遼寧省水資源承載力與城鎮化的協調發展度研究

孫志強

(北票市水資源辦公室,遼寧 北票 122100)

在推進沈陽經濟區、沿海經濟帶以及振興老工業基地戰略的大背景下,遼寧省提出加快農業現代化、新型工業化和新型城鎮化進程。隨著人口的增長、城鎮化進程的加快和經濟的發展,資源要素流動理論認為人類活動對資源的需求將持續增長,從而導致更加嚴重的生態環境污染、資源緊張等問題[1]。2020年相比于2014年,遼寧省整體工業化率、城鎮化率和人均GDP明顯提高,同時工業用水量、城鎮公共用水量以及工業廢水、SO2排放量也不斷增加,特別是人口規模的持續擴大、城鎮化進程的加快和水資源的短缺,導致城市用水需求急劇增大,城鎮和其它用水面臨著嚴峻的形勢。在促進區域經濟發展的情況下,科學處理好水資源與城鎮化之間的管理逐漸成為水資源利用管理亟待解決的問題。

近年來,國內外科學家越來越關注水資源與城市化相關問題的研究,如Suriya等認為土地利用格局的變化和城市化的快速發展,在一定程度上改變了流域水文過程;聶春霞等利用SD預測模型分析了城市化進程受水資源的約束作用;李迎春等從農業、工業、人口等方面探討了城市化對水資源承載力所造成的壓力,提出城市化與水資源的協調發展有利于促進城市化發展[2-4]。現有研究主要集中于城鎮化進程受生態、水、土等資源環境的影響或約束,其中城鎮化與水資源研究涉及水資源配制、供求、利用、效益、承載力等方面,涉及水資源承載力與城市化質量的協調性評價分析還鮮有報道。根據新增長理論,水資源是城鎮化進程中必要的基本要素,但水資源總量有限,下一階段的使用量必然受限于初始階段的消耗[5]。然而,現有大多數研究并未考慮水資源與城鎮化的雙向作用機制,只是簡要分析了兩者的單方面關系。文章利用模糊層次分析法(FAHP法)構建協調度評價模型,評價分析遼寧省水資源承載力與城鎮化質量提升的協調程度,揭示水資源要素的流動過程及其系統影響特征,為區域水資源可持續發展戰略的合理制定、水資源利用效率的提高及緩解水資源供需矛盾提供一定參考。

1 區域概況

2020年,遼寧地區生產總值25115.0億元,其中第一、二、三產業增加值2284.6億元、9400.9億元和13429.4億元,比上年增長3.2%、增長1.8%及下降0.7%。該地區總用水量中農業用水量占比較高,第二、三產業用水量偏低。2020年全省降水量748.0mm,折合降水總量1088.34億m3,地表水和地下水資源量357.71億m3、115.21億m3,水資源總量397.11億m3。2020年,全省總供水量與總用水量129.34億m3,其中城鎮與農村居民生活用水量13.73億m3、4.69億m3,耕地灌溉、林牧漁畜第一產業用水量71.17億m3和8.45億m3,工業、建筑業第三產業用水量16.93億m3和1.32億m3,第三產業用水量5.65億m3。

2020年,全省統計人口4351.7萬人,其中城鎮人口占68%,農村人口占32%,人口自然增長率低和城鎮化率相對偏低,人均可支配收入低于全國平均水平,城鎮恩格爾系數較高。2020年相比于2014年,遼寧地區城鎮人口和工業、城鎮以及生活用水量增加,并以農村生活用水、林牧漁畜用水和工業用水增加最為明顯。

2 水資源承載力與城鎮化的協調性評價

2.1 構建評價指標體系

水資源與城鎮化之間有其內在關聯,將這兩個復雜的系統相耦合組成一個復合系統,其關聯特性如圖1所示。

圖1 水資源與城鎮化的關聯圖

結合遼寧地區生態環境、經濟、社會和水資源狀況,遵循區域差異性、目標性、可獲取性和系統性等原則,選擇水資源評價分析使用頻率較高的28個指標。其中,水資源系統層包括年均降水滲、單位面積水資源利用量、水資源開發利用程度、供水模數、人均水資源量、渠系水利用系數、水庫蓄水量7個指標;社會系統層包括人口密度、人口自然增長率、城鎮化率、城鎮生活污水處理率、生活用水定額、專業技術人員數、單位水資源量產出效率7個指標;經濟系統包括人均GDP、GDP增長率、工業用水定額、農業用水定額、有效灌溉面積覆蓋率、單位GDP用水量、水分生產率7個指標;生態系統包括生態環境用水率、耕地水利化程度、人均耕地面積、水土保持面積比率、化肥施用程度、工業廢水排放達標率、生物多樣性指數7個指標。

一般地,廣義的城鎮化質量與城鎮化水平具有相同的內涵。從構成要素上,可選用環境、生活、經濟、社會城鎮化等要素反映城鎮化質量。文章遵循可操作性、系統性和科學性原則,從多個不同方面選擇代表性的20個指標。其中,社會城鎮化包括農村恩格爾系數、城鎮失業人員數、農村勞動力文化程度、萬人擁有床位數、萬人擁有民用車輛數5個指標;經濟城鎮化包括人均地方財政一般預算收入、城鎮居民人均可支配收入、非農產業比重、工業化率、單位固定資產投資占GDP比重5個指標;生活城鎮化包括農村居民人均生活燃料支出、萬人擁有醫護人員數、城鎮居民人均教育支出、農村居民人均用電支出、農村居民人均生活消費支出5個指標;環境城鎮化包括建成區綠化覆蓋面積、空氣質量二級以上天數、生活垃圾除害處理率、工業煙塵處理率、工業SO2排放量5個指標。

2.2 數據來源

水資源承載力和城鎮化質量評價體系中的指標數據來源于遼寧省各年份《水資源公報》、《國民經濟發展統計公報》、《統計年鑒》、《調查年鑒》等相關資料,通過計算整理可以獲取大部分數據,只有少部分數據直接從統計資料中提取。

2.3 建立協調發展度模型

2.3.1 協調度模型

協調發展度可以反映水資源承載力與城鎮化系統的同步性,其指數值能夠體現系統之間的協同作用和有序度,系統之間的協調性越高則相對離差系數越小,利用下式計算協調度:

(1)

式中:UWH為水資源承載力與城鎮化的協調發展度;a、b為權重,結合實際條件設定CW與UI權重相同。依據UWH衡量標準(表1)和模型計算結果,可確定系統之間的協調程度。

表1 協調發展度衡量標準

2.3.2 綜合指數CW

根據水資源承載力評價體系(表1)計算水資源承載力綜合指數CW,計算公式如下:

(2)

式中:α、β、χ為權重,利用模糊層次分析法(FAHP法)計算社會、經濟、生態權重依次為0.2418、0.1934、0.2743。結合CW衡量標準(表2)和模型計算結果,可明確不同年份的具體狀態。

表2 水資源承載力綜合指數CW衡量標準

1)復合協調指數。定義各指標的多年平均值為水—社會—經濟——生態各子系統的有序度,利用下式計算復合協調指數CHI,即:

(3)

(4)

2)復合承載力指數。為了反映水資源承載的壓力與本身支持力之間的相對關系,引入水資源壓力指數與承載力指數之比即承載力指數CCI,其數學表達式為:

CCI=CCP/CCS

(5)

式中:CCP為水資源承載的社會、經濟、生態環境壓力指數之和;CCS為支持力指數,通過CCI可以反映區域水資源的承載狀態。

3)壓力指數與支持力指數。為反映水資源承載力受社會系統、經濟系統、生態環境系統的壓力作用,選擇壓力影響因素,考慮到不同指標的單位和量綱不同,利用下式計算水資源承載的壓力指數FiP,即:

(6)

式中:Xij、Wi為標準化處理后的壓力指標值和權重值;FiP值越大則水資源承載的系統壓力越大,反之則越小。文章選擇水資源支持力影響因素,鑒于不同指標的單位和量綱不同,利用下式計算水資源支持力指數CCS,即:

(7)

式中:CCS為水資源支持力,CCS數值越大則水資源承載的支持力越大,反之則越小。

2.3.3 綜合指數UI

根據城鎮化質量評價體系(表2)計算城鎮化質量綜合指數UI,其計算公式如下:

(8)

式中:UiI、Wi為社會、經濟、生活和環境城鎮化指數和權重,相應的i=1、2、3、4。考慮到不同指標的單位和量綱不同,利用下式計算城鎮化指數值,即:

(9)

3 實證分析

3.1 參評指標權重

文章利用模糊層次分析法(FAHP法)計算各項指標權重,詳細運算流程參考董雯等的研究成果,計算確定各層指標權重值。

結果表明,水資源系統權重最大0.2905,其次為生態系統的0.2743,說明遼寧地區的水資源承載力狀況與水資源系統的自身豐裕程度密切相關,水資源環境與生態環境關系密切,水資源承載力大小在直接取決于生態環境的優劣程度。對水資源系統,影響水資源承載力的重要因子有水資源的自然補給程度和可利用程度;對生態、經濟與社會系統,影響水資源壓力的關鍵因子有生物多樣性指數、工業廢水處理達標率、農業與工業用水、生活用水定額和人口自然增長率。結合排序結果,權重最高的是單位面積水資源利用量的0.505,另外生物多樣性指數、年均降水深、工業廢水排放達標率的權重較高,說明生態系統、水資源系統與水資源承載力大小的關聯度最高,影響水資源承載力高低的重要因素包括用地的生物多樣性、水資源處理情況、豐裕程度以及自然補給程度等[6]。

對于城鎮化水平,權重最高的是生活城鎮化的0.2716,其次是社會城鎮化的0.2572,說明城鎮和農村居民的醫療衛生及教育支出情況、天然氣使用及用水用電情況、生活消費情況對城鎮化質量影響較大,對城鎮化質量影響最大的是居民生活質量狀況;另外,科教衛生、失業情況、居民貧困程度、基礎設施建設水平等事業發展狀況,也在很大程度上影響著城鎮化質量。總體而言,城鎮化系統中的關鍵因素主要有空氣質量與工業SO2排放量、居民的教育支出與生活消費情況、非農產業比重與工業化水平、事業情況與勞動力教育情況。Ⅲ層中權重最高的是農村居民生活消費支出的0.0623,工業化率、農村勞動力文化程度、城鎮居民人均教育支出的權重較高,說明遼寧地區的工業化水平、勞動力文化程度、教育支出、居民生活消費在一定程度上決定著其城鎮化質量的高低。

3.2 協調發展度

根據遼寧省2014年、2016年、2018年、2020年相關統計數據,經標準化處理,采用文中所述公式計算確定各項指數值,結果見表3。

表3 水資源承載力與城鎮化質量綜合評價值

結果表明,水資源社會(F2P)、經濟(F3P)、生態壓力指數(F4P)呈波動下降的變化趨勢,說明遼寧省的水資源壓力波動較大,但總體呈減小趨勢,究其原因可能是生態、經濟、社會對水資源產生的壓力滯后效應。2020年相比于2014年,遼寧地區單位水資源量產出效率、城鎮居民污水處理率、渠系利用系數、單位水資源量均明顯提高,而農業和工業用水定額也大幅減少。隨著經濟的不斷發展水資源利用效率和協調度不斷提高,協調指數CHI總體位于0.34～0.42范圍。從水資源承載力綜合指數CW可知,遼寧省水資源處于輕度超載和瀕臨超載之間,水資源始終處于短缺或緊張狀態。

研究期間城鎮化綜合指數(UI)以及社會(U1I)、經濟(U2I)、生活(U3I)、生態(U4I)城鎮化指數均表現出波動上升趨勢,這說明遼寧省的城鎮化質量逐漸提升。具體而言,增長幅度最高的是經濟城鎮化指數(U2I),其次為生活城鎮化指數(U3I),這說明經濟發展對促進城鎮化具有明顯作用;生活與經濟城鎮化不同步,說明在保障經濟快速發展的情況下,今后的城鎮化進程應更加注重居民生活質量與水平的提升。

水資源承載力與城鎮化的協調發展度UWH呈逐漸增大的變化趨勢,這說明雖然水資源承受著廢水排放量、工業用水和人口增加的壓力,但城市綠化覆蓋率增大、城鎮化帶來的社會經濟效益等積極效應大于負面效應,從而使得協調發展度逐漸轉向輕微協調狀態。

4 結 論

1)遼寧省生活與經濟城鎮化不同步,即人均GDP增長與經濟發展、總GDP增長速度具有一定差距,逐漸成為制約水資源承載力與城鎮化協調發展的關鍵因素,在保障經濟快速發展的情況下,今后城鎮化進程應更加注重居民生活質量與水平的提升。

2)水資源承載力與城鎮化質量之間具有雙向作用,城鎮化的技術、規模和集聚效應改變著水資源的消耗量。在初期發展階段,主要通過投入大量的要素提高城鎮化質量,這必然會導致水資源消耗量的明顯增加;當發展到一定階段后,隨著技術的進步與成熟、產業結構的優化以及經濟發展的轉變,在一定程度上緩解了水資源壓力,水資源狀況好轉,水資源與城鎮化進程開始趨于協調。