天山北坡城市群水资源对城镇化的胁迫力研究

聂春霞 秦春艳

摘要：为探索城市群水资源对城镇化胁迫力的变化规律，提出天山北坡城市群水资源对城镇化的胁迫力呈倒U形变化的假设，根据2000-2016年面板数据，以城镇化率与用水量的偏离系数为胁迫强度，验证用水量对城镇化率的胁迫力是否符合假设。研究表明：2000-2016年，用水总量对第三产业比重、用水总量对城镇化率、第一产业用水量对城镇化率的胁迫力呈倒V形变化，第一产业用水量对第三产业比重的胁迫力未呈现倒V形变化，水资源对城镇化的胁迫力经历了较强胁迫一强胁迫一弱胁迫（或较强胁迫）的变化过程。与假设不同是，天山北坡城市群水资源对城镇化的胁迫力呈倒V形变化。鉴于天山北坡城市群第一产业用水量对第三产业比重的胁迫力不断增强，如何减少第一产业用水量，是当前需要解决的首要问题。

关键词：水资源;城镇化;胁迫强度;天山北坡城市群

中图分类号：TV213.4

文献标志码：A

doi：10.3969/j .issn.1000- 1379. 2020.01.012

天山北坡城市群位于新疆典型的干旱区绿洲、荒漠生态环境交错带，生态环境极其脆弱。目前，该区域的大部分天然绿洲已被人工绿洲取代，玛纳斯河已无水资源开采潜力，乌鲁木齐市重要水源一号冰川加速萎缩，乌鲁木齐河来水量日渐减少，吐鲁番、昌吉、克拉玛依等区域地下水开发利用率均超过100%，面临着水资源约束的瓶颈[1]。基于此，本文以天山北坡城市群为研究区，提出城市群水资源对城镇化的胁迫力呈倒U形变化的假设;利用面板数据，分别估算2000-2004年、2005-2010年、2011-2016年研究区水资源对城镇化的胁迫强度;分析胁迫强度的变化，对假设进行验证。其理论意义在于，揭示研究区水资源对城镇化的胁迫力变化规律，对我国其他城市群水资源对城镇化胁迫力的研究具有一定的借鉴意义;其实践意义在于，根据研究区水资源对城镇化胁迫力变化，有针对性地提出应对措施，对于促进天山北坡城市群水资源可持续利用具有重要的实践意义。

水资源对城镇化的胁迫指城镇化所带来的人口、经济规模和结构的变化引起的供水和用水难度的增加，增大了水资源压力，致使水资源约束城镇化进程，水资源对城镇化的这种约束作用被称为水资源胁迫。关于水资源对城镇化胁迫的研究大致分为两类：一类为城镇化引起的水文、水质、水情等变化，另一类为城镇化进程中的水资源脆弱性、水资源约束、水环境安全压力、水安全预警、水环境承载力等研究。宋晓猛等[2]分析了城市化进程对城市地表水文、水质和水量的影响，提出缓解水环境恶化的措施。王艳君等[3]采用分布式水文模型，揭示了土地利用对水文变化的影响。许有鹏等[4]分析了长三角地区水文变化规律，发现城市化对该地区水文的影响明显。张学勤等[5]认为工农业的面状污染和点源污染造成水质下降，提出了改善水环境的措施。方创琳等[6-8]计算了河西走廊水资源约束下城市化水平阈值，发现水资源总量对城市的经济增长速度制约明显，得出西北干旱区水资源约束下城市土地扩张以及城市人口变化的动态趋势，分析了水资源约束下的河西走廊城市和武威市的扩张特征及变化趋势。赵雪雁[9]发现河西走廊的用水结构不合理，农业用水比重应该进一步优化和调整。任永泰等[10]建立了三江平原地区的水安全预警系统，指出预警指数呈下降趋势。李灿等[11]对长株潭城市群水资源承载能力进行评价分析，提出了提高长株潭城市群水资源承载能力的应对措施。吴泽宁等[12]计算了中原城市群水资源承载能力，提出了水资源调控方案，上述多数文献基于城市或流域层面研究城镇化引起的水资源及水环境变化，分析水资源对城镇化的约束和影响，认为城镇化引起水文变化、造成水质下降，水资源造成城镇化的压力增大;少数文献构建预警指标体系，对城镇化进程中的水安全进行预警，部分学者估算城市群水资源承载力。目前，还未见有城市群水资源对城镇化胁迫作用变化规律的研究成果，而城市群是人口、经济最为集中的区域，其城镇化过程中面临的水资源压力更大，研究城市群水资源对城镇化进程的胁迫作用变化规律显得尤为迫切。

1 理论假设

方创琳等学者认为区域水资源对城镇化的胁迫力随城镇化水平的提高呈倒U形变化，城镇化系统与水资源系统存在反复的适应与反馈的过程，即城镇化快速发展一用水总需求增加一生态环境用水被挤占一水资源胁迫力增大一城镇化进程减缓一用水总需求减小一生态用水逐渐增加一水資源胁迫力减小一城市快速发展……，如此循环。当城镇化率小于10%时，水资源胁迫力属弱胁迫类型;当城镇化率为10% - 30%时，水资源胁迫力属较强胁迫类型;当城镇化率为30% - 40%时，水资源胁迫力属强胁迫类型;当城镇化率为40% -50%时，水资源胁迫力属极强类型;当城镇化率为50% - 70%时，水资源胁迫力属强胁迫类型;当城镇化率为70% - 80%时，水资源胁迫力属较强类型;当城镇化率大于80%时，水资源胁迫力属弱胁迫类型。

以上是理想状况下的区域水资源对城镇化胁迫力变化规律，其前提条件是城镇化过程中时刻都追求社会效益最大化。由于缺水地区总是想办法提高水资源利用效率，降低水资源开发成本，有些水资源利用效率高的城市，城镇化率即使大于50%，水资源胁迫力也不会处于极强胁迫类型，只要提高了水资源利用效率，就可以调控水资源对城镇化的胁迫强度。城市群由人口和经济高度集中的城镇构成，也应当符合区域水资源对城镇化胁迫作用规律。因此，可以假设水资源对城市群城镇化进程的胁迫力随城镇化水平的提高呈倒U形变化，即城市群城镇化与水资源的关系为城镇化快速发展一用水总需求增加一水资源胁迫力增大一城镇化进程减缓一用水总需求减小一水资源胁迫力减小一城市快速发展。城市群是城市集中区域，城镇化水平较高，需要进一步研究城市群在不同城镇化水平下水资源对城镇化的胁迫力变化规律。

2 研究区域和计量模型的确定

2.1 研究区域、变量选取与数据说明

天山北坡城市群规划范围包括乌鲁木齐、克拉玛依、昌吉、吐鲁番、阜康、石河子、五家渠、奎屯，乌苏9座城市。由于五家渠市水资源相关数据缺失，因此选取2000-2016年其他8座城市的城镇化与水资源相关统计数据，分2000-2004年、2005-2010年、2011-2016年3个阶段，对上述理论假说进行实证检验。

2.2 水资源对城镇化胁迫模型

我国学者宋建军等[13]构建的城镇化率与用水总量之间的对数函数关系式为

Y=a+blnX

（1）式中：Y为城镇化率;X为用水总量;a、b为拟合参数，b>0时表示城镇化率与用水总量之间存在正相关关系。

将式（1）进行扩展，把城镇化率分为经济城镇化率、人口城镇化率两个方面，由于城市的大部分工业集中在园区，产业结构以第三产业为主，因此经济城镇化率（Y1）可用第三产业增加值占GDP的比重（简称第三产业比重）衡量，人口城镇化率（Y2）用城镇非农业人口占总人口的比重衡量。由于天山北坡城市群第一产业用水量较大，因此选取用水总量、第一产业用水量X1作为衡量水资源利用量的指标。假定经济城镇化率、人口城镇化率与用水总量、第一产业用水量之间的关系满足式（1），当b<0时，表示城镇化率与用水量之间存在负相关关系。

2.3 水资源对城镇化胁迫力测度

区域水资源是有限的，用水量的增加也是有限的，当用水量达到或超过水资源利用极限时，城镇化进程将受到限制。在这种情况下，如果要推进城镇化，就必须转变水资源利用方式或城镇化发展方式，使得用水量呈零增长或负增长，而一旦出现零增长或负增长，城镇化率与用水量之间的对数关系就会逐渐削弱，相关系数减小，乃至式（1）不成立。

用R表示城镇化率F和用水量Xi之间的相关系数，用R2表示回归方程的拟合优度.1一R2表示实际值与拟合值之间的偏离程度，当水资源胁迫强度为零时，城镇化率与用水量之间符合对数关系;当水资源胁迫强度增大时，城镇化率随用水量的变化将逐渐偏离理想状态下的对数关系。因此，可以用偏离程度1-R2衡量水资源对城镇化的胁迫强度大小：

P=1-R2（2）式中：P为水资源对城镇化的胁迫强度.0≤P≤1，P越接近1，表明水资源对城镇化的胁迫强度越大。

参照方创琳等学者的相关研究，按照由弱到强的标准确定胁迫强度的等级：当0≤P< 0.36时，水资源胁迫强度为弱胁迫：当0.36≤P<0.64时，水资源胁迫强度为较强胁迫;当0.64≤P<0.84时，水资源胁迫强度为强胁迫;当0.84≤P≤1时，水资源胁迫强度为极强胁迫。

3 实证结果及分析

3.1 平稳性检验和协整关系检验

首先，对2000-2004年、2005-2010年、2011-2016年天山北坡城市群8个城市的用水量取自然对数。其次，利用Eviews 6.0软件，采用ADF -Fisher检验方法，分别对城镇化率、用水量自然对数面板数据进行单位根检验，结果见表1，可知城镇化率与用水量的面板数据均通过了10%的概率度检验，说明面板数据是平稳的。然后，对城镇化率与用水量之间的协整关系进行检验，结果见表2，可知：2000-2004年、2005-2010年，第三产业比重与用水总量、第一产业用水量之间存在协整关系;2011-2016年，第三产业比重与用水总量之间存在协整关系，第三产业比重与第一产业用水量之间不存在协整关系;2000-2004年，城镇化率与第一产业用水量之间存在协整关系，城镇化率与用水总量之间不存在协整关系;2005-2010年，城镇化率与用水总量、第一产业用水量之间存在协整关系;2011-2016年，城镇化率与用水总量、第一产业用水量之间存在协整关系。

3.2 格兰杰因果检验

对上述存在协整关系的两个变量进行格兰杰因果关系检验，结果见表3。

两个变量的格兰杰因果关系检验的概率度等于或小于10%时，表示两个变量通过了格兰杰因果关系检验，即当p值等于或小于0.1时，表示两个变量存在格兰杰因果关系。因此，2000-2004年、2005-2010年第三产业比重与用水总量、第一产业用水量，2011-2016年第三产业比重与用水总量，2000-2004年城镇化率与第一产业用水量，2005-2010年、2011-2016年城镇化率与用水总量、第一产业用水量两两之间存在格兰杰因果关系，即存在双向的格兰杰因果关系。

3.3 实证分析

对具有协整关系并通过格兰杰因果检验的两个变量进行固定效应的回归分析，并给出回归关系式、拟合优度、F检验的概率度和胁迫强度;对没有协整关系的两个变量计算其拟合优度和胁迫强度，结果见表4。

从用水量对第三产业比重的胁迫力看，2000-2016年，用水总量与第三产业比重存在正向对数关系，用水总量的增加有利于第三产业比重的提高。2000-2004年、2005-2010年、2011-2016年用水总量对第三产业比重的胁迫强度分别为0.42（较强胁迫）、0.65（强胁迫）、0.31（弱胁迫）。2000-2004年、2005-2010年第一产业用水量与第三产业比重存在负向对数关系，说明第一产业用水量的增加使得第三产业比重下降，这两个阶段第一产业用水量对第三产业比重的胁迫强度分别为0.41（较强胁迫）、0.54（较强胁迫）;2011-2016年第一产业用水量与第三产业比重不存在对数关系，说明此阶段第一产业用水量达到极限，第一产业用水量的增加对第三产业比重的胁迫力增强，第一产业用水量对第三产业比重的胁迫强度为0.58（较强胁迫），胁迫强度较前两个阶段有所增强。

从用水量对城镇化率的胁迫力看.2000-2004年用水总量与城镇化率不存在对数关系，此阶段用水效率低，用水总量达到极限，用水总量的增加对城镇化率的胁迫力增强，用水总量对城镇化率的胁迫强度为0.41（较强胁迫）;2005-2010年、2011-2016年用水总量與城镇化率之间存在正向对数关系，用水总量对城镇化率的胁迫强度分别为0.61、0.53.随着用水效率的提高，用水总量的增加使得城镇化率提高。3个阶段用水总量对城镇化率的胁迫力均属较强胁迫，经历了由2000-2004年的0.41.上升到2005-2010年的高点0.61之后，2011-2016年下降至0.53。第一产业用水量与城镇化率存在负向的对数关系，说明第一产业用水量的增加使得城镇化率下降;第一产业用水量对城镇化率的胁迫力分别为0. 46（较强胁迫）、0.68（强胁迫）、0.55（较强胁迫），经历了先增强后减弱的过程。

3.4 理论假设的验证

从图1看.2000-2016年，天山北坡城市群用水总量对第三产业比重的胁迫力呈先增强后减弱的趋势，第一产业用水量对第三产业比重的胁迫力虽为较强胁迫，但呈不断增强趋势，说明第一产业用水量过大，对第三产业比重的胁迫力增强;用水总量、第一产业用水量对城镇化率的胁迫力也呈先增强后减弱趋势。用水总量对第三产业比重、城镇化率的胁迫力符合倒V形变化规律;第一产业用水量对城镇化率的胁迫力呈倒V形变化规律，但第一产业用水量对第三产业比重的胁迫力不断增强，未出现拐点。总体上，天山北坡城市群水资源对城镇化的胁迫力呈现倒V形变化特征，因此与本文理论假设呈倒U形变化的规律有所不同。

从2000-2016年天山北坡城市群城镇化率（见表5）来看，2000年天山北坡城市群城镇化率为65.8%，2004年上升至69.8%.该阶段用水总量对第三产业比重（经济城镇化率）的胁迫力为较强胁迫，用水总量对城镇化率（人口城镇化率）的胁迫力也为较强胁迫;之后城镇化率继续上升，由2005年的70.8%上升到2010年的74.9%，该阶段用水总量对第三产业比重的胁迫力为强胁迫，对城镇化率的胁迫力虽然未达到强胁迫，但已接近强胁迫;2016年城镇化率上升至79.9%时，用水总量对第三产业比重的胁迫力为弱胁迫，对城镇化率的胁迫力较前一阶段有所下降，为较强胁迫。2000-2016年，城镇化率由65.8%提高到79.9%.第一产业用水量对第三产业比重的胁迫力一直处于较强胁迫，并不断增强，未出现拐点。2000-2004年，城镇化率由65.8%提高到69.8%.第一产业用水量对城镇化率的胁迫力为较强胁迫;2005-2010年，城镇化率由70.8%提高到74.9%.第一产业用水量对城镇化率的胁迫力为强胁迫;2011-2016年，城镇化率由75.0%提高到79.9%，第一产业用水量对城镇化率的胁迫力降为较强胁迫。总体上，天山北坡城市群水资源对经济城镇化、人口城镇化的胁迫力的变化可以划分成以下几个阶段：当城镇化率为60% - 70%时，用水总量、第一产业用水量分别对第三产业比重和城镇化率的胁迫力为较强类型;当城镇化率为70% - 80%时，用水总量对经济城镇化的胁迫力为强胁迫，第一产业用水量对第三产业比重的胁迫力为较强胁迫（较前一阶段有所增强）.用水总量对城镇化率的胁迫力为较强胁迫，第一产业用水量对城镇化率的胁迫力为强胁迫;当城镇化率大于80%时，用水总量对第三产业比重的胁迫力为弱胁迫，第一产业用水量对第三产业比重的胁迫力为较强胁迫（较前一阶段有所增强）.用水总量对城镇化率的胁迫力为较强胁迫，第一产业用水量对城镇化率的胁迫力为较强胁迫。

4 结语

伴随着城市群城镇化进程的加快，当城镇化率提高到一定程度时，水资源对城镇化的胁迫力呈现倒V形变化。城市群是人口和经济高度集中的区域，尤其是缺水城市群水资源对城镇化产生一定的胁迫力，可以通过转变水资源利用方式和城镇化发展方式，提高水资源利用效率，促进城镇化快速发展;当人口和经济集聚到一定规模时，水资源对城镇化进程产生更为强烈的胁迫力，迫使城市群转变水资源利用方式，使用水量呈负增长或零增长，从而降低水资源对城镇化的胁迫，因此在城镇化进程中，水资源利用效率的提高和城镇化发展方式的转变可以明显降低水资源对城镇化的胁迫力。

分析2000-2016年天山北坡城市群用水量与城镇化之间的对数关系，估算用水量对城镇化率的胁迫强度，结果表明：用水总量对经济城镇化、人口城镇化的胁迫力呈现倒V形变化;第一产业用水量对经济城镇化率的胁迫力虽然未呈倒V形变化，但第一产业用水量对第三产业比重的胁迫力增强，第一产业用水量对人口城镇化的胁迫力呈现倒V形变化。总体上，天山北坡城市群水资源对城镇化的胁迫力呈倒V形变化，可以划分为：当城镇化率为60% - 70%时，水资源胁迫力为较强胁迫;当城镇化率为70% - 80%时，水资源胁迫力为强胁迫;当城镇化率大于80%时，水资源胁迫力下降为弱胁迫类型。

2000-2016年，天山北坡城市群水资源对城镇化的胁迫力经历了较强胁迫一强胁迫一弱胁迫（或较强胁迫）的变化过程。目前，水资源对天山北坡城市群城镇化的胁迫力有所下降，但第一产业用水量对第三产业比重（经济城镇化率）的胁迫力仍不断增强。因此，如何持续推进天山北坡城市群农业退地减水，推广节水灌溉技术，减少第一产业用水量，优化用水结构，提高水资源利用效率，是当前亟需解决的问题。

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【责任编辑张华兴】