武漢市城市化與水資源協(xié)調(diào)發(fā)展研究

侯雷

摘要：

武漢市是長江經(jīng)濟帶的核心城市之一，其城市發(fā)展與水資源之間存在相互作用。為明晰武漢市2010～2020年城市化與水資源的關(guān)系及協(xié)調(diào)發(fā)展特征，建立了城市化與水資源綜合評價指標體系，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建耦合協(xié)調(diào)模型，探究城市化與水資源的耦合協(xié)調(diào)度，并結(jié)合脫鉤模型進一步分析城市化與水資源各指標間的關(guān)系。結(jié)果表明：武漢市2010～2020年城市化和水資源系統(tǒng)的主要影響因素分別為經(jīng)濟城市化和水資源水平。在城市化進程中，人口城市化和社會城市化綜合指數(shù)平穩(wěn)增長，分別增加0.14和0.20，經(jīng)濟城市化和空間城市化綜合指數(shù)則表現(xiàn)為緩慢增長和快速增長兩個階段。在水資源系統(tǒng)的各項指標中，水資源利用指數(shù)在2010～2015年增長較快，2016～2020年在0.22～0.24范圍內(nèi)呈波動變化；水資源水平則在2016年和2020年較高，主要受年內(nèi)降雨量較大的影響；水資源管理指數(shù)平穩(wěn)增長，由0.02增加到0.28。2011年武漢市城市化與水資源的協(xié)調(diào)發(fā)展處于磨合階段，2013～2020年屬于高水平耦合階段；根據(jù)耦合協(xié)調(diào)度可將武漢市2010～2020年城市化與水資源系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展等級劃分為7級，其中2013～2020年為協(xié)調(diào)發(fā)展階段。武漢市城市化水平與水資源的脫鉤類型主要為增長負脫鉤和強負脫鉤，占比分別為36.67%和25.00%。

關(guān) 鍵 詞：

水資源； 城市化； 耦合協(xié)調(diào)模型； 脫鉤模型； 武漢市

中圖法分類號： TV213

文獻標志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.017

0 引 言

隨著城市化進程的加快，城市人口不斷增長、基礎(chǔ)設(shè)施逐漸完善、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級、經(jīng)濟發(fā)展速度不斷增長［1］。水資源作為重要的自然資源和經(jīng)濟資源，既為城市發(fā)展和建設(shè)提供物質(zhì)基礎(chǔ)和必要支撐，同時也對城市發(fā)展路徑和目標產(chǎn)生深刻影響［2-4］。然而在城市化進程中，經(jīng)濟社會發(fā)展與水資源之間的矛盾日益彰顯，主要表現(xiàn)為人口增加、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、污水排放與治理等對水資源的需求量及水環(huán)境的影響不斷增大。與此同時，水資源的數(shù)量和質(zhì)量也會制約城市的發(fā)展，水資源約束力成為導致城市化進程緩慢的重要因素之一，城市化與水資源系統(tǒng)間存在復雜的耦合作用［5-7］。目前已有較多研究對城市化與水資源的關(guān)系進行了探究［8-10］，例如呂素冰等［11］分析了中原城市群城市化與用水量、用水效益和用水水平的相關(guān)性，并建立回歸關(guān)系；蔣元勇等［12］利用耦合協(xié)調(diào)度模型探究了南昌市城市化與水資源環(huán)境交互耦合作用關(guān)系；王飛等［13］構(gòu)建了皖江城市帶城市化與水資源之間的耦合協(xié)調(diào)度模型，并對兩者的耦合關(guān)系進行時空分析。雖然目前較多研究針對城市化與水資源變化的總體特征及耦合關(guān)系進行了分析，但缺乏對城市化與水資源交互作用的探究。

長江經(jīng)濟帶是中國經(jīng)濟發(fā)展的重要支撐，但在發(fā)展過程中面臨著較大的水資源壓力［14］。作為長江經(jīng)濟帶的核心城市，武漢市近年來經(jīng)濟發(fā)展快速，城市規(guī)模逐步擴大，其水資源水平與開發(fā)利用程度也在不斷發(fā)生改變。明晰城市化與水資源的關(guān)系及協(xié)調(diào)發(fā)展特征，已然成為解決城市發(fā)展與水資源矛盾的重要前提。

鑒于此，本文通過構(gòu)建城市化與水資源綜合評價體系，并利用耦合協(xié)調(diào)度模型，探究2010～2020年武漢市城市化與水資源的協(xié)調(diào)程度，同時結(jié)合脫鉤模型更加全面地分析城市化與水資源系統(tǒng)相互影響的復雜關(guān)系，從而促進武漢市水資源的高效合理利用，并進一步為長江經(jīng)濟帶的可持續(xù)發(fā)展提供科學參考。

1 研究區(qū)域及方法

1.1 研究區(qū)概況

武漢市地處長江中游地區(qū)，江漢平原東部，位于東經(jīng)113°41′～115°05′，北緯29°58′～31°22′，是湖北省省會，長江經(jīng)濟帶核心城市，區(qū)位優(yōu)勢顯著。氣候?qū)儆趤啛釒駶櫺约撅L氣候，日照充足，四季分明，雨量充沛。全市江河縱橫，湖泊眾多，長江和漢江交匯于此，水資源較豐富。近年來，隨著武漢市城市化的快速發(fā)展，水資源的保護和利用面臨著較大的挑戰(zhàn)。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文所采用各項指標數(shù)據(jù)主要來源于《武漢市統(tǒng)計年鑒》，部分數(shù)據(jù)來源于《武漢市水資源公報》《湖北省水資源公報》。

2 結(jié)果分析

2.1 城市化水平和水資源分析

由表3中各指標的權(quán)重計算結(jié)果可知，經(jīng)濟增長對城市化進程具有明顯的推動作用（0.2887），其中第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對經(jīng)濟增長的促進作用較大；人口城市化對城市化的影響則相對較弱（0.2224）。從水資源來看，水資源水平的權(quán)重值最高（0.3974），表明水資源的基礎(chǔ)條件對水資源系統(tǒng)的影響較大。水資源利用（0.3040）和水資源管理（0.2986）因素對水資源系統(tǒng)的影響則主要表現(xiàn)在人均用水量和污水處理總量兩個方面。

圖1為城市化指數(shù)和水資源指數(shù)的變化情況，可以看出，4項反映城市化水平的指標總體呈現(xiàn)上升的趨勢，表明武漢市的城市化進程在不斷向前推進，其中人口城市化和社會城市化綜合指數(shù)平穩(wěn)增長，2010～2020年分別增長了0.14和0.20。而經(jīng)濟城市化和空間城市化綜合指數(shù)變化過程可分為兩個階段，第一個階段是2010～2014年的緩慢增長階段，該時期經(jīng)濟城市化和空間城市化指數(shù)分別增長了0.02和0.06；第二個階段是2015～2020年的快速增長階段，經(jīng)濟城市化和空間城市化指數(shù)分別增長了0.09和0.15。從水資源系統(tǒng)各指標值的變化來看，水資源利用指數(shù)在2010～2015年增長較快，表明該時期武漢市城市化過程中對水資源的利用效率越來越高，2016～2020年水資源利用指數(shù)則保持在相對較高的水平，主要在0.22～0.24范圍內(nèi)波動。水資源水平綜合指數(shù)在2016年和2020年較高，主要因為其年內(nèi)降雨量與往年相比較為充沛，分別為多年平均年降水量的1.40倍和1.48倍。水資源管理指數(shù)呈現(xiàn)平穩(wěn)上升趨勢，由0.02增加到0.28，由此可以看出近年來武漢市水資源重復利用與污水處理技術(shù)在不斷地改進和提升。

從圖2可以看出，城市化綜合指數(shù)呈現(xiàn)平穩(wěn)增長的趨勢，2010～2020年綜合指數(shù)增長0.69；水資源綜合指數(shù)整體呈增長態(tài)勢，2011～2020年由0.09增加到0.90。水資源綜合指數(shù)在2016年和2020年的增長較為明顯，結(jié)合圖1的結(jié)果可知，主要與該年份水資源水平較高有關(guān)。從城市化綜合指數(shù)與水資源綜合指數(shù)的對比來看，水資源系統(tǒng)在2011～2015年及2017～2019年滯后于城市化的發(fā)展，而在其余年份則表現(xiàn)為城市化滯后于水資源系統(tǒng)發(fā)展的特征。

2.2 城市化與水資源耦合協(xié)調(diào)度分析

武漢市城市化與水資源系統(tǒng)高水平耦合年份占比為90.91%，2010年城市化與水資源系統(tǒng)具有較高的耦合度，主要由于該年份內(nèi)降雨量豐富，雖然水資源利用效率相對較低，但水資源基礎(chǔ)條件較好。2011年武漢市城市化與水資源系統(tǒng)的發(fā)展處于磨合階段，主要由于該時期城市化水平相對較低，經(jīng)濟社會發(fā)展與水資源利用仍存在一定矛盾。2013～2020年為高水平耦合階段，并呈現(xiàn)不斷向有序發(fā)展階段過渡的趨勢，表明城市發(fā)展與水資源綜合利用與保護更加趨于同步發(fā)展。武漢市城市化與水資源的耦合協(xié)調(diào)度從2011年開始總體呈現(xiàn)逐年上升趨勢，同樣反映出城市化發(fā)展與水資源系統(tǒng)發(fā)展之間存在相互作用關(guān)系（見圖3）。

根據(jù)2010～2020年武漢市城市化與水資源耦合協(xié)調(diào)度進行分類，可劃分為7個協(xié)調(diào)發(fā)展等級（見表4）。2010～2011年的耦合協(xié)調(diào)度較低，為低度失調(diào)等級，主要是由于該階段經(jīng)濟增長較慢，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)仍處于轉(zhuǎn)型和升級時期，同時水資源的利用效率相對較低。隨著耦合協(xié)調(diào)度的不斷提高，從2013年開始城市化與水資源系統(tǒng)初步實現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展，2020年武漢市城市化與水資源系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)等級達到最優(yōu)，協(xié)調(diào)發(fā)展等級年份占比為72.73%。這表明城市化對水資源的壓力逐漸減小，同時水資源對城市發(fā)展的制約作用逐漸減弱，主要原因是城市化與水資源系統(tǒng)發(fā)展具有較強依賴性。隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，人們的節(jié)水意識不斷增強，技術(shù)的快速發(fā)展和節(jié)水設(shè)施進一步普及等促使水資源的利用率提高，污水治理能力也顯著提升，與此同時，水資源整體條件的改善又為城市的生產(chǎn)、生活用水提供更好的保障，對經(jīng)濟社會發(fā)展起到了支撐和推動作用。

2.3 武漢市城市化與水資源脫鉤分析

在明確城市化與水資源耦合協(xié)調(diào)等級的基礎(chǔ)上，可進一步探究城市化各指標對水資源的影響及作用。由表5可知，城市化水平與水資源的脫鉤類型主要為增長負脫鉤和強負脫鉤兩種類型，分別占比36.67%和25.00%。從城市化的不同表現(xiàn)來看，人口城市化與水資源水平的脫鉤類型主要表現(xiàn)為弱脫鉤，該類型占66.67%，表明2010～2020年城鎮(zhèn)人口比重、第三產(chǎn)業(yè)人口比重與水資源水平均呈現(xiàn)增長態(tài)勢，水資源水平的提升速度大于城市化增長的速度。從空間城市化及經(jīng)濟城市化與水資源水平的關(guān)系來看，其脫鉤類型主要表現(xiàn)為增長負脫鉤，主要包括道路面積、城鎮(zhèn)居民人均消費支出和人均可支配收入指標，即這3項指標均與水資源水平呈現(xiàn)增長態(tài)勢，但水資源水平的提升速度小于城市化水平的增長速度。城市化與水資源利用的脫鉤類型主要表現(xiàn)為強負脫鉤，該類型占比62.50%，除第二產(chǎn)業(yè)人口比重和第二產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值比重對水資源利用的影響外，城市化各指標對萬元地區(qū)生產(chǎn)總值、萬元工業(yè)增加值用水量和人均用水量的脫鉤類型均為強負脫鉤，即隨著城市化水平的提升，這3項反映水資源利用的指標呈下降趨勢，這也反映出城市化的發(fā)展帶動了科技水平的提升，單方水可以創(chuàng)造出更多的價值，同時隨著居民節(jié)水意識的增強及水資源高效利用技術(shù)的發(fā)展，人均用水量有所降低。從城市化對水資源管理的脫鉤分析來看，第二產(chǎn)業(yè)人口比重及產(chǎn)值對水資源管理各指標的脫鉤分析類型表現(xiàn)為強脫鉤，雖然這兩項指標值下降，但水資源管理水平仍呈現(xiàn)上升的趨勢。其余城市化指標與污水處理集中率及工業(yè)用水重復利用率的脫鉤類型均表現(xiàn)為增長負脫鉤，進一步表明了城市化對提高城市污水處理能力及工業(yè)用水重復利用率具有顯著作用。

3 討 論

城市化與水資源之間存在相互依賴和相互制約的作用，因此為更加全面地認識城市化與水資源的耦合關(guān)系，需從兩個方面對城市化與水資源的關(guān)系進行探討。一方面，城市化過程是一個綜合發(fā)展過程，人口增長、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)改變、城市用地擴張等均會對水資源產(chǎn)生影響。人口增長是城市化過程中的一項明顯特征，人口城鄉(xiāng)結(jié)構(gòu)和人口就業(yè)結(jié)構(gòu)的改變均會對居民生活用水量、產(chǎn)業(yè)用水量產(chǎn)生影響［28］。從經(jīng)濟發(fā)展與水資源的關(guān)系來看，武漢市萬元地區(qū)生產(chǎn)總值用水量和萬元工業(yè)增加值用水量呈現(xiàn)下降趨勢，隨著地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平的提高，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進一步優(yōu)化升級，研究表明產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與用水量的關(guān)系表現(xiàn)為用水效率低的產(chǎn)業(yè)向用水效率高的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變［29］。技術(shù)的進步也使得生產(chǎn)設(shè)備不斷改進，供水和節(jié)水技術(shù)更新且設(shè)施投入增大，單位水資源量所創(chuàng)造的經(jīng)濟價值更高，水資源利用效率顯著增加［30］。從城市空間發(fā)展來看，隨著城市用地的擴張，不透水路面面積增加，使得產(chǎn)匯流速度增加，同時蒸散發(fā)效應(yīng)增強，進而影響水循環(huán)過程［31-32］。

另一方面，水資源對城市化發(fā)展具有約束作用，水資源數(shù)量和質(zhì)量會影響城市化的進程，研究表明，長江經(jīng)濟帶城鎮(zhèn)化進程的速度比沒有水資源約束時下降0.6%［33］。從水資源水平的變化來看，年內(nèi)降水量是其重要的影響因素，而水資源水平的高低則會影響城市發(fā)展過程中水資源開發(fā)和利用的潛力。因此，在城市化過程中，通過不斷改進水資源管理方式、提升污水處理技術(shù)，引進先進的節(jié)水設(shè)施等方法，可更好地實現(xiàn)城市水資源的高效合理利用，從而促進城市化與水資源的協(xié)調(diào)發(fā)展。

4 結(jié) 論

（1） 2010～2020年武漢市城市化水平主要受到經(jīng)濟增長的影響，水資源系統(tǒng)的主要影響因素為水資源水平。

（2） 在城市化進程中，人口城市化和社會城市化綜合指數(shù)呈現(xiàn)平穩(wěn)增長趨勢，經(jīng)濟城市化和空間城市化綜合指數(shù)則表現(xiàn)為緩慢增長和快速增長兩個階段。水資源利用指數(shù)在2010～2015年增長較快，2016～2020年則在0.22～0.24之間呈波動變化。水資源水平在2016年和2020年較高，主要與年內(nèi)降雨量較大有關(guān)；水資源管理指數(shù)增長較平穩(wěn)。

（3） 2011年武漢市城市化與水資源的協(xié)調(diào)發(fā)展處于磨合階段，其余年份均屬于高水平耦合階段，占比為90.91%；武漢市城市化與水資源的協(xié)調(diào)發(fā)展可劃分為7個等級，達到協(xié)調(diào)發(fā)展等級的年份占比為72.73%。

（4） 城市化水平與水資源的脫鉤類型主要為增長負脫鉤和強負脫鉤兩種類型，分別占比36.67%和25.00%。

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（編輯：江 文）

Abstract：

Wuhan City is one of the core cites of Yangtze River Economic Belt.It shows an interaction between the city development and water resource.In order to explore the interaction and coordinated development characteristics of urbanization and water resources in Wuhan city between 2010 and 2020，this paper established a comprehensive evaluation index system of urbanization and water resources.On this basis，a model was constructed for exploring the coupling and coordination degree between urbanization and water resources，and the decoupling model was applied to further analyze relationship between urbanization and various indicators of water resources.The results showed that the main influencing factors of urbanization and water resources were economic urbanization and water resource level in Wuhan city between 2010～2020.Comprehensive index of population urbanization and social urbanization showed a steady growth trend which increased 014 and 020，and comprehensive index of economic urbanization and spatial urbanization showed slow growth and rapid growth.Among the indicators of the water resource system，water resource utilization index increased rapidly in 2010-2015，and fluctuated in the range of 022～024 between 2016 and 2020.The water resource indexes were higher in 2016 and 2020 which was mainly affected by rainfall within a year，and the water resource management index increased steadily from 002 to 028.In 2011，the coordinated development of urbanization and water resources in Wuhan was in a grinding-in stage，while from 2013 to 2020 it was in a high level of coupling stage.According to the degree of coupling coordination，the degree of coordinated development of urbanization and water resources in Wuhan from 2010 to 2020 was divided into seven levels，of which the period from 2013 to 2020 was the coordinated development stage.The types of decoupling between urbanization level and water resources in Wuhan were mainly growth-type negative decoupling and strong negative decoupling，accounting for 3667% and 2500% respectively.

Key words：

water resources；urbanization；coupling and coordination model；decoupling model；Wuhan City