辽宁省水资源与新型城镇化耦合协调关系研究_康满生.pdf

DOI:10 19807/j cnki DXS 2023 03 075辽宁省水资源与新型城镇化耦合协调关系研究康满生(凌海市水利事务服务中心，辽宁 凌海 121200)摘要通过构建新型城镇化和水资源安全指标体系，采用耦合协调度模型测算 2011 2020 年辽宁省新型城镇化与水资源系统的耦合协调度，探讨了两者的耦合协调关系。研究表明:辽宁省正在积极稳妥推进新型城镇化建设，其中空间城镇化相对滞后，经济城镇化占据主导地位;水资源与新型城镇化具有极强的相互依赖性，耦合度接近于 1 且呈波动上升趋势，两者表现出和谐、有序的发展趋势，但新型城镇化发展逐渐优先于水资源综合水平的提升。关键词新型城镇化;水资源系统;耦合协调;辽宁省中图分类号TV213 4文献标识码B文章编号1004 1184(2023)03 0221 03收稿日期2022 07 07作者简介康满生(1974 )，男，辽宁锦州人，高级工程师，主要从事水资源、水土保持、水利工程及河道治理方面工作。城镇化是一种社会组织关系变迁、土地利用类型转变、产业体系优化以及农业人口转移的复杂过程，以往的粗放发展模式易导致水资源过度开发。新型城镇化是以追求集约、健康、绿色、转型、幸福和平等为核心目标，以质量、民生和可持续发展为内涵，以实现体制创新与制度改革、产业升级、高效集约和区域统筹为重点的崭新概念1。因此，水资源系统优化与新型城镇化建设的协调发展可以有效促进生态、社会、经济的可持续发展。近年来，辽宁省城镇化进程不断加快，截至 2020 年底城镇化率达到 72 14%，较全国平均水平高 8 25%。同时，水资源可持续利用面临着严峻的形势，必须加快推进新型城镇化与水资源的协调发展。依据辽宁省水资源公报，2020年降水量 748 0 mm，时空分布差异较大，水资源总量 397 11亿 m3。水资源开发利用具有成本高、边际效益低、可开采总量少、开发难度大等特点，加之用水效率低、环境保护滞后、蒸散发强烈等条件，极大地制约着区域经济的可持续发展。针对水资源与城镇化之间的关系，国内外学者深入探讨了两者的耦合机理及相互作用，例如 Gober 等2 提出城镇化发展会引起干旱地区的严重缺水，而海水资源淡化、远距离调水、地下水过度开发无法从根本上解决实质问题;Arsiso 等3 认为造成水资源短缺的主要原因是干旱的气候和人口的快速增长，雨水回收利用、提高用水效率和水价是解决埃塞俄比亚缺水问题的有效途径;郑炜等4 通过分析水资源与城镇化之间的耦合关系发现，两者达到高水平耦合状态，相互依赖性较强;李珊珊等5 利用系统动力学法分析了水资源安全与城镇化发展的耦合程度，结果显示两者的相互影响程度呈倒“U”型变化特征。综上分析，大多数学者研究水资源与城镇化相互影响程度以及交互作用机理的立足点都以传统城镇化为主，研究其与水资源系统可持续性及协调性的较少。鉴于此，本文利用耦合协调度模型定量探讨了辽宁省水资源与新型城镇化的协调现状，可为实现自然资源、经济社会的协调发展提供一定参考。1研究方法1 1数据来源本研究所涉及到的水资源和新型城镇化数据来源于当地水务局、统计局公布的 2011 2020 年水资源公报、统计年鉴等有关资料。1 2构建指标体系根据水资源系统和新型城镇化的特点及其耦合机理，遵循代表性、系统性、可获取性和科学性等原则构建的指标体系，如表 1。其中，水资源安全指标体系反映了区域水环境、开发利用、禀赋条件和承载力等情况，新型城镇化指标体系反映了区域土地利用类型变化、生活水平提高、产业结构转型和人口转变等情况。表中“+”、“”属性代表正向和负向指标，即指标值越大或越小则耦合协调关系越好型指标。1 3计算指标权重熵权法是一种以信息熵理论为基础的客观赋权法，现已广泛应用于水生态环境评价和城镇化综合发展指数测算等领域，其主要计算流程如下6 7:步骤 1:判断矩阵。设由 n 年统计数据和 m 个评价指标组成的判断矩阵为 X:X=x11x1mMOMxn1xnm(1)采用极差标准化法对初始数据做标准化处理构造新的矩阵 Z，对正向和负向指标的处理公式如下:zij=xij xminxmax xmin;正向xmax xijxmax xmin;负向(2)式中:xmax、xmin代表参评指标实测最大和最小值;zij、xij代表参评指标标准值和实测值。步骤 2:信息熵 Ej。采用下式求解参评指标信息熵 Ej，即:Ej=1lnnni=1(fijlnfij)(3)fij=(1+zij)/ni=1(1+zij)(4)式中:fij代表第 i 年参评指标 j 占该指标所有年份之和的比例。1222023 年 5 月第 45 卷第 3 期地下水Ground waterMay，2023Vol.45NO.3步骤 3:权重 Wj的计算。结合以上结果，可利用公式(5)求解个参评指标权重 Wj，结果如表 1。Wj=(1 Ej)/mj=1(1 Ej)(5)表 1新型城镇化与水资源安全指标体系目标层系统层指标层属性指标权重新型城镇化A1水资源安全B1人口城镇化 B1经济城镇化 B2社会城镇化 B3空间城镇化 B4水资源压力 B5水资源状态 B6水资源响应 B7城镇人口比例 C1+0 044 6非农业人口比例 C2+0 051 8GDP 值 C3+0 059 2第三产业比例 C4+0 126 2经费投入强度 C5+0 071 5工业增加值 C6+0 047 4人均可支配收入 C7+0 076 5城乡居民可支配收入比例 C80 052 2文教娱乐消费指数比例 C9+0 080 0排水管道密度 C10+0 074 1建成区绿化覆盖率 C11+0 046 2城镇人口密度 C120 164 5城市建设用地 C13+0 105 8生活用水量 C140 046 5工业用水量 C150 048 4农业用水量 C160 060 7生态用水量 C170 062 5万元 GDP 耗水量 C180 036 5废水排放量 C190 039 6降水量 C20+0 115 6人均水资源量 C21+0 086 1总供水量 C22+0 098 2大中型水库需水量 C230 107 8类及劣类水河长比例 C240 112 5外调入境水量 C25+0 056 6节水灌溉面积比例 C26+0 055 2污水处理率 C27+0 041 2公共设施、环境和水利管理业占固定资产投资比例 C28+0 032 61 4线性加权处理将水资源安全指数与新型城镇化质量指数利用线性加权法进行处理，即线性相加各参评指标权重与标准值的乘积，从而反映其体水平，线性加权公式如下:WIi=mj=1WjZij(6)UIi=mj=1UjZij(7)式中:UIi、WIi代表新型城镇化与水资源安全综合指数。1 5耦合协调度计算通过正向促进作用，耦合协调度模型可以体现系统之间的发展过程，准确判定是否达到良性协调耦合夹断8，计算公式为:C=2 UIWI(UI+WI)2+(8)T=WI +UI (9)D=T C(10)式中:C 为耦合度，C 值越大则系统间的依赖性和影响作用越高，取值区间为 0 1;、代表量系统的权重系数，文中=0 5;D 为耦合协调度，D 值越大则趋向于和谐、有序的发展趋势越好。根据相关文献资料和区域实际情况9 10，将水资源安全与新型城镇化耦合协调度划分成 10 个等级，如表 2。2实例应用2 1水资源安全综合指数采用各参评指标权重和已有数据计算辽宁省 2011 2020 年新型城镇化综合指数，如图 1。结果显示，研究期间新型城镇化质量逐渐提升，并且经济城镇化上升趋势最为明显，该变化特点与近几年第三产业的发展有关。借鉴统计年鉴，2011 2020 年辽宁省第三产业贡献率从最初的 37 5%不断提高到 86 1%，城市发展逐渐向服务创新型转变，从而促进了城乡一体化和城镇化进程。社会经济和公共服务能力不断提高，人口吸引力逐渐增大，与此同时给城市空间也造成了一定压力。图 12011 2020 年新型城镇化指数变化特点2 2新型城镇化质量指数辽宁省 2011 2020 年水资源安全指数变化曲线如图 2。结果显示，研究区水资源系统呈优化上升趋势，水环境的改善、水资源的有效开发利用和充足的降水对保障水资源安全具有积极作用。图 22011 2020 年水资源安全指数变化特点2011 2020 年 水 资 源 压 力 指 数 呈 波 动 趋 势，其 中 以2015 年降幅最为明显，即水资源的压力逐渐增大。农业现代化和产业结构升级在一定程度上提高了工农业用水效率，新型城镇化建设改善了工农业水污染状况，2011 2020 年工业、农业、生活与服务业、生态用水比例依次从 24 5%减小到19 2%、56 5%减小到 36 4%、14 8%增大到 26 5%、4 6%增大到 19 5%，用水结构趋于合理化。其中，废水排放量增加和服务业发展、人口增长带来的用水需求增大是水资源系222第 45 卷第 3 期地下水2023 年 5 月统承受压力的主要来源。同时，为更好地满足生态用水量需求水资源压力也明显增加11 14。水资源状态指数呈现出波动上升趋势，说明该子系统有所改善。2016 年引调水工程的建成投入，使得全省供水量明显增加，水资源状态受气候环境的影响程度减弱，绿色发展理念、水利基础设施建设和河长制等也在不同程度上改善了水资源状况。水资源响应指数表现出稳步上升的变化趋势，表明水资源安全越来越引起各部门的高度重视。通过增加水利工程投入、治理水环境污染、加强节水宣传等措施，在一定程度上改善了辽宁省水资源状况，缓解了用水压力。表 2耦合协调度等级区间0 0 10 1 0 20 2 0 30 3 0 40 4 0 50 5 0 60 6 0 70 7 0 80 8 0 90 9 1耦合等级极度严重中度轻度濒临勉强初级中级良好优质协调类型衰退失调轻型发展协调发展2 3耦合协调度时序分析采用文中所述方法计算辽宁省水资源系统与新型城镇化系统的耦合协调度，并依据等级标准确定相应的等级，如表3。由表 3 可知，研究期间辽宁省新型城镇化与水资源的耦合度接近于 1，这表明水资源系统与新型城镇化之间存在密切联系，耦合协调度表现出上升趋势，二者呈现出良性发展态势。2015 年、2016 年水资源安全计算结果较低，而降水量较低加剧了水资源与新型城镇化之间的矛盾，协调度从中级转变成初级。2016 年底，外调引水工程的建成运行使得两者的关系再次趋于稳定。表 32011 2020 年耦合协调度年份水资源安全指数 WI新型城镇化综合指数 UI耦合度 C耦合协调度度 D协调等级20110 351 70 378 10 9960 581勉强20120 362 80 382 40 9980 616初级20130 451 20 452 61 0000 682初级20140 532 70 488 50 9980 719中级20150 458 80 541 00 9960 702中级20160 426 10 542 60 9820 688初级20170 482 40 642 70 9900 754中级20180 568 00 668 50 9960 788中级20190 564 70 676 00 9950 782中级20200 587 90 692 20 9960 795中级根据水资源安全指数与新型城镇化综合指数之间的关系，可以将 2011 2020 年的耦合协调发展划分成两个阶段，具体如下:阶段一:2011 2014 年水资源安全指数与新型城镇化综合指数比较接近，可以评定成资源城镇同步型，从勉强协调逐渐转向中级协调发展。该阶段，2011 年受经济发展影响辽宁省城镇化水平较低，城镇化发展对水资源系统的压力能够被吸收硝化，两者未表现出突出矛盾，但稳定性相对较差。阶段二:2015 2020 年耦合协调度表现出上升趋势，但新型城镇化综合指数高于水资源安全指数，可以评定成资源承载力受损型。该阶段水资源状况较差，随着城镇化进程的加快水资源逐渐表现出胁迫作用。尽管前期受降水量、气候等因素影响，水资源安全指数存在一定波动，但由于水资源利用效率的提升、外调引水工程和水环境改善等，水资源系统稳定性提升。3结语本文利用耦合协调度模型和评价指标体系测算了辽宁省水资源系统与新型城镇化的协调发展状况，主要结论如下:(1)辽宁省正稳妥积极推进新型城镇化建设，其中空间城镇化相对滞后，经济城镇化占据主导地位。通过优化调整，水资源系统逐渐趋于稳定但依然面临着响应不足、承载压力增大等问题。(2)水资源系统与新型城镇化存在密切的交互作用，两者的耦合度接近于 1，协调度表现出波动上升的变化特征，并呈现出和谐、有序的发展态势。然而由于新型城镇化的快速发展以及水资源系统整体水平较低，新型城镇化发展逐渐优先于水资源系统的优化。参考文献 1单卓然，黄亚平“新型城镇化”概念内涵、目标内容、规划策略及认知误区解析J 城市规划学刊 2013 57(2):16 222Gober p Desert urbanization and the challenges of water sustainabilityJ Current Opinion in Environmental Sustainability 2010 2(3):144 150 3ASISO B K，TSIDU G M，STOFFBEG G H，etal Climate change andpopulation trowth impacts on surface water supply and demand of AddisAbaba，EthiopiaJ Climate isk Management 201718:21 33 4郑炜 广东省新型城镇化质量与水资源安全耦合分析J 人民长江 2019 50(1):95 101 5李珊珊，马海良，侯雅如 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