負理想解；然后建立二維數據空間,用于評價指標綜合向量與正、負理想解之間的距離，在這之中找到一個距離正理想解最近，距離負理想解最遠的方案作為方案集的滿意解。運用TOPSIS法進行水資源利用效益評價方法如下：

(1)對指標進行極性處理，求得極性一致化矩陣x。

各指標中有正效應指標，也有負效應指標，這就要求將指標轉化為相同的趨勢，即將負效應指標轉化為正效應指標，轉化方法：

倒數法：X=1/x；

(2)轉化后原始數據矩陣則轉化為決策矩陣。

設原始數據有m個參評樣本，n項指標。

(3)對極性一致化矩陣進行標準化處理。

水資源效益評價指標體系中各指標皆屬于效益型指標，因此采用效益型指標無量綱化方法，對水資源效益指標數據進行標準化處理，標準化公式為：

(4)標準化后的得到規范化決策矩陣Z。

(5)根據各評價指標的權重，計算規范化加權決策矩陣Y。

其中：Yij=WijXZij(i=1,2…m；j=1，2^n)。

(6)確定正理想解Y+、負理想解Y-。

(7)計算各指標值與整理想解的相對距離，即得到各地區水資源利用效益指數W(L)，0≤W(L)≤1，越接近1表示水資源效益水平越高。

3.2 指標選取

為了準確評價新疆城鎮化、水資源效益，按照指標代表意義的科學性、指標所屬的系統性、數據可獲得性及可比性等原則，構建了新疆城鎮化水平評價指標系統和水資源效益評價指標系統，指標數據來源于2006～2016 年《新疆統計年鑒》、各地州市《統計年鑒》、《水資源公報》。

城鎮化水平選取了：城鎮人口比重，非農業人口數，人均生產總值，人均社會消費品零售額，工業產值占工農業產值比重，第三產業產值占GDP比重，城市居民自來水普及率，建成區面積比重，燃氣普及率，萬人擁有醫療床位數，萬人中學生人數共11個評價指標。

水資源利用效益選取了：單方水產出，工業用水定額，農業用水定額，水資源開發利用率，人口密度，生活用水定額，人口自然增長率，人均GDP，生態用水率，污水排放量，單位耕地面積水資源占有量共11個評價指標。

3.3 城鎮化進程及水資源利用效益水平空間異質性分析

3.3.1 指標權重確定

運用熵值法計算了城鎮化水平系統及水資源效益系統的各指標權重，為了減少不同年份之間權重的差異對綜合評價造成影響，以2005～2015各年指標權重的均值作為統一的指標權重見表1。

表1 城鎮化水平與水資源利用效益的指標方向及權重

續上表

通過表1中各指標權重可以看出，非農業人口總數指標所占權重最高，對城鎮化水平影響也最大，說明現有城鎮化水平的提高主要依賴于非農業人口的不斷增加，而不是城市的健康、綠色發展。城鎮的非農業人口規模對城鎮化水平有很大的影響，隨著非農人口的增加，城市化發展的各方面，如公共衛生、社會福利、文化教育等也會因為人口激增而壓力增大，要在這個基礎上促進城鎮化水平進一步提高，就必須在改進戶籍制度，建立健全社會保障制度的同時調整產業結構，促進權重較低的工業、第三產業迅速發展，提高居民收入，提高中小學生入學率，增強居民科學文化素質，共同促進城市健康發展。從水資源利用效益的各項指標看來，排在前三位權重的是：人均GDP、人口密度、污水排放量，說明在水資源總量既定的條件下，城市經濟的高速發展帶動了工業產業的發展，工業廢水的不合理排放也加重了水環境污染，對此，必須要在發展經濟的同時兼顧生態環境保護，不斷提高污水凈化能力，促進城市健康、綠色、和諧發展。

3.3.2 城鎮化水平與水資源利用效益指數空間異質性分析

利用熵值法和TOPSIS法，通過以上計算求得2005、2010、2015 年新疆北、東、南疆15個地、州、市城鎮化水平指數U(L)和水資源利用效益指數W(L)，見圖2與圖3。

圖2 新疆2005年、2010年、2015年北、東、南疆城鎮化水平指數

從圖2可以看出：2005～2015年，新疆北、東、南疆15個地、州、市的城鎮化水平指數總體呈現波動上升趨勢，但2010～2015年個別地區城鎮化水平出現持平(如北疆的克拉瑪依市、博州)和輕度回落(如北疆的伊犁州、阿勒泰地區，南疆的巴州、阿克蘇地區)現象，這可能是由于此類地區早期借助資源及產業優勢吸引了大量人口和資金涌入，使得地區城鎮化迅速發展，但隨著資源的大幅度消耗，產業產品在市場上供給冗余，其地區優勢不再凸顯，甚至成為了制約地區發展的劣勢，其城鎮化出現了停滯不前和回落現象，但是波動程度較低，基本趨于平緩。2015年，城鎮化水平指數>0. 2的為北疆的烏魯木齊市、克拉瑪依市、石河子市、昌吉州以及東疆的哈密地區、南疆的巴州；城鎮化水平指數<0. 15的為南疆的克州、喀什地區、和田地區與北疆的阿勒泰地區。通過以上分析可以看出，總體來看，新疆北、東、南疆的城鎮化水平呈現明顯的空間異質性，北疆地區城鎮化水平較高(除個別地區較低)，東疆城鎮化水平居中，南疆城鎮化水平較低。北疆應在經濟發展的同時保護生態環境，防止城市污染加重，建設綠色城市，提高城鎮化質量；南疆與東疆各地區應該抓住“一帶一路”戰略帶來的機遇，調整產業結構，推動二、三產業迅速發展，利用現有資源進行產品深加工，回攏資金，用于城市其他落后方面建設，提高地區整體城鎮化水平。

圖3 新疆2005年、2010年、2015年北、東、南疆水資源利用效益指數

從圖3可以看出：2005～2015年新疆各地、州、市水資源利用效益指數呈波動上升趨勢。水資源效益平均值達到0. 150以上的均在北疆(烏魯木齊市、克拉瑪依市、昌吉州)，這些城市化水平高的地區，與其他地區相比擁有較多的資金可以用于技術開發及推廣，因此其城市節水技術、污水處理能力、水資源循環利用能力相對較強，水資源利用效率更高；水資源利用效益指數在0. 10以下的有南疆的克州、喀什地區，東疆的吐魯番地區以及北疆的博州、石河子市，在0. 05以下的僅有南疆的和田地區，南疆及東疆臨近沙漠，水資源總量少，降水量也相對少，水資源總量的制約及城鎮化過程中不合理的用水方式使這些地區的水資源利用效益還處于偏低狀態，而北疆的石河子市、博州其水資源總量較豐富，但其快速的城鎮化進程使得工業用水量大幅度增加，工業廢水再利用率較低，導致水資源利用效益下降；其余地州市水資源利用指數在0. 10～0. 15，與水資源利用效益指數較高的地區相比，這些地區的城鎮化水平還處于緩慢發展階段，推動城鎮化建設很大程度上還需要依賴當地的資源、環境等，且沒有過多的資金可以投入到水資源利用效益相關的技術研究和生態環境的保護中。

4 新疆城鎮化與水資源利用效益耦合協調度計算分析

4.1 計算方法

設城鎮化水平和水土資源利用效益的協調度系數的計算公式如下：

式中 f(x)表示城鎮化指數，g(x)表示水資源利用效益指數。C表示鎮化與水資源利用效益的耦合協調度，D為修正之后的耦合協調度系數，其中0≤D≤1，D的值越接近于1，則城鎮化水平與水資源利用效益的協調度就越高，協調等級越高；反之協調度越接近0，則協調等級越低。其協調度程度見表2。

表2 協調度等級及其劃分標準

4.2 結果分析

根據上述理論，運用耦合協調度的公式計算得到2005、2010、2015 年城鎮化與水資源利用效益耦合協調發展系數D如表3所示。

表3 新疆各地州、市 2005、2010、2015 年城鎮化與水資源利用效益耦合協調發展狀況

續上表

從表3可以看出，2005～2015年，新疆北、東、南疆各地區城鎮化與水資源利用效益協調度呈上升趨勢，但2010～2015年，大部分城市卻呈現下降態勢(如克拉瑪依市、哈密地區、阿勒泰地區等)，由水資源分布及用水結構分析可以發現，新疆北、東、南疆水資源及降水情況分布不均，水資源總量不足且用水結構不合理，隨著城鎮化水平的提高，非農人口大量涌入城市，城鎮化與水資源利用效益協調度卻出現下降趨勢。這可能是由于近年來“一帶一路”戰略實施及國家大力扶持和自身資源支持下，城市人口和經濟發展迅速，但其他各方面發展較緩慢，水資源利用效益的提升幅度偏小，跟不上城市化發展速度。根據2005、2010、2015年新疆北、東、南疆15個地、州、市的城鎮化與水資源利用效益耦合協調度評價指數可知：2005年，耦合協調度最高的是克拉瑪依市(D=0. 36)，處于城鎮化與水資源利用效益的勉強耦合協調階段，到2015年其排名還保持位列第一，不過并未發生等級上的變動，只是耦合協調度水平略有上升的波動。從2005～2015年在全疆范圍內，南疆三地州的城鎮化與水資源利用效益耦合協調度排名靠后，一直排名靠后的是克州與喀什地區，和田地區的協調度呈明顯下降趨勢且2015年其耦合協調度低于克州與喀什地區。說明城鎮化與水資源利用效益耦合協調度與當地的經濟狀況、人均收入水平、基礎設施建設和自然資源條件等息息相關。

5 結論與建議

5.1 結論

(1)“一帶一路”戰略實施以來，隨著新疆城鎮化發展速度逐漸下降并趨于平穩，水資源利用效益呈緩慢上升趨勢，而水資源利用效益與城鎮化的耦合協調度卻開始出現了下降態勢。由耦合協調度表分析可得，新疆水資源與城鎮化發展總體處于勉強協調關系，但是在“一帶一路”建設帶來的機遇之下，新型城鎮化建設進程的加快，工業企業得到迅速發展，工業用水量和污水排放量也隨之大幅增加，但水資源的污染處理及節水技術和生態保護意識卻沒有太大提升，水資源總量不變，水資源利用效率雖有所提高，但遠遠無法跟上城鎮化的發展速度，導致新疆水資源利用效益與城鎮化之間的協調程度呈下降態勢，如果未來不加以重視與保護水資源，新疆城鎮化發展終將會受到水資源短缺帶來的限制。

(2)新疆北、東、南疆的城鎮化水平和水資源利用效益存在明顯的空間異質性，且新疆城鎮化和經濟發展過程中，水資源按產業分配利用結構不合理，農業生產用水比例過大。受經濟發展和干旱區特殊地理環境等因素的影響，至2015年新疆用水總量達530億m3，遠遠超出國家確定的三條紅線中用水總量控制紅線，其中農業用水量占用水總量的95%以上，工業用水僅占12億m3，生態用水呈現下降趨勢，水資源無法得到合理的循環利用。

(3)新疆城鎮化與水資源利用效益耦合協調度呈現明顯的空間異質性。從北疆、東疆、南疆來看：北疆的克拉瑪依市、烏魯木齊市一直保持排名第一、第二，昌吉州、石河子市排名靠前；東疆的哈密地區排名靠前，吐魯番市屬于中等水平；南疆五地州整體排名靠后，特別是屬于國家深度貧困區的南疆三地州(克州、喀什地區、和田地區)排名倒數三位，巴州與阿克蘇地區屬于中等水平。

5.2 建議

(1)加大資金投入，積極開發引進先進節水技術，提高節約意識，從而提升水資源利用效率。新疆的水資源短缺嚴重制約了新疆區域經濟發展。政府資金和技術支持是重大水利工程順利進行的保障，所以地方政府要在本地經濟發展的基礎上，積極爭取中央專項資金和技術支持，在“一帶一路”帶來的機遇下引進國內外資金，發展經濟，加強重大水利工程建設，積極改善區域水資源條件。調整工業用水、生活用水價格，倡導節約意識，水資源循環利用，一水多用，提高水資源利用效益。

(2)利用一帶一路區域優勢，積極發展經濟。新疆城鎮化水平與內地相比偏低，經濟發展緩慢，所以要依托“一帶一路”戰略優勢，利用本身的優勢資源，發展城市特色產業，重點發展第三產業，培育城市增長點，帶動區域經濟發展，進而擁有更多資金與技術，提高水資源利用率，不斷良性循環促進城市和諧發展。

(3)改變傳統農業漫灌為滴灌，調整產業結構，減少灌溉用水，謀求城市節水型發展。新疆工、農、服務產業用水結構相當不合理，農業用水比重大，效率低，二、三產業缺乏資源支撐，政府應當積極倡導農民調整就業結構，閑時種地，忙時打工。同時投入資金，引進、推廣適合本地區的節水灌溉技術，建立健全節水灌溉制度，同時應當適當調整產業結構，大力發展二、三產業，提高經濟發展水平，從根源上解決低效率的水資源利用與快速的城鎮化發展不協調的問題。