陕西省城镇化与水资源耦合协调与障碍分析

(陕西省环境科学研究院，陕西 西安 710061)

1 研究背景

水资源是人类存在和发展的重要基础，也是制约一个地区城镇化发展质量的重要因素。随着城镇化进程不断深入，城市规模扩张、人口聚集、产业结构向非农产业倾斜导致城市水资源利用结构、利用效率和水资源管理方式发生改变。陕西省水资源自然禀赋不足，是全国典型的缺水地区，2019年全省人均水资源占有量仅为238.79m3，是世界平均水平的1/10、全国平均水平的1/2，而快速城镇化带来的人口聚集和经济增长将进一步加剧水资源紧张的局面。

近年来，研究人员从国家、省级或地市级层面对城镇化发展与水资源的关系进行了研究。阚大学等[1-2]、郑德凤等[3]以全国为研究对象，从城镇化对水资源利用的影响和两者协调性方面进行了深入分析。刁艺璇等[4]以黄河流域为研究对象，从时空分布上分析了城镇化与水资源利用水平的耦合协调关系，识别了影响两者耦合协调的主要障碍因素；张炜等[5]以西部地区8个省会城市为研究对象，分析了新型城镇化对水资源利用效率的影响；李珊珊等[6-15]从省(自治区、直辖市)层面对城镇化发展与水资源利用的关系进行了分析。目前，基于陕西省水资源方面的研究大多停留在水资源承载力分析上，对于水资源与社会经济发展相关因素耦合关系的研究较少[16-18]。仅方兰、汪旺等[19-20]通过模型研究了陕西省水资源与能源系统、经济高质量发展之间的耦合关系。目前，我国正处于城镇化发展由速度型向质量型转变的重要时期，快速城镇化导致的水资源矛盾愈发突出，为促进陕西省城镇化向高质量高水平方向发展，本文通过构建城镇化发展与水资源系统协调性评价指标体系及障碍度分析模型，探究陕西省城镇化发展与水资源之间的关系，为城镇化高质量发展提供建议参考。

2 指标体系建立与研究方法

2.1 指标体系

本文指标体系的选取遵循科学性、合理性与数据的可获得性原则，结合相关研究成果，构建了城镇化与水资源系统耦合关系综合指标体系[6,9,11-13,15,21]。本体系包含城镇化综合发展水平和水资源系统综合评价2个目标层指标体系，涉及8个标准层和25项指标。指标权重通过熵权法得到，指标体系中包括正向指标和负向指标，较高的正向指标有助于提高城镇化与水资源系统的耦合水平，而较高的负向指标则会降低两者的耦合水平。具体指标列于表1。

表1 城镇化发展与水资源系统耦合关系综合指标体系

续表

2.2 数据来源

本文所用数据主要来源于《陕西省统计年鉴》(2007—2019年)和《陕西省水资源公报》(2007—2019年)。为统一指标的特征和范围，将对所选指标进行如下标准化处理：

(1)

(2)

式中：Xij为第i年第j项指标的原始值，当Xij为0时，取极小值替代，便于模型中取对数计算。

2.3 研究方法

基于前人的研究成果，本文构建了城镇化与水资源综合评价函数和城镇化与水资源系统的协调关系模型来评价陕西省城镇化发展与水资源系统协同发展情况。同时，通过构建障碍度模型，分析影响两者耦合关系的障碍因素及其障碍度。

a.城镇化与水资源综合评价函数为

(3)

(4)

式中：U(1)、U(2)分别为城镇化、水资源子系统综合评价函数；Wj为城镇化、水资源子系统评价指标的权重；Zij为标准化处理后的值；m、n分别为城镇化、水资源子系统指标的个数。

b.城镇化与水资源系统耦合关系模型为

(5)

式中：M为城镇化与水资源系统的耦合度，[0,1]。

c.城镇化与水资源系统的协调关系模型为

(6)

K=αU(1)+βU(2)

(7)

式中：D为城镇化与水资源系统耦合协调度，取值范围为[0,1]；K为城镇化与水资源系统综合评价指数；α、β分别为城镇化和水资源系统的权重。

由于城镇化与水资源系统相互影响，两者对人类生活和社会发展同等重要，故取α=β=0.5。

d.障碍度模型。为分析各指标对陕西省城镇化发展与水资源系统耦合关系的影响程度，本文引入障碍度模型[4,14,22,23]识别陕西省2007—2019年各年的城镇化发展主要障碍因素，以便有针对性地采取措施提升陕西省城镇化发展水平，具体计算公式为

(8)

Tij=WjRij

(9)

Eij=1-Zij

(10)

式中：Oij为指标障碍度，反映单指标对两者耦合度障碍作用大小，Oij越大则表示该指标对两者耦合度的影响越大；Eij为指标偏离度；Tij为指标贡献度；Wj为第j个指标的权重；Rij为第j个指标第i年的权重；Zij为单项指标标准化之后的数值。

3 结果分析

3.1 城镇化发展与水资源系统综合指标及耦合关系研究

3.1.1 城镇化发展与水资源系统综合指标分析

由图1可知，陕西省城镇化发展水平呈直线上升趋势，说明13年间陕西省城镇化建设取得了显著成果。截至2019年陕西省城镇化综合评价指数已达到0.982，城镇化发展水平较高，这与城镇人口快速增长、经济迅速发展、社会资源配置及土地的合理性开发有着密切的关系，反映陕西省从“十五”到“十三五”期间城镇化发展规划合理、调控措施得当。受水资源禀赋、水资源利用效率等因素影响2007—2019年陕西省水资源系统呈现波动上升的状态，截至2019年陕西省水资源综合评价指数为0.716，处于中等水资源利用水平。

图1 2007—2019年陕西省城镇化评价指数、水资源综合评价指数及两者协调耦合性比较

3.1.2 城镇化发展与水资源系统协调耦合性分析

如图1所示，2007—2019年陕西省城镇化发展与水资源系统协调耦合性主要经历了两个阶段。第1个阶段为2007—2011年，城镇化发展滞后于水资源发展系统，在这一阶段中城镇化与水资源系统的耦合协调度处于系统发展的初期，总体为由中度失调过渡到低水平耦合，表现为水资源总体上能够保证城镇化的快速发展，并且为城镇化发展提供有力的保障。第2阶段为2012—2019年，水资源系统滞后于城镇化发展水平，在这一阶段中城镇化与水资源系统总体由低水平耦合逐渐过渡到优质耦合协调阶段，但从两者的综合评价曲线来看，差距逐年增大，说明水资源系统发展已逐步趋于饱和，对于城镇化高质量发展的协同推进作用逐渐减弱。

3.2 障碍度分析

本文采用障碍度模型对影响陕西省城镇化发展和水资源系统协调耦合度的主要障碍因素进行分析，各年度排名前5的障碍因素见表2。各因素出现的频率及障碍度大小直接反映该因素对城镇化发展和水资源系统协调耦合度的影响程度。从表2分析得出，2007—2019年对陕西省城镇化发展和水资源系统协调耦合关系影响较大的因素是水资源总量、人均水资源占有量、生活用水、人均用水量和农业亩均用水量，属于稳定的障碍因素。其中水资源总量在2007年、2017年、2018年和2019年分别达到27.09%、11.08%、14.34%和21.78%，这表明陕西省在城镇化发展过程中深受水资源禀赋多寡的影响，水资源总量少是制约陕西省城镇可持续发展的重要因素；人均用水量在2008年、2009年、2011年和2019年分别达到20.03%、12.24%、13.85%和21.07%，这表明在城镇化推进进程中人口城镇化导致的生活方式改变，促使人均用水矛盾更加凸显，节水生活方式亟须形成；农业亩均用水量在2008年、2009年、2018年和2019年分别达到14.17%、9.56%、15.18%和25.58%，这表明城镇化发展过程中由于生活水平的提高农产品种植种类发生变化，导致农业亩均用水量增大，种植结构和灌溉方式需要进一步改善和优化。

4 结论与建议

4.1 结论

本文通过构建城镇化发展与水资源系统耦合协调

表2 2007—2019年陕西省城镇化发展与水资源系统耦合度单指标主要障碍因子及其障碍度

模型和障碍度分析模型，实证分析了2007—2019年陕西省城镇化发展与水资源利用水平的协调耦合程度，并分析了影响两者协调耦合关系的主要障碍因素，得出以下主要结论：

a.陕西省城镇化发展和水资源系统的耦合度和耦合协调度逐年递增，二者的协调程度在经历了初期的弱协调性，最终发展到优质协调的阶段。

b.随着陕西省城镇化建设发展步入新常态，水资源对于城镇化建设的重要性更加凸显，其承载能力受到越来越大的挑战。水资源总量少已成为制约陕西省城镇化高质量发展的重大难题。

c.在新型城镇化推进过程中，影响两者耦合协调发展的稳定障碍因素主要为水资源总量、人均水资源占有量、生活用水、人均用水量和农业亩均用水量。

4.2 相关建议

“十四五”是我国迈入新发展阶段，实现高质量发展的重要时期，针对城市的新发展阶段要求全面推进城市重构，进一步深化以人为核心的新型城镇化战略，提升城镇化发展质量。陕西省作为我国西北地区人口、经济、文化、科技、教育中心，水资源总量不容乐观，“十四五”时期城镇人口将进一步聚集，预计城镇化率将达到65%，水资源短缺导致的用水矛盾将更加突出。为深入贯彻习近平总书记来陕考察的重要讲话精神，奋力谱写陕西新时代追赶超越新篇章，基于本研究成果对陕西省“十四五”城镇化发展与水资源保护提出以下建议：

a.结合当地水资源禀赋情况制定差别化的城镇化发展战略和布局结构。从研究结果来看，水资源已成为制约陕西省城镇化发展的重要因素，受限于水资源自然禀赋不足，为确保城镇化发展的质量，保障水资源系统安全，不宜过快推进城镇化进程，将中速水平发展作为陕西省中长期的发展基调。积极践行区域协调的城镇化，从关中、陕北、陕南三个不同区域层面结合当地水资源禀赋情况制定差别化的城镇化发展战略和布局结构。

b.积极推动粗放型发展方式向内涵型发展道路转变，引导产业结构不断调整与优化。截至2019年陕西省三大产业结构比例为8∶46∶46，其中一、二产业作为用水大户，占比高出全国平均水平8个百分点，“十四五”期间，陕西省应以提高农业用水效率和生活用水效率为重点，优化全省水资源利用效率及利用结构，同时将水资源作为最大的刚性约束，合理规划城市规模、人口、产业发展。

c.持续加强水资源管理。陕西省作为一个典型的缺水省份，受季风气候和地形地势影响，水资源时空分布不均，在产业结构调整的大前提下应实施“节水优先”战略，推进节水型社会的建设，借助税收杠杆的调节作用，倒逼用水主体转变用水方式，坚决抑制不合理用水需求。持续推动水污染物减排，减轻水环境压力，以微增长的供水总量和高效的水资源利用，推动陕西新型城镇化高质量发展。同时要进一步加强水资源保护宣传，提高全民节水意识。