區域城市化及工業化進程與農業用水相關性研究

韓亞靜

(鄭州大學水利科學與工程學院，河南 鄭州 450001)

近年來，隨著社會經濟的發展，水資源供需矛盾日益顯著，水資源短缺已經成為制約國家經濟發展的主要因素[1]。在以農業生產為主、水資源嚴重短缺的河南省尤為明顯。鑒于此，本文對河南省典型區域的用水結構變化、城市化和工業化進程以及二者與農業用水之間的關系進行具體分析，從中找出農業用水隨經濟發展的變化規律，對河南省各市合理配置和調度水資源、保障糧食安全以及新型城市化、新型工業化、農業現代化的和諧發展等方面具有一定的研究意義。

1 研究區概況和數據來源

1.1 研究區概況

河南省位于我國中部，地跨淮河、長江、黃河、海河四大流域，全省多年水資源總量為413.71億m3，全國排名第19位[2]，屬于重度缺水地區，地區人口分布差異懸殊，不同地區工業化發展水平不一。同時，河南省又是我國的糧食生產大省，2019年糧食產量為6695.40萬t，位于全國第二。近10年來全省農業年平均用水量227.18億m3,占用水總量的71.2%，工業用水38.12億m3, 占16.8%；生活用水27.27億m3, 占12.0%[3]。河南省以占全國1.23%的水資源與1.74%的耕地支撐了全國10.09%的糧食產量，產糧任務繁重，農業用水面臨的形勢日漸嚴峻。

1.2 典型研究區的選擇

考慮到河南省各城市工業化和城市化發展水平以及水資源稟賦與用水結構的差異性，選擇鄭州、周口兩座城市作為典型研究區進行研究。鄭州市人口規模較大，經濟水平以及工業化水平較高，工業門類齊全，水資源需求大但總量少。周口市為河南省的重要糧食產地，經濟發展較落后，工業化水平較低。因此選擇鄭州市與周口市作為本文主要研究對象。

1.3 數據來源

采用鄭州市、周口市兩個典型研究區2001—2017年的統計數據，農業用水量、工業用水量、城鄉生活環境用水量、用水總量、降水量來自2001—2017年《河南省水資源公報》，城市化率、第二和第三產業增加值以及國民經濟生產總值來自2002—2018年《河南省統計年鑒》和2002—2004年《鄭州市統計年鑒》。

2 典型區用水結構變化

2.1 指標選取

由于用水量能夠直接反映水資源不同利用方式下用水的變化情況，且用水量占總用水量的比重更能直觀反映出城鎮擴張、產業結構變化對農業用水的影響，本文選擇計算農業用水量及其占總用水量的比重來綜合分析研究區農業用水的結構變化特點。農業用水比重采用下式計算：

(1)

2.2 農業用水結構變化

近年來，鄭州市與周口市的農業用水量變化不盡相同，變化情況見圖1。鄭州市的農業用水量變化趨勢總體較為平緩，呈下降趨勢，由2001年的8.12億m3減少到2017年的4.90億m3，17年間減少了3.22億m3，減幅為39.66%。周口市的農業用水量起伏明顯，其中2001—2003年由13.18億m3急劇減少到5.52億m3，此后又呈波動上升，2009—2013年間保持在12.66億m3以上，2012年達到最大值13.52億m3，此后呈波動變化，至2017年變至11.34億m3，17年間減少了1.84億m3，減幅為13.96%。鄭州市的農業用水量減小的幅度相較周口市更大。

圖1 兩市歷年農業用水結構變化

由兩市近17年來農業用水比重的變化趨勢分析可知，在2001—2017年間，鄭州市的農業用水量占用水總量的比重呈現出較為明顯的下降趨勢，由2001年的53.59%減小到2017年的24.28%，17年間減少了29.31%，年均下降1.83%，其中2011年較上年驟減10.94%，此后又緩慢回升并保持穩定。周口市的農業用水比重除了在2001—2004年間下降較為明顯，由73.90%下降到55.00%，其余各年份都在66.27%附近波動，總體較為穩定，起伏變化不大。

綜上分析，鄭州市農業用水量與農業用水比重之間變化緊密，二者相關系數為0.97，說明農業用水受非農業用水和水資源總量的影響明顯。周口市兩指標之間相關系數為0.85，非農業用水需求的變化對農業用水的影響不明顯，水資源相對能夠滿足需求。

2.3 非農業用水結構變化

兩市2001—2017年工業用水結構變化情況見圖2。由圖2可以看出，兩市近17年來的工業用水量總體呈微弱上升的變化趨勢。鄭州市的工業用水量與用水比重明顯高于周口市，年平均高出2.79億m3。鄭州市工業用水量2004—2008年增幅最大，由3.82億m3增加至5.76億m3，4年間增加了1.94億m3。周口市工業用水量總體較低，最低為1.39億m3，最高為2.88億m3，變化趨勢相對平緩，起伏不大。鄭州市工業用水比重由2001年的26.05%增至2007年的32.75%，變化明顯；2007—2012年在波動中下降；2013年之后為穩定下降的狀態，該變化反映了鄭州市處于工業化中后期且正在向后期過渡的特性。周口市工業用水占比2002—2004年間有較大起伏，其他年份總體微弱上漲，由2001年的10.01%增至2017年的15.70%，增速緩慢且較穩定。

圖2 兩市歷年工業用水結構變化

由圖3兩市城鄉生活環境用水結構對比可知，鄭州市城鄉生活環境用水量與用水比重增幅顯著，年平均用水量比周口市多3.02億m3，其城鄉生活環境用水量由2001年的3.09億m3增至2017年的9.83億m3，在波動中上升，除2010—2013年間起伏較大之外總體變化穩定。周口市城鄉生活環境用水量在波動中微弱增長，由2001年的2.87億m3增至2017年的3.50億m3，波動起伏變化不明顯。鄭州市的城鄉生活環境用水比重變化較為明顯，由2001年的20.35%增長至2017年的48.74%，增幅為28.39%。總體趨勢與城鄉生活環境用水量變化趨勢相似，可見隨著城市化、工業化的發展，鄭州市非農業用水所占比重日益增加，從而導致農業用水比重逐步減少。對于經濟發展程度較低的周口市，城鄉生活環境用水比重自2003年起有所減少，并有微弱的波動，對農業用水無太大影響。

圖3 兩市歷年城鄉生活環境用水結構變化

3 典型區城市化及工業化發展變化特點

3.1 指標選取

為更準確地反映河南省城市化、工業化的發展狀況，本文選擇城市化率來表示河南省城市化發展程度，采用第二、第三產業增加值占國內生產總值的百分比表示工業化發展程度，其計算公式如下：

(2)

其中人口數據均用常住人口而非戶籍人口。

第二、第三產業增加值占GDP比重=

(3)

由于鄭州市正處于從工業化中期向后期過渡的階段[4]，工業化率不能較好地反映工業化進程與農業用水之間的關系，而第二、第三產業與工業、生活和環境用水有著較為緊密的關系，因而將第二、第三產業增加值占GDP比重作為反映工業化程度的指標，能夠較好地反映城市化、工業化與農業用水的關系[4]。

3.2 城市化及工業化發展變化情況

鄭州市2001—2017年、周口市2004—2017年城市化與工業化的發展變化情況見圖4。鄭州市的城市化率在17年間變化穩定且上升明顯，由2001年的55.5%上升至2017年的72.2%，17年間增長了16.7%，年平均增長1.04%。周口市近14年間的城市化率也呈現出較為穩定的增長態勢，由2004年的16.6%增長至2017年的41.2%，14年增長了24.6%，年平均增長1.89%。這種差異來自鄭州市之前城市化發展水平較高，近年來發展速度相對較為緩慢，而周口市之前城市化程度相對滯后，近年來一直處于較快發展的狀態。鄭州市近17年的第二、第三產業占比增長十分緩慢，且歷年平均水平為96.72%，2001年為94.53%，2017年為98.35%，17年間增長了3.82%，年均增加0.24%。周口市第二、第三產業占比由2001年的62.05%增至2017年的81.84%，17年間增長了19.79%，年增長率為1.24%。鄭州市經濟發展水平始終處于較發達的狀態，近年來變化不明顯，而周口市的經濟進程相對落后，近年來發展較為迅速，導致了兩市的第二、第三產業占比的差異。

圖4 兩市歷年城市化率和第二、第三產業增加值占GDP比重變化

4 典型區城市化及工業化進程與農業用水相關性分析

4.1 典型區城市化及工業化進程與農業用水量的相關性

回歸分析是研究變量之間作用關系的一種統計分析方法，多用于探討自變量對因變量的影響，即原因對結果的影響程度。高明娟等[5]分析得出城市經濟發展與用水量之間為對數曲線模型，即

y=λ+μlnx

(4)

式中：y為城市化率,%；x為用水量，億m3。

本文將經濟發展指標與農業用水關系通過對數函數擬合進行分析，兩市城市化和工業化水平與農業用水量的相關性見圖5。鄭州市的城市化率與農業用水量的相關系數為-0.826，表現出較為顯著的負相關關系，且城市化率每提高1%，農業用水量減少0.21億m3。第二、第三產業增加值占GDP比重與農業用水量的相關系數達-0.880，同樣存在較好的相關關系，農業用水量隨著社會發展而減小，由于城市化進程加快以及人們生活水平不斷提高，各行業競爭激烈，城市用水需求增加，水資源配置中農業用水的優先權重低，使得有限的水資源配置給農業生產的量減少，農業用水向非農業用水轉移。有效灌溉面積為某區域當年能進行正常灌溉的農田面積，能夠反映地區的水利化程度以及農業生產穩定程度。鄭州市農業用水量雖呈減少的趨勢，但有效灌溉面積不斷增加，由2007年的185.06×103hm2增長至2017年的202.47×103hm2，分析鄭州市的有效灌溉面積與農業用水量的相關性，得到二者之間的相關系數為-0.709，為較好的負相關關系，且有效灌溉面積每增加1×103hm2，農業用水量減少0.082億m3。由此可見灌溉效率表現出逐步提高的態勢。

圖5顯示周口市隨著城市化率與第二、第三產業增加值占GDP比值的不斷提高，農業用水量看似呈現出增加的趨勢，但二者相關性并不緊密，造成這種現象的主要原因是周口市為國家糧食主產區，工業基礎相對薄弱，城市化水平遠低于鄭州市，屬于后發農業地區[2]。將農業長期作為基礎產業才能促進周口市經濟的穩定發展，從而推進城市化的進程。又由于其經濟水平相對落后，城市化進程緩慢，此過程中非農業用水變化不明顯，水資源的供應基本上可以滿足非農業用水的需求，因而社會經濟的發展對農業用水的影響并不顯著。且分析周口市近17年來的降水量與農業用水量之間的相關性，發現二者呈現出顯著的負相關關系，相關系數達-0.819，年降水量每減少100mm，農業用水量增加0.588億m3，可見周口市的農業用水量很大程度取決于當地的年降水量。

圖5 城市化率和第二、第三產業增加值占GDP比重與農業用水量的關系

4.2 典型區城市化及工業化進程與農業用水比重的相關性

由圖6可以看出，鄭州市城市化、工業化的發展對農業用水比重的影響非常大，相關系數達-0.882，表現為城市化率每升高1%，農業用水所占比重相應降低1.8%，鄭州市第二、第三產業增加值占GDP比重與農業用水比重之間也呈現極顯著相關關系。隨著第二、第三產業增加值占GDP比重的不斷升高，農業用水所占比重不斷下降，二者相關系數達到-0.927。由此可見，鄭州市的水資源供需矛盾十分突出。隨著鄭州市城市化、工業化的快速發展，農村人口不斷向城鎮遷移，第一產業逐漸向第二、第三產業轉變，產業結構發生變化。第二、第三產業規模日益壯大，非農業用水與農業用水之間的矛盾加劇，在一定程度上非農用水能夠帶來更大的經濟效益，使得配置給非農業用水的水資源量不斷增加，致使農業用水所占比重不斷下降。同時由于農村勞動力也不斷向城鎮轉移，農業規模逐漸減小，農業用水相應減少，這也是導致農業用水所占比重不斷減小的一個重要原因。

圖6 城市化率和第二、第三產業增加值占GDP比重與農業用水比重的關系

通過對周口市的城市化率和第二、第三產業增加值占GDP比重與農業用水比重之間的相關性進行分析，發現其相關關系并不顯著，相關系數僅為0.325、-0.144。這是由于周口市的城市化進程較為落后，工業基礎薄弱且水資源相對充沛。由于城市化水平較低，城鎮人口占比較少，第二、第三產業發展落后，第一產業為主導產業，非農業用水對農業用水的擠占并不明顯。并且水資源量較充沛，基本上能夠滿足城市用水的需求，在水資源配置中分配給農業用水的水量能夠滿足需求。因此周口市農業用水量相對穩定，農業用水比重與城市化、工業化進程之間的相關性并不明顯，農業用水量與年降水量呈負相關關系。

5 結 論

本文利用鄭州市、周口市2001—2017年經濟發展指標及用水量數據，分析了兩市的用水結構和社會發展現狀，并采用回歸分析法探討兩市城市化及工業化進程與農業用水的相關關系，得出如下結論：

a.隨著社會經濟進一步發展，鄭州市的城市化水平仍將不斷提高，產業結構重心也會不斷向第二、第三產業傾斜，農業用水與非農業用水之間的矛盾仍將存在；但速度將有所放緩。周口市社會發展進程將不斷加快，農業與非農業用水之間的矛盾將逐漸凸顯。

b.處于不同發展階段的城市，其城市化、工業化發展變化形式不同，鄭州市的城市化、工業化進程與農業用水之間關系顯著，周口市農業用水并未有顯著的改變。